1、9 硅酸鹽水泥的水化和硬化硅酸鹽水泥的水化和硬化水泥用適量的水拌合后，形成能砂石集料的可塑性漿體，水泥用適量的水拌合后，形成能砂石集料的可塑性漿體，隨后逐漸失去塑性而凝結(jié)硬化為具有一定強(qiáng)度的石狀體。同時(shí)，隨后逐漸失去塑性而凝結(jié)硬化為具有一定強(qiáng)度的石狀體。同時(shí)，還伴隨著水化放熱、體積變化和強(qiáng)度增長(zhǎng)等現(xiàn)象，這說(shuō)明水泥還伴隨著水化放熱、體積變化和強(qiáng)度增長(zhǎng)等現(xiàn)象，這說(shuō)明水泥拌水后產(chǎn)生了一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)和物理化學(xué)的變化。拌水后產(chǎn)生了一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)和物理化學(xué)的變化。硅酸鹽水泥的水化和硬化硅酸鹽水泥的水化和硬化水泥加水以后為什么可以凝結(jié)硬化？水泥加水以后為什么可以凝結(jié)硬化？水化產(chǎn)物水化產(chǎn)物填充

2、空隙填充空隙并將水泥并將水泥顆粒連接顆粒連接在一起在一起已水化的水已水化的水泥漿里留下泥漿里留下的孔隙的孔隙未水化水未水化水泥顆粒泥顆粒9 硅酸鹽水泥的水化和硬化硅酸鹽水泥的水化和硬化水化速度與礦物水化快慢有關(guān)；水化速度與礦物水化快慢有關(guān)；強(qiáng)度與漿體結(jié)構(gòu)形成有關(guān)。強(qiáng)度與漿體結(jié)構(gòu)形成有關(guān)。水化水化物質(zhì)由無(wú)水狀態(tài)變?yōu)楹疇顟B(tài)，由低含水變?yōu)楦吆?，物質(zhì)由無(wú)水狀態(tài)變?yōu)楹疇顟B(tài)，由低含水變?yōu)楦吆y(tǒng)稱(chēng)為水化。統(tǒng)稱(chēng)為水化。 水解水解物質(zhì)加水分解的作用叫水解作用。物質(zhì)加水分解的作用叫水解作用。 水泥孰料的水化作用包括水解作用。水泥孰料的水化作用包括水解作用。 凝結(jié)凝結(jié)水泥加水拌和初期形成具有可塑性的漿體，

3、然后逐漸水泥加水拌和初期形成具有可塑性的漿體，然后逐漸變稠并失去可塑性的過(guò)程稱(chēng)為凝結(jié)。變稠并失去可塑性的過(guò)程稱(chēng)為凝結(jié)。 硬化硬化此后，漿體的強(qiáng)度逐漸提高并變成堅(jiān)硬的石狀固體此后，漿體的強(qiáng)度逐漸提高并變成堅(jiān)硬的石狀固體（水泥石），這一過(guò)程稱(chēng)為硬化。（水泥石），這一過(guò)程稱(chēng)為硬化。9 硅酸鹽水泥的水化和硬化硅酸鹽水泥的水化和硬化為了更好地應(yīng)用水泥，必須了解水化硬化過(guò)程的機(jī)理，以為了更好地應(yīng)用水泥，必須了解水化硬化過(guò)程的機(jī)理，以便控制和改善水泥性能。但由于水泥熟料是多礦物的集合體，便控制和改善水泥性能。但由于水泥熟料是多礦物的集合體，與水的作用比較復(fù)雜，因而通常先研究水泥單礦物的水化，然與水的作用比較

4、復(fù)雜，因而通常先研究水泥單礦物的水化，然后再研究水泥總的水化和硬化過(guò)程。后再研究水泥總的水化和硬化過(guò)程。 各礦物與水的作用，稱(chēng)為各礦物與水的作用，稱(chēng)為“一次水化作用一次水化作用” 水化物之間的相互作用稱(chēng)水化物之間的相互作用稱(chēng)“二次水化作用二次水化作用” 在水泥的水化過(guò)程中，一次作用、二次作用是交織在一起在水泥的水化過(guò)程中，一次作用、二次作用是交織在一起進(jìn)行的，且同時(shí)還包括水解作用。進(jìn)行的，且同時(shí)還包括水解作用。9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化一、硅酸三鈣一、硅酸三鈣占占50%50%左右，高達(dá)左右，高達(dá)60%60%，所以硬化水泥漿體的性能很大程度，所以硬化水泥漿體的性能很大程度上取決于上

5、取決于C C3 3S S的水化作用、產(chǎn)物及所形成的結(jié)構(gòu)。的水化作用、產(chǎn)物及所形成的結(jié)構(gòu)。1 1水化反應(yīng)方程式水化反應(yīng)方程式3CaO3CaOSiOSiO2 2 + nH + nH2 2O = xCaOO = xCaOSiOSiO2 2yHyH2 2O + (3-x)Ca(OH)O + (3-x)Ca(OH)2 2C C3 3S + nH = C-S-H + (3-x)CHS + nH = C-S-H + (3-x)CH2 2水化產(chǎn)物：水化產(chǎn)物：水化硅酸鈣水化硅酸鈣( (組成不定，組成不定，C/SC/S、H/SH/S比均在較大范圍內(nèi)變動(dòng)，比均在較大范圍內(nèi)變動(dòng)，其組成與所處的液相的其組成與所處的液相

6、的CHCH濃度有關(guān)濃度有關(guān)) )、氫氧化鈣。、氫氧化鈣。 (0.8-1.5)C-S-(0.5-2.5)H(I)(0.8-1.5)C-S-(0.5-2.5)H(I)、(1.5-2.0)C-S-(1-4)H(II)(1.5-2.0)C-S-(1-4)H(II) 液相中液相中CHCH濃度越高，濃度越高，C/SC/S、H/SH/S比越大。比越大。-抗蝕性抗蝕性9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化 一、硅酸三鈣一、硅酸三鈣3 3水化放熱速率和水化放熱速率和CaCa2+2+濃度變化曲線：濃度變化曲線：P P193193 圖圖9.19.19.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化一、硅酸三鈣一、硅酸三鈣4

7、 4水化過(guò)程水化過(guò)程根據(jù)水化放熱根據(jù)水化放熱速率速率- -時(shí)間曲線，時(shí)間曲線，可分為可分為五個(gè)階段五個(gè)階段。誘導(dǎo)前期：誘導(dǎo)前期：誘導(dǎo)期：誘導(dǎo)期： 加速期：加速期：減速期：減速期： 穩(wěn)定期：穩(wěn)定期：-水化早期水化早期 -水化中期水化中期 -水化后期水化后期9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化5 5誘導(dǎo)期產(chǎn)生和結(jié)束的假說(shuō)誘導(dǎo)期產(chǎn)生和結(jié)束的假說(shuō)(C(C3 3S S的早期水化的早期水化) )(1) (1) 保護(hù)層理論：保護(hù)層理論：C C3 3S S一致溶早期水化產(chǎn)物形成保護(hù)層一致溶早期水化產(chǎn)物形成保護(hù)層進(jìn)進(jìn)入誘導(dǎo)期，保護(hù)層破裂入誘導(dǎo)期，保護(hù)層破裂誘導(dǎo)期結(jié)束。誘導(dǎo)期結(jié)束。 (2) (2) 延遲成核理

8、論：延遲成核理論：不一致溶，認(rèn)為誘導(dǎo)期是由于不一致溶，認(rèn)為誘導(dǎo)期是由于CHCH或或C-C-S-HS-H的晶核的形成和生長(zhǎng)都需要一定的時(shí)間，從而使水化延緩所的晶核的形成和生長(zhǎng)都需要一定的時(shí)間，從而使水化延緩所致。致。 (3) (3) 晶格缺陷理論：晶格缺陷理論：晶格缺陷的類(lèi)別和數(shù)量晶格缺陷的類(lèi)別和數(shù)量是決定誘導(dǎo)期是決定誘導(dǎo)期長(zhǎng)短的主要因素。長(zhǎng)短的主要因素。 (4) (4) 綜合性假說(shuō)綜合性假說(shuō)9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化6 6C C3 3S S的中期水化的中期水化在加速期，伴隨著在加速期，伴隨著CHCH和和C-S-HC-S-H的形成和長(zhǎng)大，液相中的的形成和長(zhǎng)大，液相中的CHCH和和C

