硅酸盐水泥的基本组成、水化和硬化机理
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关于硅酸盐水泥的水化和硬化
可以作为上述假说的一个论证。同时，
Ca(OH)2还会和硅酸根离子相结合，因而也可 作为C-S-H的晶核。较近的一些研究表明，诱
导期更可能是由于C-S-H的成核和生长受到延
缓的缘故。
斯卡尔内 (J.Skalng ）和杨（J. F.Young)
当与水接触后在C3S表面有晶格缺陷的部位即 活化点上很快发生水解， Ca2+和OH-进入溶液， 就在 C3S表面形成一个缺钙的‘富硅层”。接 着， Ca2+吸附到‘富硅层”表面形成双电层， 从而使C3S溶解受阻而出现诱导期。
二、硅酸三钙
1、水化反应 在常温下：
3 C a O S i O 2 n H 2 O = x C a O S i O 2 y H 2 O 3 - x C a O H 2
C 3 S n H = x C -S -H 3 -x C H
水化产物是水化硅酸钙和氢氧化钙。
2、水化过程
2、水化过程
关于硅酸盐水泥的水化和硬化
一、水泥熟料矿物的水化过程
水泥的水化：一种物质从无水状态变为含水状 态或从含水少的状态变为含水多的状态。
类型： 1、原物质不含水，与水作用后，变为含水化
合物。 2、原物质本身含一定量的水，与水作用后，
变为含水多的物质。 3、水解反应（加水分解）
（一）水泥熟料矿物的水化原因
保护膜理论
斯坦因(H.N.Stein)等人认为，诱导期是由于水化产 物形成了保护膜层。当保护膜破坏时，诱导期就结 束，即所谓“保护膜理论”。他们假设C3S在水中是 一致溶，最初生成的第一水化物C3SHn 很快就在 C3S周围形成了致密的保护膜层，从而阻碍了C3S 的 进一步水化，使放热变慢，向液相溶出Ca2+的速率 也相应降低，导致诱导期的开始。当第一水化物转 变为较易使离子通过的第二水化物(C/S≈0.8～1.5) 时，水化重新加速，较多的Ca2+和OH-进入液相达 到过饱和，并加快放热，诱导期即告结束。
Ca(OH)2还会和硅酸根离子相结合，因而也可 作为C-S-H的晶核。较近的一些研究表明，诱
导期更可能是由于C-S-H的成核和生长受到延
缓的缘故。
斯卡尔内 (J.Skalng ）和杨（J. F.Young)
当与水接触后在C3S表面有晶格缺陷的部位即 活化点上很快发生水解， Ca2+和OH-进入溶液， 就在 C3S表面形成一个缺钙的‘富硅层”。接 着， Ca2+吸附到‘富硅层”表面形成双电层， 从而使C3S溶解受阻而出现诱导期。
二、硅酸三钙
1、水化反应 在常温下：
3 C a O S i O 2 n H 2 O = x C a O S i O 2 y H 2 O 3 - x C a O H 2
C 3 S n H = x C -S -H 3 -x C H
水化产物是水化硅酸钙和氢氧化钙。
2、水化过程
2、水化过程
关于硅酸盐水泥的水化和硬化
一、水泥熟料矿物的水化过程
水泥的水化：一种物质从无水状态变为含水状 态或从含水少的状态变为含水多的状态。
类型： 1、原物质不含水，与水作用后，变为含水化
合物。 2、原物质本身含一定量的水，与水作用后，
变为含水多的物质。 3、水解反应（加水分解）
（一）水泥熟料矿物的水化原因
保护膜理论
斯坦因(H.N.Stein)等人认为，诱导期是由于水化产 物形成了保护膜层。当保护膜破坏时，诱导期就结 束，即所谓“保护膜理论”。他们假设C3S在水中是 一致溶，最初生成的第一水化物C3SHn 很快就在 C3S周围形成了致密的保护膜层，从而阻碍了C3S 的 进一步水化，使放热变慢，向液相溶出Ca2+的速率 也相应降低，导致诱导期的开始。当第一水化物转 变为较易使离子通过的第二水化物(C/S≈0.8～1.5) 时，水化重新加速，较多的Ca2+和OH-进入液相达 到过饱和，并加快放热，诱导期即告结束。
08-硅酸盐水泥的水化和硬化讲解
熔剂矿物
玻璃体： 12
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”
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。
一 水泥熟料矿物的水化
1、C3S、C2S的水化
水化产物：主要是C-S-H、Ca(OH)2 C-S-H：称水化硅酸钙，其中C/S比的大小与 水灰比有关。
反应重新加快，反应速率随时间而增长，出现第二个放热 峰，在峰顶达最大反应速度，相应为最大放热速率。加速期处 于 4-8h ，然后开始早期硬化。 4. 衰减期
反应速率随时间下降，又称减速期，处于 12^-24h ，由于水 化产物 CH 和 C-S-H 从溶液中结晶出来而在 C3S 表面形成包裹 层，故水化作用受水通过产物层的扩散控制而变慢。 5. 稳定期
20
C3S 水化各阶段的化学过程和动 力学行为
21
C2S水化
