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 和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 熟料矿物的水化一.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 比与所处的溶液的Ca(OH)₂浓度有关：

· 〔CaO〕﹤1 m mol/l ， Ca(OH)₂ 硅酸凝胶

· 〔CaO〕﹤1-2 m mol/l ， C-S-H 硅酸凝胶

· 〔CaO〕﹤2-20 m mol/l ，

C/S比为（0.8-1.5）C-S-H ， 称为C-S-H（Ⅰ）

· 〔 CaO〕达饱和﹥20 m mol/l ，

C/S比为（1.5-2.0）C-S-H ，称为C-S-H（Ⅱ）

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： 在C₃S表面包裹产物—阻碍水化。

• Ⅴ: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—产物扩散困难。

◆ 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

二.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 C₃S的1/20

水化反应： C₂S + mH → C-S-H + （2-X）CH 水化产物： 生成C-S-H和Ca(OH)₂

三.C₃A水化：

水化迅速，其水化产物的组成与结构受溶液中

CaO、Al₂O₃ 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 T﹥35℃： C₃A+ 6H₂O → C₃AH₆

特点：水化速度快→水化热多→T升高→反应速度极 快→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

四.铁相固溶体的水化

比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 →2C₄（A·F）H₁₃

T＞50 ℃ ：C₄AF + 6H →C₃（A · F）H₆

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

一.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

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。

二.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C₄（A·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-H（Ⅱ）

C₄A· C₄F· 不稳定，易转变为C₃AH_6 、C₃（AF）H6 AFt相分解为Afm相和CaSO₄

 三.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: