热力学ppt 水泥基材料水化热研究分析概论
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C4AH13。C4AH19、C4AH13、和C2AH8都是片状晶体，常温下处于介 稳状态，有向C3AH6等轴晶体转化的趋势。
C4AH13十C2AH8==2C3AH6十9H
上 述 反 应 随 温 度 升 高 而 加 速 。 在 温 度 高 于 35℃ 时 ， C3A 会 直 接 生 成
C3AH6：
3CaO·A12O3十6H2O==3CaO·Al2O3·6H2O
（5）稳定期 是反应速率很低并基本稳定的阶段，水化完全
受扩散速率控制。
1.2 硅酸二钙的水化
-C2S的水化过程和C3S极为相似，也有诱导期、加速期等。 但水化速率很慢，约为C3S 的l/20左右。 所形成的水化硅酸钙在C／S比和形貌方面与C3S水化产物 都无大区别，故也称C—S—H凝胶。但CH生成量比C3S的 少，结晶也比C3S的粗大些。
水泥基材料水化热
前言
水泥与水拌和后，形成能粘接砂石集料的可塑性 浆体，随后发生凝结硬化，同时伴随着水化放热 和体积变化。
由于水泥熟料是多矿物的聚集体，与水的相互作 用比较复杂，通常先分别研究各单矿物的水化反 应，然后再研究硅酸盐水泥总的水化硬化过程。
1.熟料矿物的水化
硅酸盐水泥熟料 CaO
生料
800℃ 左右
即：
C3A十6H==C3AH6
由于C3A本身水化热很大，使C3A颗粒表面温度高于35℃，因此 C3A水化时往往直接生成C3AH6。在液相Ca离子浓度达到饱和时，C3A还 可能依下式水化：
3CaO·A12O3十Ca(OH)2十12H2O=4CaO·A12O3·13H2O
即：
C3A十CH十12H==C4AH13
硅酸三钙水化的五个阶段
硅酸三钙水化速率很快，其水化过程根据水化放热速率— 时间曲线，可分为：
C3S水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线
C3S各水化阶段示意图
Ⅰ-初始水化期；Ⅱ-诱导期；Ⅲ-加速期；Ⅳ-减速期；Ⅴ-稳定期
（1）初始水化期
加水后立即发生急剧反应迅速放热， Ca2+迅速从C3S粒子表面释放，几分钟内pH 值上升超过12，溶液具有强碱性，此阶段约 在15min内结束。
1.3 铝酸三钙的水化
在常温，其水化反应依下式进行：
2(3CaO·A12O3)十27H2O = 4CaO·Al2O3·19H2O+2CaO·Al2O3·8H2O
简写为：2C3A十27H==C4AH19十C4AH8 C4AH19 在 低 于 85 ％ 的 相 对 湿 度 下 会 失 去 6 个 结 晶 水 分 子 而 成 为
若石膏掺量极少，在所有钙矾石转变成单硫型水化硫铝酸钙后，还有 C3A，那就形成C3A·CŜ·H12和C4AH13的固溶体。
水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）
钙矾石
C-S-H
电镜下的水泥水化产物图
CH Crystal 氢氧化钙晶体
C-S-H 水化硅酸钙凝胶
1.4 铁相固溶体的水化
C4AF水化反应速率比C3A略慢，水化热较低。 C4AF水化反应与C3A很相似，相当于C3A中一部分氧化铝
1.1 硅酸三钙的水化
硅酸三钙在常温下的水化反应，大体上可用下面的方程式表示： 3CaO·SiO2十nH2O=xCaO·SiO2·yH2O十(3一x)Ca(OH)2
简写为： C3S十nH==C—S—H十(3一x)CH
上式表明，其水化产物为C—S—H凝胶和氢氧化钙。C—S—H即 水化硅酸钙，它的组成不确定，其CaO／SiO2和H2O／SiO2都在较 大范围内变动。
（2）诱导期
此阶段水解反应很慢，又称为静止期或 潜伏期。一般维持2~4h，是硅酸盐水泥能在 几小时内保持塑性的原因。
（3）加速期
反应重新加快，反应速率随时间而增长， 出现第二个放热峰，在峰顶达最大反应速率， 相应为最大放热速率。加速期处于4~8h，然 后开始早期硬化。
（4）减速期
反应速率随时间下降，又称衰减期，处 于12—24h。由于水化产物CH和C—S—H从 溶液中结晶出来而在C3S表面形成包裹层，故 水化作用受水通过产物层的扩散控制而变慢。
