水泥熟料矿物形成和水化.ppt

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1、硅酸硅酸盐盐水泥熟料水泥熟料硅酸盐水泥熟料硅酸盐水泥熟料生料生料SiO2CaO化合反应化合反应8001450800左右左右分解反应分解反应Al2O3Fe2O32CaOSiO23CaOSiO23 CaO Al2O34 CaOAl2O3Fe2O3硅酸三钙硅酸三钙 3CaO-SiO2,(C3S）-（Alite A矿)，5060硅酸二钙硅酸二钙 2CaO-SiO2,(C2S）-（Belite B矿)，1525铝酸三钙铝酸三钙 3CaO-Al2O3,(C3A)，414铁相固溶体铁相固溶体，通常以铁铝酸四钙4CaO-Al2O3-Fe2O3作为代表式，可简写为C4AF。又称才利特（Celite）或C矿。此外

2、还有少量玻璃相玻璃相、游离氧化钙游离氧化钙和方镁石方镁石等。A矿和B矿是硅酸盐矿物合占约75%，C3A和C4AF 合占约22%。一、硅酸盐水泥对矿物组成的要求一、硅酸盐水泥对矿物组成的要求硅酸盐水泥必须具备熟料性能：硅酸盐水泥必须具备熟料性能：硅酸盐水泥必须具备熟料性能：硅酸盐水泥必须具备熟料性能：良好的与水反应的能力良好的与水反应的能力良好的与水反应的能力良好的与水反应的能力 相当的强度与良好的耐久性相当的强度与良好的耐久性相当的强度与良好的耐久性相当的强度与良好的耐久性 反应速度可以满足工程的要求反应速度可以满足工程的要求反应速度可以满足工程的要求反应速度可以满足工程的要求硅酸盐水泥熟料由

3、硅酸盐水泥熟料由硅酸盐水泥熟料由硅酸盐水泥熟料由C C3 3S S、C C2 2S S、C C3 3A A、C C4 4AFAF四种矿物组成。四种矿物组成。四种矿物组成。四种矿物组成。A A矿矿矿矿在硅酸盐水泥熟料中固溶了其它少量氧化物的在硅酸盐水泥熟料中固溶了其它少量氧化物的在硅酸盐水泥熟料中固溶了其它少量氧化物的在硅酸盐水泥熟料中固溶了其它少量氧化物的C C3 3S S称为阿利特（称为阿利特（称为阿利特（称为阿利特（AliteAlite），又称为），又称为），又称为），又称为A A矿；矿；矿；矿；在反光显微镜下为黑色多角形颗粒在反光显微镜下为黑色多角形颗粒三、硅酸盐水泥熟料矿物三、硅酸盐水

4、泥熟料矿物硅酸三钙硅酸三钙C3Sn硅酸三钙主要有硅酸二钙和氧化钙生成。纯C3S在1250-2065稳定，在2065以上不一致熔融为CaO和液相，在1250 以下分解为C2S和CaO。n实际上C3S的分解反应进行的比较缓慢，致使纯C3S在常温下以介稳状态存在。n在二元CaO-SiO2系统中，以固相反应制备C3S,1800 几分钟，1650 1小时，1450 1小时只有少量生成。n n矿物水化特性矿物水化特性 .水化较快，水化反应主要在水化较快，水化反应主要在 28d 以内进行，以内进行，约一年后水化过程基本完成；约一年后水化过程基本完成；.早期强度高，其早期强度高，其 28d 强度可以达到它一年

5、强度可以达到它一年强度的强度的 70%80%，它对水泥的性能起着主，它对水泥的性能起着主导作用。导作用。.水化热较高，水化过程中释放出约水化热较高，水化过程中释放出约 500J/g 的水化热的水化热。B B矿矿矿矿C C2 2S S固溶体称为贝利特（固溶体称为贝利特（固溶体称为贝利特（固溶体称为贝利特（BeliteBelite），又称为），又称为），又称为），又称为B B矿；矿；矿；矿；在反光显微镜下呈圆粒状，快冷常具有黑白交叉双在反光显微镜下呈圆粒状，快冷常具有黑白交叉双晶条纹；慢冷常具有黑白平行双晶条纹。晶条纹；慢冷常具有黑白平行双晶条纹。硅酸二钙（硅酸二钙（C2S，贝利特），贝利特）晶体