9、-S-HC-S-H的過(guò)飽和度降低，又會(huì)相應(yīng)地使的過(guò)飽和度降低，又會(huì)相應(yīng)地使CHCH和和C-S-HC-S-H的生長(zhǎng)速度變的生長(zhǎng)速度變慢。慢。隨著水化產(chǎn)物在顆粒周?chē)男纬?，隨著水化產(chǎn)物在顆粒周?chē)男纬?，C C3 3S S的水化也受到阻礙的水化也受到阻礙。因而，水化加速過(guò)程逐漸轉(zhuǎn)入減速期。因而，水化加速過(guò)程逐漸轉(zhuǎn)入減速期。早期水化產(chǎn)物，大部分在顆粒原始周界以外由水所填充的早期水化產(chǎn)物，大部分在顆粒原始周界以外由水所填充的空間空間-這部分這部分C-S-HC-S-H稱(chēng)稱(chēng)外部產(chǎn)物外部產(chǎn)物。后期的生長(zhǎng)則在顆粒原始周界以?xún)?nèi)的區(qū)域形成后期的生長(zhǎng)則在顆粒原始周界以?xún)?nèi)的區(qū)域形成-內(nèi)部產(chǎn)內(nèi)部產(chǎn)物物。隨著內(nèi)部產(chǎn)物的形成

10、和發(fā)展，隨著內(nèi)部產(chǎn)物的形成和發(fā)展，C C3 3S S的水化即由減速期向穩(wěn)定的水化即由減速期向穩(wěn)定期轉(zhuǎn)變。期轉(zhuǎn)變。9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化7 7C C3 3S S的后期水化的后期水化泰勒認(rèn)為：泰勒認(rèn)為：水化過(guò)程中存在一個(gè)界面區(qū)，并逐漸向顆粒內(nèi)水化過(guò)程中存在一個(gè)界面區(qū)，并逐漸向顆粒內(nèi)部推進(jìn)部推進(jìn)，H H2 2O O離解成的離解成的H H+ +在內(nèi)部產(chǎn)物中從一個(gè)氧原子在內(nèi)部產(chǎn)物中從一個(gè)氧原子( (或水分子或水分子) )轉(zhuǎn)移到另一個(gè)氧原子，一直到達(dá)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)氧原子，一直到達(dá)C C3 3S S界面并與之作用；而界面區(qū)界面并與之作用；而界面區(qū)內(nèi)部分內(nèi)部分CaCa2+2+和和SiSi4+4

11、+則通過(guò)內(nèi)部產(chǎn)物向外遷移，轉(zhuǎn)入則通過(guò)內(nèi)部產(chǎn)物向外遷移，轉(zhuǎn)入CHCH和外部和外部C-S-C-S-H H。因此，界面內(nèi)是得到。因此，界面內(nèi)是得到H H+ +，失去，失去CaCa2+2+和和SiSi4+4+，原子重新排組，從，原子重新排組，從而使而使C C3 3S S轉(zhuǎn)化成內(nèi)部轉(zhuǎn)化成內(nèi)部C-S-HC-S-H。如此，隨著界面區(qū)向內(nèi)推進(jìn)，水化。如此，隨著界面區(qū)向內(nèi)推進(jìn)，水化繼續(xù)進(jìn)行。由于空間限制及離子濃度變化，內(nèi)部繼續(xù)進(jìn)行。由于空間限制及離子濃度變化，內(nèi)部C-S-HC-S-H在形貌和在形貌和成分等方面與外部成分等方面與外部C-S-HC-S-H會(huì)有所不同，通常是較為密實(shí)。會(huì)有所不同，通常是較為密實(shí)。9.1

12、 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化8 8C C3 3S S水化各階段的化學(xué)過(guò)程和動(dòng)力學(xué)過(guò)程水化各階段的化學(xué)過(guò)程和動(dòng)力學(xué)過(guò)程時(shí)期時(shí)期反應(yīng)階段反應(yīng)階段化學(xué)過(guò)程化學(xué)過(guò)程動(dòng)力學(xué)過(guò)程動(dòng)力學(xué)過(guò)程早期早期誘導(dǎo)前期誘導(dǎo)前期誘導(dǎo)期誘導(dǎo)期初始水解，離子進(jìn)入溶液初始水解，離子進(jìn)入溶液繼續(xù)溶解，早期繼續(xù)溶解，早期C-S-H形成形成反應(yīng)很快反應(yīng)很快反應(yīng)慢反應(yīng)慢中期中期加速期加速期減速期減速期穩(wěn)定水化產(chǎn)物開(kāi)始生長(zhǎng)穩(wěn)定水化產(chǎn)物開(kāi)始生長(zhǎng)水化產(chǎn)物繼續(xù)生長(zhǎng)，微結(jié)構(gòu)水化產(chǎn)物繼續(xù)生長(zhǎng)，微結(jié)構(gòu)發(fā)展發(fā)展反應(yīng)快反應(yīng)快反應(yīng)變慢反應(yīng)變慢后期后期穩(wěn)定期穩(wěn)定期微結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)微結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)反應(yīng)很慢反應(yīng)很慢9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化二、

13、硅酸二鈣二、硅酸二鈣1 1水化反應(yīng)方程式水化反應(yīng)方程式2CaO2CaOSiOSiO2 2 + mH + mH2 2O = xCaOO = xCaOSiOSiO2 2yHyH2 2O + (2-x)Ca(OH)O + (2-x)Ca(OH)2 2C C2 2S + mH = C-S-H + (2-x)CHS + mH = C-S-H + (2-x)CH9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化二、硅酸二鈣二、硅酸二鈣2 2水化機(jī)理水化機(jī)理和和C C3 3S S相似，也有誘導(dǎo)期、加速期等。但水化速度慢，相似，也有誘導(dǎo)期、加速期等。但水化速度慢，約為約為C C3 3S S的的1/201/20，-C-C

14、2 2S S即使在幾周后也只在表面上覆蓋一層很即使在幾周后也只在表面上覆蓋一層很薄的無(wú)定形水化硅酸鈣。薄的無(wú)定形水化硅酸鈣。第二放熱峰不明顯。水化產(chǎn)物第二放熱峰不明顯。水化產(chǎn)物C-S-HC-S-H形貌與形貌與C C3 3S S相似，相似，但但CHCH晶體比晶體比C C3 3S S少，有利于強(qiáng)度發(fā)展。少，有利于強(qiáng)度發(fā)展。-C-C2 2S S水化過(guò)程中水化產(chǎn)物的成核和晶體長(zhǎng)大速率與水化過(guò)程中水化產(chǎn)物的成核和晶體長(zhǎng)大速率與C C3 3S S相差不大，但通過(guò)水化產(chǎn)物層的擴(kuò)散速率要低相差不大，但通過(guò)水化產(chǎn)物層的擴(kuò)散速率要低8 8倍左右，而倍左右，而表面的溶解速率則相差幾十倍之多。這表明表面的溶解速率則相

15、差幾十倍之多。這表明-C-C2 2S S的水化速率的水化速率主要由表面溶解速率所控制主要由表面溶解速率所控制。9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化三、鋁酸三鈣三、鋁酸三鈣( (一一) ) 無(wú)石膏無(wú)石膏1 1常溫下水化常溫下水化C C4 4AHAH1313和和C C2 2AHAH8 8在常溫下處于介穩(wěn)狀態(tài)，且隨溫度升高而轉(zhuǎn)化在常溫下處于介穩(wěn)狀態(tài)，且隨溫度升高而轉(zhuǎn)化加速。加速。C C3 3A A本身水化熱高，因而極易按上式轉(zhuǎn)化。本身水化熱高，因而極易按上式轉(zhuǎn)化。2 2在溫度較高在溫度較高(35(35以上以上) )的情況下，可直接生成的情況下，可直接生成C C3 3AHAH6 6晶體。晶體。這些

