《無機材料工學(xué)教學(xué)》6-水泥水化ppt課件

1、第六章第六章 水泥的水化硬化水泥的水化硬化.1 熟料單礦的水化熟料單礦的水化6.1.1 6.1.1 硅酸三鈣硅酸三鈣水化反響水化反響3 CaO3 CaOSiO2 + n H2O = x CaOSiO2 + n H2O = x CaOSiO2SiO2y H2O y H2O + (3-x) Ca(OH) + (3-x) Ca(OH) 2 2或：或： C3S + n H = x C-S-H + (3-x) CHC3S + n H = x C-S-H + (3-x) CHC-S-H凝膠凝膠Ca(OH)2晶體晶體水泥工藝水泥工藝 u水化過程水化過程誘導(dǎo)前期誘導(dǎo)前期: :與水接觸后立刻發(fā)生急劇的化學(xué)反響，

2、只需與水接觸后立刻發(fā)生急劇的化學(xué)反響，只需1515分鐘左右；分鐘左右；誘導(dǎo)期：水化速度忽然變得很慢，繼續(xù)誘導(dǎo)期：水化速度忽然變得很慢，繼續(xù)1 14h4h；加速期：水化重新加快，歷時加速期：水化重新加快，歷時4 48h;8h;減速期：水化逐漸變慢，減速期：水化逐漸變慢，C3SC3S漿體已完全轉(zhuǎn)變成硬化體，漿體已完全轉(zhuǎn)變成硬化體，反響轉(zhuǎn)入分散方式。繼續(xù)反響轉(zhuǎn)入分散方式。繼續(xù)121224h24h。穩(wěn)定期：反響速度再次減低至接近于零，水化作用完穩(wěn)定期：反響速度再次減低至接近于零，水化作用完全處于分散控制方式，幾乎停頓。全處于分散控制方式，幾乎停頓。水泥工藝水泥工藝 水泥水化過程5個不同階段劃分與水化放

3、熱曲線水泥工藝水泥工藝 6.1.2 硅酸二鈣硅酸二鈣 u水化反響水化反響u2 CaO2 CaOSiO2 + m H2O = x CaOSiO2 + m H2O = x CaOSiO2SiO2y H2O y H2O u + + (2-x) Ca(OH)2(2-x) Ca(OH)2u或或 C2S+m H = C-S-H + (2-x) CH C2S+m H = C-S-H + (2-x) CH u 水泥工藝水泥工藝 u -C2S水化過程與水化過程與C3S的異同的異同 水化產(chǎn)物均為水化產(chǎn)物均為C-S-HC-S-H和和CH,CH,釋放的釋放的CHCH相對較少，相對較少，C-C-S-HS-H中的中的C/

4、SC/S較低；較低； 同樣閱歷誘導(dǎo)前期、誘導(dǎo)期、加速期、減速期和同樣閱歷誘導(dǎo)前期、誘導(dǎo)期、加速期、減速期和穩(wěn)定期幾個階段；穩(wěn)定期幾個階段； 水化速率比小得多，約為水化速率比小得多，約為C3SC3S水化速率的水化速率的1/201/20。水泥工藝水泥工藝 6.1.3 鋁酸三鈣 u水化反響水化反響u液相液相Ca2+Ca2+濃度達(dá)濃度達(dá)Ca(OH)2Ca(OH)2飽和濃度時飽和濃度時uC3A + Ca(OH)2 + 12H = C4AH13C3A + Ca(OH)2 + 12H = C4AH13u 在未摻石膏的硅酸鹽水泥的水化中，在未摻石膏的硅酸鹽水泥的水化中，非常容易構(gòu)成非常容易構(gòu)成C4AH13,C

5、4AH13,會導(dǎo)致水泥的快凝。會導(dǎo)致水泥的快凝。水泥工藝水泥工藝 有石膏參與的情況有石膏參與的情況石膏充足時，構(gòu)成石膏充足時，構(gòu)成C3AC3A3CaSO43CaSO4H32H32C4AH13+3CaSO4+14H=C3AC4AH13+3CaSO4+14H=C3A3CaSO43CaSO4H32+CHH32+CH石膏缺乏時，轉(zhuǎn)變成石膏缺乏時，轉(zhuǎn)變成C3AC3ACaSO4CaSO4H12H12 C3AC3A3CaSO43CaSO4H32+2C4AH13=3C3AH32+2C4AH13=3C3ACaSO4CaSO4H1H12+2CH+20H2+2CH+20H石膏極少時，構(gòu)成石膏極少時，構(gòu)成C3AC3A