6、结构晶体结构 晶体由晶体由Ca2+和和SiO44离子构成。离子构成。前四种形态结构相近，前四种形态结构相近，C2S密度小，转变时产生粉化。密度小，转变时产生粉化。C2S3.28,C2S2.97膨胀约膨胀约10%n矿物水化特性矿物水化特性 .水化反应比水化反应比C3S 慢得多，至慢得多，至 28d 龄期仅水化龄期仅水化 20%左右，凝结硬化缓慢。左右，凝结硬化缓慢。.早期强度低，但早期强度低，但 28d 以后强度仍能较快增长，以后强度仍能较快增长，一年后其强度可以赶上甚至超过阿利特的强度。一年后其强度可以赶上甚至超过阿利特的强度。.水化热水化热 250J/g，是四种矿物中最小者；抗水性，是四种矿

7、物中最小者；抗水性好，因而对大体积工程或处于侵蚀性大的工程用水好，因而对大体积工程或处于侵蚀性大的工程用水泥，适当提高贝利特含量，降低阿利特含量是有利泥，适当提高贝利特含量，降低阿利特含量是有利的。的。铝酸三钙铝酸三钙 熟料中铝酸钙主要是铝酸三钙（熟料中铝酸钙主要是铝酸三钙（C C3 3A A），有时还可能有），有时还可能有七铝酸十二钙（七铝酸十二钙（C C1212A A7 7）。铝酸三钙中可固溶部分氧化）。铝酸三钙中可固溶部分氧化物，如：物，如：SiOSiO2 2、FeFe2 2O O3 3、MgOMgO、K K2 2O O、NaNa2 2O O、TiOTiO2 2等。一般等。一般固溶量：固

8、溶量：12%12%17%17%。在在反反光光镜镜下下，其其反反光光能能力力弱弱，呈呈暗暗灰灰色色，并并填填充充在在A A矿矿与与B B矿矿中中间间，又称黑色中，又称黑色中间间相。相。n n矿物水化特性矿物水化特性 .水化迅速，凝结很快，如不加石膏等缓水化迅速，凝结很快，如不加石膏等缓凝剂，易使水泥急凝。凝剂，易使水泥急凝。.早期强度较高，但绝对值不高。它的强早期强度较高，但绝对值不高。它的强度度 3d 之内就大部分发挥出来，以后却几乎之内就大部分发挥出来，以后却几乎不再增长，甚至倒缩。不再增长，甚至倒缩。.水化热高，约水化热高，约1340J/g，干缩变形大，脆，干缩变形大，脆性大，耐磨性差，抗

9、硫酸盐性能差。故制造性大，耐磨性差，抗硫酸盐性能差。故制造抗硫酸盐水泥或大体积混凝土工程用水泥时，抗硫酸盐水泥或大体积混凝土工程用水泥时，应将铝酸三钙控制在较低的范围之内。应将铝酸三钙控制在较低的范围之内。铁铝酸四钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙铁铝酸四钙 铁铁铝铝酸酸四四钙钙代代表表的的是是一一系系列列连连续续的的铁铁相相固固溶溶体体。通通常常固固溶溶有有少少量量的的MgOMgO、SiOSiO2 2等等氧氧化化物物，在在反反光光镜镜下下其其反反射射能能力力强强，呈亮白色，并填充在呈亮白色，并填充在A A矿矿与与B B矿矿之之间间，也称白色中，也称白色中间间相。相。n n矿物水化特性矿物水化特性矿物水化

10、特性矿物水化特性 .水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之间，水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之间，水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之间，水化速度在早期介于铝酸三钙与硅酸三钙之间，但随后的发展不如硅酸三钙。但随后的发展不如硅酸三钙。但随后的发展不如硅酸三钙。但随后的发展不如硅酸三钙。.早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断早期强度类似于铝酸三钙，而后期还能不断增长，类似于硅酸二钙。增长，类似于硅酸二钙。增长，类似于硅酸二钙。增长，类似于硅酸二钙。.水化热较低，约水化热较低，约水化热较低，约水化热较低，约420J

