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山东创耀生物科技有限公司总结整理硅酸盐水泥的水化与硬化

山东创耀生物科技有限公司总结整理硅酸盐水泥的水化与硬化


补充: 熟料矿物水化的原因

 

· 熟料矿物结构不稳定

造成熟料矿物结构不稳定的原因是:

⑴ 熟料烧成后快速冷却,使其保留了介稳状态的高温型晶体结构;

⑵熟料中的矿物不是纯的C3S和C2S ,而是Alite Belite等有限固溶体;

⑶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。

 

· 熟料矿物中钙离子的氧离子配位不规则。

◆ 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-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。

7.1 熟料矿物的水化.C3S的水化

1、常温下的水化反应

 

3CaO.SiO2+nH2O=xCaO.SiO2.yH2O+(3-x)Ca(OH)2

 

简写为:C3S + nH = C-S-H + (3-x)CH

 

水化产物:水化硅酸钙(也称C-S-H凝胶)和氢氧化钙


水化产物C-S-H的组成是不定的,其CaO/SiO2 与所处的溶液的Ca(OH)2浓度有关:

· CaO〕﹤1 m mol/l  Ca(OH)2 硅酸凝

· CaO〕﹤1-2 m mol/l C-S-H 硅酸凝

· CaO〕﹤2-20 m mol/l

C/S比为(0.8-1.5C-S-H 称为C-S-H(Ⅰ)

·  CaO〕达饱和﹥20 m mol/l

C/S比为(1.5-2.0C-S-H 称为C-S-H(


2 .C3S水化过程

• Ⅰ:诱导前期(时间:15分钟

反应:激烈第一个放热峰,钙离子浓度迅速提高浆体状态:是具有流动性(Ca(OH)2没有饱和)

 

• Ⅱ:诱导期又称静止期时间:2—4小时 反应:极慢——放热底谷:钙离子浓度增高慢

浆体状态:Ca(OH)2达饱和:此间:具有流动性 ,结束:失去流动性,达初凝

 

• Ⅲ:加速期(时间:4~8小时)

反应:又加快——第二放热高峰

浆体状态: Ca(OH)2过饱和最高:生成Ca(OH)2 、填充空隙、中期:失去可塑性、 达终凝,后期:开始硬化

 

• Ⅳ:减速期(时间:12—24小时

反应:随时间的增长而下降 原因: C3S表面包裹产物阻碍水化。

 

• :稳定期

反应:很慢基本稳定(只到水化结束) 原因:产物层厚:水很少产物扩困难。


◆ 诱导期的本质

• 保护膜理论

• 晶核形成延缓理论

• 晶格缺陷的类别和数量是决定诱导期长短的主要因素


.C2S水化

 

C2S的水化过程与C3S相似,也有静止期,加速期等 ,但水化速率很慢约为 C3S1/20

 

水化反应 C2S + mH → C-S-H + 2-XCH 水化产物 生成C-S-HCa(OH)2


.C3A水化:

水化迅速,其水化产物的组成与结构受溶液中

CaOAl2O3 离子浓度和温度的影响很大。

 

1 C3A单独水化

常温: C3A + 27H → C4AH19+C2AH8

相对湿度85﹪时

C4AH19 →C4AH13 + 6H

C4AH13 + C2AH8  C3AH6+9H2O T35 C3A+ 6H2O → C3AH6

 

特点:水化速度快水化热多→T升高反应速度极 急凝很快失去流动性A在液相CaO浓度达饱和时

 

C3A + CH + 12H → C4AH13

 

瞬凝原因:水泥颗粒表面形成大量C4AH13  其数量迅速增多,足以阻碍粒子的相对运动。


 

· 石膏(充足)、CaO同时存在时C3A+CH+12H→C4AH13 C4AH13+3CSH2+14H → C3A·3CS·H32 + CH

(三硫型水化硫铝酸钙Aft,又称钙矾石)

 

· C3A未完全水化而石膏已经耗尽时

2C4AH13+ C3A·3CS·H32 →3 C3A·CS·H12 + CH + 20 H

(单硫型水化硫铝酸钙Afm)

 

· 石膏掺量极少,所有的Aft都转化为Afm还有C3A剩余C3A·CS·H12 + C3A+CH+12H →2C3A(CS· CH)H12


.铁相固溶体的水化

C3A水化慢,单独水化,也不会急凝,其水化反应和产物与C3A相似。

1. 无石膏时,在Ca(OH)2环境水化

常温:C4AF + 4CH + 22 H →2C4A·FH13

T50  C4AF + 6H →C3A · FH6

2. 有石膏存在时

C4AF + 2CH + 6CSH2 + 50 H →2 C3(A·F)·3CS·H32

3. 石膏不足时

2C (A·F)· H + C (A·F)·3CS·H

→3C3(A·F)·CS·H12+2CH + 20 H


7.2 硅酸盐水泥的水化

.水化反应体系的特点

• 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K+Na+等离子。

 

• 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

——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。


.水化反应及水化产物1.水化反应简图如下:

• 水化反应过程如下:

水泥加水后, C3S C3A C4AF均很快水化, 同时石膏迅速溶解,形成 Ca(OH)2 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 AFt相,SO42- 不断减少,继而形成AFm相及C-A-H 晶体和C4(A·F)·H13晶体。

2.水化产物

• 常温下的主要水化产物:水化硅酸钙

Ca(OH)2

水化硫铝(铁)酸钙固溶体:

 

三硫型的针状

单硫型的六方片状:最终


水化铝(铁)酸钙及其固溶体:一般生成物C4A·F H13最终生成物C3AH6 --C3FH6固溶体,溶解度小,抗硫酸盐能力强

• 常压蒸汽养护≤100时的水化产物:

C-S-HⅡ)

C4 C4 不稳定,易转变为C3AH6 C3AFH6 AFt相分解为Afm相和CaSO4


 .水泥水化过程

· 钙矾石形成期:C3A率先水化第一放热峰

· C3S水化期: C3S水化第二放热峰

· 结构形成和发展期:


§7.3 水化速率

 

.水化速率的表示方法

• 水化速率的意义:

水化速率影响水泥强度的发挥安定性

• 表示方法:

水化速率: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。

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