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1、2008年9月新工培训课程硅酸盐水泥的水化和硬化水化产物水化产物填充空隙填充空隙并将水泥并将水泥颗粒连接颗粒连接在一起在一起已水化的水已水化的水泥浆里留下泥浆里留下的孔隙的孔隙未水化水未水化水泥颗粒泥颗粒水泥的水化过程水泥的水化过程各矿物与水的作用，称为“一次水化作用”水化物之间的相互作用称“二次水化作用”n n在水泥的水化过程中，一次作用、二次在水泥的水化过程中，一次作用、二次作用是交织在一起进行的。作用是交织在一起进行的。水泥水熟熟料料石石膏膏混混合合材材料料水水化硬化水泥水（流体）可塑性浆体（塑性体）固体水泥水（流体）可塑性浆体（塑性体）固体凝结水泥的水化、凝结、硬化水泥的水化、凝结、硬
2、化n n水化水化水化水化物质由无水状态变为有水状态，由低含水变物质由无水状态变为有水状态，由低含水变物质由无水状态变为有水状态，由低含水变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。为高含水，统称为水化。为高含水，统称为水化。为高含水，统称为水化。n n凝结凝结凝结凝结水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，水泥加水拌和初期形成具有可塑性的浆体，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。然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。然后逐渐变稠并失去可塑性的过程称为凝结。n
3、 n硬化硬化硬化硬化凝结后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的凝结后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的凝结后，浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的凝结后，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。石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。石状固体（水泥石），这一过程称为硬化。第一节 熟料矿物的水化水泥熟料矿物组成主要矿物组成主要矿物组成主要矿物组成主要矿物组成：硅酸三钙：硅酸三钙：硅酸三钙：硅酸三钙：3CaOSiO3CaOSiO2 2 (C(C3 3S)S)硅酸二钙：硅酸二钙：硅酸二钙：硅酸二钙：2CaOSiO2CaOSiO2 2 (C(C2 2
4、S)S)铝酸三钙：铝酸三钙：铝酸三钙：铝酸三钙：3CaOAl3CaOAl2 2OO3 3 (C(C3 3A)A)铁铝酸四钙：铁铝酸四钙：铁铝酸四钙：铁铝酸四钙：4CaO Al4CaO Al2 2OO3 3 Fe Fe2 2OO3 3 (C(C4 4AF)AF)硅酸盐矿物75%（66%）22%95%其它其它5%：游离氧化钙：游离氧化钙：f-CaO 方镁石：（即结晶氧化镁）方镁石：（即结晶氧化镁）玻璃体：玻璃体：熔剂矿物1、C3S、C2S的水化n n C3S水化机理水化机理熟料颗粒与水接触时，熟料矿物表面立即与水发熟料颗粒与水接触时，熟料矿物表面立即与水发生水解或水化作用，生成新的水化产物并放出一
5、生水解或水化作用，生成新的水化产物并放出一定热量的过程。硅酸三钙水化生成水化硅酸钙凝定热量的过程。硅酸三钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。该水化反应的速度快，形成胶和氢氧化钙晶体。该水化反应的速度快，形成早期强度并生成早期水化热。早期强度并生成早期水化热。中期中期减速期减速期早期早期稳定期稳定期诱导前期诱导前期诱导期诱导期加速期加速期 初始水解，离初始水解，离子进入溶液，子进入溶液，15分钟分钟C3S水化各阶段的化学过程后期后期反应很快反应很快继续溶解，继续溶解，早期早期C-S-H形成，形成，1-4h基本相基本相当初凝当初凝反应慢反应慢稳定水化产稳定水化产物开始生长，物开始生长，4-8h
6、。终终凝已过，开凝已过，开始硬化始硬化反应快反应快水化产物继水化产物继续生长，微续生长，微结构发展，结构发展，12-24h反应变慢反应变慢微结构逐渐微结构逐渐密实，反应密实，反应速率很低，速率很低，基本稳定基本稳定反应很慢反应很慢1、C3S、C2S的水化n n C2S水化机理水化机理硅酸二钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙硅酸二钙水化生成水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙晶体。该水化反应的速度慢，对后期龄期混凝晶体。该水化反应的速度慢，对后期龄期混凝土强度的发展起关键作用。水化热释放缓慢土强度的发展起关键作用。水化热释放缓慢。1、C3S、C2S的水化的水化n n水化产物：水化产物：水化产物：水化产物：主
7、要是主要是C-S-HC-S-H、Ca(OH)Ca(OH)2 2 C-S-H C-S-H：称水化硅酸钙，其中称水化硅酸钙，其中C/SC/S比的大小与水灰比的大小与水灰比有关。比有关。C-S-H()：C/S=0.81.5薄片状结构C-S-H()：C/S=1.52.0纤维状结构分C-S-HC-S-H结晶度极差，接近于无定形，尺寸也结晶度极差，接近于无定形，尺寸也很小，接近于胶体范畴，所以一般称为硅很小，接近于胶体范畴，所以一般称为硅酸凝胶。酸凝胶。2、C3A的水化n nC3A水化机理水化机理铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体。铝酸三钙水化生成水化铝酸钙晶体。水化特征：水化反应很快，几分钟内开始水化特征：
8、水化反应很快，几分钟内开始快速反应，数小时就完全水化，而且放出快速反应，数小时就完全水化，而且放出大量热，掺有石膏时，反应则在延缓几小大量热，掺有石膏时，反应则在延缓几小时后，再加速水化。时后，再加速水化。2、C3A的水化影响水化反应的因素：影响水化反应的因素：水灰比；溶液中水灰比；溶液中AlAl2 2OO3 3的浓度；水化温度。的浓度；水化温度。n n水化产物：水化产物：常温下的水化产物有常温下的水化产物有C4AH19 C4AH13 C2AH8 C3AH6为最初产物，六方片状晶体、不稳定。为最初产物，六方片状晶体、不稳定。最终产物，立最终产物，立方晶系，稳定方晶系，稳定C3A的的水化产物以晶
9、体状态存在水化产物以晶体状态存在转化转化2、C3A的水化n n 石膏调凝的原理石膏调凝的原理石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状石膏与水化铝酸钙反应生成水化硫铝酸钙针状晶体（钙矾石）。该晶体难溶，包裹在水泥熟晶体（钙矾石）。该晶体难溶，包裹在水泥熟料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥料的表面上，形成保护膜，阻碍水分进入水泥内部，使水化反应延缓下来，从而避免了纯水内部，使水化反应延缓下来，从而避免了纯水泥熟料水化产生急凝现象。所以，石膏在水泥泥熟料水化产生急凝现象。所以，石膏在水泥中起调节凝结时间的作用。中起调节凝结时间的作用。2、C3A的水化在石膏、氧化钙同时存在条件下：在石膏、氧化钙
10、同时存在条件下：4CaO.Al2O3.13H2O+3(CaSO4.2H2O)+14H2O=3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O+Ca(OH)2形成三硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石（形成三硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石（形成三硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石（形成三硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石（AFtAFtAFtAFt）。当当C3A尚未完全水化而石膏已经耗尽时：尚未完全水化而石膏已经耗尽时：C C C C3 3 3 3A A A A 水化所成的水化所成的水化所成的水化所成的C C C C4 4 4 4AHAHAHAH13131313 又能与又能与又能与又能与先前形成的先前形成的先前形成的先前形
11、成的钙矾石钙矾石钙矾石钙矾石反应，生成单硫型水化硫铝酸钙（反应，生成单硫型水化硫铝酸钙（反应，生成单硫型水化硫铝酸钙（反应，生成单硫型水化硫铝酸钙（AFmAFmAFmAFm）。）。）。）。2 2（4C4CaO.AlaO.Al2 2OO3 3.13H.13H2 2OO）+3CaO.Al+3CaO.Al2 2OO3 3.3CaSO.3CaSO4 4.32H.32H2 2O O=3=3（3CaO.Al3CaO.Al2 2OO3 3.CaSO.CaSO4 4.12H.12H2 2OO）+2Ca(OH)+2Ca(OH)2 2+20H+20H2 2OO2、C3A的水化当当石膏掺量极少，所有的钙矾石都转化成