11、/g420J/g，其抗冲击性能和抗硫，其抗冲击性能和抗硫，其抗冲击性能和抗硫，其抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好。因此，制造抗硫酸盐水泥或大体酸盐性能较好。因此，制造抗硫酸盐水泥或大体酸盐性能较好。因此，制造抗硫酸盐水泥或大体酸盐性能较好。因此，制造抗硫酸盐水泥或大体积工程用水泥时，适当提高铁铝酸四钙的含量是积工程用水泥时，适当提高铁铝酸四钙的含量是积工程用水泥时，适当提高铁铝酸四钙的含量是积工程用水泥时，适当提高铁铝酸四钙的含量是有利的。有利的。有利的。有利的。铁铝酸四钙和铝酸三钙在烧成中的作用：铁铝酸四钙和铝酸三钙在烧成中的作用：铁铝酸四钙和铝酸三钙在煅烧过程中熔融成液相，又称熔铁铝酸四钙和铝

12、酸三钙在煅烧过程中熔融成液相，又称熔铁铝酸四钙和铝酸三钙在煅烧过程中熔融成液相，又称熔铁铝酸四钙和铝酸三钙在煅烧过程中熔融成液相，又称熔剂矿物剂矿物剂矿物剂矿物，可以促进硅酸三钙的顺利形成。，可以促进硅酸三钙的顺利形成。如果物料中熔剂矿物过少，易生烧，氧化钙不易被吸收如果物料中熔剂矿物过少，易生烧，氧化钙不易被吸收如果物料中熔剂矿物过少，易生烧，氧化钙不易被吸收如果物料中熔剂矿物过少，易生烧，氧化钙不易被吸收 完全，导致熟料中游离氧化钙增加，影响熟料质量，降完全，导致熟料中游离氧化钙增加，影响熟料质量，降完全，导致熟料中游离氧化钙增加，影响熟料质量，降完全，导致熟料中游离氧化钙增加，影响熟料质

13、量，降 低窑的产量，增加燃料消耗。低窑的产量，增加燃料消耗。低窑的产量，增加燃料消耗。低窑的产量，增加燃料消耗。如果熔剂矿物过多，在立窑内易结大块，结炉瘤；在回如果熔剂矿物过多，在立窑内易结大块，结炉瘤；在回如果熔剂矿物过多，在立窑内易结大块，结炉瘤；在回如果熔剂矿物过多，在立窑内易结大块，结炉瘤；在回 转窑内易结大块，甚至结圈等。转窑内易结大块，甚至结圈等。转窑内易结大块，甚至结圈等。转窑内易结大块，甚至结圈等。液相的粘度，随液相的粘度，随液相的粘度，随液相的粘度，随C C3 3A AC C4 4AFAF比而增减。比而增减。比而增减。比而增减。四、熟料中的其他物质及其作用四、熟料中的其他物质

14、及其作用1 1、玻璃体、玻璃体、玻璃体、玻璃体通常熟料冷却较快，有部分液相来不及结晶就称为通常熟料冷却较快，有部分液相来不及结晶就称为通常熟料冷却较快，有部分液相来不及结晶就称为通常熟料冷却较快，有部分液相来不及结晶就称为玻璃体。玻璃体的主要成分为玻璃体。玻璃体的主要成分为玻璃体。玻璃体的主要成分为玻璃体。玻璃体的主要成分为FeFe2 2OO3 3、AlAl2 2OO3 3、CaOCaO，也，也，也，也有少量的有少量的有少量的有少量的MgOMgO和碱和碱和碱和碱(K(K2 2OO和和和和NaNa2 2O)O)等。等。等。等。2 2、游离氧化钙和方镁石游离氧化钙和方镁石游离氧化钙和方镁石游离氧化

15、钙和方镁石游离氧化钙游离氧化钙游离氧化钙游离氧化钙产生产生产生产生：生料过粗或煅烧不良时，熟料中出现没有被吸：生料过粗或煅烧不良时，熟料中出现没有被吸：生料过粗或煅烧不良时，熟料中出现没有被吸：生料过粗或煅烧不良时，熟料中出现没有被吸收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧化收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧化收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧化收的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧化钙，又称游离石灰钙，又称游离石灰钙，又称游离石灰钙，又称游离石灰(FreelimeFreelime或或或或f fCaO)CaO)。形貌形貌形貌形貌：偏光镜下为无色圆形颗粒，有明显解理，有时：偏光镜下为无色圆

