改性硅酸盐水泥的水化历程研究
硅酸盐水泥的水化硬化概述
硅酸盐水泥的水化硬化概述硅酸盐水泥是一种常见的建筑材料，广泛用于混凝土制作和结构修复。
水泥的水化硬化是指水泥与水反应形成胶凝体，并使混凝土逐渐硬化和强度增加的过程。
水泥的水化硬化过程可以分为三个阶段：溶解阶段、胶凝阶段和结晶阶段。
在溶解阶段，水分与水泥中的化学物质发生作用，形成水化产物。
其中最主要的是硅酸钙水化产物及其水化过渡产物。
这个过程伴随着水泥的溶解和离子交换，同时释放热量。
在胶凝阶段，水化产物开始形成胶凝体，由于产物的粘结作用，使硅酸盐水泥与骨料颗粒和其他成分紧密结合。
这个阶段是水泥的强度急剧增加的阶段。
在结晶阶段，水化产物继续结晶生长，形成更稳定的晶体结构。
这个阶段通常需要较长的时间来完成，并且能使混凝土的性能逐渐稳定。
水泥水化硬化的过程受到多种因素的影响，包括水泥的成分、水化环境的温度和湿度、所用水分质量等。
适当的水泥成分和良好的水化环境有助于水泥的硬化过程。
水泥水化硬化是一个复杂的过程，需要一定的时间来完成。
因此，在施工中要合理控制混凝土的浇筑时间和养护时间，以确保水泥的充分水化硬化，从而提高混凝土的强度和耐久性。
总之，硅酸盐水泥的水化硬化是一个多阶段的过程，经过溶解、胶凝和结晶，最终形成硬化的胶凝体。
合理地控制水泥的成分和水化环境，能够有效地提高混凝土的性能。
水泥的水化硬化是一项复杂的化学物理过程，涉及多个组分和反应。
了解水泥的水化硬化过程对于我们了解硅酸盐水泥混凝土的性能和使用特性都非常重要。
水泥的基本成分是石灰和硅酸盐矿物，这些矿物在加入水后会发生化学反应，产生水化产物。
最主要的水化产物是硅酸钙几何多聚体C-S-H和钙水化硅石（C-S-H）以及钙羟基石灰（CH）。
这些水化产物的生成是水泥硬化的核心过程。
在溶解阶段，水与水泥中的化合物发生反应，其中最重要的是硅酸钙和水的反应。
在水中，硅酸盐矿物发生溶解和饱和的过程，释放出的离子与水中的离子发生化学作用。
这些离子的重组形成了水泥颗粒的表面电荷，并开启了水化反应。
硅酸盐水泥的水化和硬化
C3 A CS H12 和C4AH13的固溶体。
石膏的存在延缓了C3A的水化
（四）铁相固溶体（C4AF）的水化 水化速率比C3A低。其水化产物与C3A很相似。相当于C3A 中一部分氧化铝被氧化铁所置换，生成水化铝酸钙和水化铁酸 钙的固溶体。
C-S-H(Ⅱ)
定义：水化硅酸钙凝胶体（C-S-H） 组成:不固定，随钙硅比和水硅比变化 结构：微晶，尺寸接近于胶体范畴； 形貌：纤维状，网络状，等大粒子，内部产物； CH：晶体，层状，六方板状，生长在孔洞之间。
C3S水化历程:
五个阶段: 起始期 15min PH=12 急剧 诱导期（静止期）——使硅酸盐水泥保持塑性的原因； 2-4h诱导期结束的时间，即初凝时间。 加速期（4-8h）C-S-H和Ca(OH)2 大量形成，达到终凝。 减速期（12-24h） 稳定期 受扩散控制
C-S-H凝胶的组成与它所处 的溶液中的CaO浓度有关， C-S-H在一定的碱度下才能存 在,如2- 2-3图所示：
下表是对上图的总结:
CaO浓度 g/l
0.06-0.11
0.11-1.12
>1.12
CaO摩尔浓度 mol/l 1-2
2-20
>20
C/S
<1
0.8-1.5
1.5-2
水化产物
水化硅酸钙和硅酸凝胶 C-S-H(Ⅰ)
钙矾石在常温和一般湿度条件下的脱水曲线
四、水泥的凝结、硬化过程
1882年，雷霞特利提出的结晶理论； 1892年，米哈艾利斯又提出了胶体理论； 拜依柯夫将上述两理论加以发展，把水泥的硬化为三个时期： 第一，溶解期；第二，胶化期；第三，结晶期 列宾捷尔提出凝聚-结晶三维网状结构理论； 鲍格提出是巨大表面能的作用引起互相粘结； 洛赫尔提出的三阶段论:
硅酸盐水泥水化反应
硅酸盐水泥水化反应硅酸盐水泥是目前最常用的建筑材料之一，它的水化反应被认为是硬化过程中最为重要的部分。
硅酸盐水泥水化反应主要是指硅酸盐水泥与水反应，产生水化产物的反应过程。
硅酸盐水泥水化反应过程可以分为三个阶段：溶解期、凝胶期和晶化期。