16、產(chǎn)物均為片狀。這些產(chǎn)物均為片狀。9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化三、鋁酸三鈣三、鋁酸三鈣( (一一) ) 無(wú)石膏無(wú)石膏3 3當(dāng)液相的當(dāng)液相的CaOCaO濃度達(dá)到飽和濃度達(dá)到飽和( (堿性液相堿性液相) )時(shí)，時(shí)，C C3 3A A還可能還可能依下式水化：依下式水化：這個(gè)反應(yīng)在硅酸鹽水泥漿體的堿性液相中最易發(fā)生，而處這個(gè)反應(yīng)在硅酸鹽水泥漿體的堿性液相中最易發(fā)生，而處于堿性介質(zhì)中的于堿性介質(zhì)中的C C4 4AHAH1313在室溫下又能夠穩(wěn)定存在。在室溫下又能夠穩(wěn)定存在。這些片狀水化這些片狀水化產(chǎn)物不僅長(zhǎng)在水泥顆粒上，同時(shí)還分布在充滿水的空隙中，產(chǎn)物不僅長(zhǎng)在水泥顆粒上，同時(shí)還分布在充滿水的空

17、隙中，其其數(shù)量迅速增多，數(shù)量迅速增多，互相粘結(jié)成橋，形成松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)互相粘結(jié)成橋，形成松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，就足以，就足以阻礙粒子的相對(duì)移動(dòng)阻礙粒子的相對(duì)移動(dòng)，據(jù)認(rèn)為是使，據(jù)認(rèn)為是使?jié){體產(chǎn)生瞬時(shí)凝結(jié)的主要原漿體產(chǎn)生瞬時(shí)凝結(jié)的主要原因因。同時(shí)溫度將劇烈上升。同時(shí)溫度將劇烈上升。9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化三、鋁酸三鈣三、鋁酸三鈣( (二二) ) 有石膏有石膏在有石膏存在的情況下，在有石膏存在的情況下，C C3 3A A雖然開(kāi)始也快速水化成雖然開(kāi)始也快速水化成C C4 4AHAH1313，但接著就會(huì)與石膏反應(yīng)。但接著就會(huì)與石膏反應(yīng)。1 1足夠石膏足夠石膏( (石膏石膏:C:C3 3A3.0

18、)A3.0)稱(chēng)為三硫型水化硫鋁酸鈣，又稱(chēng)鈣礬石，稱(chēng)為三硫型水化硫鋁酸鈣，又稱(chēng)鈣礬石，水泥桿菌。由于其中的鋁可被鐵置換而成為含鋁、鐵的三硫酸水泥桿菌。由于其中的鋁可被鐵置換而成為含鋁、鐵的三硫酸鹽，故常以鹽，故常以AFtAFt表示。表示。 323HS3CAC9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化三、鋁酸三鈣三、鋁酸三鈣( (二二) ) 有石膏有石膏1 1足夠石膏足夠石膏( (石膏石膏:C:C3 3A A3.0)3.0)2 2當(dāng)石膏量減少當(dāng)石膏量減少( (石膏石膏:C:C3 3A A1.01.03.0)3.0)，即石膏全反應(yīng)掉，即石膏全反應(yīng)掉，還有還有C C3 3A A剩余，則剩余剩余，則剩余C

19、 C3 3A A水化產(chǎn)物水化產(chǎn)物C C4 4AHAH1313與鈣礬石反應(yīng)：與鈣礬石反應(yīng)：稱(chēng)為單硫型水化硫鋁酸鈣，由于鐵的轉(zhuǎn)換，稱(chēng)為單硫型水化硫鋁酸鈣，由于鐵的轉(zhuǎn)換，常以常以AFmAFm表示。此時(shí)水化產(chǎn)物為表示。此時(shí)水化產(chǎn)物為AFtAFt和和AFmAFm。323HS3CAC9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化三、鋁酸三鈣三、鋁酸三鈣( (二二) ) 有石膏有石膏3 3當(dāng)石膏量再少當(dāng)石膏量再少( (石膏石膏: C: C3 3A A1.0)1.0)，則鈣礬石全部轉(zhuǎn)換為，則鈣礬石全部轉(zhuǎn)換為AFmAFm，此時(shí)的水化產(chǎn)物只有，此時(shí)的水化產(chǎn)物只有AFmAFm。4 4再少再少( (石膏石膏: C: C3

20、3A A1.0)1.0)，鈣礬石全部轉(zhuǎn)換為，鈣礬石全部轉(zhuǎn)換為AFmAFm后，還后，還有有C C3 3A A剩余，則剩余，則C C3 3A A與單硫型水化硫鋁酸鈣反應(yīng)生成單硫型固溶體與單硫型水化硫鋁酸鈣反應(yīng)生成單硫型固溶體 9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化三、鋁酸三鈣三、鋁酸三鈣( (二二) ) 有石膏有石膏5 5無(wú)石膏，則最終轉(zhuǎn)換為水石榴石無(wú)石膏，則最終轉(zhuǎn)換為水石榴石C C3 3AHAH6 6。一般硅酸鹽水泥石膏摻量，其最終產(chǎn)物為一般硅酸鹽水泥石膏摻量，其最終產(chǎn)物為AFtAFtAFmAFm。但在通常水灰比的水泥漿體中，離子的遷移受到一定程度但在通常水灰比的水泥漿體中，離子的遷移受到一定

21、程度的限制，較難充分進(jìn)行上述各種反應(yīng)，因而鈣礬石與其它幾種的限制，較難充分進(jìn)行上述各種反應(yīng)，因而鈣礬石與其它幾種水化鋁酸鹽產(chǎn)物在局部區(qū)域同時(shí)并存也是有可能的。水化鋁酸鹽產(chǎn)物在局部區(qū)域同時(shí)并存也是有可能的。即在不同石膏摻量的情況下，產(chǎn)物不同。即在不同石膏摻量的情況下，產(chǎn)物不同。9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化四、鐵鋁酸四鈣四、鐵鋁酸四鈣1 1鐵鋁酸四鈣的水化速率比鐵鋁酸四鈣的水化速率比C C3 3A A略慢，水化熱較低，即使略慢，水化熱較低，即使單獨(dú)水化也不會(huì)引起瞬凝。單獨(dú)水化也不會(huì)引起瞬凝。2 2C C4 4AFAF的水化反應(yīng)及其產(chǎn)物與的水化反應(yīng)及其產(chǎn)物與C C3 3A A極為相似。極

22、為相似。氧化鐵基本上氧化鐵基本上起著與氧化鋁相同的作用起著與氧化鋁相同的作用，也就是在水化產(chǎn)物中置換部分鋁，也就是在水化產(chǎn)物中置換部分鋁，形成水化硫鋁酸鈣和水化硫鐵酸鈣的固溶體，或水化鋁酸鈣和形成水化硫鋁酸鈣和水化硫鐵酸鈣的固溶體，或水化鋁酸鈣和水化鐵酸鈣的固溶體。水化鐵酸鈣的固溶體。9.1 熟料單礦物的水化熟料單礦物的水化四、鐵鋁酸四鈣四、鐵鋁酸四鈣3 3隨著石膏量的逐漸減少，其水化產(chǎn)物依次為：隨著石膏量的逐漸減少，其水化產(chǎn)物依次為：4 4鐵相固溶體的水化活性隨鐵相固溶體的水化活性隨A/FA/F比的增加而提高。比的增加而提高。9.2 硅酸鹽水泥的水化硅酸鹽水泥的水化 一、水泥的液相環(huán)境一、水

