硅酸盐水泥水化硬化及性能

7.1 熟料矿物的水化
7.1.3 铝酸三钙的水化
➢ 若石膏在铝酸三钙完全水化前耗尽，则钙矾石与铝酸三钙作用转化为 单硫型水化硫铝酸钙（AFm)。 C3A·3CS·H32+2C3A+4H=3(C3A·CS·H12)
➢ 若石膏掺量极少，在所有矾钙石转变成单硫型水化硫铝酸钙后，还有 硅酸三钙，那就形成C3A·CS·H12和C4AH13的固溶体。
铝酸三钙的水化迅速，放热快。 ➢ 常温下水化反应式: 2(3CaO·Al2O3)+27H2O=4CaO·Al2O3·19H2O+2CaO·Al2O3·8H2O
简写为：2C3A+27H=C4AH19+C2AH8 ➢ C4AH19在低于85％相对湿度下会失去6个结晶水成C4AH13。
C4AH13和 C2AH8皆为六方片状晶体，常温下处于介稳状态，有向 C3AH6等轴晶体转化的趋势，即：
式中 x--表示钙硅比（C/S），n--表示结合水量； C-S-H为水化硅酸钙凝胶，CH为氢氧化钙晶体。
C-S-H凝胶 ✓水化时的C/S和H/S摩尔比在较大范围内变化。
✓其组成与它所处的液相Ca(OH)2浓度有关。
7.1 熟料矿物的水化
7.1.1 硅酸三钙的水化
❖ 当溶液的CaO浓度小于1mmol/L时，
生成氢氧化钙和硅酸凝胶；
❖ 当溶液的CaO浓度为1~2mmol/L时，
生成水化硅酸钙和硅酸凝胶；
❖ 当溶液的CaO浓度为2~20mmol/L时，
薄片状
生成C/S为0.8~1.5的水化硅酸钙，组成
（0.8~1.5)CaO·SiO2·（0.5~2.5)H2O ，称C-S-H（Ⅰ）。
❖ 当溶液的CaO浓度大于20mmol/L时，
第六章 水 泥
第七节 硅酸盐水泥的水化硬化及性能
本节提要：
7.1 熟料矿物的水化 7.2 硅酸盐水泥的水化 7.3 水泥石 7.4 硅酸盐水泥的性能
➢水化产物 ➢水化速率
水化速率（rate of hydration)是指单位时间内水泥的水 化程度或水化深度。 水化程度是指一定时间内已水化的水泥量与完全水化 量的比值，以百分率表示。 水化深度是指水泥颗粒外表面水化层的厚度，一般以 微米表示。
β－C2S的水化与C3S相似，但水化速度慢。 常温下水化反应式: 2CaO·SiO2+mH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH2) 简写为：C2S+mH=C-S-H+(2-x)CH 形成的水化硅酸钙在C/S和形貌与C3S水化产物都无大的区别。
7.1 熟料矿物的水化
7.1.3 铝酸三钙的水化
7.1 熟料矿物的水化
7.1.3 铝酸三钙的水化
实际参加反应的 N(CSHBiblioteka Baidu)/N(C3A)
3.0 3.0~1.0
1.0 ＜1.0
0
C3A的水化产物 水化产物
钙矾石（AFt） 钙矾石+单硫型水化硫铝酸钙（AFm）
单硫型水化硫铝酸钙（AFm） 单硫型固溶体[C3A(CS，CH)H12]
水化铝酸三钙（C3AH6）
换过的矾钙石固溶体C3(A,F)·3CS·H32。而石膏不足时，则形成单 硫型固溶体。同样有两种晶型转化过程，在石灰饱和溶液中，石 膏使放热缓慢。
7.2 硅酸盐水泥的水化
硅酸盐水泥由多种熟料矿物和石膏组成，加水后石 膏要溶解于水，水泥粒子立即与水反应发生溶解，使纯水 立即变为含有多种离子的溶液。 ※水泥的主要水化产物是氢氧化钙(20%)、C-S-H凝胶 (50%)、水化硫铝酸钙、水化硫铝（铁）酸钙、水化铝酸 钙及水化铁酸钙等。 ※水泥水化过程简单分为三个阶段：钙矾石形成期、 C3S水 化期和结构形成和发展期。
7.1 熟料矿物的水化
7.1.4 铁相固溶体的水化
铁相固溶体的水化，以C4AF为代表，也可用Fss表示。 水化较C3A略慢，水化热较少，单独水化时不会引起快凝。 水化过程与C3A相似：
C4AF＋4CH+22H=2C4(A,F)H13 ➢ 在20℃以上，六方片状C4(A,F)H13要转变成C3(A,F)H6。 ➢ 当温度高于50℃时，C4AF直接水化成C3(A,F)H6。 ➢ 掺有石膏时水化反应与C3A大致相同。当石膏充分时，形成铁置
C4AH13+C2AH8=2C3AH6+9H 上述反应随温度升高而加速，而C3A本身的水化热很高，所以极易 按上式转化。
7.1 熟料矿物的水化
7.1.3 铝酸三钙的水化
➢ 在液相CaO浓度达到饱和时，C3A还可能依下式水化： 3CaO·Al2O3+Ca(OH)2+12H2O=4CaO·Al2O3·13H2O 即 C3A+CH+12H=C4AH13 产生的C4AH13足以阻碍颗粒的相对移动，一般认为这是 使浆体产生瞬时凝结的一个主要原因。
C3S水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线
7.1 熟料矿物的水化
7.1.1 硅酸三钙的水化
诱导前期： 初始水解，离子进入溶液 诱导期： 继续溶解，早期C-S-H形成 加速期： 水化产物形成与生长 衰减期： 水化产物继续生长，微结构发展 稳定期： 微结构逐渐密实
7.1 熟料矿物的水化
7.1.2 硅酸二钙的水化
纤维状
生成髙碱度C/S为1.5 ~2.0的水化硅酸钙，
（1.5~2.0)CaO·SiO2·（1~4)H2O ，称C-S-H（Ⅱ）。
7.1 熟料矿物的水化
7.1.1 硅酸三钙的水化
※硅酸三钙水化放热速率－时间曲线为五个阶段：
诱导前期（初始水解期）； 诱导期（静止期或潜伏期）； 加速期； 衰减期； 稳定期。
本节导入：
硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥用适量的水拌和后，形成能粘结砂石集料 的可塑性泥浆，随后逐渐失去塑性而凝结硬化为具 有一定强度的石状体。同时，伴有水化放热、体积 膨胀和强度增加。
硅酸盐水泥的性能
凝结时间、强度、水化热、泌水性、耐久性等。
7.1 熟料矿物的水化
7.1.1 硅酸三钙的水化 常温下水化反应式: 3CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2 简写为：C3S+nH=C-S-H+(3-x)CH
7.1 熟料矿物的水化
7.1.3 铝酸三钙的水化
➢ 在有石膏的情况下，C3A水化的最初基本反应是：
3CaO·Al2O3+3(CaSO4·2H2O)+26H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O 即 C3A+3CS H2+26H=C3A·3CS ·H32
C3A·3C ·SH32
----钙矾石(ettringite)。由于其中的铝可被铁置换而成为含铝 、铁的三硫型水化硫铝酸钙相。故常用AFt表示。