12、石膏掺量极少，所有的钙矾石都转化成单硫型水化硫铝酸钙（单硫型水化硫铝酸钙（AFm）后，就可后，就可能还有未水化的能还有未水化的C3A余下，则会形成余下，则会形成单硫单硫型水化硫铝酸钙与型水化硫铝酸钙与C4AH13的固溶体：的固溶体：3CaO.Al3CaO.Al2 2OO3 3.CaSO.CaSO4 4.12H.12H2 2O+3CaO.AlO+3CaO.Al2 2OO3 3 +Ca(OH)+Ca(OH)2 2+12H+12H2 2O=2O=2（3 3（CaO.AlCaO.Al2 2OO3 3(CaSO(CaSO4 4、Ca(OH)Ca(OH)2 2).12H).12H2 2O)O)2、C3A的
13、水化C C3 3A A的水化的水化产物产物实际参加反应的实际参加反应的实际参加反应的实际参加反应的CSHCSHCSHCSH2/C3A2/C3A2/C3A2/C3A摩尔比摩尔比摩尔比摩尔比水化产物水化产物水化产物水化产物3.03.03.03.0钙矾钙矾钙矾钙矾石（石（石（石（AFAFAFAFt t t t）3.0-1.03.0-1.03.0-1.03.0-1.0钙钙钙钙矾石矾石矾石矾石+单硫型水化硫铝酸钙（单硫型水化硫铝酸钙（单硫型水化硫铝酸钙（单硫型水化硫铝酸钙（AFmAFmAFmAFm）1.01.01.01.0单硫型水化硫铝酸钙（单硫型水化硫铝酸钙（单硫型水化硫铝酸钙（单硫型水化硫铝酸钙（A
14、FmAFmAFmAFm）小于小于小于小于1.01.01.01.0单硫型固溶体（单硫型固溶体（单硫型固溶体（单硫型固溶体（C C C C3 3 3 3A A A A（CSCSCSCS、CHCHCHCH）H HH H12121212）0 0 0 0水水水水石榴石（石榴石（石榴石（石榴石（C C C C3 3 3 3A HA HA HA H6 6 6 6）2、C3A的水化决定决定决定决定C C3 3A A水化速率、水化产物的主要因素是：水化速率、水化产物的主要因素是：水化速率、水化产物的主要因素是：水化速率、水化产物的主要因素是：石膏的存在与否及其掺量、溶解情况。石膏的存在与否及其掺量、溶解情况。石
15、膏的存在与否及其掺量、溶解情况。石膏的存在与否及其掺量、溶解情况。一般硅酸盐水泥的石膏掺量，其最终的铝酸盐一般硅酸盐水泥的石膏掺量，其最终的铝酸盐一般硅酸盐水泥的石膏掺量，其最终的铝酸盐一般硅酸盐水泥的石膏掺量，其最终的铝酸盐水化物常为钙矾石水化物常为钙矾石水化物常为钙矾石水化物常为钙矾石+单硫型水化硫铝酸钙单硫型水化硫铝酸钙单硫型水化硫铝酸钙单硫型水化硫铝酸钙（AFmAFmAFmAFm）3、C4AF 的水化n n C4AF水化机理水化机理水化生成水化铝酸钙晶体和水化水化生成水化铝酸钙晶体和水化铁酸钙凝胶。该水化反应的速度铁酸钙凝胶。该水化反应的速度和水化放热量均属中等。和水化放热量均属中等。
16、3、C4AF 的水化n n水化过程水化过程水化过程水化过程:与与与与C C C C3 3 3 3A A A A极为相似，但速度略慢。极为相似，但速度略慢。极为相似，但速度略慢。极为相似，但速度略慢。n n影响因素影响因素影响因素影响因素：水灰比；温度；水灰比；温度；水灰比；温度；水灰比；温度；Al/FeAl/FeAl/FeAl/Fe比比比比。n n水化产物（水化铁（铝）酸钙）：水化产物（水化铁（铝）酸钙）：水化产物（水化铁（铝）酸钙）：水化产物（水化铁（铝）酸钙）：C4(AF)H13、C3(AF)H6C C4 4(AF)H(AF)H1313与与C C4 4AHAH1919、C C4 4AHAH
17、1313、C C2 2AHAH8 8 很相似，只是其中很相似，只是其中有部分有部分AlAl3+3+被被FeFe3+3+代替，因而它与代替，因而它与C-A-HC-A-H有着极为相似的特有着极为相似的特性。不稳定，易转变为性。不稳定，易转变为C C3 3(AF)H(AF)H6 6并并析出析出Ca(OH)Ca(OH)2 2 ，Ca(OH)Ca(OH)2 2的存在会延缓其转化。的存在会延缓其转化。C C4 4(AF)H(AF)H1313与与CaSOCaSO4 4的反应速度远低于的反应速度远低于C C3 3AHAH6 6，因此，因此，C C4 4AFAF抗硫酸盐性能好抗硫酸盐性能好水化铁酸钙水化铁酸钙为