23、泥的液相環(huán)境硅酸鹽水泥實(shí)際使用中的水化作用是在少量水中進(jìn)行的，硅酸鹽水泥實(shí)際使用中的水化作用是在少量水中進(jìn)行的，一般加水量約為一般加水量約為30-60%30-60%。水泥拌水后，立即發(fā)生水化反應(yīng)，各組分開(kāi)始溶解。所以水泥拌水后，立即發(fā)生水化反應(yīng)，各組分開(kāi)始溶解。所以極短的時(shí)間后，填充在顆粒之間的液相不再是純水，而是含有極短的時(shí)間后，填充在顆粒之間的液相不再是純水，而是含有各種離子的溶液，主要為：各種離子的溶液，主要為：硅酸鈣硅酸鈣-CaCa2+2+，OHOH- -鋁酸鈣鋁酸鈣-Ca-Ca2+ 2+ ，Al(OH)Al(OH)4-4-鐵鋁酸鈣鐵鋁酸鈣-CaCa2+2+ ，F(xiàn)e(OH)Fe(OH)

24、4-4-硫酸鈣硫酸鈣-CaCa2+2+ ，SOSO4 42-2-堿堿-K K+ +，NaNa+ +，SOSO4 42-2-即即水泥的水化作用開(kāi)始后基本上是在含堿的水泥的水化作用開(kāi)始后基本上是在含堿的CHCH、硫酸鈣的飽和、硫酸鈣的飽和溶液中進(jìn)行溶液中進(jìn)行。9.2 硅酸鹽水泥的水化硅酸鹽水泥的水化二、二、水化過(guò)程中各礦物間的相互作用水化過(guò)程中各礦物間的相互作用1 1C C3 3A A、C C4 4AFAF與石膏間關(guān)系：與石膏間關(guān)系：2 2C C3 3S S對(duì)對(duì)C C2 2S S的水化有一定的促進(jìn)作用。的水化有一定的促進(jìn)作用。3 3堿的影響：對(duì)不同礦物影響不一樣。堿的影響：對(duì)不同礦物影響不一樣。4

25、 4當(dāng)水泥顆粒周?chē)?dāng)水泥顆粒周?chē)鶦-S-HC-S-H凝膠層不斷增厚，水在凝膠層不斷增厚，水在C-S-HC-S-H凝膠凝膠層內(nèi)的擴(kuò)散速度逐漸成為影響各礦物水化的決定性因素，層內(nèi)的擴(kuò)散速度逐漸成為影響各礦物水化的決定性因素， 5 5漿體中拌水量不多，且水化過(guò)程中不斷減少，水化是在漿體中拌水量不多，且水化過(guò)程中不斷減少，水化是在濃度不斷變化的情況下進(jìn)行的。濃度不斷變化的情況下進(jìn)行的。 因而因而水化是從表面開(kāi)始，然后在濃度和溫度不斷變化的條水化是從表面開(kāi)始，然后在濃度和溫度不斷變化的條件下，通過(guò)擴(kuò)散作用緩慢向中心深入件下，通過(guò)擴(kuò)散作用緩慢向中心深入。且較大水泥顆粒的中心。且較大水泥顆粒的中心往往會(huì)完全

26、停止水化，以后溫度、濕度條件適當(dāng)時(shí)，再重新繼往往會(huì)完全停止水化，以后溫度、濕度條件適當(dāng)時(shí)，再重新繼續(xù)緩慢水化。續(xù)緩慢水化。9.2 硅酸鹽水泥的水化硅酸鹽水泥的水化三、水化過(guò)程三、水化過(guò)程如下圖。為硅酸鹽水泥在水化過(guò)程中的放熱曲線，與如下圖。為硅酸鹽水泥在水化過(guò)程中的放熱曲線，與C C3 3S S相相似，據(jù)此可將水泥的水化過(guò)程簡(jiǎn)單地分為三個(gè)階段。似，據(jù)此可將水泥的水化過(guò)程簡(jiǎn)單地分為三個(gè)階段。9.2 硅酸鹽水泥的水化硅酸鹽水泥的水化三、水化過(guò)程三、水化過(guò)程1 1鈣礬石形成期鈣礬石形成期C C3 3A A率先水化，在石膏存在條件下，迅速形成鈣礬石，導(dǎo)致率先水化，在石膏存在條件下，迅速形成鈣礬石，導(dǎo)致

27、第一放熱峰。第一放熱峰。2 2C C3 3S S水化期水化期C C3 3S S開(kāi)始水化，大量放熱形成第二個(gè)放熱峰。開(kāi)始水化，大量放熱形成第二個(gè)放熱峰。有時(shí)在第二個(gè)放熱峰的前或后出現(xiàn)第三個(gè)放熱峰，一般認(rèn)有時(shí)在第二個(gè)放熱峰的前或后出現(xiàn)第三個(gè)放熱峰，一般認(rèn)為是為是AFt-AFmAFt-AFm引起的。此期，引起的。此期，C C2 2S S與鐵相亦以不同程度參與這與鐵相亦以不同程度參與這二個(gè)階段的反應(yīng)，生成相應(yīng)水化產(chǎn)物。二個(gè)階段的反應(yīng)，生成相應(yīng)水化產(chǎn)物。9.2 硅酸鹽水泥的水化硅酸鹽水泥的水化三、水化過(guò)程三、水化過(guò)程1 1鈣礬石形成期鈣礬石形成期2 2C C3 3S S水化期水化期3 3結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展期

28、結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展期放熱速率很低并趨于穩(wěn)定，隨著各種水化產(chǎn)物的增多，填放熱速率很低并趨于穩(wěn)定，隨著各種水化產(chǎn)物的增多，填入原先由水所占據(jù)的空間，再逐漸連接并相互交織，發(fā)展成硬入原先由水所占據(jù)的空間，再逐漸連接并相互交織，發(fā)展成硬化漿體結(jié)構(gòu)。化漿體結(jié)構(gòu)。9.2 硅酸鹽水泥的水化硅酸鹽水泥的水化四、水化產(chǎn)物四、水化產(chǎn)物CHCH、 C-S-H C-S-H凝膠、凝膠、 水化鋁酸鈣、水化鋁酸鈣、 水化鐵酸鈣、水化鐵酸鈣、 水化硫鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣、 水化硫鋁水化硫鋁( (鐵鐵) )酸鈣等。酸鈣等。9.2.2 水化速度水化速度一、水化速度的表示及測(cè)定方法一、水化速度的表示及測(cè)定方法1 1表示方法表示方法水化

29、程度水化程度()()：一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生水化作用的量和完全：一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生水化作用的量和完全水化量的比值。水化量的比值。水化深度水化深度(h)(h)：水泥顆粒已經(jīng)水化的水化層厚度。：水泥顆粒已經(jīng)水化的水化層厚度。水化速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的水泥水化程度或水化深度。水化速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的水泥水化程度或水化深度。影響水化速度的因素很多，如粒徑、礦物種類(lèi)等，所以研影響水化速度的因素很多，如粒徑、礦物種類(lèi)等，所以研究水化速率必須是在相同條件下才可進(jìn)行比較。究水化速率必須是在相同條件下才可進(jìn)行比較。9.2.2 水化速率水化速率2 2水化速度的測(cè)定方法水化速度的測(cè)定方法（1 1）直接法：巖相分析法、）直接法：巖相分

30、析法、x-x-射線分析法、電子探針、射線分析法、電子探針、掃描電鏡等，定量地測(cè)定已水化和未水化的數(shù)量。掃描電鏡等，定量地測(cè)定已水化和未水化的數(shù)量。（2 2）間接法：測(cè)定結(jié)合水量、水化熱、水泥石的比面積）間接法：測(cè)定結(jié)合水量、水化熱、水泥石的比面積等與水化程度相關(guān)的量來(lái)反應(yīng)。等與水化程度相關(guān)的量來(lái)反應(yīng)。（3 3）實(shí)驗(yàn)室中常用測(cè)定結(jié)合水法）實(shí)驗(yàn)室中常用測(cè)定結(jié)合水法-原理及方法原理及方法9.2.3 水化速率水化速率二、二、水化速率的影響因素水化速率的影響因素1 1熟料礦物組成與晶體結(jié)構(gòu)：各熟料礦物的水硬活性主要熟料礦物組成與晶體結(jié)構(gòu)：各熟料礦物的水硬活性主要與不規(guī)則配位、高配位等造成的晶體結(jié)構(gòu)的缺陷