β -C 2 S 的水化与 C3 S 相似，只不过水化速度 慢而已。 2CaO·SiO2 ＋ nH2O ＝ xCaO ． SiO ·yH2O ＋（ 2-x ） Ca (OH) 2 简写成 C 2 S+nH=C-S-H+(2-x)CH 所形成的水化硅酸钙在 C/S 和形貌方面 与 C3 S 水化生成的都无大区别，故也称 C-SH 凝胶。但 CH 生成量比 C3S 少，结晶也比 C3S 的粗大些。
石膏的掺入主要是改变了C3A 、C4AF的水化
水化速度
水化产物
29
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 不断生成AFt相，SO42- 不断减少，继而形成AFm 相及C-A-H晶体C3（A·F）H6 。
硅酸盐水泥的水化硬化概述
2、论述水泥熟料凝结快的原因及石膏的缓凝机理。
3、硅酸盐水泥的水化产物主要有哪几种，其特征和性能如何？
4、论述硬化水泥浆体强度的形成。
30
三相多孔体
20
一、水泥硬化机理
21
硬化水泥浆体形成的原因
水泥石具有强度的原因
构成三度空间牢固结合、密实的整体
22
二、硬化水泥浆体结构
C/S< 2，在 近程(纳米级)有序：层 1.4～1.6左右 状结构；
初期：纤维状 早期：网络状 中期：等大粒子、球状 后期：内部产物
23
与AFt相比，AFm中的结构水少，其密度更大。当AFm接触到各种来源的 SO42-离子而转变成AFt时，结构水增加，密度减小，从而产生相当的体 积膨胀，是引起硬化水泥浆体体积变化的一个主要原因。
（2）间接法：测定结合水、水化热、Ca(OH)2生成量。较为简单。
17
三、影响水化速率的因素 （1）熟料矿物的组成和性质
水化速率大小：C3A > C4AF > C3S > C2S B矿有四种不同晶型，对水化速率影响很大，β－C2S水化快，γ－C2S水化慢。 熟料矿物晶体中含有杂质、晶格缺陷、晶格畸变，水化速率快。 熟料矿物为固溶状态，如：F固溶在A矿，水化活性高，水化速率快。
凝结：塑性浆体失去流动性和可塑性
水泥水化
硬化：建立具有一定机械强度的结构
硬化之后还在继续水化
硬化水泥浆体：水泥加水发生水化反应后，变成具有一定强度 的固体，叫硬化水泥浆体。由于外观和一些性能与天然石材相 似，又称之为水泥石。
非均质的多相体系
水化产物和残存熟料－固相 孔隙中的水－液相 孔隙中的空气－气相
C3A + 6H = C3AH6
3、硅酸盐水泥的水化产物主要有哪几种，其特征和性能如何？
4、论述硬化水泥浆体强度的形成。
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三相多孔体
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一、水泥硬化机理
21
硬化水泥浆体形成的原因
水泥石具有强度的原因
构成三度空间牢固结合、密实的整体
22
二、硬化水泥浆体结构
C/S< 2，在 近程(纳米级)有序：层 1.4～1.6左右 状结构；
初期：纤维状 早期：网络状 中期：等大粒子、球状 后期：内部产物
23
与AFt相比，AFm中的结构水少，其密度更大。当AFm接触到各种来源的 SO42-离子而转变成AFt时，结构水增加，密度减小，从而产生相当的体 积膨胀，是引起硬化水泥浆体体积变化的一个主要原因。
（2）间接法：测定结合水、水化热、Ca(OH)2生成量。较为简单。
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三、影响水化速率的因素 （1）熟料矿物的组成和性质
水化速率大小：C3A > C4AF > C3S > C2S B矿有四种不同晶型，对水化速率影响很大，β－C2S水化快，γ－C2S水化慢。 熟料矿物晶体中含有杂质、晶格缺陷、晶格畸变，水化速率快。 熟料矿物为固溶状态，如：F固溶在A矿，水化活性高，水化速率快。
凝结：塑性浆体失去流动性和可塑性
水泥水化
硬化：建立具有一定机械强度的结构
硬化之后还在继续水化
硬化水泥浆体：水泥加水发生水化反应后，变成具有一定强度 的固体，叫硬化水泥浆体。由于外观和一些性能与天然石材相 似，又称之为水泥石。
非均质的多相体系
水化产物和残存熟料－固相 孔隙中的水－液相 孔隙中的空气－气相
C3A + 6H = C3AH6
硅酸盐水泥的水化与硬化
硅酸盐水泥的水化与硬化硅酸盐水泥是一种常用的水泥材料，具有较好的水化和硬化性能，广泛应用于建筑和工程领域。
本文将对硅酸盐水泥的水化和硬化进行详细的介绍，包括水泥的成分、水化反应过程、硬化机理以及影响水化和硬化的因素等内容。
硅酸盐水泥是以矿渣、石灰石和黏土为原料，经过磨碎、燃烧和砂浆等工艺加工而成。
一般情况下，硅酸盐水泥的主要成分包括三种物质：硅酸盐矿物、石灰和无定形物质。
硅酸盐矿物是硅酸盐水泥的主要成分，其含有的SiO2和CaO可以发生水化反应，形成具有胶凝性的凝胶体。
石灰则是硅酸盐水泥中的辅助胶凝材料，其主要作用是加速水化反应的进行。
无定形物质是水泥中的杂质，一般情况下不参与水化和硬化过程。
