七硅酸盐水泥的水化与硬化PPT课件
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3. 石膏不足时 2→C34 C(A3(·AF)··FH)·1C3S+·HC31(2A·F)·3CS·H32 +2CH + 20 H
§7.2 硅酸盐水泥的水化
一.水化反应体系的特点
• 水泥的水化基本上是在Ca(OH)2 和石膏的饱和溶液 或过饱和溶液中进行的，并且还会有K+、Na+等离子。
• 熟料首先在此种溶液中解体，分散，悬浮在液相中， 各单体矿物进行水化，水化产物彼此间又化合，之 后水化产物凝结、硬化，发挥强度，因此 ，水化过 程实际上就是熟料解体——水化——水化产物凝 聚——水泥石。开始是解体、水化占主导作用，以 后是凝聚占主导作用。
二.水化反应及水化产物 1.水化反应简图如下：
• 综上所述，水泥的水化反应过程如下：
水泥加水后， C3S 、C3A 、C4AF均很快水化， 同时石膏迅速溶解，形成 Ca(OH)2与 CaSO4 的饱和 溶液，水化产物首先出现六方板状的Ca(OH)2 与针 状的AFt相以及无定形的C-S-H。之后，由于不断生
2 .C3S水化过程
• Ⅰ：诱导前期（时间：15分钟 ）
反应：激烈—第一个放热峰，钙离子浓度迅速wenku.baidu.com高 浆体状态：是具有流动性（Ca(OH)2没有饱和）
• Ⅱ：诱导期又称静止期（时间：2—4小时 ）
反应：极慢——放热底谷：钙离子浓度增高慢 浆体状态：Ca(OH)2达饱和：此间：具有流动性 ，结束：失去流动性，达初凝
• Ⅲ：加速期（时间：4~8小时）
反应：又加快——第二放热高峰 浆体状态： Ca(OH)2过饱和最高：生成Ca(OH)2 、填充空隙、
中期：失去可塑性、 达终凝，后期：开始硬化
• Ⅳ：减速期（时间：12—24小时 ）
反应：随时间的增长而下降
原因： 在C3S表面包裹产物—阻碍水化。
• Ⅴ:稳定期
反应：很慢—基本稳定（只到水化结束） 困难。
原因：产物层厚：水很少—产物扩散
◆诱导期的本质
• 保护膜理论 • 晶核形成延缓理论
• 晶格缺陷的类别和数量是决定诱导期长 短的主要因素
二.C2S水化
C2S的水化过程与C3S相似，也有静止期，加 速期等 ，但水化速率很慢约为 C3S的1/20
水化反应： C2S + mH → C-S-H + （2-X）CH 水化产物： 生成C-S-H和Ca(OH)2
成AFt相，SO42- 不断减少，继而形成AFm相及C-A-H 晶体和C4（A·F）·H13晶体。
2.水化产物
• 常温下的主要水化产物：
水化硅酸钙
Ca(OH)2 水化硫铝（铁）酸钙固溶体：
三硫型的针状 单硫型的六方片状：最终
水化铝（铁）酸钙及其固溶体：一般生成物C4（A·F） H13最终生成物C3AH6 --C3FH6固溶体，溶解度小，抗硫 酸盐能力强
·熟料矿物中钙离子的氧离子配位不规则。
◆水泥的水化、凝结、硬化
• 水化－物质由无水状态变为有水状态，由低含水变 为高含水，统称为水化。
• 凝结－水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体， 然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。
• 硬化－此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石 状固体（水泥石），这一过程称为硬化。
三.C3A水化：
水化迅速，其水化产物的组成与结构受溶液中 CaO、Al2O3 离子浓度和温度的影响很大。
1、 C3A单独水化 常温： C3A + 27H → C4AH19+C2AH8
相对湿度﹤85﹪时
C4AH19 →C4AH13 + 6H C4AH13 + C2AH8 → C3AH6+9H2O T﹥35℃： C3A+ 6H2O → C3AH6
第七章 硅酸盐水泥的水化与硬化
本章主要内容： 熟料矿物的水化 硅酸盐水泥的水化
硬化水泥浆体
补充： ◆熟料矿物水化的原因
·熟料矿物结构不稳定。
造成熟料矿物结构不稳定的原因是： ⑴ 熟料烧成后快速冷却，使其保留了介稳状态的高温型晶 体结构； ⑵熟料中的矿物不是纯的C3S和C2S ，而是Alite 和Belite等有 限固溶体； ⑶微量元素的掺杂使晶格排列的规律性受到某种程度的影响。
