硅酸盐水泥的水化过程
硅酸盐水泥凝结硬化的四个阶段
硅酸盐水泥凝结硬化的四个阶段硅酸盐水泥，这个名字听起来有点高大上，但别担心，我们来聊聊它凝结硬化的过程。
其实，这就像是一个人从懵懂少年逐渐成长为成熟稳重的成年人的故事，曲折而又充满趣味。
今天就让我们轻松地揭开硅酸盐水泥的四个凝结硬化阶段，顺便打打比方，聊聊生活中的趣事。
1. 开始阶段：搅拌与浇筑1.1 准备工作首先呢，当你把水泥、砂子和水搅拌在一起的时候，就像是做菜，得把所有材料准备齐全。
这个阶段充满了期待和兴奋，大家伙儿围着混合物，真像在围着锅里煮的热汤。
水泥和水结合，形成了一个“泥浆”，这就好比小朋友们在游乐场的沙坑里玩耍，初见生机。
1.2 浇筑时刻接下来就是浇筑了。
想象一下，那种把浆料倒进模具的感觉，就像是把一个个梦想都倾注在一个漂亮的蛋糕模具里。
水泥在这里开始接受考验，期待着成型。
哎，这个阶段可是关键！不然的话，等到硬化后，蛋糕可能就变成了“黑暗料理”了。
2. 凝结阶段：初凝与终凝2.1 初凝随着时间的推移，水泥开始凝结。
这就像小朋友们开始玩得有点累，慢慢停下了。
不过，初凝的感觉有点像水面上的涟漪，不是马上就平静，而是慢慢地过渡。
这个时候，水泥的工作可没结束，依旧在努力“长大”。
大家可能会觉得“哎呀，这么快就凝固了？”其实，它在默默为之后的硬化做准备。
2.2 终凝接着进入终凝阶段，水泥这小家伙终于慢慢稳住了。
就像一位年轻人，经过一番折腾后终于找到了自己的方向，站稳了脚跟。
此时的水泥，已经不再是那团稀泥，而是有了形状和个性。
这时候，大家也许会感叹：“嘿，没想到水泥也能有这样的蜕变！”3. 硬化阶段：水化与强度提升3.1 水化过程水泥的硬化，最神奇的部分来了！它开始水化，像是喝了特效药，迅速充满了活力。
这时候，水泥中的化学反应像火山爆发一样，剧烈而又精彩。
你可以想象一下，就像是你在健身房里锻炼，肌肉在不断生长，越练越强。
这个阶段，水泥不仅仅是变得硬邦邦的，更是开始逐步提升自己的“战斗力”。
3.2 强度提升最后，经过一段时间的“锤炼”，水泥的强度达到了巅峰。
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
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。
硅酸盐水泥水化反应化学式
硅酸盐水泥水化反应化学式
硅酸盐水泥的水化反应化学式可以用如下方式表示：
2Ca3SiO5 + 7H2O → 3CaO·2SiO2·4H2O + 3Ca(OH)2。
这个化学方程式描述了硅酸盐水泥中主要成分三钙二硅酸鈣
（C3S）在水的作用下发生水化反应的过程。
在这个过程中，水分子（H2O）与C3S发生反应，生成水化硅酸钙（C-S-H凝胶）和氢氧化
钙（Ca(OH)2）。
这个化学方程式反映了硅酸盐水泥水化的基本过程，但实际上
硅酸盐水泥中还含有其他成分，如二钙二硅酸鈣（C2S）和三钙三硅
酸镁（C3A），它们也会参与水化反应，生成相应的水化产物。
总的来说，硅酸盐水泥的水化反应是一个复杂的化学过程，涉
及多种成分和产物的生成，而上述化学式只是其中的一个简化表示。
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。
硅酸盐水泥的水化过程课件
随着全球气候变化和环境问题的加剧，硅酸盐水泥行业面临着减少碳排放、提高能源利用效率、降低环境污染等 重大挑战。此外，随着市场竞争的加剧和消费者对产品品质和服务质量的要求提高，硅酸盐水泥行业还需要加强 技术创新和产品升级，提高企业核心竞争力。
THANKS
感谢观看
的目的。
此外，硅酸盐水泥还可以用于制 造涂料、油漆等涂层材料，提高
涂层的硬度和耐候性。
07
CATALOGUE
结论与展望
硅酸盐水泥水化过程的结论
硅酸盐水泥熟料是水化反应的主要来源，其组成和性质对水化过程有重要影响。
硅酸盐水泥熟料中的硅酸三钙和硅酸二钙含量较高，它们的水化反应速度快，对混 凝土的早期强度贡献较大。
硅酸盐水泥的其他应用
在土木工程中的应用
硅酸盐水泥在土木工程中是一 种常用的建筑材料，具有高强 度、耐久性和良好的耐火性。
在桥梁、道路、建筑等土木工 程中，硅酸盐水泥被广泛用于 混凝土的配制，以提高结构的 强度和耐久性。
此外，硅酸盐水泥也常用于砌 筑砂浆的配制，具有良好的保 水性和易操作性。
在化学工业中的应用
水化产物。
水化产物的种类与性质
硅酸钙
硅酸钙是硅酸盐水泥的主要水化产物，它对水泥 石的强度、耐久性和化学稳定性都有重要影响。
氢氧化钙
氢氧化钙是水泥水化的副产物，它的溶解度较高 ，对水泥石的强度和耐久性产生不利影响。
铝酸钙
铝酸钙是水泥水化的中间产物，它对水泥石的强 度和耐久性也有重要影响。
水化过程中的能量变化
硅酸盐水泥是一种重要的无机非 金属材料，在化学工业中有着广
泛的应用。
例如，硅酸盐水泥可以用于生产 硫酸钙、磷酸钙等重要的化工原
料。
硅酸盐水泥水化过程