16、形颗粒，有明显解理，有时：偏光镜下为无色圆形颗粒，有明显解理，有时：偏光镜下为无色圆形颗粒，有明显解理，有时有反常干涉色。有反常干涉色。有反常干涉色。有反常干涉色。反光镜下用蒸馏水浸蚀后呈彩虹色。反光镜下用蒸馏水浸蚀后呈彩虹色。反光镜下用蒸馏水浸蚀后呈彩虹色。反光镜下用蒸馏水浸蚀后呈彩虹色。性质：性质：性质：性质：水化很慢；水化很慢；水化很慢；水化很慢；水化生成氢氧化钙时，体积膨胀水化生成氢氧化钙时，体积膨胀水化生成氢氧化钙时，体积膨胀水化生成氢氧化钙时，体积膨胀97.997.9，在硬，在硬，在硬，在硬 化水泥石内部造成局部膨胀应力。化水泥石内部造成局部膨胀应力。化水泥石内部造成局部膨胀应力。

17、化水泥石内部造成局部膨胀应力。作用：游离氧化钙含量增加：作用：游离氧化钙含量增加：作用：游离氧化钙含量增加：作用：游离氧化钙含量增加：强度降低，甚至倒缩；强度降低，甚至倒缩；强度降低，甚至倒缩；强度降低，甚至倒缩；严重时甚至引起安定性不良，使水泥制品变形或严重时甚至引起安定性不良，使水泥制品变形或严重时甚至引起安定性不良，使水泥制品变形或严重时甚至引起安定性不良，使水泥制品变形或开裂，导致水泥浆体的破坏。开裂，导致水泥浆体的破坏。开裂，导致水泥浆体的破坏。开裂，导致水泥浆体的破坏。应严格控制游离氧化钙的含量。应严格控制游离氧化钙的含量。种类种类 产生原因产生原因 特点特点 对水泥安对水泥安定的

18、影响定的影响性性 欠烧欠烧f-CaO f-CaO 熟料煅烧过程中因欠烧、漏熟料煅烧过程中因欠烧、漏生，在生，在1100110012001200低温下低温下形成形成 结构疏松多结构疏松多孔孔 不大不大 一次一次f-CaO f-CaO 因因配配料料不不当当、生生料料过过粗粗或或煅煅烧烧不不良良，尚尚未未与与S S、A A、F F反反应而残留的应而残留的CaOCaO呈呈“死烧状死烧状态态”，结构，结构致密致密 大大 二次二次f-CaO f-CaO 熟熟料料慢慢冷冷或或还还原原气气氛氛下下，C C3 3S S分解而形成的分解而形成的经过高温，经过高温，水化较慢水化较慢 较大较大 通常回转窑熟料控制在通

19、常回转窑熟料控制在1.51.5以下，立窑熟料控制在以下，立窑熟料控制在2.52.5以下。以下。矿物的形成矿物的形成1.硅酸三钙的硅酸三钙的形成形成2.硅酸二钙的硅酸二钙的形成形成3.铝酸三钙铝酸三钙铁相固溶体铁相固溶体的的形成形成一、一、熟料矿物的水化熟料矿物的水化1.硅酸三钙的水化硅酸三钙的水化 2.硅酸二钙的水化硅酸二钙的水化 3.铝酸三钙的水化铝酸三钙的水化 4.铁相固溶体的水化铁相固溶体的水化硅酸三钙的形成硅酸三钙的形成程序程序温度范围（温度范围（）反应产物反应产物脱水和结构水分解27600H2O碳酸盐分解5501000F-CaO1.硅酸三钙的水化硅酸三钙的水化 硅硅酸酸三三钙钙在在常

20、常温温下下的的水水化化反反应应，大大体体上上可可用用下下面面的的方方程程式表示：式表示：3CaOSiO2十十nH2O=xCaOSiO2y H2O十十(3一一x)Ca(OH)2 简写为：简写为：C3S十十nH=CSH十十(3一一x)CH上式表明，其水化产物为上式表明，其水化产物为CSH凝胶和氢氧化钙。凝胶和氢氧化钙。CSH有时也被笼统地称之为水化硅酸钙，它的组成有时也被笼统地称之为水化硅酸钙，它的组成不确不确定定，其，其CaOSiO2(摩尔比，简写成摩尔比，简写成CS)和和H2OSiO2(摩尔摩尔比，简写为比，简写为HS)都在较大范围内变动。都在较大范围内变动。CSH凝胶的组凝胶的组成与它所处液

