硬化水泥浆体
硅酸盐水泥的水化硬化概述
水化放热速率
Ca2＋浓度
诱导前期 (15分钟以
发生急剧反应，放热迅速， Ca2＋ 、OH-从C3S表面释放， 形成第一放热峰，而后放热 浓度急剧增大，pH值几分钟
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
二、测定水化速率的方法
（1）直接法：岩相分析、x射线分析、热分析பைடு நூலகம்定量测定已水化 和未水化部分的数量。较为复杂。
（2）间接法：测定结合水、水化热、Ca(OH)2生成量。较为简单。
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。
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。
稳定期
后 反应速率很低，基本稳定， Ca2＋浓度趋近饱和浓度 期 完全受扩散控制
水泥凝固原理
1.水泥凝固原理当水泥与适量旳水调和时,开始形成旳是一种可塑性旳浆体，具有可加工性。
随着时间旳推移,浆体逐渐失去了可塑性，变成不能流动旳紧密旳状态，此后浆体旳强度逐渐增长，直到最后能变成具有相称强度旳石状固体。
如果原先还掺有集合料如砂、石子等,水泥就会把它们胶结在一起，变成结实旳整体,即我们常说旳混凝土。
这整个过程我们把它叫做水泥旳凝结和硬化。
从物理、化学观点来看，凝结和硬化是持续进行旳、不可截然分开旳一种过程,凝结是硬化旳基础，硬化是凝结旳继续。
但是在施工中为了保证施工质量，规定在水泥浆体失去其可塑性此前必须结束施工，因此人们根据需要以及水泥浆体旳这个特性,人为地将这整个过程划分为凝结和硬化两个过程。
凝结是指水泥浆体从可塑性变成非可塑性,并有很低旳强度旳过程;硬化是指浆体强度逐渐提高能抵御外来作用力旳过程。
此外，对凝结过程还人为地进一步划分为初凝和终凝，用加水后开始计算旳时间来表达。
例如，国标规定：一般硅酸盐水泥初凝不得早于4５min，终凝不得迟于１２h。
使用时施工灌溉过程旳时间，必须早于4５ｍin;到终凝后,才干脱去模板开始下一种周期生产。
水泥旳凝结和硬化，是一种复杂旳物理—化学过程，其主线因素在于构成水泥熟料旳矿物成分自身旳特性。
水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反映而变成水化物，由这些水化物按照一定旳方式靠多种引力互相搭接和联结形成水泥石旳构造,导致产生强度。
一般硅酸盐水泥熟料重要是由硅酸三钙(3ＣaO·SｉO２)、硅酸二钙(β-2CａO·SiO２）、铝酸三钙（３CaO·Al2O3)和铁铝酸四钙（4CaO·Al2Ｏ3·Fe2O３)四种矿物构成旳，它们旳相对含量大体为：硅酸三钙37~6０％，硅酸二钙15~37%,铝酸三钙7～15%，铁铝酸四钙10～18％。
这四种矿物遇水后均能起水化反映,但由于它们自身矿物构造上旳差别以及相应水化产物性质旳不同，各矿物旳水化速率和强度，也有很大旳差别。
混凝土的结构、组成及特点综述
•
b为常数。
•
这个公式适应于低孔隙率时。
• Schiller提出另一个经验关系式，可用于孔 隙率较大的情况：
Pcr M=D ln——
P D是一个常数，Pcr表示强度为0时的孔隙率。
（3）浆体相——水
水泥石中的液相是含有可溶性离子的水。 水泥石中的水随着环境湿度的变化而变
化，根据水从水泥石中失去的难易程度划 分为四种类型：
对混凝土的强度而言，孔径D 在20nm(纳米)以下为无害孔， 在20-50nm为少害孔， 在50-200nm为有害孔， 大于200nm为多害孔。
• Ryshkewitch提出孔隙率和水泥浆体力学性 能的经验关系式：
• M=M0 exp(-bP) • M 孔隙率为P时，水泥石的强度
•
M0孔隙率为0时，水泥石的强度
硬化水泥浆体的特点：不均匀，含多种固相 、孔隙和水。
• 固相：水化硅酸钙（C-S-H）; 水化硫铝酸 钙微晶；氢氧化钙片状大结晶；未水化水 泥。
• 孔隙：层间孔、毛细孔（微小）；气孔（ 大）。
• 水分：毛细孔水、层间水、吸附水和化学 结合水
（1）浆体相——固相
• • 固相
水化产物
C-S-H凝胶 Ca(OH)2晶体 钙矾石(AFt相) 单硫型(Afm相)
（2）浆体相——孔隙
• 水泥石中的孔可分为三类：凝胶孔、毛细 孔、非毛细孔。
C-S-H凝胶
C-S-H凝胶内的层间孔 毛细孔
• 水泥石孔结构包含孔隙率和孔径分布两个 概念。
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
孔隙率：孔体积占水泥石体积的百分
数
•
孔径分布：不同孔径尺寸范围的孔的
体积百分数。