在溶解期，水会溶解硅酸盐水泥中的化学物质，然后发生水化反应产生凝胶体。
在凝胶期，凝胶体逐渐形成并变得更加坚固。
在晶化期，凝胶体中的化合物继续水化反应，然后形成硬化的水泥石。
硅酸盐水泥水化反应是一个复杂的过程，其中涉及许多化学物质和反应。
主要涉及到硅酸盐水泥（主要成分为C3S、C2S、C3A、C4AF）、水、钙离子、铝离子、矽酸离子以及氢氧根离子等。
C3S具有产生水化硬化物的能力，而C2S主要用于增强密实性，C3A 和C4AF会分解产生钙离子、氢氧根离子、矽酸离子和铝离子等。
水化反应需要一定的水分，适量的水可以提高水化反应速度，水的过多则会破坏硅酸盐水泥的力学性质。
除了化学物质的反应之外，水泥水化反应还受到许多因素的影响。
这些因素包括水泥成分、水与水泥的比例、水的质量、水的温度等。
水的温度可以影响硅酸盐水泥的水化反应速率。
在水温较高的情况下，硅酸盐水泥的水化反应速率会加快，因为水的热量可以促进化学反应。
水泥的数量和比例会直接影响水泥的强度和硬度。
综上所述，硅酸盐水泥的水化反应是建筑工程中非常重要的一环。
虽然这是一个复杂的过程，但其中的每一个步骤都有其重要的作用。
在使用硅酸盐水泥进行建筑施工时，我们应该合理选取水泥的种类和比例，控制水的含量和温度，以保证水泥的强度和硬度。
硅酸盐水泥的水化产物
硅酸盐水泥的水化产物硅酸盐水泥是一种重要的建筑材料，广泛应用于各种建筑结构中。
在水泥的使用过程中，水泥会发生水化反应，产生一系列的水化产物。
这些水化产物对于水泥的强度、耐久性、抗裂性等性能具有重要影响。
因此，研究硅酸盐水泥的水化产物对于提高水泥的性能和应用价值具有重要意义。
一、硅酸盐水泥的水化反应硅酸盐水泥的水化反应是指水泥与水发生化学反应，产生一系列的水化产物。
水化反应是一个复杂的过程，涉及到多种化学反应和物理过程。
一般来说，硅酸盐水泥的水化反应可以分为以下几个阶段： 1. 溶解阶段：水泥颗粒与水接触后，水中的离子会进入水泥颗粒内部，与水泥中的化合物发生反应。
在这个阶段，水泥中的硅酸钙（C3S）和硅酸三钙（C3A）会首先与水发生反应，产生一些离子和化合物。
2. 硬化阶段：随着时间的推移，水泥中的化合物会逐渐形成新的晶体结构，从而使水泥颗粒逐渐硬化。
在这个阶段，水泥中的硅酸钙和硅酸三钙会分别形成硬石膏和钙铝石，从而使水泥颗粒逐渐硬化。
3. 成熟阶段：水泥颗粒逐渐硬化后，水泥中的化合物会进一步发生反应，形成一系列的水化产物。
这些水化产物包括硬石膏、水合硅酸钙、水合铝酸盐等。
二、硅酸盐水泥的水化产物硅酸盐水泥的水化产物是指水泥与水发生反应后形成的化合物。
这些化合物对于水泥的性能具有重要影响。
以下是硅酸盐水泥的主要水化产物：1. 硬石膏：硬石膏是水泥中的一种水化产物，是由硅酸钙和水反应形成的。
硬石膏在水泥中起到了一定的收缩作用，同时也能够提高水泥的强度和抗裂性。
2. 水合硅酸钙：水合硅酸钙是水泥中的一种水化产物，是由硅酸钙和水反应形成的。
水合硅酸钙是水泥中最主要的水化产物之一，能够提高水泥的强度和耐久性。
3. 水合铝酸盐：水合铝酸盐是水泥中的一种水化产物，是由硅酸三钙和水反应形成的。
水合铝酸盐能够提高水泥的强度和耐久性，同时也能够提高水泥的抗裂性和耐久性。
4. 水合硅酸钙和水合铝酸盐的复合物：水合硅酸钙和水合铝酸盐的复合物是水泥中的一种水化产物，是由水合硅酸钙和水合铝酸盐相互作用形成的。
简述硅酸盐水泥的水化过程及其水化后的主要产物
简述硅酸盐水泥的水化过程及其水化后的主要产物
硅酸盐水泥是一种重要的建筑材料，其水化过程是指在水的作用下，
硅酸盐水泥中的主要成分与水发生反应形成新的化合物的过程。
硅酸
盐水泥的主要成分是三氧化二铝和二氧化硅，加入适量石膏、熟石灰
等辅助材料后，在水的作用下发生复杂的化学反应。
硅酸盐水泥在与水接触时，首先发生快速反应，生成一些新型物质。
这个阶段称为初凝期。
初凝期内，硬化体积变化不大，但强度增长很快。
随着时间推移，在细胞结构中形成了一种立体网状结构，并且由
于反应放热而产生高温。
随着时间的推移，硬化体积逐渐增加，强度也逐渐增加。
这个阶段称