水化反应是硅酸盐水泥的重要特性之一。
当硅酸盐水泥与水接触后，水分子与硅酸盐矿物中的CaO和SiO2发生反应，导致硅酸盐矿物发生水化并形成胶体物质。
水化反应的过程可以分为两个阶段：低水化率的溶解和高水化率的凝胶化。
在溶解阶段，水分子侵入硅酸盐矿物的晶体结构中，使其结构发生破坏并释放出Ca2+和OH-离子。
随着时间的推移，硅酸盐矿物的溶解率逐渐降低，凝胶化过程逐渐主导。
硬化是硅酸盐水泥水化反应的结果，也是水泥材料使用的关键性质。
在硬化过程中，水泥和水反应生成的胶凝体逐渐结晶并与无定形物质相结合，形成稳定的硬质凝胶，从而增强了水泥材料的强度和硬度。
硬化的机理主要涉及胶凝凝胶的形成、晶体生长和无定形物质的变化等过程。
胶凝凝胶的形成使水泥材料具有粘结性，晶体生长则使水泥材料具有硬度和强度。
无定形物质的变化则会影响水泥材料的性能，如开裂、收缩和腐蚀等。
水化和硬化过程受到各种因素的影响，包括水泥成分、水化温度、水化时间、水泥颗粒大小和水泥与水的质量比等因素。
水泥成分的不同会影响水化反应的速率和产物的特性。
水化温度越高，水化反应的速率越快，而水化时间越长，水泥材料的强度和硬度越高。
水泥颗粒的大小和分布会影响水泥的填充效果和反应程度，从而影响水化和硬化的速率和特性。
硅酸盐水泥的水化和硬化
硅酸盐水泥的水化和硬化
第一节硅酸盐水泥熟料的形成 一、硅酸盐水泥熟料的形成 水泥熟料矿物为什么能与水发生反应？主要原因是： 1、硅 酸 盐 水 泥 熟 料 矿 物 结 构 的 不 稳 定 性 ，可 以 通 过 与 水 反 应 ， 形 成 水 化 产 物 而 达 到 稳 定 性 。造 成 熟 料 矿 物 结 构 不 稳 定 的 原 因 是 ： （ 1） 熟 料 烧 成 后 的 快 速 冷 却 ， 使 其 保 留 了 介 稳 状 态 的 高 温 型 晶体结构； （ 2） 工 业 熟 料 中 的 矿 物 不 是 纯 的 C 3 S， C 2 S 等 ， 而 是 Alite 和 Belite 等 有 限 固 溶 体 ； （ 3） 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。 2、 熟 料 矿 物 中 钙 离 子 的 氧 离 子 配 位 不 规 则 ， 晶 体 结 构 有 “ 空 洞 ”，因 而 易 于 起 水 化 反 应 。例 如 ，C 3 S 的 结 构 中 钙 离 子 的 配 位 数 为 6，但 配 位 不 规 则 ，有 5 个 氧 离 子 集 中 在 一 侧 而 另 一 侧 只 有 1 个 氧离子，在氧离子少的一侧形成“空洞”，使水容易进入与它反 应 。β -C 2 S 中 钙 离 子 的 配 位 数 有 一 半 是 6，一 半 是 8，其 中 每 个 氧 离子与钙离子的距离不等，配位不规则，因而也不稳定，可以水 化 ， 但 速 度 较 慢 。 C 3 A 的 晶 体 结 构 中 ， 铝 的 配 位 数 为 4 与 6， 而 钙 离 子 的 配 位 数 为 6 与 9， 配位数为 9 的钙离子周围的氧离子排列极 不 规 则 ， 距 离 不 等 ， 结 构 有 巨 大 的 “ 空 洞 ” ， 故 水 化 很 快 。 C 4 AF 中 钙 的 配 位 数 为 10 与 6， 结 构 也 有 “ 空 洞 ” ， 故 也 易 水 化 。 有 些
第一节硅酸盐水泥熟料的形成 一、硅酸盐水泥熟料的形成 水泥熟料矿物为什么能与水发生反应？主要原因是： 1、硅 酸 盐 水 泥 熟 料 矿 物 结 构 的 不 稳 定 性 ，可 以 通 过 与 水 反 应 ， 形 成 水 化 产 物 而 达 到 稳 定 性 。造 成 熟 料 矿 物 结 构 不 稳 定 的 原 因 是 ： （ 1） 熟 料 烧 成 后 的 快 速 冷 却 ， 使 其 保 留 了 介 稳 状 态 的 高 温 型 晶体结构； （ 2） 工 业 熟 料 中 的 矿 物 不 是 纯 的 C 3 S， C 2 S 等 ， 而 是 Alite 和 Belite 等 有 限 固 溶 体 ； （ 3） 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。 2、 熟 料 矿 物 中 钙 离 子 的 氧 离 子 配 位 不 规 则 ， 晶 体 结 构 有 “ 空 洞 ”，因 而 易 于 起 水 化 反 应 。例 如 ，C 3 S 的 结 构 中 钙 离 子 的 配 位 数 为 6，但 配 位 不 规 则 ，有 5 个 氧 离 子 集 中 在 一 侧 而 另 一 侧 只 有 1 个 氧离子，在氧离子少的一侧形成“空洞”，使水容易进入与它反 应 。β -C 2 S 中 钙 离 子 的 配 位 数 有 一 半 是 6，一 半 是 8，其 中 每 个 氧 离子与钙离子的距离不等，配位不规则，因而也不稳定，可以水 化 ， 但 速 度 较 慢 。 C 3 A 的 晶 体 结 构 中 ， 铝 的 配 位 数 为 4 与 6， 而 钙 离 子 的 配 位 数 为 6 与 9， 配位数为 9 的钙离子周围的氧离子排列极 不 规 则 ， 距 离 不 等 ， 结 构 有 巨 大 的 “ 空 洞 ” ， 故 水 化 很 快 。 C 4 AF 中 钙 的 配 位 数 为 10 与 6， 结 构 也 有 “ 空 洞 ” ， 故 也 易 水 化 。 有 些