31、情況有關(guān)。與不規(guī)則配位、高配位等造成的晶體結(jié)構(gòu)的缺陷情況有關(guān)。2 2水灰比的影響水灰比的影響3 3細(xì)度的影響細(xì)度的影響4 4溫度的影響溫度的影響5 5外加劑的影響外加劑的影響9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體水泥拌水后，很快發(fā)生水化反應(yīng)，水化產(chǎn)物相互交結(jié)，使水泥拌水后，很快發(fā)生水化反應(yīng)，水化產(chǎn)物相互交結(jié)，使?jié){體失去流動(dòng)性，變成具有一定強(qiáng)度的石狀體。此為水泥的凝漿體失去流動(dòng)性，變成具有一定強(qiáng)度的石狀體。此為水泥的凝結(jié)，即水化導(dǎo)致凝結(jié)硬化。結(jié)，即水化導(dǎo)致凝結(jié)硬化。 一、一、水泥漿體能凝結(jié)硬化的原因水泥漿體能凝結(jié)硬化的原因 1 1結(jié)晶理論：雷霞特利。水化物的結(jié)晶交結(jié)而凝結(jié)硬化結(jié)晶理論：雷霞特利。水化物

32、的結(jié)晶交結(jié)而凝結(jié)硬化 2 2膠體理論：米哈艾利斯。膠體由于內(nèi)吸脫水而成剛性凝膠體理論：米哈艾利斯。膠體由于內(nèi)吸脫水而成剛性凝膠的過(guò)程膠的過(guò)程 3 3拜依柯夫三階段學(xué)說(shuō)拜依柯夫三階段學(xué)說(shuō)( (綜合綜合1 1、2 2理論理論) )：溶解、膠化、結(jié)：溶解、膠化、結(jié)晶晶 4 4洛赫爾三階段學(xué)說(shuō)：水化產(chǎn)物形成強(qiáng)弱不等的接觸點(diǎn)，洛赫爾三階段學(xué)說(shuō)：水化產(chǎn)物形成強(qiáng)弱不等的接觸點(diǎn)，將各顆粒聯(lián)接成網(wǎng)而形成強(qiáng)度（將各顆粒聯(lián)接成網(wǎng)而形成強(qiáng)度（P P199199圖圖9.69.6） 5 5泰勒早、中、后三時(shí)期泰勒早、中、后三時(shí)期9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體現(xiàn)在比較統(tǒng)一的意見(jiàn)：現(xiàn)在比較統(tǒng)一的意見(jiàn)：水泥的水化反應(yīng)在開(kāi)始主

33、要為化學(xué)反應(yīng)所控制；水泥的水化反應(yīng)在開(kāi)始主要為化學(xué)反應(yīng)所控制；當(dāng)水泥顆粒四周形成較為完整的水化物膜層后，反應(yīng)歷程當(dāng)水泥顆粒四周形成較為完整的水化物膜層后，反應(yīng)歷程又受到離子通過(guò)水化產(chǎn)物層時(shí)擴(kuò)散速率的影響。又受到離子通過(guò)水化產(chǎn)物層時(shí)擴(kuò)散速率的影響。隨著水化產(chǎn)物層的不斷增厚，離子的擴(kuò)散速率即成為水化隨著水化產(chǎn)物層的不斷增厚，離子的擴(kuò)散速率即成為水化歷程動(dòng)力學(xué)行為的決定性因素。歷程動(dòng)力學(xué)行為的決定性因素。 9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體現(xiàn)在比較統(tǒng)一的意見(jiàn)：現(xiàn)在比較統(tǒng)一的意見(jiàn)：在所生成的水化產(chǎn)物中，有許多是屬于膠體尺寸的晶體。在所生成的水化產(chǎn)物中，有許多是屬于膠體尺寸的晶體。隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，

34、各種水化產(chǎn)物逐漸填滿原來(lái)由水所隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，各種水化產(chǎn)物逐漸填滿原來(lái)由水所占據(jù)的空間，固體粒子逐漸接近。由于鈣礬石針棒狀晶體的相占據(jù)的空間，固體粒子逐漸接近。由于鈣礬石針棒狀晶體的相互搭接，特別是大量箔片狀、纖維狀互搭接，特別是大量箔片狀、纖維狀C-S-HC-S-H的交叉攀附，從而使的交叉攀附，從而使原先分散的水泥顆粒以及水化產(chǎn)物連續(xù)起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)三度空原先分散的水泥顆粒以及水化產(chǎn)物連續(xù)起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)三度空間牢固結(jié)合、密實(shí)的整體。間牢固結(jié)合、密實(shí)的整體。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌按按S S 戴蒙德的研究，在充分水化的水泥漿體中，各

35、組成的戴蒙德的研究，在充分水化的水泥漿體中，各組成的質(zhì)量比大致如下：質(zhì)量比大致如下：C-S-HC-S-H凝膠：凝膠：70%70%CHCH：約約20%20%AFtAFt和和AfmAfm約約7%7%未水化的殘留熟料和其它微量組分未水化的殘留熟料和其它微量組分約有約有3%3%。實(shí)際中，未水化的殘留熟料較多，其它組成的比例即相應(yīng)實(shí)際中，未水化的殘留熟料較多，其它組成的比例即相應(yīng)減少。減少。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (一一) )、C-S-HC-S-H凝膠凝膠1 1組成：組成：C-S-HC-S-H中中C/SC/S、H/SH/S不是定值，隨一系列因素

36、而變。不是定值，隨一系列因素而變。液相中的液相中的CHCH濃度：濃度： 常溫下水固比：常溫下水固比： 水化進(jìn)程：隨齡水化進(jìn)程：隨齡 C-S-HC-S-H中還存在不少種類(lèi)的其它離子。幾乎所有的中還存在不少種類(lèi)的其它離子。幾乎所有的C-S-C-S-H H中均含相當(dāng)數(shù)量的中均含相當(dāng)數(shù)量的AlAl、FeFe和和S S，還有少量的，還有少量的R R、MgMg等，且測(cè)定的等，且測(cè)定的數(shù)據(jù)都很分散，說(shuō)明各個(gè)顆粒組成又有所不同，存在明顯的差數(shù)據(jù)都很分散，說(shuō)明各個(gè)顆粒組成又有所不同，存在明顯的差異。異。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (一一) )、C-S-HC

37、-S-H凝膠凝膠2 2結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)C-S-HC-S-H為無(wú)定形的膠狀體，結(jié)晶度極差。為無(wú)定形的膠狀體，結(jié)晶度極差。C-S-HC-S-H為薄片狀的層狀結(jié)構(gòu)，但為薄片狀的層狀結(jié)構(gòu)，但C-S-HC-S-H薄片很不平正薄片很不平正( (其其他離子進(jìn)入，使其扭曲他離子進(jìn)入，使其扭曲) )，也不是有規(guī)則的上下整齊堆疊，結(jié)晶，也不是有規(guī)則的上下整齊堆疊，結(jié)晶度極差。這樣薄片之間所形成的空間就很不規(guī)則，從而形成各度極差。這樣薄片之間所形成的空間就很不規(guī)則，從而形成各種大小的孔隙。種大小的孔隙。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (一一) )、C-S-HC-S-H凝膠