18、胶体状态，会在铁酸盐周围形成一层保护膜，为胶体状态，会在铁酸盐周围形成一层保护膜，降低水化速度。降低水化速度。4 4、玻璃体及其它矿物的水化、玻璃体及其它矿物的水化n n玻璃体的水化：玻璃体的水化：玻璃体的水化：玻璃体的水化：玻璃体中的主要成分玻璃体中的主要成分玻璃体中的主要成分玻璃体中的主要成分为为为为CaOCaOCaOCaO 、AlAlAlAl2 2 2 2OOOO3 3 3 3、FeFeFeFe2 2 2 2OOOO3 3 3 3，所以它的水化产物所以它的水化产物所以它的水化产物所以它的水化产物为为为为C C C C3 3 3 3AHAHAHAH6 6 6 6 C C C C3 3 3
19、3FHFHFHFH6 6 6 6之间的固溶体，由于在玻之间的固溶体，由于在玻之间的固溶体，由于在玻之间的固溶体，由于在玻璃体内含有少量的璃体内含有少量的璃体内含有少量的璃体内含有少量的SiOSiOSiOSiO2 2 2 2,MgO,MgO,MgO,MgO等，所以有部等，所以有部等，所以有部等，所以有部分水分子可能被分水分子可能被分水分子可能被分水分子可能被SiOSiOSiOSiO2 2 2 2代替，生成更复杂的固代替，生成更复杂的固代替，生成更复杂的固代替，生成更复杂的固溶体水化石榴石。温度越高，代替越多。溶体水化石榴石。温度越高，代替越多。溶体水化石榴石。温度越高，代替越多。溶体水化石榴石。
20、温度越高，代替越多。n nf-f-f-f-CaOCaOCaOCaO:CaO+H CaO+H CaO+H CaO+H2 2 2 2O=Ca(OH)O=Ca(OH)O=Ca(OH)O=Ca(OH)2 2 2 2n nf-MgOf-MgOf-MgOf-MgO:MgO+H MgO+H MgO+H MgO+H2 2 2 2O=Mg(OH)O=Mg(OH)O=Mg(OH)O=Mg(OH)2 2 2 2第二节第二节 硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化n n水泥与水拌和后，就立即发生化学反应，C3S、C3A、C4AF很快与水反应，C3S水化生成C-S-H、Ca(OH)2，同时CaSO4与含碱化合物也迅速溶解，因
21、此在加水后的一短瞬间，填充在颗粒之间的液相已不再是纯水，而是含有各种离子的溶液，因而，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+等离子第二节第二节 硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化n n熟料首先在此种溶液中解体，分散，悬浮在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，发此间又化合，之后水化产物凝结、硬化，发挥强度，因此挥强度，因此 ，水化过程实际上就是熟料，水化过程实际上就是熟料解体解体水化水化水化产物凝聚水化产物凝聚水泥石，水泥石，开
22、始是解体、水化占主导作用，以后是凝聚开始是解体、水化占主导作用，以后是凝聚占主导作用。占主导作用。（一）、水化反应n n水泥加水后，首先石膏迅速溶于水中，水泥加水后，首先石膏迅速溶于水中，水泥加水后，首先石膏迅速溶于水中，水泥加水后，首先石膏迅速溶于水中，C C C C3 3 3 3A A A A立即发立即发立即发立即发生反应，生反应，生反应，生反应，C C C C4 4 4 4AF AF AF AF、C C C C3 3 3 3S S S S 也也也也同时发生水化，但水化产同时发生水化，但水化产同时发生水化，但水化产同时发生水化，但水化产物不是物不是物不是物不是C-A-HC-A-HC-A-H
23、C-A-H，而是而是而是而是C C C C3 3 3 3A A A A与与与与石膏反应：石膏反应：石膏反应：石膏反应：石膏充足时，生成三硫型水化硫铝酸钙，俗称钙石膏充足时，生成三硫型水化硫铝酸钙，俗称钙石膏充足时，生成三硫型水化硫铝酸钙，俗称钙石膏充足时，生成三硫型水化硫铝酸钙，俗称钙矾石，称为矾石，称为矾石，称为矾石，称为AFtAFtAFtAFt相；（相；（相；（相；（C C C C3 3 3 3A3 CaSOA3 CaSOA3 CaSOA3 CaSO4 4 4 432 H32 H32 H32 H2 2 2 2OOOO）石膏耗尽，液相中还有石膏耗尽，液相中还有石膏耗尽，液相中还有石膏耗尽，液
24、相中还有C C C C3 3 3 3A A A A时，生成单硫型水化时，生成单硫型水化时，生成单硫型水化时，生成单硫型水化硫铝酸钙，称为硫铝酸钙，称为硫铝酸钙，称为硫铝酸钙，称为AFmAFmAFmAFm相；（相；（相；（相；（C C C C3 3 3 3ACaSOACaSOACaSOACaSO4 4 4 42 2 2 2 H HH H2 2 2 2OOOO）如还有如还有如还有如还有C C C C3 3 3 3A A A A则则则则形成形成形成形成C C C C3 3 3 3AHAHAHAH6 6 6 6n nC C C C4 4 4 4AFAFAFAF的的的的水化：水化：水化：水化：与与C C