21、相的成与它所处液相的Ca(OH)2浓度有关，如图浓度有关，如图5-1所示。所示。当当溶溶液液中中CaO的的浓浓度度饱饱和和(即即CaO)20mmo1L)时时，生生成成碱碱度度更更高高(CS1.52.0)的的水水化化硅硅酸酸钙钙，一一般般可可用用(1.52.0)CaOSiO2(14)H2O表表示示，称为称为CSH()。CSH(I)和和CSH()的的尺尺寸寸都都非非常常小小，接接近近于于胶胶体体范范畴畴，在在显显微微镜镜下下，CSH(I)为为薄薄片片状状结结构构；而而CSH()为为纤纤维维状状结结构构，像像一一束束棒棒状状或或板板状状晶晶体体，它它的的末末端端有有典典型型的的扫扫帚帚状状结结构构。

22、氢氢氧氧化化钙钙是是一一种种具具有固定组成的六方板状晶体。有固定组成的六方板状晶体。图图图图7-17-1水化硅酸钙与溶液间的平衡图水化硅酸钙与溶液间的平衡图水化硅酸钙与溶液间的平衡图水化硅酸钙与溶液间的平衡图当当CaO浓度浓度1mmolL时，生成时，生成氢氧氢氧化钙化钙和和硅酸凝胶硅酸凝胶。当当CaO浓度为浓度为l2mmo1/L时，生成时，生成水化硅酸钙水化硅酸钙和和硅酸凝胶硅酸凝胶。当当CaO浓度为浓度为220mmol/L时，生成时，生成CS比为比为0.81.5的的水化硅酸钙水化硅酸钙:(0.81.5)CaOSiO2(0.52.5)H2O表示，表示，称为称为CSH(I)。硅酸三钙水化的五个阶

23、段硅酸三钙水化的五个阶段 硅硅硅硅酸酸酸酸三三三三钙钙钙钙水水水水化化化化速速速速率率率率很很很很快快快快，其其其其水水水水化化化化过过过过程程程程根根根根据据据据水水水水化化化化放放放放热热热热速速速速率率率率时时时时间曲线间曲线间曲线间曲线(如图如图如图如图5-2)5-2)，可分为：，可分为：，可分为：，可分为：图图图图7-2 C7-2 C3 3S S水化放热速率和水化放热速率和水化放热速率和水化放热速率和CaCa2+2+浓度变化曲线图浓度变化曲线图浓度变化曲线图浓度变化曲线图7-3 C7-3 C3 3S S各水化阶段示意图各水化阶段示意图各水化阶段示意图各水化阶段示意图 -初始水化期初始

24、水化期初始水化期初始水化期；-诱导期诱导期诱导期诱导期；-加速期加速期加速期加速期；-减速期减速期减速期减速期；-稳定期稳定期稳定期稳定期 （1）初始水化期初始水化期 加加水水后后立立即即发发生生急急剧剧反反应应迅迅速速放放热热，Ca2+迅迅速速从从C3S粒粒子子表表面面释释放放，几几分分钟钟内内pH值值上上升升超超过过12，溶溶液液具具有有强强碱碱性性，此此阶阶段段约约在在15min内结束。内结束。（2）诱导期）诱导期 此此阶阶段段水水解解反反应应很很慢慢，又又称称为为静静止止期期或或潜潜伏伏期期。一一般般维维持持24h，是是硅硅酸酸盐盐水水泥泥能在几小时内保持塑性的原因。能在几小时内保持塑

25、性的原因。（3）加速期）加速期反反应应重重新新加加快快，反反应应速速率率随随时时间间而而增增长长，出出现现第第二二个个放放热热峰峰，在在峰峰顶顶达达最最大大反反应应速速率率，相相应应为为最最大大放放热热速速率率。加加速速期期处处于于48h，然后开始早期硬化。，然后开始早期硬化。（4）减速期）减速期反反应应速速率率随随时时间间下下降降，又又称称衰衰减减期期，处处于于1224h。由由于于水水化化产产物物CH和和CSH从从溶溶液液中中结结晶晶出出来来而而在在C3S表表面面形形成成包包裹裹层层，故故水化作用受水通过产物层的扩散控制而变慢。水化作用受水通过产物层的扩散控制而变慢。（5）稳定期）稳定期是是