38、凝膠3 3形貌形貌C-S-HC-S-H會(huì)呈現(xiàn)各種不同的形貌。戴蒙德用掃描電鏡會(huì)呈現(xiàn)各種不同的形貌。戴蒙德用掃描電鏡SEMSEM觀察，觀察，發(fā)現(xiàn)至少有四種：發(fā)現(xiàn)至少有四種：第一種為纖維粒子，稱(chēng)為第一種為纖維粒子，稱(chēng)為I I型型C-S-HC-S-H，為水化初期從水，為水化初期從水泥顆粒向外輻射生長(zhǎng)的細(xì)長(zhǎng)條物質(zhì)，長(zhǎng)約泥顆粒向外輻射生長(zhǎng)的細(xì)長(zhǎng)條物質(zhì)，長(zhǎng)約0.5 0.5 2 m2 m，寬一，寬一般小于般小于0.2m0.2m，通常在尖端上有分叉現(xiàn)象。亦可能呈現(xiàn)板條狀，通常在尖端上有分叉現(xiàn)象。亦可能呈現(xiàn)板條狀或卷箔狀薄片、棒狀、管狀等形態(tài)?；蚓聿瓲畋∑魻?、管狀等形態(tài)。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體第一

39、種為纖維粒子，稱(chēng)為第一種為纖維粒子，稱(chēng)為I I型型C-S-HC-S-H，為水化初期從水，為水化初期從水泥顆粒向外輻射生長(zhǎng)的細(xì)長(zhǎng)條物質(zhì)，長(zhǎng)約泥顆粒向外輻射生長(zhǎng)的細(xì)長(zhǎng)條物質(zhì)，長(zhǎng)約0.5 0.5 2 m2 m，寬一，寬一般小于般小于0.2m0.2m，通常在尖端上有分叉現(xiàn)象。亦可能呈現(xiàn)板條狀，通常在尖端上有分叉現(xiàn)象。亦可能呈現(xiàn)板條狀或卷箔狀薄片、棒狀、管狀等形態(tài)?；蚓聿瓲畋∑魻?、管狀等形態(tài)。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (一一) )、C-S-HC-S-H凝膠凝膠3 3形貌形貌C-S-HC-S-H會(huì)呈現(xiàn)各種不同的形貌。戴蒙德用掃描電鏡會(huì)呈現(xiàn)各種不

40、同的形貌。戴蒙德用掃描電鏡SEMSEM觀察，觀察，發(fā)現(xiàn)至少有四種：發(fā)現(xiàn)至少有四種：第二種為網(wǎng)絡(luò)狀粒子，稱(chēng)為第二種為網(wǎng)絡(luò)狀粒子，稱(chēng)為IIII型型C-S-HC-S-H，呈現(xiàn)互相連鎖，呈現(xiàn)互相連鎖的網(wǎng)狀構(gòu)造，其組成單元也是一種長(zhǎng)條形粒子，截面積與的網(wǎng)狀構(gòu)造，其組成單元也是一種長(zhǎng)條形粒子，截面積與I I型相型相同，但每隔半同，但每隔半mm左右就叉開(kāi)，而且叉開(kāi)角度相當(dāng)大。由于粒子左右就叉開(kāi)，而且叉開(kāi)角度相當(dāng)大。由于粒子間的交結(jié)，并在交結(jié)點(diǎn)相互生長(zhǎng)，從而形成連續(xù)的三維空間網(wǎng)。間的交結(jié)，并在交結(jié)點(diǎn)相互生長(zhǎng)，從而形成連續(xù)的三維空間網(wǎng)。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體第二種為網(wǎng)絡(luò)狀粒子，稱(chēng)為第二種為網(wǎng)絡(luò)狀粒子，

41、稱(chēng)為IIII型型C-S-HC-S-H，呈現(xiàn)互相連鎖，呈現(xiàn)互相連鎖的網(wǎng)狀構(gòu)造，其組成單元也是一種長(zhǎng)條形粒子，截面積與的網(wǎng)狀構(gòu)造，其組成單元也是一種長(zhǎng)條形粒子，截面積與I I型相型相同，但每隔半同，但每隔半mm左右就叉開(kāi)，而且叉開(kāi)角度相當(dāng)大。由于粒子左右就叉開(kāi)，而且叉開(kāi)角度相當(dāng)大。由于粒子間的交結(jié)，并在交結(jié)點(diǎn)相互生長(zhǎng)，從而形成連續(xù)的三維空間網(wǎng)。間的交結(jié)，并在交結(jié)點(diǎn)相互生長(zhǎng)，從而形成連續(xù)的三維空間網(wǎng)。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (一一) )、C-S-HC-S-H凝膠凝膠3 3形貌形貌C-S-HC-S-H會(huì)呈現(xiàn)各種不同的形貌。戴蒙德用掃描電鏡會(huì)呈

42、現(xiàn)各種不同的形貌。戴蒙德用掃描電鏡SEMSEM觀察，觀察，發(fā)現(xiàn)至少有四種：發(fā)現(xiàn)至少有四種：第三種是等大粒子，稱(chēng)為第三種是等大粒子，稱(chēng)為IIIIII型型C-S-HC-S-H，為小而不規(guī)則，為小而不規(guī)則，三向尺寸近乎相等的球狀顆粒，也有扁平碟狀，一般不大于三向尺寸近乎相等的球狀顆粒，也有扁平碟狀，一般不大于0.3m0.3m，可能是水化過(guò)程中所產(chǎn)生的包裹囊中較為多孔的部分，可能是水化過(guò)程中所產(chǎn)生的包裹囊中較為多孔的部分以及沉積在膜內(nèi)側(cè)的以及沉積在膜內(nèi)側(cè)的C-S-HC-S-H。通常在水泥水化到一定程度后才明。通常在水泥水化到一定程度后才明顯出現(xiàn)，在硬化漿替中常占相當(dāng)數(shù)量。顯出現(xiàn)，在硬化漿替中常占相當(dāng)數(shù)

43、量。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體第三種是等大粒子，稱(chēng)為第三種是等大粒子，稱(chēng)為IIIIII型型C-S-HC-S-H，為小而不規(guī)則，為小而不規(guī)則，三向尺寸近乎相等的球狀顆粒，也有扁平碟狀，一般不大于三向尺寸近乎相等的球狀顆粒，也有扁平碟狀，一般不大于0.3m0.3m，可能是水化過(guò)程中所產(chǎn)生的包裹囊中較為多孔的部分，可能是水化過(guò)程中所產(chǎn)生的包裹囊中較為多孔的部分以及沉積在膜內(nèi)側(cè)的以及沉積在膜內(nèi)側(cè)的C-S-HC-S-H。通常在水泥水化到一定程度后才明。通常在水泥水化到一定程度后才明顯出現(xiàn)，在硬化漿替中常占相當(dāng)數(shù)量。顯出現(xiàn)，在硬化漿替中常占相當(dāng)數(shù)量。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)

44、與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (一一) )、C-S-HC-S-H凝膠凝膠3 3形貌形貌C-S-HC-S-H會(huì)呈現(xiàn)各種不同的形貌。戴蒙德用掃描電鏡會(huì)呈現(xiàn)各種不同的形貌。戴蒙德用掃描電鏡SEMSEM觀察，觀察，發(fā)現(xiàn)至少有四種：發(fā)現(xiàn)至少有四種：第四種為內(nèi)部產(chǎn)物，稱(chēng)為第四種為內(nèi)部產(chǎn)物，稱(chēng)為型型C-S-HC-S-H，即處于水泥粒子，即處于水泥粒子原始周界以?xún)?nèi)的原始周界以?xún)?nèi)的C-S-HC-S-H，外觀似班駁狀。，外觀似班駁狀。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體第四種為內(nèi)部產(chǎn)物，稱(chēng)為第四種為內(nèi)部產(chǎn)物，稱(chēng)為型型C-S-HC-S-H，即處于水泥粒子，即處于水泥粒子原始周界以?xún)?nèi)的原始周界以?xún)?nèi)的C-S-HC-S-