普通硅酸盐水泥的主要成分_概述及解释说明
普通硅酸盐水泥的主要成分概述及解释说明引言1.1 概述普通硅酸盐水泥是一种常见的建筑材料，广泛应用于各类建筑工程和室内装修中。
它由多种成分组成，其中主要包含水合硅酸钙（C-S-H）凝胶和无水硅酸钙（C3S）及其水合产物（C-S-H-CH）。
这些成分在混凝土的制备过程中发挥着重要作用，影响混凝土的强度、耐久性和其他性能指标。
1.2 文章结构本文将对普通硅酸盐水泥的主要成分进行概述和解释说明。
首先，我们会介绍硅酸盐水泥的定义和用途。
然后，详细探讨主要成分一：水合硅酸钙（C-S-H）凝胶以及主要成分二：无水硅酸钙（C3S）及其水合产物（C-S-H-CH）的特性、作用机理和影响因素。
接下来，我们会讨论可能存在的其他次要成分及其对普通硅酸盐水泥性能的影响。
最后，通过实际应用中的例子，探讨普通硅酸盐水泥在室内装修、建筑工程和其他领域的具体应用情况。
1.3 目的本文的目的是帮助读者全面了解普通硅酸盐水泥的主要成分，深入理解其特性和作用机理。
通过对成分的解释和说明，读者将更好地理解普通硅酸盐水泥在实际应用中的表现，并能够选择合适的品种进行室内装修或建筑工程。
此外，展望未来普通硅酸盐水泥的发展趋势也将为读者提供有益的参考。
2. 普通硅酸盐水泥的主要成分2.1 硅酸盐水泥的定义和用途硅酸盐水泥是一种常用的建筑材料，具有优良的黏结性能和较强的耐久性，被广泛应用于混凝土、砌块、抹灰等建筑工程中。
它由多个主要成分组成，其中最重要的成分是水合硅酸钙（C-S-H）凝胶和无水硅酸钙（C3S）及其水合产物（C-S-H-CH）。
2.2 主要成分一：水合硅酸钙（C-S-H）凝胶水合硅酸钙凝胶是硅酸盐水泥的主要胶状产物，其在混凝土中起到黏结颗粒、填充孔隙及提高强度的作用。
该凝胶由三元组成：二氧化硅（SiO2）、氢氧化钙（Ca(OH)2）和水分。
其中二氧化硅通过与氢氧化钙反应生成无定形或半定形态C-S-H凝胶，这种凝胶能够有效地增加混凝土内部的胶结强度和改善抗渗性能。
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的 水化和硬化
2020/11/22
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥加水以后为什么可以凝结硬化？
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水化产物 填充空隙 并将水泥 颗粒连接 在一起
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
1 熟料单矿物的水化
三、铝酸三钙 (一) 无石膏 1．常温下水化
C4AH13和C2AH8在常温下处于介稳状态，且随温度升高而转化 加速。C3A本身水化热高，因而极易按上式转化。
2．在温度较高(35℃以上)的情况下，可直接生成C3AH6晶体。 这些产物均为片状。
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
早期水化产物，大部分在颗粒原始周界以外由水所填充的 空间----这部分C-S-H称外部产物。
后期的生长则在颗粒原始周界以内的区域形成----内部产 物。
随着内部产物的形成和发展，C3S的水化即由减速期向稳定 期转变。
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
1 熟料单矿物的水化
7．C3S的后期水化 泰勒认为：水化过程中存在一个界面区，并逐渐向颗粒内 部推进，H2O离解成的H+在内部产物中从一个氧原子(或水分子) 转移到另一个氧原子，一直到达C3S界面并与之作用；而界面区 内部分Ca2+和Si4+则通过内部产物向外迁移，转入CH和外部C-SH。因此，界面内是得到H+，失去Ca2+和Si4+，原子重新排组， 从而使C3S转化成内部C-S-H。如此，随着界面区向内推进，水 化继续进行。由于空间限制及离子浓度变化，内部C-S-H在形貌 和成分等方面与外部C-S-H会有所不同，通常是较为密实。
2020/11/22
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥加水以后为什么可以凝结硬化？
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
水化产物 填充空隙 并将水泥 颗粒连接 在一起
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
1 熟料单矿物的水化
三、铝酸三钙 (一) 无石膏 1．常温下水化