6、CaSO4CaSO4H12H12和和C4AH13C4AH13固固溶體溶體C4AH12+C3A+CH+12H=2C3AC4AH12+C3A+CH+12H=2C3A(CS,CH)(CS,CH)H12H12水泥工藝水泥工藝 C3AC3A水化情況歸納水化情況歸納 實際參加反應(yīng)的實際參加反應(yīng)的CSHCSH2 2/C/C3 3A A比比 水化產(chǎn)物水化產(chǎn)物 3.0 3.0 鈣礬石鈣礬石 3.03.01.0 1.0 鈣礬石單硫型水化硫鋁酸鈣鈣礬石單硫型水化硫鋁酸鈣 1.0 1.0 單硫型水化硫鋁酸鈣單硫型水化硫鋁酸鈣 1.0 1.0 單硫型固溶體單硫型固溶體CC3 3A(CS, CH)HA(CS, CH)H1

7、212 0 0 C C3 3AHAH6 6 水泥工藝水泥工藝 C3A的水化過程水泥工藝水泥工藝 6.1.4 鐵相固溶體uC4AFC4AF的水化與的水化與C3AC3A的極其類似的極其類似u Fe2O3 Fe2O3 起起Al2O3 Al2O3 的作用，水化產(chǎn)物中鐵置的作用，水化產(chǎn)物中鐵置換部分鋁，構(gòu)成水硫鋁酸鈣和水化硫鐵酸鈣的換部分鋁，構(gòu)成水硫鋁酸鈣和水化硫鐵酸鈣的固溶體。固溶體。石膏充足時構(gòu)成石膏充足時構(gòu)成C3(A,F)C3(A,F)3CaSO43CaSO4H32H32石膏缺乏時構(gòu)成石膏缺乏時構(gòu)成C3(A,F)C3(A,F)CaSO4CaSO4H12H12水泥工藝水泥工藝 6.2 硅酸鹽水泥的水

8、化和硬化6.2.16.2.1水化反響水化反響u水化反響根本上是在含堿的氫氧化鈣和硫酸鈣的水化反響根本上是在含堿的氫氧化鈣和硫酸鈣的飽和溶液中進(jìn)展飽和溶液中進(jìn)展u硅酸鈣硅酸鈣Ca2+, OH-Ca2+, OH-u鋁酸鈣鋁酸鈣Ca2+, Al(OH)4-Ca2+, Al(OH)4-u鐵鋁酸鹽鐵鋁酸鹽Ca2+, Fe(OH)4 -Ca2+, Fe(OH)4 -u硫酸鈣硫酸鈣Ca2+, SO42-Ca2+, SO42-u堿的硫酸鹽堿的硫酸鹽Na+, K+, SO42-Na+, K+, SO42-水泥工藝水泥工藝 u各礦物水化與單礦水化類似各礦物水化與單礦水化類似u各礦物之間有相互作用各礦物之間有相互作

9、用uC3SC3S促進(jìn)促進(jìn)C2SC2S的水化的水化uC3AC3A和和C4AFC4AF爭奪耗費爭奪耗費SO42-SO42-u堿促進(jìn)堿促進(jìn)C3SC3S的水化的水化u水化產(chǎn)物均為固溶體水化產(chǎn)物均為固溶體水泥工藝水泥工藝 硅酸鹽水泥水化過程及水化產(chǎn)物硅酸鹽水泥水化過程及水化產(chǎn)物 C3S 較快C3A 極快石膏C4AF 快C2S 慢C3SHxC2SHyC-S-H(C/S=1.5)+Ca(OH)2C-S-H (C/S=1.5-1.8)水化硅酸鈣微晶C4AH13C3A3CSH32C3(A, F)3CSH32C4(A, F)H13當(dāng)石膏用完后還有剩余C3A時當(dāng)石膏用完后還有剩余C4AF時C3ACSH12C3(A,