45、H，外觀似班駁狀。，外觀似班駁狀。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (一一) )、C-S-HC-S-H凝膠凝膠3 3形貌形貌C-S-HC-S-H會(huì)呈現(xiàn)各種不同的形貌。戴蒙德用掃描電鏡會(huì)呈現(xiàn)各種不同的形貌。戴蒙德用掃描電鏡SEMSEM觀察，觀察，發(fā)現(xiàn)至少有四種：發(fā)現(xiàn)至少有四種：一般說(shuō)來(lái)，水化產(chǎn)物的形貌與其可能獲得的生長(zhǎng)空間有很一般說(shuō)來(lái)，水化產(chǎn)物的形貌與其可能獲得的生長(zhǎng)空間有很大關(guān)系。大關(guān)系。C-S-HC-S-H除具有上述的四種基本形態(tài)外，還可能在不同場(chǎng)除具有上述的四種基本形態(tài)外，還可能在不同場(chǎng)合觀察到呈薄片狀、麥管狀、珊瑚狀以及花朵狀等各種形貌。

46、合觀察到呈薄片狀、麥管狀、珊瑚狀以及花朵狀等各種形貌。這些不一定是某種這些不一定是某種C-S-HC-S-H形貌，可能均是薄片狀演變，由空間限形貌，可能均是薄片狀演變，由空間限制，沿某方向演變而成，即可能是制，沿某方向演變而成，即可能是“假象假象”。4 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (一一) )、C-S-HC-S-H凝膠凝膠3 3形貌形貌水泥漿掃描電鏡照片（水泥漿掃描電鏡照片（7d齡期齡期）C-S-H鈣礬石鈣礬石9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (二二) )、CHCH1 1結(jié)構(gòu)組成：與結(jié)構(gòu)組成：與C-

47、S-HC-S-H不同，氫氧化鈣具有固定的化學(xué)組不同，氫氧化鈣具有固定的化學(xué)組成，純度較高，僅能含有極少量的成，純度較高，僅能含有極少量的SiSi、FeFe和和S S。結(jié)晶良好、屬三方晶系，具層狀構(gòu)造，由彼此聯(lián)結(jié)的結(jié)晶良好、屬三方晶系，具層狀構(gòu)造，由彼此聯(lián)結(jié)的Ca(OH)Ca(OH)2 2八面體組成。八面體組成。結(jié)構(gòu)層內(nèi)為離子鍵，結(jié)合較強(qiáng)；而結(jié)構(gòu)層之間則為分子鍵，結(jié)構(gòu)層內(nèi)為離子鍵，結(jié)合較強(qiáng)；而結(jié)構(gòu)層之間則為分子鍵，層間聯(lián)系較弱，可能為硬化水泥漿體受力是的一個(gè)裂縫策源地。層間聯(lián)系較弱，可能為硬化水泥漿體受力是的一個(gè)裂縫策源地。W/C CHW/C CH結(jié)晶程度結(jié)晶程度，有無(wú)定形或隱晶質(zhì)的狀態(tài)存在。，

48、有無(wú)定形或隱晶質(zhì)的狀態(tài)存在。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (二二) )、CHCH2 2生長(zhǎng)與形貌生長(zhǎng)與形貌當(dāng)水化過(guò)程達(dá)到加速后期，較多的當(dāng)水化過(guò)程達(dá)到加速后期，較多的Ca(OH)Ca(OH)2 2晶體即在充水空晶體即在充水空間中成核結(jié)晶析出。其特點(diǎn)是只能在現(xiàn)有空間中生長(zhǎng)，如果遇間中成核結(jié)晶析出。其特點(diǎn)是只能在現(xiàn)有空間中生長(zhǎng)，如果遇到阻擋，則會(huì)朝另外的方向轉(zhuǎn)向長(zhǎng)大，甚至?xí)堖^(guò)水化中的水到阻擋，則會(huì)朝另外的方向轉(zhuǎn)向長(zhǎng)大，甚至?xí)堖^(guò)水化中的水泥顆粒將其完全包裹起來(lái)，從而使其實(shí)際所占的體積有所增加。泥顆粒將其完全包裹起來(lái)，從而使其實(shí)際所占的體積有所

49、增加。在水化初期，在水化初期，Ca(OH)Ca(OH)2 2常呈六方板狀。在水泥漿體中還有部分常呈六方板狀。在水泥漿體中還有部分Ca(OH)Ca(OH)2 2以無(wú)定形或隱晶質(zhì)的狀態(tài)存在。以無(wú)定形或隱晶質(zhì)的狀態(tài)存在。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌結(jié)構(gòu)與形貌( (二二) )、CHCH2 2生長(zhǎng)與形貌生長(zhǎng)與形貌在水化初期，在水化初期，Ca(OH)Ca(OH)2 2常呈常呈六方板狀六方板狀。在水泥漿體中還有部在水泥漿體中還有部分分Ca(OH)Ca(OH)2 2以無(wú)定形或以無(wú)定形或隱晶質(zhì)的狀態(tài)存在。隱晶質(zhì)的狀態(tài)存在。4 硬化水泥漿體硬化水泥漿體C-S-H 水化硅酸

50、鈣凝膠水化硅酸鈣凝膠CH Crystal 氫氧化鈣晶體氫氧化鈣晶體 電鏡下的水泥水化產(chǎn)物圖電鏡下的水泥水化產(chǎn)物圖9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (三三) )、鈣礬石、鈣礬石1 1結(jié)構(gòu)組成：結(jié)構(gòu)組成：結(jié)晶完好，屬三方晶系，為柱狀結(jié)構(gòu)結(jié)晶完好，屬三方晶系，為柱狀結(jié)構(gòu)。化學(xué)式可寫(xiě)成：，但實(shí)際上，有相當(dāng)廣泛化學(xué)式可寫(xiě)成：，但實(shí)際上，有相當(dāng)廣泛的陰離子能與氧化鈣、氧化鋁和水結(jié)合成的陰離子能與氧化鈣、氧化鋁和水結(jié)合成“三鹽三鹽”或或“高鹽高鹽”的四水化合物。其通式：的四水化合物。其通式：X-2X-2價(jià)陰離子，為價(jià)陰離子，為SOSO4 4、COCO3 3；

51、1 1價(jià)陰離子，則為價(jià)陰離子，則為ClCl2 2、(OH)(OH)2 2等。等。m-m-完全水化狀態(tài)下為完全水化狀態(tài)下為30-3230-32且且A A可以被可以被F F所代替。上述水化物結(jié)構(gòu)都極為相似。所代替。上述水化物結(jié)構(gòu)都極為相似。所以有兩種或更多的陰離子存在時(shí)，有可能生成復(fù)雜的固溶體。所以有兩種或更多的陰離子存在時(shí)，有可能生成復(fù)雜的固溶體。323HS3CACOH3CaXAC23m9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (三三) )、鈣礬石、鈣礬石2 2形貌：在硅酸鹽水泥漿體中，鈣礬石是各種固溶體系列形貌：在硅酸鹽水泥漿體中，鈣礬石是各種固溶體系

52、列中最多出現(xiàn)的水化產(chǎn)物；其中最多出現(xiàn)的水化產(chǎn)物；其S/CS/C比常較化學(xué)計(jì)量低，含有相當(dāng)數(shù)比常較化學(xué)計(jì)量低，含有相當(dāng)數(shù)量的量的SiSi。一般成六方棱柱結(jié)晶，其形貌決定于實(shí)有的生長(zhǎng)空間。一般成六方棱柱結(jié)晶，其形貌決定于實(shí)有的生長(zhǎng)空間以及離子的供應(yīng)情況。在水化的開(kāi)始幾小時(shí)內(nèi)，常以凝膠狀析以及離子的供應(yīng)情況。在水化的開(kāi)始幾小時(shí)內(nèi)，常以凝膠狀析出，然后長(zhǎng)成出，然后長(zhǎng)成針棒狀，棱面清晰針棒狀，棱面清晰；尺寸和長(zhǎng)徑雖有一定變化，；尺寸和長(zhǎng)徑雖有一定變化，但兩端挺直，一頭并不變細(xì)，也無(wú)分叉現(xiàn)象。根據(jù)透射電鏡的但兩端挺直，一頭并不變細(xì)，也無(wú)分叉現(xiàn)象。根據(jù)透射電鏡的觀測(cè)結(jié)果，還有一些鈣礬石以空心的管狀出現(xiàn)，在組

