硅酸盐水泥的水化和硬化精选PPT.ppt
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1、关于硅酸盐水泥的水化和硬化第1页,讲稿共58张,创作于星期二一、水泥熟料矿物的水化过程水泥的水化:水泥的水化:一种物质从无水状态变为含水状一种物质从无水状态变为含水状态或从含水少的状态变为含水多的状态。态或从含水少的状态变为含水多的状态。类型:类型:1 1、原物质不含水,与水作用后,变为含水化合、原物质不含水,与水作用后,变为含水化合物。物。2 2、原物质本身含一定量的水,与水作用后,变、原物质本身含一定量的水,与水作用后,变为含水多的物质。为含水多的物质。3 3、水解反应(加水分解)、水解反应(加水分解)第2页,讲稿共58张,创作于星期二(一)水泥熟料矿物的水化原因内因:内因:熟料单体矿物及
2、熟料颗粒结构不稳定。熟料单体矿物及熟料颗粒结构不稳定。外因:外因:加入极性分子,可使熟料中的离子配位加入极性分子,可使熟料中的离子配位改变重排改变重排。第3页,讲稿共58张,创作于星期二(二)、水泥的水化过程水泥是一种多矿物组成的集合体,与水的相互水泥是一种多矿物组成的集合体,与水的相互作用很复杂,不仅各矿物的水化过程作用很复杂,不仅各矿物的水化过程 互不相互不相同,而且各矿物的水化又相互影响。同,而且各矿物的水化又相互影响。各矿物与水的作用,称为各矿物与水的作用,称为“一次水化作用一次水化作用”水化物之间的相互作用称水化物之间的相互作用称“二次水化作用二次水化作用”在水泥的水化过程中,一次作
3、用、二次作用是在水泥的水化过程中,一次作用、二次作用是交织在一起进行的。交织在一起进行的。第4页,讲稿共58张,创作于星期二二、硅酸三钙1、水化反应在常温下:水化产物是水化硅酸钙和氢氧化钙。第5页,讲稿共58张,创作于星期二2、水化过程第6页,讲稿共58张,创作于星期二2、水化过程1)、诱导前期:加水后立即发生急剧反应、诱导前期:加水后立即发生急剧反应,但该但该阶段时间很短阶段时间很短,在在15分钟以内结束。分钟以内结束。2)、诱导期:这一阶段反应速率极其缓慢,又、诱导期:这一阶段反应速率极其缓慢,又称静止期称静止期,一般持续一般持续14 时时,是硅酸盐水泥浆是硅酸盐水泥浆体能在几小时内保持塑
4、性的原因。初凝时间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。基本上相当于诱导期的结束。水化早期水化早期第7页,讲稿共58张,创作于星期二3)、加速期:反应重新加快、加速期:反应重新加快,反应速率随时间而增长反应速率随时间而增长,出现出现第二个放热峰第二个放热峰,在到达峰顶时本阶段即告结束在到达峰顶时本阶段即告结束(48小小时时)。此时终凝已过。此时终凝已过,开始硬化。开始硬化。4)、减速期:反应速率随时间下降的阶段,约持续、减速期:反应速率随时间下降的阶段,约持续1224小时小时,水化作用逐渐受扩散速率的控制。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
5、稳定的阶段、稳定期:反应速率很低、基本稳定的阶段,水化水化作用完全受扩散速率控制。有的文献上将作用完全受扩散速率控制。有的文献上将4期与期与5期合称期合称为扩散控制期。为扩散控制期。水化中期水化中期水化后期水化后期第8页,讲稿共58张,创作于星期二1)、C3S的早期水化硬化浆体的性能很多是在水化早期决定的;诱硬化浆体的性能很多是在水化早期决定的;诱导期终止的时间与初凝有着一定的关系,而终导期终止的时间与初凝有着一定的关系,而终凝则大致发生在加速期的中间阶段。各方面对凝则大致发生在加速期的中间阶段。各方面对此进行了大量的研究,有关诱导期的本质也就此进行了大量的研究,有关诱导期的本质也就是诱导期的
6、开始及结束的原因,存在着不少看是诱导期的开始及结束的原因,存在着不少看法。法。第9页,讲稿共58张,创作于星期二保护膜理论斯坦因斯坦因(H.N.Stein)(H.N.Stein)等人认为,诱导期是由于水化产物形成等人认为,诱导期是由于水化产物形成了保护膜层。当保护膜破坏时,诱导期就结束,即所谓了保护膜层。当保护膜破坏时,诱导期就结束,即所谓“保保护膜理论护膜理论”。他们假设。他们假设C C3 3S S在水中是一致溶,最初生成的第在水中是一致溶,最初生成的第一水化物一水化物C C3 3SHn SHn 很快就在很快就在C C3 3S S周围形成了致密的保护膜层,周围形成了致密的保护膜层,从而阻碍了
7、从而阻碍了C C3 3S S 的进一步水化,使放热变慢,向液相溶出的进一步水化,使放热变慢,向液相溶出CaCa2+2+的速率也相应降低,导致诱导期的开始。当第一水化物的速率也相应降低,导致诱导期的开始。当第一水化物转变为较易使离子通过的第二水化物转变为较易使离子通过的第二水化物(C/S0.8(C/S0.81.5)1.5)时,时,水化重新加速,较多的水化重新加速,较多的CaCa2+2+和和OHOH-进入液相达到过饱和,并进入液相达到过饱和,并加快放热,诱导期即告结束。加快放热,诱导期即告结束。第10页,讲稿共58张,创作于星期二晶核形成延缓理论另一派的学者则提出另一派的学者则提出“晶核形成延缓理
8、论晶核形成延缓理论”,认为诱导期是由于氢氧化钙或认为诱导期是由于氢氧化钙或C-S-HC-S-H或者它们两或者它们两者的晶核形成和生长,都需要一定时间,从而者的晶核形成和生长,都需要一定时间,从而使水化延缓所致。使水化延缓所致。第11页,讲稿共58张,创作于星期二例如泰卓斯例如泰卓斯(M.E.Tadros(M.E.Tadros)等认为)等认为C C3 3S S最初不一最初不一致溶,主要是致溶,主要是CaCa2+2+和和OHOH-溶出,液相中的溶出,液相中的C/SC/S比远比远高于高于3 3,使,使C C3 3S S表面变为缺钙的表面变为缺钙的“富硅层富硅层”。然。然后,后,CaCa2+2+吸附到
9、富硅的表面,使其带上正电荷,吸附到富硅的表面,使其带上正电荷,形成双电层,因而形成双电层,因而C C3 3S S溶出溶出CaCa2+2+的速度减慢,导的速度减慢,导致诱导期的产生。一直到液相中的致诱导期的产生。一直到液相中的CaCa2+2+和和OHOH-缓缓慢增长,达到足够的过饱和度(饱和度的慢增长,达到足够的过饱和度(饱和度的1.51.52 2倍),才形成稳定的倍),才形成稳定的Ca(OH)Ca(OH)2 2晶核。晶核。第12页,讲稿共58张,创作于星期二当生长到相当尺寸,且数量又足够多时,液相当生长到相当尺寸,且数量又足够多时,液相中的中的CaCa2+2+和和OHOH-就迅速沉析出就迅速沉
10、析出Ca(OH)Ca(OH)2 2晶体,促使晶体,促使C C3 3S S加快溶解,水化重又加速。由图加快溶解,水化重又加速。由图8-18-1所示液所示液相中相中CaCa2+2+浓度的最大值出现在诱导期末,可以浓度的最大值出现在诱导期末,可以作为上述假说的一个论证。同时,作为上述假说的一个论证。同时,Ca(OH)Ca(OH)2 2还会还会和硅酸根离子相结合,因而也可作为和硅酸根离子相结合,因而也可作为C-S-HC-S-H的晶的晶核。较近的一些研究表明,诱导期更可能是由核。较近的一些研究表明,诱导期更可能是由于于C-S-HC-S-H的成核和生长受到延缓的缘故。的成核和生长受到延缓的缘故。第13页,
11、讲稿共58张,创作于星期二斯卡尔内(J.Skalng)和杨(J.F.Young)当与水接触后在当与水接触后在C3S表面有晶格缺陷的部位即表面有晶格缺陷的部位即活化点上很快发生水解,活化点上很快发生水解,Ca2+和和OH-进入溶液,进入溶液,就在就在 C3S表面形成一个缺钙的表面形成一个缺钙的富硅层富硅层”。接。接着,着,Ca2+吸附到吸附到富硅层富硅层”表面形成双电层,表面形成双电层,从而使从而使C3S溶解受阻而出现诱导期。溶解受阻而出现诱导期。第14页,讲稿共58张,创作于星期二另一方面,因双电层所形成的另一方面,因双电层所形成的电位,即使颗粒在溶液电位,即使颗粒在溶液中保持分散状态,一直到