为混凝土晚期强度增长期。
在这个阶段内，硬化体积变化很小或者不变，但强度仍然在增长。
最终，在混凝土完全干燥时达到最终强度和稳定性。
硅酸盐水泥水化
后的主要产物是硅酸钙凝胶和水化硅酸钙。
硅酸钙凝胶是一种胶态物质，具有良好的粘结性能，可以将混凝土中的颗粒紧密地粘合在一起。
水化硅酸钙则是一种晶体物质，具有良好的抗压性能。
总之，硅酸盐水泥的水化过程非常重要，它决定了混凝土的强度和稳
定性。
在实际应用中，需要根据不同的工程要求和环境条件选择合适的硅酸盐水泥及其配方，并且控制好水化反应过程，以保证混凝土结构品质和使用寿命。
第四章 硅酸盐水泥的水化
硅酸盐水泥的水化放热曲线与C3S的基本相同，图2-2-5-10 中出现了三个放热峰。第一个峰一般认为是由于AFt的形成，第 二个峰则是由于C3S水化形成C-S-H和CH相，第三个峰是由于石 膏消耗完后AFt向AFm相的转化。
多数研究者认为水化硅酸钙的组成随着水化反应的进程而改变，其C/S 比随龄期的增长而下降，例如从水化1天的1.9，到2,3年后可减少至1.4～1.6 左右。
C3S的水化过程的5个阶段：
I．初始水解期：加水后立即发生急剧反应，但该阶段时间 很短，在15min以内结束。又称诱导前期。 2．诱导期：这一阶段反应速率极其缓慢，又称静止期，一 般持续2～4h,是硅酸盐水泥浆体能在几小时内保持塑性的原 因。初凝时间基本上相当于诱导期的结束。 3．加速期：反应重新加快，反应速率随时间而增长，出现 第二个放热峰，在到达峰顶时本阶段即告结束（4～8h）。此 时终凝已过，开始硬化。 4．衰退期：反应速率随时间下降的阶段，又称减速期，约 持续12一24h，水化作用逐渐受扩散速率的控制。 5．稳定期：反应速率很低、基本稳定的阶段，水化作用完 全受扩散速率控制。
水化重新加速的第二放热峰，也足以说明由于石膏的 存在，水化延缓。所以，石膏的参量是决定C3A水化速率、 水化产物的类别及其数量的主要因素。但石膏的溶解速 率也很重要，如果石膏不能及时向溶液中供应足够的硫 酸根离子，就有可能在形成钙矾石之前，先生成单硫型 水化硫铝酸钙。所以，硬石膏、半水石膏等不同类型的 石膏，对于C3A水化过程的影响，就与通常所用的二水石 膏有着明显的差别。 按照一般硅酸盐水泥的石膏掺量，其最终的铝酸盐水 化物常为钙矾石与单硫型水化硫铝酸钙。同时在常用水 灰比的水泥浆体中，离子的迁移受到一定程度的限制， 较难充分地进行上述各种反应，因此钙矾石很有可能与 其它几种水化铝酸盐产物在局部区域同时并存。
硅酸盐水泥的水化
硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥加水后，首先石膏迅速溶解于水，C3A立即发生反应，C4AF与C3S亦很快水化而β-C2S则稍慢。
几分钟后在电子显微镜下可以观察到水泥颗粒表面生成针状晶体、立方片状晶体和无定型的水化硅酸钙凝胶(C-S-H)。
尺寸相对较大的立方板状晶体是氢氧化钙，针状晶体(或立方棱柱状晶体)是三硫型水化硫铝酸钙晶体(钙矾石AFt)。
以后由于不断地生成三硫型水化硫铝酸钙，使液相中SO42-离子逐渐耗尽后，C3A与C4AF和三硫型水化硫铝酸钙作用生成单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。
生成的3Ca0·(A1203·Fe203)·CaS04&middo t;12H20可再和4Ca0·(A1204·Fe304)·13H20形成固溶体，如果石膏不足，还有C3A或C4AF剩留，则会生成单硫型水化硫铝酸钙和C4(AF)H13的固溶体，甚至单独的C4(AF)H13，而后再逐渐变成稳定的等轴晶体C3(AF)H6。
综上所述，硅酸盐水泥水化生成的主要水化产物有：C-S-H 凝胶、氢氧化钙、水化铝(铁)酸钙和水化硫铝(铁)酸钙晶体。
在充分水化的水泥石中，C-S-H凝胶约占70%，Ca(OH)2约占20%，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占70%。