26、反反应应速速率率很很低低并并基基本本稳稳定定的的阶阶段段，水化完全受扩散速率控制。水化完全受扩散速率控制。由由此此可可见见，在在加加水水初初期期，水水化化反反应应非非常常迅迅速速，但但反反应应速速率率很很快快就就变变得得相相当当缓缓慢慢，这这就是进入了诱导期。就是进入了诱导期。在在诱诱导导期期末末水水化化反反应应重重新新加加速速，生生成成较较多多的的水水化化产产物物，然然后后水水化化速速率率即即随随时时间间的的增增长而逐渐下降。长而逐渐下降。影影响响诱诱导导期期长长短短的的因因素素较较多多，主主要要有有水水固比、固比、C3S的细度、水化温度以及外加剂等。的细度、水化温度以及外加剂等。诱诱导导期

27、期的的终终止止时时间间与与初初凝凝时时间间有有一一定定的的关关系系，而而终终凝凝时时间间则则大大致致发发生生在在加加速速期期的的中中间阶段。间阶段。水泥水拌合水泥水拌合具有流动性和可塑性的浆体具有流动性和可塑性的浆体流动性刚好完全失去、开始流动性刚好完全失去、开始失去可塑性，产生塑性强度失去可塑性，产生塑性强度可塑性刚好完全失去、开始可塑性刚好完全失去、开始产生机械强度产生机械强度机械强度持续增高机械强度持续增高初初凝凝终终凝凝硬硬化化初初凝凝时时间间终终凝凝时时间间2.硅酸二钙的水化硅酸二钙的水化 -C2S的的水水化化过过程程和和C3S极极为为相相似似，也也有有诱诱导导期期、加加速速期期等等

28、。但但水水化化速速率率很很慢慢，约约为为C3S 的的l/20左左右右。曾曾测测得得-C2S约约需需几几十十小小时时方方达达加加速速期期，即即使使在在几几个个星星期期以以后后也也只只有有在在表表面面上上覆覆盖盖一一薄薄层层无无定定形形的的水水化化硅硅酸酸钙钙，而而且且水水化化产产物物层层厚度的增长也很缓慢厚度的增长也很缓慢.所所形形成成的的水水化化硅硅酸酸钙钙在在CS比比和和形形貌貌方方面面与与C3S水水化化产产物物都都无无大大区区别别，故故也也称称CSH凝凝胶胶。但但CH生生成成量量比比C3S的少的少，结晶也比，结晶也比C3S的粗大些。的粗大些。3.铝酸三钙的水化铝酸三钙的水化在常温，其水化反

29、应依下式进行：在常温，其水化反应依下式进行：在常温，其水化反应依下式进行：在常温，其水化反应依下式进行：2(3CaO2(3CaO A1A12 2OO3 3)十十十十27H27H2 2OO =4CaO =4CaO AlAl2 2OO3 3 19H19H2 2OO十十十十2CaO2CaO AlAl2 2OO3 3 8H8H2 2OO简写为：简写为：简写为：简写为：2C2C3 3A A十十十十27H=C27H=C4 4AHAH1919十十十十C C4 4AHAH1313 C C4 4AHAH1919在在在在低低低低于于于于8585的的的的相相相相对对对对湿湿湿湿度度度度下下下下会会会会失失失失去去去

30、去6 6个个个个结结结结晶晶晶晶水水水水分分分分子子子子而而而而成成成成为为为为C C4 4AHAH1313。C C4 4AHAH1919、C C4 4AHAH1313、和和和和C C2 2AHAH8 8都都都都是是是是片片片片状状状状晶晶晶晶体体体体，常常常常温温温温下下下下处处处处于于于于介介介介稳稳稳稳状状状状态态态态，有有有有向向向向C C3 3AHAH6 6等等等等轴晶体转化的趋势。轴晶体转化的趋势。轴晶体转化的趋势。轴晶体转化的趋势。C C4 4AHAH1313十十十十C C2 2AHAH8 8=2C=2C3 3AHAH6 6十十十十9H9H 上上上上述述述述反反反反应应应应随随随

31、随温温温温度度度度升升升升高高高高而而而而加加加加速速速速。在在在在温温温温度度度度高高高高于于于于3535时时时时，C C3 3A A会直接生成会直接生成会直接生成会直接生成C C3 3AHAH6 6：3CaO3CaO A1A12 2OO3 3十十十十6H6H2 2O=3CaOO=3CaO AlAl2 2OO3 3 6H6H2 2O O 即：即：即：即：C C3 3A A十十十十6H=C6H=C3 3AHAH6 6 由由由由于于于于C C3 3A A本本本本身身身身水水水水化化化化热热热热很很很很大大大大，使使使使C C3 3A A颗颗颗颗粒粒粒粒表表表表面面面面温温温温度度度度高高高高于于

32、于于135135，因因因因此此此此C C3 3A A水水水水化化化化时时时时往往往往往往往往直直直直接接接接生生生生成成成成C C3 3AHAH6 6。在在在在液液液液相相相相CaCa离子离子离子离子浓度达到饱和时，浓度达到饱和时，浓度达到饱和时，浓度达到饱和时，C C3 3A A还可能依下式水化：还可能依下式水化：还可能依下式水化：还可能依下式水化：3CaO3CaO A1A12 2OO3 3十十十十Ca(OH)Ca(OH)2 2十十十十12H12H2 2O=4CaOO=4CaO A1A12 2OO3 3 13H13H2 2OO即：即：即：即：C C3 3A A十十十十CHCH十十十十12H=

33、C12H=C4 4AHAH1313在在硅硅酸酸盐盐水水泥泥浆浆体体的的碱碱性性液液相相中中，CaO浓浓度度往往往往达达到到饱饱和和或或过过饱饱和和，因因此此，可可能能产产生生较较多多的的六六方方片片状状C4AH13，足足以以阻阻碍碍粒粒子子的的相相对对移移动动，据据认认为为这这是是使使浆浆体体产产生生瞬瞬时时凝凝结结的的一一个个主主要要原原因因。在在有有石石膏膏的的情情况况下下，C3A水水化化的的最最终终产产物物与与石石膏膏掺掺量量有有关关(见见表表5-1)。其其最最初初的基本反应是：的基本反应是：3CaOA12O3十十3(CaSO42H2O)十十26H2O =3CaOA12O33 CaSO4

34、32H2O 即：即：C3A十十3CH2十十26HC3A3CH32所所形形成成的的三三硫硫型型水水化化硫硫铝铝酸酸钙钙，称称为为钙钙矾矾石石。由由于于其其中中的的铝铝可可被被铁铁置置换换而而成成为为含含铝铝、铁铁的的三三硫硫型型水水化化硫硫铝铝酸酸盐盐相相。故故常常用用AFt表示。表示。若若CaSO42H2O在在C3A完完全全水水化化前前耗耗尽尽，则则钙钙矾矾石石与与C3A作作用转化为单硫型水化硫铝酸钙用转化为单硫型水化硫铝酸钙(AFm)：C3A3CH32十十2C3A十十4H=3(C3ACH12)若若石石膏膏掺掺量量极极少少，在在所所有有钙钙矾矾石石转转变变成成单单硫硫型型水水化化硫硫铝铝酸酸钙

35、钙后，还有后，还有C3A，那就形成，那就形成C3ACH12和和C4AH13的固溶体。的固溶体。表表5-1C3A的水化产物的水化产物 C3A 铝酸三钙与水反应迅速铝酸三钙与水反应迅速 液相的氧化钙浓度达到饱和时：瞬时凝结 为此，在水泥粉磨时要掺石膏。AFt 4.铁相固溶体的水化铁相固溶体的水化 水水水水泥泥泥泥熟熟熟熟料料料料中中中中铁铁铁铁相相相相固固固固溶溶溶溶体体体体可可可可用用用用C C4 4AFAF作作作作为为为为代代代代表表表表。它它它它的的的的水水水水化化化化速速速速率率率率比比比比C C3 3A A略略略略慢慢慢慢，水水水水化化化化热热热热较较较较低低低低，即即即即使使使使单单单