C4AH13和C2AH8在常温下处于介稳状态，且随温度升高而转化 加速。C3A本身水化热高，因而极易按上式转化。
2．在温度较高(35℃以上)的情况下，可直接生成C3AH6晶体。 这些产物均为片状。
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
早期水化产物，大部分在颗粒原始周界以外由水所填充的 空间----这部分C-S-H称外部产物。
后期的生长则在颗粒原始周界以内的区域形成----内部产 物。
随着内部产物的形成和发展，C3S的水化即由减速期向稳定 期转变。
水泥工艺硅酸盐水泥的水化和硬化
1 熟料单矿物的水化
7．C3S的后期水化 泰勒认为：水化过程中存在一个界面区，并逐渐向颗粒内 部推进，H2O离解成的H+在内部产物中从一个氧原子(或水分子) 转移到另一个氧原子，一直到达C3S界面并与之作用；而界面区 内部分Ca2+和Si4+则通过内部产物向外迁移，转入CH和外部C-SH。因此，界面内是得到H+，失去Ca2+和Si4+，原子重新排组， 从而使C3S转化成内部C-S-H。如此，随着界面区向内推进，水 化继续进行。由于空间限制及离子浓度变化，内部C-S-H在形貌 和成分等方面与外部C-S-H会有所不同，通常是较为密实。
硅酸盐水泥的水化硬化概述
四、铁相的水化
C4AF的水化速率比C3A略慢，水化热较低，其水化反应及 其产物与C3A极为相似。
Fe2O3基本上起着与Al2O3相同的作用，在水化产物中铁置 换部分铝，形成水化硫铝酸钙和水化硫铁酸钙的固溶体， 或水化铝酸钙和水化铁酸钙的固溶体。
如：
C3A + CH + 12H = C4AH13 C4AF + 4CH + 22H = 2C4 (A、F)H13
内)
早 速率下降
就超过12，而后浓度增长减慢
诱导期 期 反应缓慢，放热速率很小， Ca2＋浓度持续增长并超过饱
(1～4小时)
水泥浆体保持塑性，诱导期 和浓度，在诱导期结束时达到
结束相当于初凝时间
最大
加速期
反应重新加快，放热速率随 随反应进行Ca2＋浓度下降，
(4~8小时) 减速期
时间增长，出现第二放热峰，但始终超过饱和浓度 在达到峰顶时本阶段结束， 中 终凝已过，开始硬化 期 反应速率下降，放热速率由 Ca2＋浓度继续下降
水泥水化
硬化：建立具有一定机械强度的结构
硬化之后还在继续水化
硬化水泥浆体：水泥加水发生水化反应后，变成具有一定强度 的固体，叫硬化水泥浆体。由于外观和一些性能与天然石材相 似，又称之为水泥石。
非均质的多相体系
水化产物和残存熟料－固相 孔隙中的水－液相 孔隙中的空气－气相
三相多孔体
一、水泥硬化机理
硬化机理 结晶理论 胶体理论
结晶度极差
近程(纳米级)有序：层 状结构；
远程无序胶体，取决水 化龄期，初期溶胶，中 后期凝胶
取决水化龄期－与生长 空间有关：水化龄期长， 尺寸越小，2～0.1µm 初期：纤维状
早期：网络状
C4AF的水化速率比C3A略慢，水化热较低，其水化反应及 其产物与C3A极为相似。
Fe2O3基本上起着与Al2O3相同的作用，在水化产物中铁置 换部分铝，形成水化硫铝酸钙和水化硫铁酸钙的固溶体， 或水化铝酸钙和水化铁酸钙的固溶体。
如：
C3A + CH + 12H = C4AH13 C4AF + 4CH + 22H = 2C4 (A、F)H13
内)
早 速率下降
就超过12，而后浓度增长减慢
诱导期 期 反应缓慢，放热速率很小， Ca2＋浓度持续增长并超过饱
(1～4小时)
水泥浆体保持塑性，诱导期 和浓度，在诱导期结束时达到
结束相当于初凝时间
最大
加速期
反应重新加快，放热速率随 随反应进行Ca2＋浓度下降，
(4~8小时) 减速期
时间增长，出现第二放热峰，但始终超过饱和浓度 在达到峰顶时本阶段结束， 中 终凝已过，开始硬化 期 反应速率下降，放热速率由 Ca2＋浓度继续下降
水泥水化
硬化：建立具有一定机械强度的结构
硬化之后还在继续水化
硬化水泥浆体：水泥加水发生水化反应后，变成具有一定强度 的固体，叫硬化水泥浆体。由于外观和一些性能与天然石材相 似，又称之为水泥石。
非均质的多相体系
水化产物和残存熟料－固相 孔隙中的水－液相 孔隙中的空气－气相
三相多孔体
一、水泥硬化机理
硬化机理 结晶理论 胶体理论
结晶度极差
近程(纳米级)有序：层 状结构；
远程无序胶体，取决水 化龄期，初期溶胶，中 后期凝胶
取决水化龄期－与生长 空间有关：水化龄期长， 尺寸越小，2～0.1µm 初期：纤维状
早期：网络状
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硅酸三钙和硅酸二钙称为硅酸钙矿物，一般占
总量的75％～82％(国家标准中规定不小于66%, CaO
与SiO2的质量比不小于2.0)。
•
二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性
2．水泥熟料主要矿物与水作用时的特性
