第9章 硅酸盐水泥的水化和硬化
磨细的过程中，使晶格扭曲程度增大，晶格缺陷 增加，使水化反应易于进行。 提高细度只对早期水化速度和早期强度有益，而 对后期强度没有更多的有益作用。相反，较粗的 颗粒，各阶段的反应部较慢。
4、温度
• 温度越高，速度越快。但温度对水化速度的影响主要在早 期，对后期影响不大。
C3 (A,F) 3CS H32 C3 (A,F) CS H12
• 石膏不足
五、 游离氧化钙和方镁石
CaO H2O Ca(OH)2
MgO H2O Mg(OH)2
9.2 硅酸盐水泥的水化
一、水化过程
• 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 Al(OH)4-、K+ 、Na+等离子。
生成较多Ca(OH)2和钙矾石晶体，纤维状水化硅酸钙也以
熟料颗粒上开始长出来。随着水化产物的增多，网状结构 不断加强，强度也随之增长，使原先剩留在颗粒之间空隙 中的游离水被逐渐分割成各种尺寸的水滴，填充在相应大 小的孔隙之中。水泥浆体由半固定结构逐渐转为固定结构， 可塑性逐渐消失，水泥开始凝结。
• 第三阶段： 加水24小时以后，直到水化结束。这一阶段， 石膏已基本耗尽，所以钙矾石开始转化为AFm，还可能形 成 C(A· F)H13。随着水化的进行，各种水化产物的数量不 断增加，晶体尺寸不断长大，使结构更加致密，强度逐渐 提高。
• 硅酸盐水泥在-5℃时仍能水化，但在-10℃时水化反应就基
本停止了，特别是矿C2S基本上没有活性了，因此，温度 对C2S的影响更大。 • 在100 ℃以内，硅酸盐水泥、C3S或β-C2S浆体的水化产物， 与常温生成的产物基本上没有区别，且水化机理也没有变 化。如果硅酸盐水泥，在更高温度及高压的压蒸条件下水 化，将生成与常温条件下水化不同的水化产物。
2、水灰比 适当增大水灰比，可增大水与水泥的接触面，水化 速率快。另外水灰比大，使水化产物有足够的扩散 空间，有利于水泥颗粒继续与水接触而起反应。 如果不适当地增大水灾比，对水泥早期水化速度影 响并不明显，而且由于水分太多会使水泥石的结构 中产生较多的孔隙，顺降低水泥石的强度。
3、水泥细度
• 各种水化产物相互搭接、交叉攀附，形成三维密实整体。
产物之间通过氢键、范德华力或原子键结合。
• 水泥水化初期主要为化学反应所控制，随着水化
产物增厚，逐渐过渡到离子扩散控制。
9.4 硬化水泥浆体的组成和结构
结构：硬化水泥浆体为非均质多相体系，由水化产物、残 存熟料、孔隙及孔隙中的水和空气组成，外观类似于天然 石材，称为水泥石。 组成：（水化三个月，水灰比为0.5） C-S-H，40%；Ca(OH)2， 12% ；AFm ，16%；孔
• 极少
C3 A CS H12 C3A 12H 2C3 A(CS 、CH)H 12
• 按照一般硅酸盐水泥石膏掺量，铝酸盐产物为AFt和AFm。
四、 铁铝酸四钙
• 较C3A略慢，水化热低，产物与C3A相似。
• 无石膏
C4AF 4CH 22H C4 (A,F)H13
• C4(A,F)H13 会转化为C3(A,F)H6；温度较高，则直接形 成C3(A,F)H6 。 • 有石膏
C2S nH2O C - S - H (2 x)CH
三、 铝酸三钙
• 迅速，受溶液中氧化钙、氧化铝浓度和温度影响很大。
• 常温
2C3A 27H C4AH19 C2AH8
• C4AH19在湿度低于85%，转化成C4AH13。 • C4AH19、C4AH13和均为六方片状晶体，会转化为C3AH6 等轴晶体。
C4 AH13 C2 AH8 2C3AH6
• 温度较高
C3A 6H C3AH6
• 液相的氧化钙饱和
2C3A CH 12H C4AH13
• 水泥瞬凝原因
C4AH13 3CSH2 14H C3 A 3CS H32 CH
• 钙矾石，AFt
• 石膏不足
C3 A 3CS H32 2C4AH13 3(C3 A CS H12 ) 2CH 2OH
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。 若石膏不足，有AFm 和C4(A· F)H13的固溶体形成，甚至单独 形成C4(A· F)H13，后者 在逐渐转变为C3(A· F)H6。 • 水化产物体积比见图8-13。
二、 硅酸二钙
• 与C3S相似
• 水化速率很慢，为C3S 的1/20 • 所形成的水化硅酸钙与C3S生成的C/S比和形貌等 方面无大区别，故也称C-S-H。 • CH生成量比C3S的少。
2CaO SiO 2 nH2O xCaO SiO 2 yH2O (2 x)Ca(OH)2
（1）诱导前期 加水后立即发生急剧反应，约15min内结束。 （2）诱导期 速率极慢，一般持续1~4 h，是水泥浆体在几小时内保持塑 性的原因。初凝时间相当于诱导期的结束。 （3）加速期 反应重新加快，速率随时间增长，出现第二放热峰，达到峰 顶时基本结束（4~8 h）。此时终凝已过，开始硬化。 （4）减速期 反应速度逐渐降低，约持续12~24 h。 （5）稳定期 反应速度很低，完全受扩散速率控制。
二、水化速率
表示方法 水化速度：单位时间内的水化程度或水化深度
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：水泥颗粒已水化层的厚度，以微米表示。 测定方法：
直接法 间接法
影响因素
1、矿物组成和结构：28天内各矿物的水化速度为C3A最快， C4AF和C3S次之，C2S最慢。 C3A含量大，水化快； C2S含量 大，水化慢。 C3S和β-C2S同属岛状结构，但前者晶体中的空腔较大，水分 容易进入； C3A晶体中的空腔也很大，且铝的价键不饱和。 引入杂质离子形成缺陷，可提高矿物的活性。
• 结晶理论
末水化水泥化合物溶于水中后，沉淀析出呈交错
生长的水化物晶体，从而引起胶凝作用。
• 胶体理论
水化物凝胶的生成和脱水是产生凝结和硬化的原 因。（干燥作用和内吸作用） • 区别 水化产物是否需要经过矿物溶解于水的阶段。
• 洛赫尔三阶段理论
• 第一阶段：大约从水泥加水起至初凝时候止。C3S与水迅
2.吸附水
• 水分子，不占据晶格位置；（吸附效应，毛细管力）； • 凝胶水；
• 毛细孔水。
3.自由水
• 与一般水相同。
• 蒸发水：可用降气压，升温度等方法使之干燥 （自由水、吸附水）是所有孔隙体积的量度。
第9章
硅酸盐水泥的水化和硬化
水泥＋水（流体）－可塑性浆体（塑性体）－固体
水泥
混 合 材 料
水
水化 凝结
熟 料
石 膏
水 硬化
水泥的水化、凝结、态，由低含水变
为高含水，统称为水化。
凝结－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。
隙，24%；残留熟料，8%.
一、水化产物的结构及形态
• 1.C-S-H的结构和形态 • 1）组成 C/S随Ca(OH)2浓度的增加而增加； C/S和H/S比随水固比的增 加而减少。 C/S =0.8~1.5，Ⅰ型C-S-H ； C/S =,1.5~2.0， Ⅱ型C-S-H。
• 2）结构
无定形胶体状物质，结晶度很差；由硅氧单聚物形成聚合物。 • 3）形貌
结晶良好，针状，六方柱状，有时出现空心管状。
• 4.单硫型水化硫铝酸钙的结构与形态
开始为不规则板状，在逐渐形成六方板状 C4AH13，C2AH18与之类似。
水泥浆扫描电镜照片（7d龄期）
钙矾石
C-S-H
电镜下的水泥水化产物图
CH Crystal 氢氧化钙晶体
C-S-H 水化硅酸钙凝胶
二、孔及其结构特征
• 5、外加剂：促凝剂、早强剂、缓凝剂
9.3 水泥的凝结硬化过程
• 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——产生一定的机械强度并
逐渐升高，即为硬化。
• 因此，水化是凝结硬化的前提，而凝结硬化则是水化的结 果。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。
硬化－此后，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。
9.1 熟料矿物的水化
一、 硅酸三钙
3CaO SiO 2 nH 2 O xCaO SiO 2 yH 2 O (3 x)Ca(OH)2
C3S nH 2 O C - S - H (3 x)CH
• 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 此间又化合，之后水化产物凝结、硬化，发 挥强度，因此 ，水化过程实际上就是熟料解 体——水化——水化产物凝聚 ——水泥石， 开始是解体、水化占主导作用，以后是凝聚
占主导作用。
• 水泥加水后， C3S 、C3A 、C4AF均很快水化，同时石膏迅速
速反应，生成Ca(OH)2饱和溶液，并从中析出六方片状
Ca(OH)2晶体。同时，石膏也很快进入溶液与C3A和
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:
简述硅酸盐水泥的主要水化产物和硬化水泥石的结构。
硅酸盐水泥的主要水化产物是：水化硅酸钙和水化铁酸钙凝胶，氢氧化钙，水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。
硬化水泥石的结构是由水泥水化产物(主要是水化硅酸钙凝胶)、未水化水泥颗粒、毛细孔(毛细孔水)等组成的不均质的结构体。
硅酸盐水泥的主要化学成分：氧化钙CaO,二氧化硅SiO2,三氧化二铁Fe2O3,三氧化二铝Al2O3.硅酸盐水泥的主要矿物：硅酸三钙（3CaO·SiO2,简式C3S）,硅酸二钙（2CaO·SiO2,简式C2S）,铝酸三钙（3CaO·Al2O3,简式C3A）,铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3,简式C4AF）.水泥的凝结和硬化：1)、3CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca（OH）2；2)、2CaO·SiO2+H2O→CaO·SiO2·YH2O（凝胶）+Ca（OH）2；3)、3CaO·Al2O3+6H2O→3CaO·Al2O3·6H2O（水化铝酸钙,不稳定）；3CaO·Al2O3+3CaSO4·2 H2O+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O（钙矾石,三硫型水化铝酸钙）；3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2〔3CaO·Al2O3〕+4 H2O→3〔3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O〕（单硫型水化铝酸钙）；4)、4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O.水泥速凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象.高温使得石膏中结晶水脱水,变成浆状体,从而失去调节凝结时间的能力.假凝现象与很多因素有关,一般认为主要是由于水泥粉磨时磨内温度较高,使二水石膏脱水成半水石膏的缘故.当水泥拌水后,半水石膏迅速与水反应为二水石膏,形成针状结晶网状结构,从而引起浆体固化.另外,某些含碱较高的水泥,硫酸钾与二水石膏生成钾石膏迅速长大,也会造成假凝.假凝与快凝不同,前者放热量甚微,且经剧烈搅拌后浆体可恢复塑性,并达到正常凝结,对强度无不利影响.。
硅酸盐水泥的基本组成水化和硬化机理
硅酸盐水泥的基本组成水化和硬化机理
硅酸盐水泥（Portland cement）是建筑中常用的一种水泥类型，它由若干种矿物质混合制成。
硅酸盐水泥的基本组成包括硅酸盐、铝酸盐、铁酸盐、钙酸盐等矿物质。
硅酸盐水泥的主要性质是其水化反应及硬化机理，其中水化反应是硬化的基础。
硅酸盐水泥的水化反应
硅酸盐水泥的水化反应分为两个阶段，分别是初始水化反应和二次水化反应。
初始水化反应: 初始水化反应是硅酸盐水泥与水开始反应产生物质的重要阶段。
该反应主要是由硅酸盐矿物质和水中的氢氧根离子（OH-）形成硅酸钙凝胶（C-S-H），同时还生成小量结晶状的钙矾土（Ca(OH)2）。
硬化反应: 当硅酸钙凝胶形成后，硬化反应就开始了。
硬化反应是指钙矾土与硅酸钙凝胶再次反应，产生附着在硅酸钙凝胶上的二次水化产物（例：钙硅酸盐、铝酸钙、铁酸钙等），从而导致硬化的过程。
硅酸盐水泥水化反应和硬化机理导致水泥成品逐渐硬化并得到强度的增加。
硅酸盐水泥的硬化机理包括两个阶段。
初始硬化阶段: 在初始硬化阶段中，主要发生的是水泥粉末与水反应生成硅酸钙溶胶，这个阶段是水泥松散质地逐渐变硬的转折点，经历了3-5小时左右时材料开始渐渐变硬，表现出初始硬度。
二次硬化阶段: 在这个阶段中，水泥产物进一步硬化，矿物质之间的结合变得更加紧密。
此时，水泥得到的韧性、强度等性能逐渐增强。
因此，硅酸盐水泥的水化和硬化反应是建筑中非常关键的部分。
这些反应可以向我们展示水泥是如何在混凝土中发挥作用的。
了解这些机制可以帮助建筑师、设计师、土木工程师、建筑工人或其他与建筑相关的人员掌握常用的建筑材料的工作机制并做出相应的设计和施工。
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。
硅酸盐水泥的水化硬化概述
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
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
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
硅酸盐水泥的水化和硬化
在液相CaO浓度达到饱和时，C3A还可能依下式水化：
3CaO·A12O3十Ca(OH)2十12H2O = 4CaO·A12O3·13H2O
即：
C3A十CH十12H = C4AH13
在硅酸盐水泥浆体的碱性液相中，CaO浓度往往 达到饱和或过饱和，因此，可能产生较多的六方 片状C4AH13，足以阻碍粒子的相对移动，据认为 这是使浆体产生瞬时凝结的一个主要原因。
水泥用适量的水拌和后，形成能粘结砂石 集料的可塑性浆体，随后逐渐失去塑性而凝结硬 化为具有一定强度的石状体。同时，还伴随着水 化放热、体积变化和强度增长等现象，这说明水 泥拌水后产生了一系列复杂的物理、化学和物理 化学的变化。
8.1 熟料矿物的水化
一、硅酸三钙(C3S)的水化 二、硅酸二钙(C2S)的水化 三、铝酸三钙(C3A)的水化 四、铁相固溶体(C4AF)的水化
始周界向内部生长 的C-S-H。实际上， C-S-H的形貌不止这 四种。C-S-H的形成 和水灰比、温度、
龄期等水化条件有 关。
硅酸三钙水化的五个阶段(Five periods)
硅酸三钙水化速率很快，其水化过程根据水化放热速率— 时间曲线可分为五个阶段(如图8-1-2) ：
Ⅰ-诱导前期；
Ⅱ-诱导期；
• 当CaO浓度<1mmol／L时，生成氢
氧化钙和硅酸凝胶。
• 当CaO浓度为l~2mmo1/L时，生成
水化硅酸钙和硅酸凝胶。
• 当CaO浓度为2~20mmol/L时，生
成C／S比为0.8~1.5的水化硅酸钙:
图8-1-1 水化硅酸钙与溶液间的平衡
(0.8~1.5)CaO·SiO2·(0.5~2.5)H2O， 称为C—S—H (I)。
的六方板状晶体。
第九章硅酸盐水泥的性能
四、调凝外加剂
除石膏外， 除石膏外，许多无机盐或有机化合物也可以调节 缓凝剂和 凝结时间。通常分为缓凝剂 促凝剂(早强剂)两种。 凝结时间 。 通常分为 缓凝剂 和 促凝剂 (早强剂 )两种 。 缓凝剂：能延缓凝结时间， A 缓凝剂：能延缓凝结时间，并对后期强度发展无不 利影响的外加剂。 利影响的外加剂。 缓凝剂主要有四类： 缓凝剂主要有四类： 1. 糖类，如糖钙等； 2.木质素磺酸盐类，如木质素磺酸钙、木质素磺 酸钠等； 3.羟基羟酸及其盐类，如柠檬酸、酒石酸钾钠等； 4.无机盐类，如锌盐、硼酸盐、磷酸盐等。
适用范围： 适用范围： 促凝剂可以在常温、低温、负温（ 促凝剂可以在常温、低温、负温（不低 于－5℃）条件下加速混凝土的硬化过程， ℃ 条件下加速混凝土的硬化过程， 多用于冬季施工和抢修工程。 多用于冬季施工和抢修工程。 注意事项： 注意事项： 在实际生产中， 在实际生产中，使用调凝剂时应注意其 掺量及其对水泥性能的影响等问题 及其对水泥性能的影响等问题。 掺量及其对水泥性能的影响等问题。 在选择外加剂和其适宜的掺量时， 在选择外加剂和其适宜的掺量时，应根 据工程需要，现场的材料条件，参考有 据工程需要，现场的材料条件， 关资料，通过试验确定。 关资料，通过试验确定。
§9-2 强 度 一、强度的形成和发展
水化、凝结、硬化 强度是评判水泥质量最重要的指标。它是逐渐 增长的，与其水化养护龄期有关。
按所受压力不同分： 按所受压力不同分：
按龄期不同分： 按龄期不同分：
如1d 3d 7d强度
抗压强度 抗折强度
早期强度： 早期强度 指28d以前的强度 后期强度： 后期强度 指28d及以后的强度。
以C3S的水化反应为例： 2(3CaO·SiO2) + 密度(g/cm) 3.14 摩尔质量(g/mol) 228.23 摩尔体积(cm３／mol) 72.71 体系中所占体积（cm３）145.42