10、 F)3CSH32C3A(CS,CH)H12C3(A, F)(CS,CH)H12C3AH6C3(A, F)H6水泥工藝水泥工藝 6.2.6.2.水化產(chǎn)物組成和形貌水化產(chǎn)物組成和形貌uC-S-Hu一種有CaO、SiO2、和H2O按照某種比例相結(jié)合構(gòu)成的水化硅酸鈣。但C/S、H/S并非定值，并固溶有其它離子u無定形膠體狀,結(jié)晶程度極差u納微米數(shù)量級的極其微小的水化硅酸鈣u在X射線衍射譜圖上表現(xiàn)出不完好的特征衍射峰u有各種形貌水泥工藝水泥工藝 u氫氧化鈣氫氧化鈣 固定化學(xué)組成固定化學(xué)組成 結(jié)晶好，也有少量以隱晶質(zhì)或無定形的形狀結(jié)晶好，也有少量以隱晶質(zhì)或無定形的形狀存在存在 長于水泥石孔隙之中，多為六

11、方板狀長于水泥石孔隙之中，多為六方板狀水泥工藝水泥工藝 u鈣礬石與單硫形水化硫鋁酸鈣鈣礬石與單硫形水化硫鋁酸鈣兩者普通都為晶體，鈣礬石外形呈柱狀構(gòu)造，單兩者普通都為晶體，鈣礬石外形呈柱狀構(gòu)造，單硫形水化硫鋁酸鈣外形多呈層狀構(gòu)造。硫形水化硫鋁酸鈣外形多呈層狀構(gòu)造。鈣礬石和單硫形水化硫鋁酸鈣分子中的鈣礬石和單硫形水化硫鋁酸鈣分子中的SO42-SO42-均可均可以被以被CO32-CO32-，Cl-Cl-，OH-OH-等離子所置換，等離子所置換，AlAl可以被可以被FeFe所置換。從而構(gòu)成一系列固溶體，分別稱之為所置換。從而構(gòu)成一系列固溶體，分別稱之為AFtAFt和和AFmAFm。水泥工藝水泥工藝 E

12、lkemMaterialsC-S-H 水水化化硅硅酸酸鈣鈣凝凝膠膠CH Crystal 氫氫氧氧化化鈣鈣晶晶體體HYDRATION PRODUCTS WITHOUT MICROSILICA 無無微微硅硅粉粉混混凝凝土土的的水水化化產(chǎn)產(chǎn)物物ElkemM aterialsHYDRATION PRODUCTS W ITH MICROSILICA 摻摻 加加 微微 硅硅 粉粉 混混 凝凝 土土 的的 水水 化化 產(chǎn)產(chǎn) 物物Dense C-S-H 致致 密密 的的 水水 化化 硅硅 酸酸 鈣鈣 凝凝 膠膠6.2.6.2.硅酸鹽水泥水化硬化過程硅酸鹽水泥水化硬化過程u鈣礬石構(gòu)成期鈣礬石構(gòu)成期uC3AC3A

13、率先水化，在石膏存在的條件下迅速構(gòu)成鈣礬石。率先水化，在石膏存在的條件下迅速構(gòu)成鈣礬石。放熱曲線上出現(xiàn)第一放熱峰放熱曲線上出現(xiàn)第一放熱峰uC3SC3S水化期水化期 uC3SC3S開場迅速水化。大量放熱，構(gòu)成第二放熱峰開場迅速水化。大量放熱，構(gòu)成第二放熱峰uC2SC2S和鐵相也參與上述兩個階段反響，但放熱較小。和鐵相也參與上述兩個階段反響，但放熱較小。u構(gòu)造構(gòu)成和開展期構(gòu)造構(gòu)成和開展期u各種水化產(chǎn)物填入原先由水所占據(jù)的空間，再逐漸銜各種水化產(chǎn)物填入原先由水所占據(jù)的空間，再逐漸銜接，相互交錯開展成硬化的水泥漿體。接，相互交錯開展成硬化的水泥漿體。水泥工藝水泥工藝 硅酸鹽水泥水化放熱曲線硅酸鹽水泥水化放熱曲線水泥工藝水泥工藝 6.2.36.2.3水泥硬化