在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与石膏掺量有关。 3CaO·A12O3十3(CaSO4·2H2O)十26H2O
=3CaO·A12O3·3 CaSO4·32H2O 即： C3A十3CŜH2十26H——C3A·3CŜ·H32
若CaSO4·2H2O在C3A完全水化前耗尽，则钙矾石（AFt）与C3A作用转 化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)： C3A·3CŜ·H32十2C3A十4H==3(C3A·CŜ·H12)
铝酸三钙： 3CaO·Al2O3 (C3A)
铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3 ·Fe2O3 (C4AF)
~22%
其它： 游离氧化钙：f-CaO
方镁石：（即结晶氧化镁） 玻璃体：
熔剂矿物
A矿——在硅酸盐水泥熟 料中固溶了其它少量氧化 物的C3S称为阿利特。
在反光显微镜下为黑色多 角形颗粒 。
源自文库
C3S
B矿——C2S固溶体 称为贝利特。
在反光显微镜下呈 圆粒状，快冷常具 有黑白交叉双晶条 纹；慢冷常具有黑
白平行双晶条纹。
C矿—通常以铁铝酸四钙 4CaO-Al2O3-Fe2O3作为 代表式，可简写为C4AF， 又称才利特。
通常固溶有少量的MgO、 SiO2等氧化物，在反光镜 下其反射能力强，呈亮白 色，并填充在A矿与B矿 之间，也称白色中间相。
分解反应
SiO2 800～
1450℃
Al2O3
化合反应
Fe2O3
3CaO·SiO2 2CaO·SiO2 3 CaO ·Al2O3
4 CaO·Al2O3·Fe2O3
2.水泥熟料矿物组成
主要矿物组成：
硅酸三钙： 3CaO·SiO2 (C3S)
硅酸二钙： 2CaO·SiO2 (C2S)
硅酸盐矿物~75%
C-S-H凝胶的组成与它所 处液相的Ca(OH)2浓度有 关，
当CaO浓度<1mmol/L时， 生成氢氧化钙和硅酸凝胶。
当CaO浓度l~2mmo1/L 时，生成水化硅酸钙和硅 酸凝胶。
当CaO浓度2~20mmol/L 时，生成C/S比为0.8~1.5 的水化硅酸钙,称为C-S-H (I)。
当溶液中CaO的浓度饱和 (即CaO)20mmo1/L)时，生 成碱度更高(C/S=1.5~2.0) 的水化硅酸钙，称为C-S-H (Ⅱ)。
C4AH13十C2AH8==2C3AH6十9H
上 述 反 应 随 温 度 升 高 而 加 速 。 在 温 度 高 于 35℃ 时 ， C3A 会 直 接 生 成
C3AH6：
3CaO·A12O3十6H2O==3CaO·Al2O3·6H2O
（5）稳定期 是反应速率很低并基本稳定的阶段，水化完全
受扩散速率控制。
1.2 硅酸二钙的水化
-C2S的水化过程和C3S极为相似，也有诱导期、加速期等。 但水化速率很慢，约为C3S 的l/20左右。 所形成的水化硅酸钙在C／S比和形貌方面与C3S水化产物 都无大区别，故也称C—S—H凝胶。但CH生成量比C3S的 少，结晶也比C3S的粗大些。
水泥基材料水化热
前言
水泥与水拌和后，形成能粘接砂石集料的可塑性 浆体，随后发生凝结硬化，同时伴随着水化放热 和体积变化。
由于水泥熟料是多矿物的聚集体，与水的相互作 用比较复杂，通常先分别研究各单矿物的水化反 应，然后再研究硅酸盐水泥总的水化硬化过程。
1.熟料矿物的水化
硅酸盐水泥熟料 CaO
生料
800℃ 左右
即：
C3A十6H==C3AH6
由于C3A本身水化热很大，使C3A颗粒表面温度高于35℃，因此 C3A水化时往往直接生成C3AH6。在液相Ca离子浓度达到饱和时，C3A还 可能依下式水化：
3CaO·A12O3十Ca(OH)2十12H2O=4CaO·A12O3·13H2O
即：
C3A十CH十12H==C4AH13
硅酸三钙水化的五个阶段
硅酸三钙水化速率很快，其水化过程根据水化放热速率— 时间曲线，可分为：
C3S水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线
C3S各水化阶段示意图
Ⅰ-初始水化期；Ⅱ-诱导期；Ⅲ-加速期；Ⅳ-减速期；Ⅴ-稳定期
（1）初始水化期
加水后立即发生急剧反应迅速放热， Ca2+迅速从C3S粒子表面释放，几分钟内pH 值上升超过12，溶液具有强碱性，此阶段约 在15min内结束。