25、3 3A A相似，相似，加水后首先形成加水后首先形成水化硫铝酸盐和水化铁铝水化硫铝酸盐和水化铁铝酸盐的固溶体：酸盐的固溶体：3CaO (Al3CaO (Al2 2OO3 3 FeFe2 2OO3 3)3 3 CaSOCaSO4 432 H32 H2 2OO但但形成速度比形成速度比AFtAFt慢；慢；当石膏量不足时，形成当石膏量不足时，形成3CaO (Al3CaO (Al2 2OO3 3 FeFe2 2OO3 3)CaSOCaSO4 432 H32 H2 2OO；如石膏耗尽则形成如石膏耗尽则形成C C3 3（AFAF）HH6 6 n nC C C C3 3 3 3S S S S、C C C C2
26、 2 2 2S S S S的水化：的水化：的水化：的水化：基本上不受石膏的影响，与基本上不受石膏的影响，与单矿物的水化基本一致，水化产物为单矿物的水化基本一致，水化产物为C-S-HC-S-H与与Ca(OH)Ca(OH)2 2n n石膏的石膏的掺入掺入主要是改变了主要是改变了C C3 3A A、C C4 4AFAF的的水化水化水化速度水化速度水化产物水化产物n n综上所述，综上所述，水泥的水化反应过程如下：水泥的水化反应过程如下：水泥的水化反应过程如下：水泥的水化反应过程如下：水泥加水后，水泥加水后，C C3 3S S、C C3 3A A、C C4 4AFAF均很快水化，均很快水化，同时石膏迅速
27、溶解，形成同时石膏迅速溶解，形成 Ca(OH)Ca(OH)2 2与与 CaSOCaSO4 4 的的饱饱和溶液，水化产物首先出现六方板状的和溶液，水化产物首先出现六方板状的Ca(OH)Ca(OH)2 2 与针状的与针状的AFtAFt相（三相（三硫型水化硫铝酸钙）以及无硫型水化硫铝酸钙）以及无定形的定形的C-S-HC-S-H。之后，由于不断生成之后，由于不断生成AFtAFt相，相，SOSO4 42-2-不断减少，继而形成不断减少，继而形成AFmAFmAFmAFm （单硫型水化硫铝酸钙）单硫型水化硫铝酸钙）相相及及C-A-HC-A-H晶体晶体和和C4C4（AFAF）晶体。晶体。n n水泥的水化过程简
28、单划分为三个阶段：水泥的水化过程简单划分为三个阶段：水泥的水化过程简单划分为三个阶段：水泥的水化过程简单划分为三个阶段：1 1.钙矾石形成期：钙矾石形成期：C C3 3A A率先水化，在石膏存在备率先水化，在石膏存在备件下，迅速形成钙矾石，导致第一放热峰。件下，迅速形成钙矾石，导致第一放热峰。2 2、C C3 3S S水化期：水化期：C C3 3S S开始迅速水化，大量放热，开始迅速水化，大量放热，形成第二放热峰。有时会有第三放热峰或在第二形成第二放热峰。有时会有第三放热峰或在第二放热上出现一个放热上出现一个“峰肩峰肩”，一般认为是由于钙矾，一般认为是由于钙矾石转化成单硫铝（铁）酸钙而引起的。
29、石转化成单硫铝（铁）酸钙而引起的。3 3、结构形成和发展期：放热速率很低，趋于稳、结构形成和发展期：放热速率很低，趋于稳定。定。（二）、水化产物（二）、水化产物n n常温下的主要水化产物：常温下的主要水化产物：n n常压蒸汽养护（常压蒸汽养护（常压蒸汽养护（常压蒸汽养护（100100100100）时的水化产物）时的水化产物）时的水化产物）时的水化产物：水化硅酸钙水化硅酸钙Ca(OH)Ca(OH)2 2水化硫铝（铁）酸钙固溶体：水化硫铝（铁）酸钙固溶体：水化铝（铁）酸钙及其固溶：水化铝（铁）酸钙及其固溶：一般生成物C4（AF）H13最终生成物C3AH6-C3FH6固溶体，溶解度小，抗硫酸盐能力强
30、三硫型的针状单硫型的六方片状：最终C-S-H（）C4A C4F 不稳定，易转变为C3AH6、C3（AF）H6 AFt相分解为AFm相和CaSO4（三）、水化速率（三）、水化速率n n水化速度的意义：水化速度的意义：水化速度影响水泥强度的发挥和安定性安定性n n表示方法：表示方法：水化速度：水化速度：单位时间内的水化程度或水化深度 水化程度：水化程度：在一定的时间内水泥发生水化作用的量和完全水化量的比值，以百分率表示。水化深度：水化深度：水泥颗粒已水化层的厚度，以微米表示。测定方法测定方法：直接法：直接法：岩相岩相X射线和热分析射线和热分析间接法：间接法：结合水、水化热或结合水、水化热或Ca(O