水泥石结构是由未水化的水泥颗粒、水化产物以及孔隙组成，水化产物晶体共生和交错，形成结晶网络结构，在水泥石中起重要的骨架作用，水化硅酸钙凝胶填充于其中。
C-S-H凝胶比表面积很大，表面能高，相互间受到分子间的引力作用，相互接触而发展了水泥石的强度。
因此，随着水化龄期的推移，C-S-H凝胶生成量增加，有助于水泥石强度增长。
水泥石的强度与其他多孔材料一样，取决于内部孔隙的数量，这类影响强度的孔隙，是指拌合水泥浆时形成的气孔及不参与水化反应的自由水所形成的毛细孔，但不包括极为微小的凝胶孔。
硅酸盐水泥的水化
硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥加水后，首先石膏迅速溶解于水，C3A立即发生反应，C4AF与C3S亦很快水化而β-C2S则稍慢。
几分钟后在电子显微镜下可以观察到水泥颗粒表面生成针状晶体、立方片状晶体和无定型的水化硅酸钙凝胶(C-S-H)。
尺寸相对较大的立方板状晶体是氢氧化钙，针状晶体(或立方棱柱状晶体)是三硫型水化硫铝酸钙晶体(钙矾石AFt)。
以后由于不断地生成三硫型水化硫铝酸钙，使液相中SO42-离子逐渐耗尽后，C3A与C4AF和三硫型水化硫铝酸钙作用生成单硫型水化硫铝酸钙(AFm)。
生成的3Ca0·(A1203·Fe203)·CaS04&middo t;12H20可再和4Ca0·(A1204·Fe304)·13H20形成固溶体，如果石膏不足，还有C3A或C4AF剩留，则会生成单硫型水化硫铝酸钙和C4(AF)H13的固溶体，甚至单独的C4(AF)H13，而后再逐渐变成稳定的等轴晶体C3(AF)H6。
综上所述，硅酸盐水泥水化生成的主要水化产物有：C-S-H 凝胶、氢氧化钙、水化铝(铁)酸钙和水化硫铝(铁)酸钙晶体。
在充分水化的水泥石中，C-S-H凝胶约占70%，Ca(OH)2约占20%，钙矾石和单硫型水化硫铝酸钙约占70%。
水泥石结构是由未水化的水泥颗粒、水化产物以及孔隙组成，水化产物晶体共生和交错，形成结晶网络结构，在水泥石中起重要的骨架作用，水化硅酸钙凝胶填充于其中。
C-S-H凝胶比表面积很大，表面能高，相互间受到分子间的引力作用，相互接触而发展了水泥石的强度。
因此，随着水化龄期的推移，C-S-H凝胶生成量增加，有助于水泥石强度增长。
水泥石的强度与其他多孔材料一样，取决于内部孔隙的数量，这类影响强度的孔隙，是指拌合水泥浆时形成的气孔及不参与水化反应的自由水所形成的毛细孔，但不包括极为微小的凝胶孔。
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第21卷 第1期石家庄铁道学院学报(自然科学版)Vol .21 No .12008年3月JOURNAL OF SH I J I A ZHUANG RA I L WAY I N STITUTE (NATURAL SCIENCE )Mar .2008改性硅酸盐水泥的水化历程研究任书霞1, 田秀淑1, 李仕群2(1.石家庄铁道学院材料科学与工程分院,河北石家庄 050043;2.济南大学材料分院,山东济南 250022) 摘要:将磷铝酸盐水泥熟料(简称:P ALC )掺入硅酸盐水泥(简称:PC )对其进行改性,研究了不同磷铝酸盐水泥熟料掺量对改性硅酸盐水泥力学性能和水化历程的影响。
研究结果表明,适宜的磷铝酸盐水泥熟料掺量(外掺3%)可以加速改性硅酸盐水泥的水化,提高其早期和后期强度;但掺量过多,由于磷铝酸盐水泥水化较快,产生的水化产物较致密,这些致密的水化产物包裹在C 3S 、C 2S 等水泥颗粒的外层,阻止了其进一步的水化,使改性水泥出现一个持续时间较长的第二诱导期,从而使表现出较慢的水化速率和较低的早期强度。
关键词:磷铝酸盐水泥;改性硅酸盐水泥;力学性能;水化历程中图分类号:T Q172 文献标识码:A 文章编号:167420300(2008)0120047204收稿日期:2007211212作者简介:任书霞 女 1975年出生 讲师1 引言硅酸盐水泥是以Si 2O 和A l 2O 为主阴离子团的传统水泥,其水化产物主要有水化硅酸钙、水化铝酸钙及氢氧化钙等。