①磨细后能与水发生水化反应，生成具有水硬性 的水化产物。
②C3S、C3A、C4AF水化快，C2S水化慢，
硅酸盐水泥的基本组成 、水化和硬化机理
2020年4月29日星期三
第三章 水 泥
第一节 硅酸盐水泥的基本组成与生产原理 第二节 硅酸盐水泥的水化和硬化机理 第三节 硅酸盐水泥的技术性质及其性能特点 第四节 掺混合材料的硅酸盐水泥 第五节 常用水泥的选用原则 第六节 其它品种水泥
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第一节 硅酸盐水泥的基本组成与生产原理
•图5-3 水泥熟料各矿物的放热曲线
•
第二节 硅酸盐水泥的水化和硬化机理
一、硅酸盐水泥的水化 二、硅酸盐水泥的凝结硬化 三、影响水泥凝结和硬化的主要因素
•
一、硅酸盐水泥的水化
水泥颗粒与水接触后，水泥熟料各矿物立即 与水发生水化作用，生成新的水化物，并放 出一定的热量。
•
一、硅酸盐水泥的水化
完全水化的水泥石中，水化硅酸钙凝胶体约占70％，而 氢氧化钙约占20％，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占 7％。
•
•
•水泥浆扫描电镜照片（7d龄
期）
•钙矾
石
•C-SH
•
电镜下的水泥水化产物图
•CH 氢氧化 钙晶体
•C-S-H 水化硅酸钙 凝胶
•
二、硅酸盐水泥的凝结硬化
水泥加水拌和后，最初形成具有流动性和可塑 性的浆体，经过一定时间，水泥浆体逐渐变稠 失去可塑性，这一过程称为凝结。
C3A＞C3S＞C4AF＞C2S
③水化反应过程中会放出热量, C32S
④C3S早期强度和后期强度均较高，C2S早期强度 低，后期强度高。C3A、C4AF强度均不高。四个矿
物的强度均随龄期成曲线变化，见图3.2。
•
•图5-2 水泥熟料各矿物的强度增长曲线 •
•
一、硅酸盐水泥的生产工艺概述
•水泥生产线示意图：
•1.生料贮存；2.磨细设施； 3.生料混合设施；4.预热/预煅 烧装置；5.回转窑；6.熟料贮存；7.外加剂；8.熟料磨细； 9. 水泥贮存&灌装
•
二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性
1. 硅酸盐水泥熟料的矿物组成
硅酸三钙 3CaO·SiO2（C3S）：36～60%， 硅酸二钙 2CaO·SiO2（C2S）：15～37%， 铝酸三钙 3CaO·Al2O3（C3A）：7～15%， 铁铝酸四钙 4CaO·Al2O3·Fe2O3（C4AF）：10～18% 。
•
三、影响水泥凝结和硬化的主要因素
4.水泥的水化程度
水灰比相同时，水化程度愈高，则水泥浆体中
水化产物愈多，凝结硬化也越快。
5．石膏掺量
水化硅酸钙几乎不溶于水，形成后立即以胶体 微粒析出，并逐渐凝聚而成为凝胶体。
氢氧化钙呈六方晶体。由于氢氧化钙可溶于水 ，但溶解度不大，所以溶液很快达到饱和状态 。
•
一、硅酸盐水泥的水化
水化铝酸钙为立方晶体。由于铝酸三钙的水化、凝结 和硬化速度很快，为了调节水泥的凝结时间，在水泥 中掺入了少量石膏。铝酸三钙水化后形成的水化铝酸 钙会与石膏作用，生成三硫型水化硫铝酸钙，也称钙 矾石晶体（以AFt表示），其反应式如下：
水泥的水化是随着时间的延长而不断进行的，水化产
物也会不断增加并填充毛细孔，使毛细孔孔隙率减少
，凝胶孔孔隙率增大。水泥加水拌合后的前28d的水
化速度较快，强度发展也快，随后水化速度减慢，强
度增加幅度减小。
•
三、影响水泥凝结和硬化的主要因素
1.水泥熟料的矿物组成
水泥中C3S和C3A含量越高，凝结硬化也越快。 2.水泥的细度
•
一、硅酸盐水泥的水化
铁铝酸四钙与水反应后生成水化铝酸钙晶体和水 化铁酸钙凝胶体。
•
一、硅酸盐水泥的水化
综上所述，硅酸盐水泥与水作用后，生成的主要水化产 物有两类：
凝胶体：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶体； 晶体：氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。 由于水泥熟料中硅酸三钙和硅酸二钙的含量高，所以在
水泥越细，颗粒就越小，其与水接触的面积也就越大，则水 化速度越快，凝结硬化也越快。
3．水泥浆体的水灰比
水灰比是拌制水泥浆时水与水泥的质量之比，水泥完全水化 所需的用水量约为水泥质量的25％，但这样的水量很难形成 具有足够流动性的浆体，因而实际工程中必须加入较多的水 ，以便取得较好的塑性。
水灰比决定了水泥浆体的稠度，水灰比越大，则水泥浆体的 稠度越小（即越稀），凝结硬化也越慢。
定义：凡是由硅酸盐水泥熟料、适量的混合材料（ 0~5％石灰石或粒化高炉矿渣）、适量的石膏磨细 制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥(国外称 波特兰水泥)。
硅酸盐水泥分两种类型，不掺混合材料的为I型硅 酸盐水泥，代号P·I；在硅酸盐水泥熟料中掺加不 超过水泥质量5％的混合材料的为II型硅酸盐水泥 ，代号P·II。