36、单独水化也不会引起快凝。独水化也不会引起快凝。独水化也不会引起快凝。独水化也不会引起快凝。其其其其水水水水化化化化反反反反应应应应及及及及其其其其产产产产物物物物与与与与C C3 3A A很很很很相相相相似似似似。氧氧氧氧化化化化铁铁铁铁基基基基本本本本上上上上起起起起着着着着与与与与氧氧氧氧化化化化铝铝铝铝相相相相同同同同的的的的作作作作用用用用，相相相相当当当当于于于于C C3 3A A中中中中一一一一部部部部分分分分氧氧氧氧化化化化铝铝铝铝被被被被氧氧氧氧化化化化铁铁铁铁所所所所置置置置换换换换，生生生生成成成成水水水水化化化化铝铝铝铝酸酸酸酸钙和水化铁酸钙的固溶体。钙和水化铁酸钙的固溶

37、体。钙和水化铁酸钙的固溶体。钙和水化铁酸钙的固溶体。C C4 4AFAF十十十十4CH4CH十十十十22H=2C22H=2C4 4(A(A，F)HF)H1313 在在在在2020以以以以上上上上，六六六六方方方方片片片片状状状状的的的的C C4 4(A(A，F)HF)H1313要要要要转转转转变变变变成成成成C C3 3(A(A，F)HF)H6 6。当当当当温温温温度度度度高高高高于于于于5050时时时时直直直直接接接接水水水水化化化化生成生成生成生成C C3 3(A(A，F)HF)H6 6。掺有石膏时的反应也与掺有石膏时的反应也与掺有石膏时的反应也与掺有石膏时的反应也与C C3 3A A大致

38、相同。当大致相同。当大致相同。当大致相同。当石膏量充分时，形成铁置换过的钙矾石固溶体石膏量充分时，形成铁置换过的钙矾石固溶体石膏量充分时，形成铁置换过的钙矾石固溶体石膏量充分时，形成铁置换过的钙矾石固溶体C C3 3（A A，F F）3C3C HH3232。而石膏不足时，则形成。而石膏不足时，则形成。而石膏不足时，则形成。而石膏不足时，则形成单硫型固溶体。并且，同样有两种晶型的转化单硫型固溶体。并且，同样有两种晶型的转化单硫型固溶体。并且，同样有两种晶型的转化单硫型固溶体。并且，同样有两种晶型的转化过程。在石灰饱和溶液中，石膏使放热速率变过程。在石灰饱和溶液中，石膏使放热速率变过程。在石灰饱和

39、溶液中，石膏使放热速率变过程。在石灰饱和溶液中，石膏使放热速率变得缓慢。得缓慢。得缓慢。得缓慢。二、二、硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥的水化 硅酸盐水泥的水化放热曲线硅酸盐水泥的水化放热曲线 图图5-4 5-4.水泥的水化过程简单地划分为三个阶段即：水泥的水化过程简单地划分为三个阶段即：1 1钙矾石形成期钙矾石形成期 2 2C C3 3S S水化期水化期 3 3结构形成和发展期结构形成和发展期图图7-4硅酸盐水泥的水化放热曲线硅酸盐水泥的水化放热曲线1钙矾石形成期钙矾石形成期 C3A率率先先水水化化，在在石石膏膏存存在在的的条条件件下下，迅迅速速形形成成钙钙矾矾石石，这这是是导导致致第第一一放放热

40、热峰的主要因素。峰的主要因素。2C3S水化期水化期 C3S开始迅速水化，大量放热，形成开始迅速水化，大量放热，形成第二个放热峰。第二个放热峰。有时会有第三放热峰或在第二放热峰有时会有第三放热峰或在第二放热峰上出现一个上出现一个“峰肩峰肩”。一般认为是由钙矾。一般认为是由钙矾石转化成单硫型水化硫铝石转化成单硫型水化硫铝钙。钙。3结构形成和发展期结构形成和发展期此此时时，放放热热速速率率很很低低并并趋趋于于稳稳定定。随随着着各各种种水水化化产产物物的的增增多多，填填入入原原先先由由水水所所占占据据的的空空间间，再再逐逐渐渐连连接接并并相相互互交交织织，发发展展成成硬硬化的浆体结构。化的浆体结构。图图图图5-5 5-5 水泥水化产物的形成和浆体结构发展示意图水泥水化产物的形成和浆体结构发展示意图水泥水化产物的形成和浆体结构发展示意图水泥水化产物的形成和浆体结构发展示意图 熟熟料料中中四四种种主主要要矿矿物物的的水水化化速速率顺序为：率顺序为：C3AC3SC4AFC2S