虽然硅酸盐水泥服务于人类200多年来,做出了极大的贡献。
然而也存在着各种弊端[1,2]。
新开发的磷铝酸盐水泥[3,4]是以P 2O 和A l 2O 为主阴离子团的新型特种水泥,其水化产物主要有铝胶、水化磷铝酸钙和水化磷酸钙凝胶及其相应的晶相。
由于在该水泥中,P 5+和A l 3+之间的不等价取代,在结构中形成大量缺陷,增加了系统的水化活性,使其水化浆体具有早强、高强、后期强度增进好及耐水性好等一系列等优点。
利用这些特点,将磷铝酸盐水泥掺入到硅酸盐水泥中对其进行改性,研究了不同磷铝酸盐水泥掺量对改性硅酸盐水泥性能的影响,并运用SE M 和热导式微热仪等现代分析手段进一步分析了影响机理。
2 实验2.1 原材料及组成硅酸盐水泥熟料和石膏来自山东水泥厂,磷铝酸盐水泥熟料自制及外加剂B ,化学分析见表1。
表1 水泥熟料和石膏的化学组成名称Ca O Si O 2A l 2O 3Fe 2O 3Mg O S O 3P 2O 5其他PC 熟料66.4921.354.233.583.21——0.93石膏33.14————45.14—20.96P ALC40.0410.3929.75———19.824.352.2 实验方法根据前期的研究[5],磨制改性硅酸盐水泥时,最佳粉磨工艺为先将P ALC 熟料与外加剂混磨,石膏与PC 熟料混磨,然后将两混合料混磨,外加剂的掺量即为单独P ALC 熟料磨制水泥时的最佳参量。
因此,这里只需确定P ALC 熟料,方案设计如下:当石膏的掺量为2.5%时,设计P ALC 的掺量分别为3%、6%和10%,分别简写为P O3,P O6和P O10。
根据标准稠度实验确定改性硅酸盐水泥和PC 净浆浆体的需水量,按相应的实验数据将各种水泥成型为20mm ×20mm ×20mm 的水泥净浆试块,养护至规定龄期后测定强度,取破型后的试块中部浸泡于48 石家庄铁道学院学报(自然科学版)第21卷酒精中以阻止水化,待用。
取每种水泥各100.00mg,置入烧杯中,按水灰比为100∶1加水,测定其水化放热速率。
3 结果与讨论3.1 力学性能改性硅酸盐水泥和PC 水化1d 、3d 和28d 时抗压强度测定结果见表2。
由表2可见,与PC 相比,随着P ALC 熟料掺量的增加,改性硅酸盐水泥抗压强度先增大,后减小;在掺量3%时,抗压强度达最大,各龄期较PC 分别提高了19.58%、13.88%和11.97%;掺量再增加时,强度会有所降低。
表2 改性硅酸盐水泥和PC 净浆各龄期的抗压强度试样编号m W ∶m C稠度/mm抗压强度/MPa水化龄期1d水化龄期3d水化龄期28dPC 0.2528.042.5460.8185.12P O30.2429.550.8769.2595.31P O60.2429.036.0659.5084.00P O100.2529.817.5653.2579.103.2 SE M 分析图1和图2分别是P O3和P O6水化1d 的SE M 照片。
由图可见,P O3浆体中凝胶相较多,晶粒呈微小的形态分散在凝胶中,空洞较少,结构致密。
P O6浆体中虽然此时熟料颗粒已无明显边棱,但还能辨认出颗粒,同时硬化浆体内孔洞较多,凝胶相对较少,结构较松散。
以上分析表明,P O3浆体的水化程度大于P O6,1d 浆体强度高于P O6,这与力学性能的分析结果是一致的。
图1 P O 3水化1d 的SE M 图 图2 P O 6水化1d 的SE M 图3.3 水化放热表3是P ALC 、改性硅酸盐水泥及PC 的水化放热特征。
图3是P ALC 的水化放热速率,图4和图5分别是PC 和改性硅酸盐水泥的水化放热速率和水化放热量曲线。