31、H)2生成量生成量n n影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：1 1、熟料的矿物组成：熟料的矿物组成：熟料的矿物组成：熟料的矿物组成：28282828天内各矿物的水化速度天内各矿物的水化速度天内各矿物的水化速度天内各矿物的水化速度为为为为C C C C3 3 3 3A A A A C C C C3 3 3 3S S S S C C C C4 4 4 4AFAFAFAFC C C C2 2 2 2S S S S或或或或C C C C3 3 3 3A A A AC C C C4 4 4 4AFAFAFAFC C C C3 3 3 3S S S SC C C C2 2 2 2S S S S。2 2
32、 2 2、水灰比：水灰比：水灰比：水灰比：1 1 1 1）影响水泥浆的结构和孔隙率）影响水泥浆的结构和孔隙率）影响水泥浆的结构和孔隙率）影响水泥浆的结构和孔隙率；2 2 2 2）影响水化速度。）影响水化速度。）影响水化速度。）影响水化速度。水灰比在水灰比在水灰比在水灰比在0.25-1.00.25-1.00.25-1.00.25-1.0间无明显影响。间无明显影响。间无明显影响。间无明显影响。3 3 3 3、水泥细度：水泥细度：水泥细度：水泥细度：1 1 1 1）细度越细，反应物的表面积）细度越细，反应物的表面积）细度越细，反应物的表面积）细度越细，反应物的表面积越大，反应速度越快；越大，反应速度
33、越快；越大，反应速度越快；越大，反应速度越快；2 2 2 2）磨细的过程中，使）磨细的过程中，使）磨细的过程中，使）磨细的过程中，使晶格扭曲程度增大，晶格缺陷增加，使水化晶格扭曲程度增大，晶格缺陷增加，使水化晶格扭曲程度增大，晶格缺陷增加，使水化晶格扭曲程度增大，晶格缺陷增加，使水化反应易于进行反应易于进行反应易于进行反应易于进行4 4 4 4、养护温度：养护温度：养护温度：养护温度：温度越高，速度越快。温度对水温度越高，速度越快。温度对水温度越高，速度越快。温度对水温度越高，速度越快。温度对水化速度的影响主要在早期，对后期影响不大。化速度的影响主要在早期，对后期影响不大。化速度的影响主要在早
34、期，对后期影响不大。化速度的影响主要在早期，对后期影响不大。；温度低于；温度低于；温度低于；温度低于-10-10-10-10水泥基本不发生水化。水泥基本不发生水化。水泥基本不发生水化。水泥基本不发生水化。5 5 5 5、外加剂：外加剂：外加剂：外加剂：促凝剂、早强剂、缓凝剂促凝剂、早强剂、缓凝剂促凝剂、早强剂、缓凝剂促凝剂、早强剂、缓凝剂熟料矿物对水泥性质的影响矿物名称矿物名称矿物名称矿物名称特特特特 性性性性强强强强 度度度度 发发发发 展展展展水水水水 化化化化 热热热热耐耐耐耐 腐腐腐腐 蚀蚀蚀蚀 能力能力能力能力早早早早 期期期期后后后后 期期期期C C C C3 3 3 3S S S
35、 S大大大大大大大大中中中中中中中中C C C C2 2 2 2S S S S小小小小大大大大小小小小大大大大C C C C3 3 3 3A A A A大大大大小小小小大大大大小小小小C C C C4 4 4 4AFAFAFAF小小小小中中中中小小小小大大大大第三节第三节 水泥的凝结与硬化过水泥的凝结与硬化过程程n n水泥加水水化溶胶Ca(OH)2等产物（表现出流动性和可塑性）逐渐失去流动性，而具有可塑性失去可塑性（成为凝胶）即为凝结凝结产生一定的机械强度并逐渐升高，即为硬化硬化。第三节第三节 水泥的凝结与硬化过水泥的凝结与硬化过程程n n因此，水化是凝结硬化的前提，而凝结硬化则是水化的结果。
36、从整体上看，凝结与硬化只是同一过程的不同阶段，其区别只是凝结标志着浆体失去流动性，而具有一定的塑性强度，硬化则表示浆体固化后产生一定的机械工业强度。图4.2 硬化水泥石结构 n n硬化机理：硬化机理：有多种说法，如阶段学说溶解阶段溶解阶段胶化阶段胶化阶段结晶阶段结晶阶段n n凝结硬化过程中体系结构的变化凝结硬化过程中体系结构的变化 第一阶段：第一阶段：初凝时间内，晶体太小，初凝时间内，晶体太小，不能连接成网状结构，水泥浆成塑性状不能连接成网状结构，水泥浆成塑性状态，孔隙率没显著下降。态，孔隙率没显著下降。第二阶段：第二阶段：大约从初凝到大约从初凝到2424小时为小时为止，水化开始加速，连接成网
37、状结构，止，水化开始加速，连接成网状结构，随着水化物的继续增多，孔隙率明显减随着水化物的继续增多，孔隙率明显减少，网状结构不断致密，强度不断增长。少，网状结构不断致密，强度不断增长。第三阶段：第三阶段：2424小时后到水化结束，小时后到水化结束，孔隙率不断减小，结构致密，强度增加。孔隙率不断减小，结构致密，强度增加。硬化水泥浆体的组成与结构硬化水泥浆体的组成与结构n n结构：结构：由由水化产物、残存熟料、孔水化产物、残存熟料、孔隙及孔隙中的水和空气隙及孔隙中的水和空气组成，外观类组成，外观类似于天然石材，称为水泥石。似于天然石材，称为水泥石。n组成：组成：C-S-HC-S-HC-S-HC-S-