四.铁相固溶体的水化
反应比和C产3A水物化与慢C3A，相单似独。水化，也不会急凝，其水化
1. 无石膏时，在Ca(OH)2环境水化 常温：C4AF + 4CH + 22 H →2C4（A·F）H13 T＞50 ℃ ：C4AF + 6H →C3（A ·F）H6
2. 有石膏存在时 C4AF + 2CH + 6CSH2 + 50 H →2 C3(A·F)·3CS·H32
§7.1 熟料矿物的水化 一.C3S的水化
1、常温下的水化反应 3CaO.SiO2+nH2O=xCaO.SiO2.yH2O+(3-x)Ca(OH)2 简写为：C3S + nH = C-S-H + (3-x)CH
水化产物：水化硅酸钙（也称C-S-H凝胶）和氢氧化钙。
水化产物C-S-H的组成是不定的，其CaO/SiO2 比 与所处的溶液的Ca(OH)2浓度有关：
（三硫型水化硫铝酸钙Aft，又称钙矾石）
·C3A未完全水化而石膏已经耗尽时 2C4AH13+ C3A·3CS·H32 →3 C3A·CS·H12 + CH + 20 H
(单硫型水化硫铝酸钙Afm)
·石膏掺量极少，所有的Aft都转化为Afm还有C3A剩余 C3A·CS·H12 + C3A+CH+12H →2C3A（CS·CH）H12
·〔CaO〕﹤1 m mol/l ， Ca(OH)2 硅酸凝胶 ·〔CaO〕﹤1-2 m mol/l ， C-S-H 硅酸凝胶 ·〔CaO〕﹤2-20 m mol/l ，
C/S比为（0.8-1.5）C-S-H ， 称为C-S-H（Ⅰ）
·〔 CaO〕达饱和﹥20 m mol/l ， C/S比为（1.5-2.0）C-S-H ，称为C-S-H（Ⅱ）
特点：水化速度快→水化热多→T升高→反应速度极 快→急凝→很快失去流动性
2.C3A在液相CaO浓度达饱和时 C3A + CH + 12H → C4AH13
瞬凝原因：水泥颗粒表面形成大量C4AH13 ， 其数量迅速增多，足以阻碍粒子的相对运动。
3.在石膏存在条件下的水化
·石膏（充足）、CaO同时存在时 C3A+CH+12H→C4AH13 C4AH13+3CSH2+14H → C3A·3CS·H32 + CH
§7.2 硅酸盐水泥的水化
一.水化反应体系的特点
• 水泥的水化基本上是在Ca(OH)2 和石膏的饱和溶液 或过饱和溶液中进行的，并且还会有K+、Na+等离子。
• 熟料首先在此种溶液中解体，分散，悬浮在液相中， 各单体矿物进行水化，水化产物彼此间又化合，之 后水化产物凝结、硬化，发挥强度，因此 ，水化过 程实际上就是熟料解体——水化——水化产物凝 聚——水泥石。开始是解体、水化占主导作用，以 后是凝聚占主导作用。
二.水化反应及水化产物 1.水化反应简图如下：
• 综上所述，水泥的水化反应过程如下：
水泥加水后， C3S 、C3A 、C4AF均很快水化， 同时石膏迅速溶解，形成 Ca(OH)2与 CaSO4 的饱和 溶液，水化产物首先出现六方板状的Ca(OH)2 与针 状的AFt相以及无定形的C-S-H。之后，由于不断生
2 .C3S水化过程
• Ⅰ：诱导前期（时间：15分钟 ）
反应：激烈—第一个放热峰，钙离子浓度迅速wenku.baidu.com高 浆体状态：是具有流动性（Ca(OH)2没有饱和）
• Ⅱ：诱导期又称静止期（时间：2—4小时 ）
反应：极慢——放热底谷：钙离子浓度增高慢 浆体状态：Ca(OH)2达饱和：此间：具有流动性 ，结束：失去流动性，达初凝
• Ⅲ：加速期（时间：4~8小时）
反应：又加快——第二放热高峰 浆体状态： Ca(OH)2过饱和最高：生成Ca(OH)2 、填充空隙、
中期：失去可塑性、 达终凝，后期：开始硬化
• Ⅳ：减速期（时间：12—24小时 ）
反应：随时间的增长而下降
原因： 在C3S表面包裹产物—阻碍水化。
• Ⅴ:稳定期
反应：很慢—基本稳定（只到水化结束） 困难。
原因：产物层厚：水很少—产物扩散
◆诱导期的本质
• 保护膜理论 • 晶核形成延缓理论
• 晶格缺陷的类别和数量是决定诱导期长 短的主要因素
二.C2S水化
C2S的水化过程与C3S相似，也有静止期，加 速期等 ，但水化速率很慢约为 C3S的1/20