表3 PALC 、改性硅酸盐水泥及PC 的水化放热特征试件编号第一诱导期时间/h 起始终止第二诱导期时间/h 起始终止最大水化放热峰放热速率/(mW ・g -1)时间/h 4d 时累积最高放热量/(J ・g -1)PC 1.173.692.2811.81251.53P O31.874.362.3210.32212.82P O60.570.6811.5143.321.3959.58190.06P O100.200.326.2634.081.1457.84187.55P ALC0.435.4412.947.28218.49 由表3、图3、图4和图5可见,P ALC 加水后很快达到水化放热速率的第一峰,并在7h 左右出现第二峰,其放热速率高达12.94mW /g,20h 以后放热速率趋于平缓;PC 在加水60s 后达第一次最大放热速率,P O3、P O6和P O10分别为80s 、120s 和200s,在水化11.8h 硅酸盐水泥出现第二峰,其放热速率达2.28mW /g,42h 以后放热速率趋于平缓,到4d 时累计水化放热量为251.53J /g 。
P O3在10h 出现第二峰,其第1期任书霞等:改性硅酸盐水泥的水化历程研究49 放热速率达2.32mW /g,36h 以后放热速率开始平缓,到4d 时累计水化放热量为212.82J /g 。
P O6和P O10出现水化放热量最大峰值的时间分别为60h 和58h,从水化4d 后放热速率开始趋于平缓,到4d 时累计水化放热量分别为190.06和187.55J /g 。
上述的分析结果表明,五种水泥的水化速率快慢顺序为:图3 PALC 的水化放热速率PALC >P O3>PC >P O6>P O10。
由表3可以发现,与PC 以及P O3的不同,P O6和P O10的水化放热曲线存在3个峰值,2个诱导期,结合力学性能和SE M 的分析,对其水化历程的机理阐述如下:(1)第一放热峰,加水后7m in 左右出现。
该峰的出现是水泥颗粒以及外加剂与水接触后发生的物理吸附和润湿作用(物理润湿是一个放热过程)以及水泥颗粒活化点处的水解质子化作用的综合结果。
(2)第一诱导期,持续时间极短6m in 左右。
可能是由于外加剂在P ALC 水泥颗粒表面形成屏蔽膜的结果。
在此期间,一方面,吸附在P ALC 颗粒表面的外加剂阻碍图4 改性硅酸盐水泥和PC 的水化放热速率 图5 改性硅酸盐水泥和PC 的水化放热量其水化,另一方面,缓慢水化积累逐渐多的Ca 2+、AL 3+离子,当其在颗粒表面达到一定浓度时开始形成水化产物,屏蔽膜解体,于是放热速率发生转折。
(3)第二放热峰,在水化20多m in 左右出现,此时硬化浆体发生凝结。
第二峰的出现主要是由于诱导期的结束P ALC 首先开始水化,生成铝胶(AH 3)、水化磷铝酸钙(C 2A 2P 2H )和水化磷酸钙(C 2P 2H )凝胶;以及PC 中的熟料矿物如C 3S 或C 3A 与石膏反应,生成水化铝硅酸钙C 2S (A )2H 或AFt 以及少量的C 2S 2H 的结果;另一方面,由于P ALC 的水化产物较致密,这些致密的水化产物以及AFt 包裹在C 3S 、C 2S 等水泥颗粒的外层形成屏蔽膜,阻碍其进一步水化。
在此期间,浆体中主要的水化产物是P ALC 水化产物、AFt 以及少量的C 2S 2H 。
(4)第二诱导期,持续时间较长有30h 左右。
P O6水化1d 的SE M 照片(见图2)显示,虽然此时熟料颗粒已无明显边棱,但还能辨认出颗粒,同时硬化浆体内孔洞较多,凝胶相对较少,结构较松散。
在此期间内,主要是熟料矿物继续缓慢水化,不断溶出Ca 2+离子以及Si 4+离子,随着液相中离子浓度的增大,在屏蔽膜内外形成浓度差而引起渗透压力使屏蔽膜层局部破裂,离子溶出速率加快。
另外,随溶液中离子积[Ca2+]・[OH -]2的增加,达到一定过饱和度发生成核作用,于是[Ca2+]・[OH -]2离子积下降,产生了叠加的、较为迅速增大的渗透压,导致屏蔽膜层全面破坏,而使放热速率很快增大。
(5)第三放热峰,在58h 左右开始出现。
它的出现主要是熟料矿相中的C 3S 大量水化的结果,此时硬化浆体中CH 大量形成。
另外,该峰面积较大,说明水化放热较多,水化量较大。
故1～3d 的强度增长幅度较大(见表1)。
在稳定期,放热速率越来越低,水化速率主要由扩散控制。
石家庄铁道学院学报(自然科学版)第21卷504 结论(1)在P ALC掺量为3%时,能够硅酸盐水泥浆体中CS、C2S的水化加速,使制备的改性硅酸盐水泥3的力性能较PC大幅度提高,1d、3d、28d的抗压强度分别提高了19.58%、13.88%和11.97%。