• 凝胶孔是水化水泥颗粒间的过渡空间，尺 寸1.5～3nm，水泥凝胶的最小孔隙率占水 泥凝胶体积的28%，即凝胶孔约占凝胶体
硅酸盐水泥的水化和硬化
C3A＋3CaSO4·2H2O+26H2O＝C3A·3CaSO4·32H2O 当C3A尚未完全水化，而石膏已经耗尽时： C3A·3CaSO4·32H2O +2C3A＋4H2O＝ 3(C3A·CaSO4·12H2O) 当石膏掺量极少，所有的钙矾石都转化为单硫型水化硫铝酸 单硫型水化硫铝酸 钙后，可能有C3A剩余，会发生下述反应： C3A·CaSO4·12H2O +3C3A＋Ca(OH)2+12H2O＝ 2[3CaO·Al2O3(CaSO4、Ca(OH)2）·12H2O]
④
当石膏耗尽时，为 AFm C4 AF + H 2O → 水化铝酸钙+ 水化铁酸钙
23
24
25
26
1、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，这是导致第一放热峰的主要因素。 2、C3S水化期 C3S开始迅速水化，大量放热，形成第二个放热峰 。有时会有第三放热峰或在第二放热峰上出现一个“峰 肩”，一般认为是由于钙矾石转化成单硫型水化硫铝( 铁)酸钙而引起的。同时，C2S和铁相亦以不同程度参与 了这两个阶段的反应，生成相应的水化产物。 3、结构形成和发展期 放热速率很低并趋于稳定，随着各种水化产物的 增多，填入原先由水所占据的空间，再逐渐连接并相互 交织，发展成硬化的浆体结构。
14
C3S凝结时间正常，水化较快，粒径40一50um的颗 粒28d可水化70％左右。放热较多，早期强度高 且后期强度增进率较大．28d强度可达一年强度 的70％一80％，其28d强度和一年强度在四种矿 物中均最高。
15
硅酸二钙的水化
• 在常温下，C2S水化式: 2CaO·SiO2+nH2O=xCaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2 简写为： C2S+nH=C-S-H+(2-x)CH
硬化水泥浆体的组成与结构及其性质
（3）水灰比
水灰比对徐变的影响，定性的评论是水灰比越大，徐变也愈大。
（4）温度
在荷载作用期间，环境混度活化徐变变形。
其他如湿度，养护条件，水泥组成等同样也会影响硬化水泥浆体的徐变。
16
03
硬化水泥浆体性质
3.3 硬化水泥浆体的渗透性
在水力梯度作用下，水作为典型的均质流体，流过多孔介质（
THE MAIN CONTENTS
01
03
概述
02
硬化水泥浆体组成与结构
硬化水泥浆体的性质
2
01 概述
1.1硬化水泥浆体
硬化水泥浆体是非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固相以
及存在于空隙中的水和空气组成，所以是固-液-气三相多孔体。它具有一定的机械强
度和空隙率，而外观和其他性能则与天然石材相似，因此通常又称之为水泥石。
水化产物和残存熟料－固相
非均质的多相体系
孔隙中的水－液相
三相多孔体
孔隙中的空气－气相
3
01 概述
1.2 水泥硬化机理
硬化机理
产生凝结硬化的原因
水化硬化过程
结晶理论
水化反应生成晶体
相互交叉联结
溶解－沉淀过程：熟料矿物溶解于
水，与水发生水化反应，产物溶解
度更小，结晶沉淀。
胶体理论
水化反应生成大量胶体，由于干燥或 局部化学反应：熟料矿物不溶于水，
泥浆体强度的函数。
抗压强度
= , +
m------经验直线的斜率
B------- 轴上的截距
12
03
硬化水泥浆体性质
（2）硬化水泥浆体的弹性模量
混凝土的结构与性能过渡区内容
二、混凝土的结构与性能为了便于认识粉煤灰在混凝土中的作用，先来看看混凝土的结构和性能之间的关系。
混凝土是由大小不同的颗粒所组成的，大颗粒粗骨料的空隙由中小颗粒的粗骨料（石子）填充；粗骨料颗粒的空隙由细骨料（砂子）填充，它的颗粒也是有粗有细，细颗粒填充粗颗粒之间的空隙；水泥浆则填充粗细骨料堆积体的大小空隙，并包裹它们形成一层润滑层，使新拌混凝土（也称拌合物）具有一定的工作性，能在外力或本身的自重作用下成型密实。
硬化混凝土是一种复杂的、多相的复合材料，它的结构主要包括三个相——骨料、硬化水泥浆体以及二者之间的过渡区，说它复杂是因为它很不匀质，主要体现在以下几方面：第一，过渡区的存在。
过渡区是围绕骨料颗粒周边的一层薄壳，厚度约10～50μm。
由于它的薄弱，对混凝土性能的影响十分显著；第二，三相中的任一相，本身实际上还是多相体。
例如一颗花岗岩的骨料里除了有微裂缝、孔隙外，还不均匀地镶嵌着石英、长石和云母三种矿物。
石英很硬，而云母就很软；第三，与其他工程材料不同，混凝土结构中的两相——硬化水泥浆体和过渡区是随时间、温度与湿度环境不断变化着的。
先谈骨料相。