水化反应： C2S + mH → C-S-H + （2-X）CH 水化产物： 生成C-S-H和Ca(OH)2
成AFt相，SO42- 不断减少，继而形成AFm相及C-A-H 晶体和C4（A·F）·H13晶体。
2.水化产物
• 常温下的主要水化产物：
水化硅酸钙
Ca(OH)2 水化硫铝（铁）酸钙固溶体：
三硫型的针状 单硫型的六方片状：最终
水化铝（铁）酸钙及其固溶体：一般生成物C4（A·F） H13最终生成物C3AH6 --C3FH6固溶体，溶解度小，抗硫 酸盐能力强
·熟料矿物中钙离子的氧离子配位不规则。
◆水泥的水化、凝结、硬化
• 水化－物质由无水状态变为有水状态，由低含水变 为高含水，统称为水化。
• 凝结－水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体， 然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。
• 硬化－此后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石 状固体（水泥石），这一过程称为硬化。
三.C3A水化：
水化迅速，其水化产物的组成与结构受溶液中 CaO、Al2O3 离子浓度和温度的影响很大。
1、 C3A单独水化 常温： C3A + 27H → C4AH19+C2AH8
相对湿度﹤85﹪时
C4AH19 →C4AH13 + 6H C4AH13 + C2AH8 → C3AH6+9H2O T﹥35℃： C3A+ 6H2O → C3AH6
第七章 硅酸盐水泥的水化与硬化
本章主要内容： 熟料矿物的水化 硅酸盐水泥的水化
硬化水泥浆体
补充： ◆熟料矿物水化的原因
·熟料矿物结构不稳定。
造成熟料矿物结构不稳定的原因是： ⑴ 熟料烧成后快速冷却，使其保留了介稳状态的高温型晶 体结构； ⑵熟料中的矿物不是纯的C3S和C2S ，而是Alite 和Belite等有 限固溶体； ⑶微量元素的掺杂使晶格排列的规律性受到某种程度的影响。
四.铁相固溶体的水化
反应比和C产3A水物化与慢C3A，相单似独。水化，也不会急凝，其水化
1. 无石膏时，在Ca(OH)2环境水化 常温：C4AF + 4CH + 22 H →2C4（A·F）H13 T＞50 ℃ ：C4AF + 6H →C3（A ·F）H6
2. 有石膏存在时 C4AF + 2CH + 6CSH2 + 50 H →2 C3(A·F)·3CS·H32
§7.1 熟料矿物的水化 一.C3S的水化
1、常温下的水化反应 3CaO.SiO2+nH2O=xCaO.SiO2.yH2O+(3-x)Ca(OH)2 简写为：C3S + nH = C-S-H + (3-x)CH
水化产物：水化硅酸钙（也称C-S-H凝胶）和氢氧化钙。
水化产物C-S-H的组成是不定的，其CaO/SiO2 比 与所处的溶液的Ca(OH)2浓度有关：
（三硫型水化硫铝酸钙Aft，又称钙矾石）
·C3A未完全水化而石膏已经耗尽时 2C4AH13+ C3A·3CS·H32 →3 C3A·CS·H12 + CH + 20 H
(单硫型水化硫铝酸钙Afm)
·石膏掺量极少，所有的Aft都转化为Afm还有C3A剩余 C3A·CS·H12 + C3A+CH+12H →2C3A（CS·CH）H12
·〔CaO〕﹤1 m mol/l ， Ca(OH)2 硅酸凝胶 ·〔CaO〕﹤1-2 m mol/l ， C-S-H 硅酸凝胶 ·〔CaO〕﹤2-20 m mol/l ，
C/S比为（0.8-1.5）C-S-H ， 称为C-S-H（Ⅰ）
·〔 CaO〕达饱和﹥20 m mol/l ， C/S比为（1.5-2.0）C-S-H ，称为C-S-H（Ⅱ）
特点：水化速度快→水化热多→T升高→反应速度极 快→急凝→很快失去流动性
2.C3A在液相CaO浓度达饱和时 C3A + CH + 12H → C4AH13
瞬凝原因：水泥颗粒表面形成大量C4AH13 ， 其数量迅速增多，足以阻碍粒子的相对运动。
3.在石膏存在条件下的水化
·石膏（充足）、CaO同时存在时 C3A+CH+12H→C4AH13 C4AH13+3CSH2+14H → C3A·3CS·H32 + CH