一、硅酸盐水泥的生产工艺概述 二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性
•
一、硅酸盐水泥的生产工艺概述
•CaO
、
CO2
•“两磨一烧”工艺
•石灰石
•粘 土
•按比例
混合、磨 细
•生
料
•铁矿粉
•SiO2、 Al2O3、 Fe2O3
•Fe2O3
•煅烧（约 14500C）
•石膏 •熟 料 •磨细 •水 泥
•混合材 料
随着时间继续增长，水泥产生强度且逐渐提高 ，并形成坚硬的石状体——水泥石，这一过程 称为硬化。
水泥的凝结与硬化是一个连续的复杂的物 理化学变化过程，这些变化决定了水泥一系列 的技术性能。
•
二、硅酸盐水泥的凝结硬化
•水泥 浆
•开始 凝结
•初凝时间
•凝 结 •完 全凝 结
•硬化 •人 工石 材
•终凝时间
•
二、硅酸盐水泥的凝结硬化
水泥颗粒的水化是从表面向内部进行的，水化程度 受水和水化物的扩散所控制，水泥颗粒的内核很难完 全水化。因此。硬化的水泥石是由水化产物(凝胶体 和结晶体)、未水化的水泥颗粒、水和孔隙(毛细孔和 凝胶孔)组成的。水泥石的工程性质决定于水泥石的 组成和结构。
水泥的凝结硬化过程，也是水泥强度发展的过程。
总量的75％～82％(国家标准中规定不小于66%, CaO
与SiO2的质量比不小于2.0)。
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二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性
2．水泥熟料主要矿物与水作用时的特性
①磨细后能与水发生水化反应，生成具有水硬性 的水化产物。
②C3S、C3A、C4AF水化快，C2S水化慢，
硅酸盐水泥的基本组成 、水化和硬化机理
2020年4月29日星期三
第三章 水 泥
第一节 硅酸盐水泥的基本组成与生产原理 第二节 硅酸盐水泥的水化和硬化机理 第三节 硅酸盐水泥的技术性质及其性能特点 第四节 掺混合材料的硅酸盐水泥 第五节 常用水泥的选用原则 第六节 其它品种水泥
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第一节 硅酸盐水泥的基本组成与生产原理
•图5-3 水泥熟料各矿物的放热曲线
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第二节 硅酸盐水泥的水化和硬化机理
一、硅酸盐水泥的水化 二、硅酸盐水泥的凝结硬化 三、影响水泥凝结和硬化的主要因素
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一、硅酸盐水泥的水化
水泥颗粒与水接触后，水泥熟料各矿物立即 与水发生水化作用，生成新的水化物，并放 出一定的热量。
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一、硅酸盐水泥的水化
完全水化的水泥石中，水化硅酸钙凝胶体约占70％，而 氢氧化钙约占20％，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占 7％。
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•水泥浆扫描电镜照片（7d龄
期）
•钙矾
石
•C-SH
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电镜下的水泥水化产物图
•CH 氢氧化 钙晶体
•C-S-H 水化硅酸钙 凝胶
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二、硅酸盐水泥的凝结硬化
水泥加水拌和后，最初形成具有流动性和可塑 性的浆体，经过一定时间，水泥浆体逐渐变稠 失去可塑性，这一过程称为凝结。
C3A＞C3S＞C4AF＞C2S
③水化反应过程中会放出热量, C32S
④C3S早期强度和后期强度均较高，C2S早期强度 低，后期强度高。C3A、C4AF强度均不高。四个矿
物的强度均随龄期成曲线变化，见图3.2。
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•图5-2 水泥熟料各矿物的强度增长曲线 •
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一、硅酸盐水泥的生产工艺概述
•水泥生产线示意图：
•1.生料贮存；2.磨细设施； 3.生料混合设施；4.预热/预煅 烧装置；5.回转窑；6.熟料贮存；7.外加剂；8.熟料磨细； 9. 水泥贮存&灌装
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二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性