通常在为混凝土选择骨料时，首先注意的是它的颗粒强度，也就是说：它越坚硬越好。
事实上，由于骨料的强度通常比其他两相的高很多，因此它对混凝土的强度并没有直接的影响。
但是它们的粒径和形状间接地影响混凝土强度：当骨料最大粒径越大、针片状颗粒越多时，其表面积存的水膜越厚，过渡区相就越薄弱，硬化混凝土的强度和抗渗透性也越差。
所以，质量好的骨料应该是颗粒形状均匀、级配好，堆积密实度高，所需要的浆体用量少。
许多路面板之所以不耐久，骨料质量差，尤其缺乏5~10mm粒径的颗粒，因此传荷能力和抗冲击与疲劳能力受到严重影响是重要的原因。
再谈硬化水泥浆体（也称水泥石）。
在配制混凝土选用水泥时，都认为标号越高的水泥就越好。
事实上，高标号水泥因为通常粉磨得越细，在拌合时往往需要更多的水，硬化后生成更多薄弱的氢氧化钙，多余的水分蒸发后也会形成更多的孔隙，对混凝土的强度和耐久性不利。
硬化水泥浆体的组成与结构和性质
硬化水泥浆体的组成与结构和性质
硬化水泥浆体的组成主要包括水泥、水和外加剂。
水泥是硬化水泥浆体的胶凝材料，通常使用的水泥有普通硅酸盐水泥、矿渣水泥和高性能水泥等。
水是用来调节水泥浆体的流动性和达到适当的可操作性。
外加剂则用于调整硬化水泥浆体的工作性能，如缓凝剂、加速剂和减水剂等。
硬化水泥浆体的结构主要是由水泥胶体、水泥石、骨料等组成。
水泥胶体是指水泥颗粒与水的反应产物，它是水泥浆体中起到胶结和充填作用的关键组分。
水泥石是由水泥胶体与骨料颗粒相互结合而形成的坚固网状结构，它能够固定骨料颗粒，提高硬化水泥浆体的强度。
骨料是硬化水泥浆体中的颗粒状填料，它可以分为细骨料和粗骨料，用于增加硬化水泥浆体的体积和强度。
硬化水泥浆体的性质主要包括塑性、可流性、强度、耐久性等。
塑性是指硬化水泥浆体在施工过程中可以正常变形而不破坏其连通性和稳定性的能力。
可流性是指硬化水泥浆体在施工过程中能够较好地流动，填充空间的能力。
强度是指硬化水泥浆体在一定的压力和剪切力下具有抵抗破坏的能力，它决定了硬化水泥浆体的承载能力和耐久性。
耐久性是指硬化水泥浆体在不同的环境条件下，如湿热、冻融循环、化学腐蚀等环境的侵蚀下能够保持较好的工程性能和使用寿命。
总之，硬化水泥浆体的组成和结构以及性质对于混凝土的制备和应用有着重要的影响。
通过对硬化水泥浆体的研究和理解，可以优化混凝土配合比，提高混凝土的工作性能和力学性能，从而满足不同工程的需求。
混凝土凝固的机理
混凝土凝固的机理当水泥与适量的水调和时，开始形成的是一种可塑性的浆体，具有可加工性。
随着时间的推移，浆体逐渐失去了可塑性，变成不能流动的紧密的状态，此后浆体的强度逐渐增加，直到最后能变成具有相当强度的石状固体。
如果原先还掺有集合料如砂、石子等，水泥就会把它们胶结在一起，变成坚固的整体，即我们常说的混凝土。
这整个过程我们把它叫做水泥的凝结和硬化。
从物理、化学观点来看，凝结和硬化是连续进行的、不可截然分开的一个过程，凝结是硬化的基础，硬化是凝结的继续。
但是在施工中为了保证施工质量，要求在水泥浆体失去其可塑性以前必须结束施工，因此人们根据需要以及水泥浆体的这个特性，人为地将这整个过程划分为凝结和硬化两个过程。
凝结是指水泥浆体从可塑性变成非可塑性，并有很低的强度的过程；硬化是指浆体强度逐渐提高能抵抗外来作用力的过程。
此外，对凝结过程还人为地进一步划分为初凝和终凝，用加水后开始计算的时间来表示。
例如，国家标准规定：普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于12h。
使用时施工浇灌过程的时间，必须早于45min；到终凝后，才能脱去模板开始下一个周期生产。
水泥的凝结和硬化，是一个复杂的物理—化学过程，其根本原因在于构成水泥熟料的矿物成分本身的特性。
水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反应而变成水化物，由这些水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构，导致产生强度。
普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（β-2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）和铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）四种矿物组成的，它们的相对含量大致为：硅酸三钙37～60％，硅酸二钙15～37％，铝酸三钙7～15％，铁铝酸四钙10～18％。
这四种矿物遇水后均能起水化反应，但由于它们本身矿物结构上的差异以及相应水化产物性质的不同，各矿物的水化速率和强度，也有很大的差异。