12、中保持分散状态,一直到电位下降接近于零时,才电位下降接近于零时,才会产生凝聚。由于会产生凝聚。由于C3S仍在缓慢水化,待溶液中仍在缓慢水化,待溶液中 Ca(OH)2浓度达到一定的过饱和度时浓度达到一定的过饱和度时,Ca(OH)2析晶,导析晶,导致诱导期结束。与此同时,还会有致诱导期结束。与此同时,还会有 C-S-H 的沉淀析的沉淀析出;因为硅酸根离子比出;因为硅酸根离子比Ca2+较难迁移,所以较难迁移,所以 C-S-H 的的生长仅限于表面;生长仅限于表面;Ca(OH)2的晶体开始可能也在的晶体开始可能也在 C3S表表面生长,但有些晶体会远离颗粒或在浆体的充水孔隙中面生长,但有些晶体会远离颗粒或
13、在浆体的充水孔隙中形成。形成。第15页,讲稿共58张,创作于星期二2)、C3S 的中期水化在在 C C3 3S S 水化的加速期内,伴随着水化的加速期内,伴随着Ca(OH)Ca(OH)2 2 及及 C-S-HC-S-H的形成和长大,液相中的形成和长大,液相中 Ca(OH)Ca(OH)2 2和和 C-C-S-HS-H的过饱和度降低,又会相应地使的过饱和度降低,又会相应地使 Ca(OH)Ca(OH)2 2和和 C-S-HC-S-H的生长速度逐渐变慢。随着水化的生长速度逐渐变慢。随着水化产物在颗粒周围的形成,产物在颗粒周围的形成,C C3 3S S 的水化也受到阻的水化也受到阻碍。因而,水化加速过程
14、就逐渐转入减速阶碍。因而,水化加速过程就逐渐转入减速阶段。段。第16页,讲稿共58张,创作于星期二中期水化产物最初的产物,大部分生长在颗粒原始周界以外最初的产物,大部分生长在颗粒原始周界以外由水所填充的空间,而后期的生长则在颗粒原由水所填充的空间,而后期的生长则在颗粒原始周界以内的区域进行。这两部分的始周界以内的区域进行。这两部分的 C-S-H C-S-H,即分别称为,即分别称为“外部产物外部产物”和和“内部产物内部产物”。随着内部产物的形成和发展,随着内部产物的形成和发展,C C3 3S S的水化即的水化即由减速期向稳定期转变,逐渐进入水化后期。由减速期向稳定期转变,逐渐进入水化后期。第17
15、页,讲稿共58张,创作于星期二3)、C3S的后期水化泰勒(泰勒(F.H.W TaylorF.H.W Taylor)认为在水化过程中存在一个界面区,并逐渐)认为在水化过程中存在一个界面区,并逐渐推向颗粒内部。水离解所成的推向颗粒内部。水离解所成的 H H+在内部产物中从一个氧原子(或在内部产物中从一个氧原子(或水分子)转移到另一个氧原子,一直到达水分子)转移到另一个氧原子,一直到达C C3 3S S并与之作用,其情并与之作用,其情况与况与C C3 3S S直接接触到水相差无几。而界面区内部直接接触到水相差无几。而界面区内部CaCa2+2+和和SiSi4+4+则通过则通过内部产物向外迁移,转入内部
16、产物向外迁移,转入 Ca(OH)Ca(OH)2 2和外部和外部C-S-HC-S-H。因此,在界面区。因此,在界面区内是得到内是得到H H+,失去,失去 CaCa2+2+和和SiSi4+4+,原子重新组排,从而使,原子重新组排,从而使C C3 3S S转化转化成内部成内部C-S-HC-S-H。如此,随着界面区的向内推进,水化继续进行。如此,随着界面区的向内推进,水化继续进行。由于空间限制及离子浓度的变化,作为内部产物的由于空间限制及离子浓度的变化,作为内部产物的C-S-HC-S-H,在,在形貌和成分等方面和外部形貌和成分等方面和外部C-S-HC-S-H会有所差异,通常是较为密实。会有所差异,通常
17、是较为密实。第18页,讲稿共58张,创作于星期二第19页,讲稿共58张,创作于星期二第20页,讲稿共58张,创作于星期二第21页,讲稿共58张,创作于星期二三、硅酸二钙第22页,讲稿共58张,创作于星期二四、铝酸三钙铝酸三钙与水反应迅速,其水化产物的组成与结构受溶液中氧化钙、氧化铝离子浓度和温度的影响很大。在常温下,铝酸三钙依下式水化:第23页,讲稿共58张,创作于星期二C C4 4AHAH1919在低于在低于 85%85%的相对湿度时,即失去的相对湿度时,即失去 6 6 摩摩尔的结晶水而成为尔的结晶水而成为 C C4 4AHAH1313。C C4 4AHAH1919、C C4 4AHAH13
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