硅酸盐水泥水化过程1、硅酸盐水泥的化学成分和矿物成分分析我们知道硅酸盐水泥中由于人为设计加入了许多的钙、铁、铝等阳离子，这些离子在水泥煅烧过程与二氧化硅网络结合，在网络中形成离子缺陷，而这些离子的多与少、相互之间的比例都会对二氧化硅网络的稳定性产生决定性的影响，所以无论如何强调水泥的化学成份都不为过。
而这些阳离子与二氧化硅网络的结合是完全无序的，有的地方或许钙离子会富集多一点而某些地方其它阳离子为富集得多一些，所以我们常常依据这一特点，将硅酸盐水泥的矿物成份区别为硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)但考虑到它的空间网络结构，在水泥中很难分离出这四种矿物，可以设想每一粒水泥颗粒中包含了这四种矿物，只是在不同的空间位置，可能某种矿物会更为富集而已。
硅酸盐水泥中，由于硅酸三钙的钙离子含量更高，所以它的反应速度一定会超过硅酸二钙，而铝酸三钙的反应最快，铁铝酸四钙相对于铝酸三钙要慢，但也快于硅酸三钙，所以这四种矿物成分的水化反应速度依次为C3A、C4AF、C3S、C2S。
硅酸盐水泥的化学成分会极大地影响这四种矿物在水泥中的比例。
2、硅酸盐水泥的水化硬化过程硅酸盐水泥的水化硬化过程由水泥与水发生化学反应主导，四种主要矿物都会发生反应，是一个连续且漫长的过程。
这些反应不仅受到各种矿物成分的水化反应的直接影响，还受到反应物和反应产物在空间位置的影响，表现出一定的阶段性。
在宏观上，硅酸盐水泥从与水接触开始，处于软化状态，随着水化反应的进行，会放出热量，生成反应产物，反应物的生成以及水分的消耗，导致其稠度也会增加，水泥浆会逐渐失去流动性;随着反应进一步增加，会在水泥颗粒周围成纤维状排列;这些纤维搭接在一起，整个系列开始失去软塑性而开始硬化。
在简单介绍了水泥的水化硬化前提下，我们还要探讨硅酸盐水泥不同矿物的水化特性都会影响它的水化硬化过程，而且对于混凝土的水泥硬化过程具有决定性的影响，并最终影响混凝土的各项性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
铁铝酸钙 → Ca2+ ，Fe(OH)4-
即水泥的水化作用开始后基本上是在含碱的CH、硫酸 钙的饱和溶液中进行。
11
硅酸盐水泥的水化
水化过程中各矿物间的相互作用
C3A、C4AF与石膏间关系； C3S对C2S的水化有一定的促进作用； 碱的影响：对不同矿物影响不一样； 当水泥颗粒周围C-S-H凝胶层不断增厚，水在C-S-H凝胶层内的 扩散速度逐渐成为影响各矿物水化的决定性因素； 浆体中拌水量不多，且水化过程中不断减少，水化是在浓度不断 变化的情况下进行的。 因而水化是从表面开始，在浓度和温度不断变化的条件下，通 过扩散作用缓慢向中心深入。较大水泥颗粒的中心往往会完全停止 水化，当温度、湿度条件适当时，再重新缓慢水化。
12
硅酸盐水泥的水化
硅酸盐水泥的水化过程
13
硅酸盐水泥的水化
水化前后固相及其所占体积比的变化
14
硅酸盐水泥的水化
水化产物的基本特征
15
硅酸盐水泥的水化
硅酸盐水泥的水化放热曲线
钙矾石形成期：C3A率先水化→形成AFt →第一放热峰 C3S水化期：C3S水化→第二放热峰(有时AFt→AFm形成第三放热峰)
Unhydrated grains
10
硅酸盐水泥的水化
水泥水化的液相环境 水泥拌水后，立即发生水化反应，各组分开始溶解。 所以极短的时间后，填充在颗粒之间的液相不再是纯水， 而是含有各种离子的溶液，主要为：
硅酸钙
铝酸钙 硫酸钙 碱
→ Ca2+，OH→ Ca2+ Al(OH)4→ Ca2+ ，SO42→ K+，Na+，SO42-
硅酸盐水泥的水化
1
水泥＋水（流体）－可塑性浆体（塑性体）－固体
水泥
水
水化
凝结
熟 料
石 膏
混 合 材 料
水 硬化
2
水泥的水化、凝结、硬化
水化：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。
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。
硬化：浆体的强度逐渐提高并变成坚硬的石状固体(水
7
水泥加水以后为什么可以凝结硬化？
Cement
Water
Hydration
Products
8
水泥加水以后为什么可以凝结硬化？
Hydration products connect grains
9
水泥加水以后为什么可以凝结硬化？
Pore space remains in hydrated cement paste
泥石)，这一过程称为硬化。
3
水泥加水以后为什么可以凝结硬化？
4
水泥加水以后为什么可以凝结硬化？
Cement
Water
5
水泥加水以后为什么可以凝结硬化？
Cement
Water
Hydration
Products
6
水泥加水以后为什么可以凝结硬化？
Cement
Water
Hydration
Products
结构形成和发展期：放热速率很低并趋于稳定，水化产物相互交织
16
请各位老师批评指正！
非常感谢！
17