(2)由于P ALC自身水化较快,当P ALC掺加过量(大于3%)时,其本身水化产物较致密,这些致密的水化产物包裹在CS、C2S等水泥颗粒的外层,阻止了其进一步的水化,使改性硅酸盐水泥出现一个持续3时间较长的第二诱导期,从而表现出较慢的水化速率和较低的早期强度。
参 考 文 献[1]Tayl or H F.Ce ment Che m istry[M].London:Acade m ic Press,1990.[2]席耀忠,陈益民,欧阳世翕.水泥材料研究动向[J].材料导报,2000,14(2):8210.[3]L i Shiqun,Hu J iashan,L iu B iao,et al.Funda mental study on ph0s ph0a I u m inate ce ment[J].Ce ment and Concrete Research,1999,29:154921554.[4]任书霞,张光磊,李仕群,等.磷铝酸盐水泥耐水性研究[J].硅酸盐水泥通报,2007,26(1):48251.[5]李仕群,胡佳山,刘飃,等.掺磷铝酸盐水泥的矿渣硅酸盐水泥水化行为[J].建筑材料学报,2001,4(1):22227.Study on Hydra ti on Perfor of M od i f i ed Portl and Cem en tRen Shux i a1, T i a n X i ushu1, L i Sh i qun2(1.School of Material Science and Engineering,Shijiazhuang Rail w ay I nstitute,Shijiazhuang050043,China;2.School ofM aterial,J inan University,J inan250022,China)Abstract:Modified Portland ce ment was p repared by adding phos phoalum inate ce ment clinker int o Portland ce ment.The influence of different a mount of Phos phoalu m inate cement clinker on the mechanical perf or mance and hydrati on p r ocesses of modified Portland ce ment is studied.The results show that the early and later strength of modified Portland ce ment would be i m p r oved by adding3%of Phos phoalu m inate ce ment clinker which could accelerate hydrati on of Portland ce ment,and reduced by adding the overfull a mount of Phos phoalum inate ce ment clinker owing t o the compact hydrate p r oduced by rap id hydrati on of P ALC enwrapp ing the surface of C3S and C2S particle and causing its hydrati on rate t o fall and the lasting second p reinducti on peri od t o appear.Key words:phos phoalum inate ce ment;modified portland ce ment;mechanical perf or mance;hydrati on p r ocesses(责任编辑 车轩玉)。