1.3 铝酸三钙的水化
在常温，其水化反应依下式进行：
2(3CaO·A12O3)十27H2O = 4CaO·Al2O3·19H2O+2CaO·Al2O3·8H2O
简写为：2C3A十27H==C4AH19十C4AH8 C4AH19 在 低 于 85 ％ 的 相 对 湿 度 下 会 失 去 6 个 结 晶 水 分 子 而 成 为
若石膏掺量极少，在所有钙矾石转变成单硫型水化硫铝酸钙后，还有 C3A，那就形成C3A·CŜ·H12和C4AH13的固溶体。
水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）
钙矾石
C-S-H
电镜下的水泥水化产物图
CH Crystal 氢氧化钙晶体
C-S-H 水化硅酸钙凝胶
1.4 铁相固溶体的水化
C4AF水化反应速率比C3A略慢，水化热较低。 C4AF水化反应与C3A很相似，相当于C3A中一部分氧化铝
1.1 硅酸三钙的水化
硅酸三钙在常温下的水化反应，大体上可用下面的方程式表示： 3CaO·SiO2十nH2O=xCaO·SiO2·yH2O十(3一x)Ca(OH)2
简写为： C3S十nH==C—S—H十(3一x)CH
上式表明，其水化产物为C—S—H凝胶和氢氧化钙。C—S—H即 水化硅酸钙，它的组成不确定，其CaO／SiO2和H2O／SiO2都在较 大范围内变动。
（2）诱导期
此阶段水解反应很慢，又称为静止期或 潜伏期。一般维持2~4h，是硅酸盐水泥能在 几小时内保持塑性的原因。
（3）加速期
反应重新加快，反应速率随时间而增长， 出现第二个放热峰，在峰顶达最大反应速率， 相应为最大放热速率。加速期处于4~8h，然 后开始早期硬化。
（4）减速期
反应速率随时间下降，又称衰减期，处 于12—24h。由于水化产物CH和C—S—H从 溶液中结晶出来而在C3S表面形成包裹层，故 水化作用受水通过产物层的扩散控制而变慢。
在有石膏的情况下，C3A水化的最终产物与石膏掺量有关。 3CaO·A12O3十3(CaSO4·2H2O)十26H2O
=3CaO·A12O3·3 CaSO4·32H2O 即： C3A十3CŜH2十26H——C3A·3CŜ·H32
若CaSO4·2H2O在C3A完全水化前耗尽，则钙矾石（AFt）与C3A作用转 化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)： C3A·3CŜ·H32十2C3A十4H==3(C3A·CŜ·H12)
铝酸三钙： 3CaO·Al2O3 (C3A)
铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3 ·Fe2O3 (C4AF)
~22%
其它： 游离氧化钙：f-CaO
方镁石：（即结晶氧化镁） 玻璃体：
熔剂矿物
A矿——在硅酸盐水泥熟 料中固溶了其它少量氧化 物的C3S称为阿利特。
在反光显微镜下为黑色多 角形颗粒 。
源自文库
C3S
B矿——C2S固溶体 称为贝利特。
在反光显微镜下呈 圆粒状，快冷常具 有黑白交叉双晶条 纹；慢冷常具有黑
白平行双晶条纹。
C矿—通常以铁铝酸四钙 4CaO-Al2O3-Fe2O3作为 代表式，可简写为C4AF， 又称才利特。
通常固溶有少量的MgO、 SiO2等氧化物，在反光镜 下其反射能力强，呈亮白 色，并填充在A矿与B矿 之间，也称白色中间相。
分解反应
SiO2 800～
1450℃
Al2O3
化合反应
Fe2O3
3CaO·SiO2 2CaO·SiO2 3 CaO ·Al2O3
4 CaO·Al2O3·Fe2O3
2.水泥熟料矿物组成
主要矿物组成：
硅酸三钙： 3CaO·SiO2 (C3S)
硅酸二钙： 2CaO·SiO2 (C2S)
硅酸盐矿物~75%
C-S-H凝胶的组成与它所 处液相的Ca(OH)2浓度有 关，
当CaO浓度<1mmol/L时， 生成氢氧化钙和硅酸凝胶。
当CaO浓度l~2mmo1/L 时，生成水化硅酸钙和硅 酸凝胶。
当CaO浓度2~20mmol/L 时，生成C/S比为0.8~1.5 的水化硅酸钙,称为C-S-H (I)。
当溶液中CaO的浓度饱和 (即CaO)20mmo1/L)时，生 成碱度更高(C/S=1.5~2.0) 的水化硅酸钙，称为C-S-H (Ⅱ)。