无机材料工学教学课件6水泥水化.ppt

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1、第六章 水泥的水化硬化,.1 熟料单矿的水化,6.1.1 硅酸三钙水化反应3 CaOSiO2+n H2O=x CaOSiO2y H2O+(3-x)Ca(OH)2或：C3S+n H=x C-S-H+(3-x)CH,C-S-H凝胶,Ca(OH)2晶体,水泥工艺,水化过程,诱导前期:与水接触后立即发生急剧的化学反应，只有15分钟左右；诱导期：水化速度突然变得很慢，持续14h；加速期：水化重新加快，历时48h;减速期：水化逐渐变慢，C3S浆体已完全转变成硬化体，反应转入扩散方式。持续1224h。稳定期：反应速度再次减低至接近于零，水化作用完全处于扩散控制方式，几乎停止。,水泥工艺,水泥水化过程5个不同

2、阶段划分与水化放热曲线,水泥工艺,6.1.2 硅酸二钙,水化反应2 CaOSiO2+m H2O=x CaOSiO2y H2O+(2-x)Ca(OH)2或 C2S+m H=C-S-H+(2-x)CH,水泥工艺,-C2S水化过程与C3S的异同,水化产物均为C-S-H和CH,释放的CH相对较少，C-S-H中的C/S较低；同样经历诱导前期、诱导期、加速期、减速期和稳定期几个阶段；水化速率比小得多，约为C3S水化速率的1/20。,水泥工艺,6.1.3 铝酸三钙,水化反应液相Ca2+浓度达Ca(OH)2饱和浓度时C3A+Ca(OH)2+12H=C4AH13 在未掺石膏的硅酸盐水泥的水化中，非常容易形成C4

3、AH13,会导致水泥的快凝。,水泥工艺,有石膏参与的情况石膏充足时，形成C3A3CaSO4H32C4AH13+3CaSO4+14H=C3A3CaSO4H32+CH石膏不足时，转变成C3ACaSO4H12 C3A3CaSO4H32+2C4AH13=3C3ACaSO4H12+2CH+20H石膏极少时，形成C3ACaSO4H12和C4AH13固溶体C4AH12+C3A+CH+12H=2C3A(CS,CH)H12,水泥工艺,C3A水化情况归纳,水泥工艺,C3A的水化过程,水泥工艺,6.1.4 铁相固溶体,C4AF的水化与C3A的极其相似 Fe2O3 起Al2O3 的作用，水化产物中铁置换部分铝，形成水

4、硫铝酸钙和水化硫铁酸钙的固溶体。,石膏充足时形成C3(A,F)3CaSO4H32,石膏不足时形成C3(A,F)CaSO4H12,水泥工艺,6.2 硅酸盐水泥的水化和硬化,6.2.1水化反应,水化反应基本上是在含碱的氢氧化钙和硫酸钙的饱和溶液中进行硅酸钙Ca2+,OH-铝酸钙Ca2+,Al(OH)4-铁铝酸盐Ca2+,Fe(OH)4-硫酸钙Ca2+,SO42-碱的硫酸盐Na+,K+,SO42-,水泥工艺,各矿物水化与单矿水化相似各矿物之间有相互作用C3S促进C2S的水化C3A和C4AF争夺消耗SO42-碱促进C3S的水化水化产物均为固溶体,水泥工艺,硅酸盐水泥水化过程及水化产物,C3S 较快,C

5、3A 极快,石膏,C4AF 快,C2S 慢,C3SHx,C2SHy,C-S-H(C/S=1.5)+Ca(OH)2,C-S-H(C/S=1.5-1.8),水化硅酸钙（微晶）,C4AH13,C3A3CSH32,C3(A,F)3CSH32,C4(A,F)H13,当石膏用完后还有剩余C3A时,当石膏用完后还有剩余C4AF时,C3ACSH12,C3(A,F)3CSH32,C3A(CS,CH)H12,C3(A,F)(CS,CH)H12,C3AH6,C3(A,F)H6,水泥工艺,6.2.水化产物组成和形貌,C-S-H一种有CaO、SiO2、和H2O按照某种比例相结合形成的水化硅酸钙。但C/S、H/S并非定值

6、，并固溶有其它离子无定形胶体状,结晶程度极差纳微米数量级的极其微小的水化硅酸钙在X射线衍射谱图上表现出不完整的特征衍射峰有各种形貌,水泥工艺,氢氧化钙,固定化学组成结晶好，也有少量以隐晶质或无定形的状态存在长于水泥石孔隙之中，多为六方板状,水泥工艺,钙矾石与单硫形水化硫铝酸钙,两者一般都为晶体，钙矾石外形呈柱状结构，单硫形水化硫铝酸钙外形多呈层状结构。钙矾石和单硫形水化硫铝酸钙分子中的SO42-均可以被CO32-，Cl-，OH-等离子所置换，Al可以被Fe所置换。从而形成一系列固溶体，分别称之为AFt和AFm。,水泥工艺,6.2.硅酸盐水泥水化硬化过程,钙矾石形成期C3A率先水化，在石膏存在的条件下迅速形成钙矾石。放热曲线上出现第一放热峰C3S水化期 C3S开始迅速水化。大量放热，形成第二放热峰（C2S和铁相也参与上述两个阶段反应，但放热较小。）结构形成和发展期各种水化产物填入原先由水所占据的空间，再逐渐连接，相互交织发展成硬化的水泥浆体。,水泥工艺,硅酸盐水泥水化放热曲线,水泥工艺,6.2.3水泥硬化体的结构,水化产物C-S-H、CH、Aft、AFm多孔石状体 未水化产物 孔粗孔、毛细孔、凝胶孔,水泥工艺,水泥硬化体内水化产物大致比例,水泥硬化体,无水熟料,水泥工艺,