硅酸盐水泥的水化硬化概述VIP免费

第七章硅酸盐水泥的水化硬化水泥用适量的水拌合后，便形成能粘结砂石集料的可塑性浆体，随后通过凝结硬化逐渐变成具有强度的石状体。同时，还伴随着水化放热和体积变化。这说明产生了复杂的物理化学变化。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，通常先分别研究各水泥单矿物的水化反应，然后再研究硅酸盐水泥总的水化硬化过程。第一节熟料矿物的水化一、硅酸三钙的水化C3S占水泥熟料含量的50％左右，水泥浆体的性能很大程度上取决于它的水化、产物及所形成的结构。C3S的水化反应为：C3S+H2O=C-S-H+CH水化硅酸钙(C-S-H凝胶)氢氧化钙C3S水化放热速率和Ca2+浓度变化曲线1、C3S的水化过程水化区间水化放热速率Ca2＋浓度诱导前期(15分钟以内)早期发生急剧反应，放热迅速，形成第一放热峰，而后放热速率下降Ca2＋、OH-从C3S表面释放，浓度急剧增大，pH值几分钟就超过12，而后浓度增长减慢诱导期(1～4小时)反应缓慢，放热速率很小，水泥浆体保持塑性，诱导期结束相当于初凝时间Ca2＋浓度持续增长并超过饱和浓度，在诱导期结束时达到最大加速期(4~8小时)中期反应重新加快，放热速率随时间增长，出现第二放热峰，在达到峰顶时本阶段结束，终凝已过，开始硬化随反应进行Ca2＋浓度下降，但始终超过饱和浓度减速期(12~24小时)反应速率下降，放热速率由第二放热峰顶下降，水化逐渐受扩散速率控制Ca2＋浓度继续下降稳定期后期反应速率很低，基本稳定，完全受扩散控制Ca2＋浓度趋近饱和浓度2、C3S的水化机理（1）早期水化保护膜理论（一致溶理论）：假设C3S在水中是一致溶解的，最初生成的第一水化产物（C/S≈3）很快在C3S周围形成致密保护膜层，阻碍其进一步水化，使放热变慢，向液相溶出Ca2＋的速率也降低(Ca2＋浓度增长下降)，导致诱导期开始。当第一水化产物转变为第二水化产物(C/S≈0.8～1.5)时，第二水化产物较易使离子通过，较多的Ca2＋和OH-进入液相达到过饱和，水化重新加速并加快放热，诱导期结束。晶核形成延缓理论（不一致溶理论）：C3S最初不一致溶，主要是Ca2＋和OH-溶出，液相中C/S>>3，C3S表面变为缺钙的“富硅层”。Ca2＋吸附到富硅的表面，使其带上正电荷，形成双电层，因而C3S溶出Ca2＋的速度减慢，导致诱导期的产生。一直到液相中的Ca2＋和OH-缓慢增长，达到足够的过饱和度，才形成稳定的Ca(OH)2晶核。当生长到相当尺寸且数量又足够多时，液相的Ca2＋和OH-就迅速沉析出晶体，促使C3S加快溶解，水化重又加速。活化粉煤灰用作水泥促凝剂的研究——解决掺氟硫复合矿化剂水泥出现缓凝的问题水泥主要是含氟A矿缓凝的原因含氟A矿水化活性高，水化速率快，为何缓凝？水化产物C-S-H和Ca(OH)2形成速率快，但长大速率慢，不足以相互搭接形成凝聚结构。加速凝结的启示：出窑熟料凝结时间长，加矿渣共同粉磨制成水泥后，凝结时间缩短，为什么？矿渣具有潜在水硬性，本身含有部分熟料矿物组成，经水淬时与水反应，生成了部分水化产物，它们作为“晶种”，加速了水泥水化时生成的水化产物以它们为晶核而长大。研究目标：活化粉煤灰，使其生成部分水化产物，加速缓凝水泥的凝结。如何活化粉煤灰：粉煤灰化学成分：SiO2、Al2O3，而形成胶凝材料：需要CaO粉煤灰玻璃体表面致密，硅氧四面体结构稳定，火山灰活性低，需要高碱度破坏其结构加Ca(OH)2及强碱溶液（2）中期水化诱导期结束，C3S水化加速，伴随Ca(OH)2及C-S-H的形成和长大，液相中Ca(OH)2和C-S-H的过饱和度降低，又会相应地使它们的生长速度逐渐变慢。随着水化产物在颗粒周围的形成，C3S的水化也受到阻碍。因此，水化加速过程之间转入减速阶段。最初产物——外部产物：生长在颗粒原始周界以外由水所填充的空间后期产物——内部产物：生长在颗粒原始周界以内的区域。（3）后期水化反应界面区逐渐向颗粒内部推进，水离解的H+在内部产物中向内转移，一直到达未反应的C3S并与之作用，而界面区内部的Ca2+和Si4+则通过内部产物向外迁移，在界面区原子重新组排，使C3S转化成内部C-S-H。局部化学反应二、硅酸二钙的水化C2S的水化与C3S相似，但水化速度很慢。C2S的水化反应为：C2S+H2O=C-S-H+CH量少，但粗大些三、铝酸三钙的水化...