1. 硅酸盐水泥熟料的矿物组成
硅酸三钙 3CaO·SiO2（C3S）：36～60%， 硅酸二钙 2CaO·SiO2（C2S）：15～37%， 铝酸三钙 3CaO·Al2O3（C3A）：7～15%， 铁铝酸四钙 4CaO·Al2O3·Fe2O3（C4AF）：10～18% 。
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三、影响水泥凝结和硬化的主要因素
4.水泥的水化程度
水灰比相同时，水化程度愈高，则水泥浆体中
水化产物愈多，凝结硬化也越快。
5．石膏掺量
水化硅酸钙几乎不溶于水，形成后立即以胶体 微粒析出，并逐渐凝聚而成为凝胶体。
氢氧化钙呈六方晶体。由于氢氧化钙可溶于水 ，但溶解度不大，所以溶液很快达到饱和状态 。
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一、硅酸盐水泥的水化
水化铝酸钙为立方晶体。由于铝酸三钙的水化、凝结 和硬化速度很快，为了调节水泥的凝结时间，在水泥 中掺入了少量石膏。铝酸三钙水化后形成的水化铝酸 钙会与石膏作用，生成三硫型水化硫铝酸钙，也称钙 矾石晶体（以AFt表示），其反应式如下：
水泥的水化是随着时间的延长而不断进行的，水化产
物也会不断增加并填充毛细孔，使毛细孔孔隙率减少
，凝胶孔孔隙率增大。水泥加水拌合后的前28d的水
化速度较快，强度发展也快，随后水化速度减慢，强
度增加幅度减小。
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三、影响水泥凝结和硬化的主要因素
1.水泥熟料的矿物组成
水泥中C3S和C3A含量越高，凝结硬化也越快。 2.水泥的细度
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一、硅酸盐水泥的水化
铁铝酸四钙与水反应后生成水化铝酸钙晶体和水 化铁酸钙凝胶体。
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一、硅酸盐水泥的水化
综上所述，硅酸盐水泥与水作用后，生成的主要水化产 物有两类：
凝胶体：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶体； 晶体：氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。 由于水泥熟料中硅酸三钙和硅酸二钙的含量高，所以在
水泥越细，颗粒就越小，其与水接触的面积也就越大，则水 化速度越快，凝结硬化也越快。
3．水泥浆体的水灰比
水灰比是拌制水泥浆时水与水泥的质量之比，水泥完全水化 所需的用水量约为水泥质量的25％，但这样的水量很难形成 具有足够流动性的浆体，因而实际工程中必须加入较多的水 ，以便取得较好的塑性。
水灰比决定了水泥浆体的稠度，水灰比越大，则水泥浆体的 稠度越小（即越稀），凝结硬化也越慢。
定义：凡是由硅酸盐水泥熟料、适量的混合材料（ 0~5％石灰石或粒化高炉矿渣）、适量的石膏磨细 制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥(国外称 波特兰水泥)。
硅酸盐水泥分两种类型，不掺混合材料的为I型硅 酸盐水泥，代号P·I；在硅酸盐水泥熟料中掺加不 超过水泥质量5％的混合材料的为II型硅酸盐水泥 ，代号P·II。
一、硅酸盐水泥的生产工艺概述 二、硅酸盐水泥熟料的矿物组成及其特性
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一、硅酸盐水泥的生产工艺概述
•CaO
、
CO2
•“两磨一烧”工艺
•石灰石
•粘 土
•按比例
混合、磨 细
•生
料
•铁矿粉
•SiO2、 Al2O3、 Fe2O3
•Fe2O3
•煅烧（约 14500C）
•石膏 •熟 料 •磨细 •水 泥
•混合材 料
随着时间继续增长，水泥产生强度且逐渐提高 ，并形成坚硬的石状体——水泥石，这一过程 称为硬化。
水泥的凝结与硬化是一个连续的复杂的物 理化学变化过程，这些变化决定了水泥一系列 的技术性能。
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二、硅酸盐水泥的凝结硬化
•水泥 浆
•开始 凝结
•初凝时间
•凝 结 •完 全凝 结
•硬化 •人 工石 材
•终凝时间
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二、硅酸盐水泥的凝结硬化
水泥颗粒的水化是从表面向内部进行的，水化程度 受水和水化物的扩散所控制，水泥颗粒的内核很难完 全水化。因此。硬化的水泥石是由水化产物(凝胶体 和结晶体)、未水化的水泥颗粒、水和孔隙(毛细孔和 凝胶孔)组成的。水泥石的工程性质决定于水泥石的 组成和结构。
水泥的凝结硬化过程，也是水泥强度发展的过程。