38、H：70%70%70%70%Ca(OH)Ca(OH)Ca(OH)Ca(OH)2 2 2 2：20%20%20%20%AFtAFtAFtAFt 、AFmAFmAFmAFm ：7%7%7%7%未水化残留物和其它微量组份：未水化残留物和其它微量组份：未水化残留物和其它微量组份：未水化残留物和其它微量组份：3%3%3%3%硬化水泥浆体的组成与结构硬化水泥浆体的组成与结构nC-S-HC-S-Hn n组成：假定组成：假定组成：假定组成：假定C-S-HC-S-HC-S-HC-S-H的分子式为的分子式为的分子式为的分子式为C3S2H3C3S2H3C3S2H3C3S2H3，即钙硅比，即钙硅比，即钙硅比，即钙硅比
39、C/S=1.5,C/S=1.5,C/S=1.5,C/S=1.5,水硅比水硅比水硅比水硅比H/S=1.5H/S=1.5H/S=1.5H/S=1.5；实际上这这两个比值不是；实际上这这两个比值不是；实际上这这两个比值不是；实际上这这两个比值不是固定的值，也就是固定的值，也就是固定的值，也就是固定的值，也就是C-S-HC-S-HC-S-HC-S-H的化学组成是不固定的。的化学组成是不固定的。的化学组成是不固定的。的化学组成是不固定的。n n结构：结构：结构：结构：C-S-HC-S-HC-S-HC-S-H呈无定形胶体状，粒子球形，其结晶程呈无定形胶体状，粒子球形，其结晶程呈无定形胶体状，粒子球形，其结
40、晶程呈无定形胶体状，粒子球形，其结晶程度极差。度极差。度极差。度极差。n n形貌：形貌：形貌：形貌：C-S-HC-S-HC-S-HC-S-H呈不同形貌，一种纤维状粒子；第二种呈不同形貌，一种纤维状粒子；第二种呈不同形貌，一种纤维状粒子；第二种呈不同形貌，一种纤维状粒子；第二种网络状粒子，第三种等大粒子，第四种为内部产物。网络状粒子，第三种等大粒子，第四种为内部产物。网络状粒子，第三种等大粒子，第四种为内部产物。网络状粒子，第三种等大粒子，第四种为内部产物。硬化水泥浆体的组成与结构硬化水泥浆体的组成与结构nCa(OH)Ca(OH)2 2n n具有固定化学组成，纯度极高，仅有极少量具有固定化学组成
41、，纯度极高，仅有极少量具有固定化学组成，纯度极高，仅有极少量具有固定化学组成，纯度极高，仅有极少量Si Si Si Si、FeFeFeFe和和和和S S S S。结晶良好，属三方晶系，具有层状结构。结晶良好，属三方晶系，具有层状结构。结晶良好，属三方晶系，具有层状结构。结晶良好，属三方晶系，具有层状结构。n n水化过程到达加速期，较多的水化过程到达加速期，较多的水化过程到达加速期，较多的水化过程到达加速期，较多的Ca(OH)2Ca(OH)2Ca(OH)2Ca(OH)2晶体即在充水晶体即在充水晶体即在充水晶体即在充水空间中成核结晶析出。其生长特点：只在现有空间中空间中成核结晶析出。其生长特点：只
42、在现有空间中空间中成核结晶析出。其生长特点：只在现有空间中空间中成核结晶析出。其生长特点：只在现有空间中生长，如果遇阻挡，则会朝另外方向转向长大，甚至生长，如果遇阻挡，则会朝另外方向转向长大，甚至生长，如果遇阻挡，则会朝另外方向转向长大，甚至生长，如果遇阻挡，则会朝另外方向转向长大，甚至绕过水化中的水泥颗粒而将其完全包裹起来。绕过水化中的水泥颗粒而将其完全包裹起来。绕过水化中的水泥颗粒而将其完全包裹起来。绕过水化中的水泥颗粒而将其完全包裹起来。AFtAFt 、AFmAFm n nAftAftAftAft（钙矾石）：钙矾石）：钙矾石）：钙矾石）：柱状或针状柱状或针状柱状或针状柱状或针状晶体，溶解
43、度小，有晶体，溶解度小，有晶体，溶解度小，有晶体，溶解度小，有助于提高早期强度，抗拉、抗折性能好，水化初助于提高早期强度，抗拉、抗折性能好，水化初助于提高早期强度，抗拉、抗折性能好，水化初助于提高早期强度，抗拉、抗折性能好，水化初期可起骨架作用。期可起骨架作用。期可起骨架作用。期可起骨架作用。n nAfmAfmAfmAfm（单（单（单（单硫型水化硫铝酸钙）硫型水化硫铝酸钙）硫型水化硫铝酸钙）硫型水化硫铝酸钙）：六方板状晶体，六方板状晶体，六方板状晶体，六方板状晶体，溶解度比溶解度比溶解度比溶解度比AFtAFtAFtAFt 大，体积增加小，强度不大，但接大，体积增加小，强度不大，但接大，体积增加