53、成上可能觀測(cè)結(jié)果，還有一些鈣礬石以空心的管狀出現(xiàn)，在組成上可能有一定差別。有一定差別。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌物的結(jié)構(gòu)與形貌( (三三) )、鈣、鈣礬石礬石2 2形貌：形貌：六方針狀、棒狀六方針狀、棒狀或柱狀。或柱狀。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌物的結(jié)構(gòu)與形貌( (三三) )、鈣、鈣礬石礬石2 2形貌：形貌：六方針狀、棒狀六方針狀、棒狀或柱狀?；蛑鶢?。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (三三) )、鈣礬石、鈣礬石3 3鈣礬石脫水溫度低，鈣礬石脫水溫度低，5050即開(kāi)

54、始脫部分結(jié)晶水，即開(kāi)始脫部分結(jié)晶水，900900全脫，但也有資料認(rèn)為在全脫，但也有資料認(rèn)為在100-110100-110以下，可穩(wěn)定存在。另外，以下，可穩(wěn)定存在。另外，AFtAFt被被C-S-HC-S-H包裹，其穩(wěn)定性比單純的鈣礬石好。包裹，其穩(wěn)定性比單純的鈣礬石好。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (四四) )、單硫型水化硫鋁酸鈣、單硫型水化硫鋁酸鈣1 1結(jié)構(gòu)組成：?jiǎn)瘟蛐退蜾X酸鈣也屬三方晶系，但呈結(jié)構(gòu)組成：?jiǎn)瘟蛐退蜾X酸鈣也屬三方晶系，但呈層狀結(jié)層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)?；瘜W(xué)式可寫(xiě)成：，實(shí)際上，很多陰離子可化學(xué)式可寫(xiě)成：，實(shí)際上，很多陰離子可占據(jù)層間

55、位置，形成：占據(jù)層間位置，形成：Y-2Y-2價(jià)陰離子，為價(jià)陰離子，為SO4SO4、CO3CO3；1 1價(jià)陰離子，則為價(jià)陰離子，則為Cl2Cl2、(OH)2(OH)2等。等。m-m-完全水化狀態(tài)下為完全水化狀態(tài)下為10-1210-12A A可以被可以被F F所代替。上述水化物結(jié)構(gòu)亦相似。所代替。上述水化物結(jié)構(gòu)亦相似。所以在水泥漿體中的單硫型水化物實(shí)際上既是固溶體，又是混合物。所以在水泥漿體中的單硫型水化物實(shí)際上既是固溶體，又是混合物。123HSCACOHCaYAC23n9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌構(gòu)與形貌( (四四) )、單硫型水化、單硫型水化硫鋁酸鈣

56、硫鋁酸鈣 2 2形貌：在水泥漿形貌：在水泥漿體中的單硫型水化硫鋁體中的單硫型水化硫鋁酸鈣，開(kāi)始為不規(guī)則的酸鈣，開(kāi)始為不規(guī)則的板狀，板狀，成簇生長(zhǎng)或呈花成簇生長(zhǎng)或呈花朵狀，再逐漸變?yōu)榘l(fā)展朵狀，再逐漸變?yōu)榘l(fā)展很好的六方板狀很好的六方板狀。與。與C C4 4AHAH1313、C C2 2AHAH8 8、CHCH結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)相似，不易分辨。相似，不易分辨。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (四四) )、單硫型水化硫鋁酸鈣、單硫型水化硫鋁酸鈣 3 3AFmAFm轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成AFtAFt：鈣礬石中結(jié)構(gòu)水占鈣礬石總體積的鈣礬石中結(jié)構(gòu)水占鈣礬石總體積的81.2%8

57、1.2%，密度小，密度小，1.751.75；單硫型水化硫鋁酸鈣單硫型水化硫鋁酸鈣 34.7%34.7%，密度大，為密度大，為1.951.95。當(dāng)單硫型水化硫鋁酸鈣接觸到各種來(lái)源的當(dāng)單硫型水化硫鋁酸鈣接觸到各種來(lái)源的SOSO4 42-2-而轉(zhuǎn)變成鈣而轉(zhuǎn)變成鈣礬石時(shí)，結(jié)構(gòu)水礬石時(shí)，結(jié)構(gòu)水，密度，密度，從而產(chǎn)生相當(dāng)?shù)捏w積膨脹，是引，從而產(chǎn)生相當(dāng)?shù)捏w積膨脹，是引起硬化水泥漿體體積變化的一個(gè)主要原因。起硬化水泥漿體體積變化的一個(gè)主要原因。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (五五) )、孔結(jié)構(gòu)和內(nèi)表面積、孔結(jié)構(gòu)和內(nèi)表面積1 1孔徑分布孔徑分布一般制凈漿、砼

58、、砂漿，一般制凈漿、砼、砂漿，W/CW/C一般為一般為0.50.5，這樣提供的水遠(yuǎn)，這樣提供的水遠(yuǎn)多于水化所需水，當(dāng)殘余水蒸發(fā)或逸出后，則留下孔洞、毛細(xì)多于水化所需水，當(dāng)殘余水蒸發(fā)或逸出后，則留下孔洞、毛細(xì)孔?？?。另外，另外，C-S-HC-S-H所占據(jù)的空間內(nèi)也存在大量尺寸極為細(xì)小的孔。所占據(jù)的空間內(nèi)也存在大量尺寸極為細(xì)小的孔。所以各種尺寸的所以各種尺寸的孔、總孔隙率、孔徑大小孔、總孔隙率、孔徑大小等即為硬化水泥等即為硬化水泥漿體的一個(gè)重要特征。漿體的一個(gè)重要特征。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (五五) )、孔結(jié)構(gòu)和內(nèi)表面積、孔結(jié)構(gòu)和內(nèi)表面

59、積1 1孔徑分布孔徑分布在水化過(guò)程中，水化產(chǎn)物的體積要大于熟料礦物的體積。在水化過(guò)程中，水化產(chǎn)物的體積要大于熟料礦物的體積。據(jù)計(jì)算每據(jù)計(jì)算每1cm1cm3 3的水泥水化后約需占據(jù)的水泥水化后約需占據(jù)2.2cm2.2cm3 3的空間，即約的空間，即約45%45%的的水化產(chǎn)物處于水泥顆粒原來(lái)周界內(nèi)，成為內(nèi)部產(chǎn)物；另有水化產(chǎn)物處于水泥顆粒原來(lái)周界內(nèi)，成為內(nèi)部產(chǎn)物；另有55%55%的的則為外部水化產(chǎn)物，占據(jù)著原先充水的空間。則為外部水化產(chǎn)物，占據(jù)著原先充水的空間。這樣，隨著水化的發(fā)展，原先充水的空間減少，未被水化這樣，隨著水化的發(fā)展，原先充水的空間減少，未被水化產(chǎn)物填充的空間，則逐漸被分割成形狀極不規(guī)

60、則的毛細(xì)孔。產(chǎn)物填充的空間，則逐漸被分割成形狀極不規(guī)則的毛細(xì)孔。根據(jù)孔徑大小，可將孔分為根據(jù)孔徑大小，可將孔分為粗孔、毛細(xì)孔、凝膠孔粗孔、毛細(xì)孔、凝膠孔。9.3 硬化水泥漿體硬化水泥漿體二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌二、水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌( (五五) )、孔結(jié)構(gòu)和內(nèi)表面積、孔結(jié)構(gòu)和內(nèi)表面積1 1孔徑分布孔徑分布隨著水化發(fā)展，凝膠孔隨水化產(chǎn)物隨著水化發(fā)展，凝膠孔隨水化產(chǎn)物而而，毛細(xì)孔逐漸被，毛細(xì)孔逐漸被填充減少，總孔隙率填充減少，總孔隙率。一般孔一般孔10001000，對(duì)強(qiáng)度影響大。，對(duì)強(qiáng)度影響大。總孔隙率：可用壓汞法和吸附法測(cè)，不同方法不同。如總孔隙率：可用壓汞法和吸附法測(cè)，不同方法不同。如W/C