44、小，强度不大，但接大，体积增加小，强度不大，但接触各种触各种触各种触各种SOSOSOSO4 4 4 42-2-2-2-后，会转变为后，会转变为后，会转变为后，会转变为AFtAFtAFtAFt。引起很大的体积引起很大的体积引起很大的体积引起很大的体积膨胀。膨胀。膨胀。膨胀。n孔及其结构特征孔及其结构特征 各种尺寸的孔也是硬化水泥浆体的一个重要组成，各种尺寸的孔也是硬化水泥浆体的一个重要组成，各种尺寸的孔也是硬化水泥浆体的一个重要组成，各种尺寸的孔也是硬化水泥浆体的一个重要组成，总孔隙率、孔径及其分布、孔的形态以及孔壁所总孔隙率、孔径及其分布、孔的形态以及孔壁所总孔隙率、孔径及其分布、孔的形态以及
45、孔壁所总孔隙率、孔径及其分布、孔的形态以及孔壁所形成的巨大内表面积，形成的巨大内表面积，形成的巨大内表面积，形成的巨大内表面积，是硬化水泥浆体的重要结是硬化水泥浆体的重要结是硬化水泥浆体的重要结是硬化水泥浆体的重要结构特征。构特征。构特征。构特征。n孔及其结构特征孔及其结构特征 孔径分布及总孔隙率：孔径分布及总孔隙率：孔径分布及总孔隙率：孔径分布及总孔隙率：水化产物的体积要大于熟料矿物的体积，每水化产物的体积要大于熟料矿物的体积，每水化产物的体积要大于熟料矿物的体积，每水化产物的体积要大于熟料矿物的体积，每1cm1cm1cm1cm3 3 3 3的的的的水泥水化后约需占据水泥水化后约需占据水泥水
46、化后约需占据水泥水化后约需占据2.2cm2.2cm2.2cm2.2cm3 3 3 3的空间。的空间。的空间。的空间。约约约约45%45%45%45%的水化产物处于水泥颗粒原来的周界之内，的水化产物处于水泥颗粒原来的周界之内，的水化产物处于水泥颗粒原来的周界之内，的水化产物处于水泥颗粒原来的周界之内，成为内部水化产物；另有成为内部水化产物；另有成为内部水化产物；另有成为内部水化产物；另有55%55%55%55%为外部水化产物，为外部水化产物，为外部水化产物，为外部水化产物，占据着原先充水的空间。随着水化过程的进展，占据着原先充水的空间。随着水化过程的进展，占据着原先充水的空间。随着水化过程的进展
47、，占据着原先充水的空间。随着水化过程的进展，原来充水的空间减少，而没有被水化产物填充的原来充水的空间减少，而没有被水化产物填充的原来充水的空间减少，而没有被水化产物填充的原来充水的空间减少，而没有被水化产物填充的空间，则形成极不规则的毛细孔。空间，则形成极不规则的毛细孔。空间，则形成极不规则的毛细孔。空间，则形成极不规则的毛细孔。C-S-HC-S-HC-S-HC-S-H凝胶所占据凝胶所占据凝胶所占据凝胶所占据的空间内还存在着孔，尺寸极为细小。扫描电镜也难分辨。的空间内还存在着孔，尺寸极为细小。扫描电镜也难分辨。的空间内还存在着孔，尺寸极为细小。扫描电镜也难分辨。的空间内还存在着孔，尺寸极为细小
48、。扫描电镜也难分辨。孔及其结构特征类别类别类别类别名称名称名称名称孔中水的作用孔中水的作用孔中水的作用孔中水的作用对浆体性能影响对浆体性能影响对浆体性能影响对浆体性能影响粗孔粗孔粗孔粗孔 球形大孔球形大孔球形大孔球形大孔与一般水相同与一般水相同与一般水相同与一般水相同强度，渗透性强度，渗透性强度，渗透性强度，渗透性毛细毛细毛细毛细孔孔孔孔大毛孔大毛孔大毛孔大毛孔与一般水相同与一般水相同与一般水相同与一般水相同强度，渗透性强度，渗透性强度，渗透性强度，渗透性小毛孔小毛孔小毛孔小毛孔产生中等的表面张产生中等的表面张产生中等的表面张产生中等的表面张力力力力强度，渗透性高强度，渗透性高强度，渗透性高强
49、度，渗透性高湿度下收缩湿度下收缩湿度下收缩湿度下收缩凝胶凝胶凝胶凝胶孔孔孔孔胶粒间孔胶粒间孔胶粒间孔胶粒间孔产生强的表面张力产生强的表面张力产生强的表面张力产生强的表面张力相对湿度相对湿度相对湿度相对湿度50%50%50%50%以以以以下收缩下收缩下收缩下收缩微孔微孔微孔微孔强吸附水强吸附水强吸附水强吸附水收缩收缩收缩收缩层间孔层间孔层间孔层间孔结构水结构水结构水结构水收缩收缩收缩收缩n内表面积内表面积 水化产物水化产物水化产物水化产物C-S-HC-S-HC-S-HC-S-H凝胶的高度分散性，加上数量众多凝胶的高度分散性，加上数量众多凝胶的高度分散性，加上数量众多凝胶的高度分散性，加上数量众多
50、的微细孔隙构成硬化水泥浆体的具大内表面积。的微细孔隙构成硬化水泥浆体的具大内表面积。的微细孔隙构成硬化水泥浆体的具大内表面积。的微细孔隙构成硬化水泥浆体的具大内表面积。测定方法：常用水蒸气吸附法进行测定。测定方法：常用水蒸气吸附法进行测定。测定方法：常用水蒸气吸附法进行测定。测定方法：常用水蒸气吸附法进行测定。不同方法测得的比表面积可能相差很大，用氮气作不同方法测得的比表面积可能相差很大，用氮气作不同方法测得的比表面积可能相差很大，用氮气作不同方法测得的比表面积可能相差很大，用氮气作为吸附气体时，结果只有水蒸气吸附法的为吸附气体时，结果只有水蒸气吸附法的为吸附气体时，结果只有水蒸气吸附法的为吸