水泥基材料水化.ppt

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1、硅酸钙的水化与C-S-H凝胶的形成存在于水泥熟料中的各种矿物都是无水的，与水接触时能与水发生反应，或被水分解，形成水化物。水化初期形成不稳定的饱和溶液，逐渐析出固体，并与内部孔溶液形成离子平衡。无水化合物在固-液系统中不能存在，最后将全部水化。水化物不能通过失水、结晶等过程而重新生成。水化反应是不可逆过程。3CaO·SiO2+水→Ca(OH)2+xCaO·ySiO2·aqxCaO·ySiO2·aq是溶解度很小的化合物，将很快析出。当溶液中Ca(OH)2达到饱和后，Ca(OH)2也析出结晶。Ca(OH)2的饱和浓度为1.08g/l。此时溶液的pH值大于13。两种水化机理溶解-

2、结晶理论局部化学反应理论水化初期前一种占主导；在水化后期，当扩散作用难于进行时，后一种机理发挥作用。CaO-SiO2系统中的化合物CaO-SiO2系统中存在四个化合物：1、CaO·SiO2，硅灰石2、2CaO·3SiO2，硅钙石3、2CaO·SiO2，正硅酸钙（硅酸二钙）4、3CaO·SiO2，硅酸三钙第一、二两种矿物是自然界中存在的稳定矿物，不具有胶凝性；第三、四两种是人工合成的水硬性矿物。C3S的水化首先生成C：S=3：1的水化产物；然后转变为钙硅比较低的水化产物（C/S<1.5）；最后生成C/S=1.4～1.6的稳定化合物。反应的通式：C3S+(2.5+n)H=C1.

3、5+mSH1+m+n+(1.5-m)CHC2S的水化首先生成C：S=2：1的水化产物；然后转变为钙硅比较低的水化产物（C/S=1.1～1.2）；最后生成C/S=1.65～1.8的稳定化合物。反应的通式：C2S+(1.5+n)H=C1.5+mSH1+m+n+(0.5-m)CHC2S水化生成的Ca(OH)2量远少于C3S水化生成的Ca(OH)2量。Ca(OH)2晶体在硬化浆体中叠层生长，是受力薄弱点；Ca(OH)2易受淡水或酸性溶液腐蚀，对耐久性不利。Ca(OH)2是无益的，但是必须的水化产物。C-S-H凝胶的组成C-S-H凝胶的组成变化很大，按照其平均组成，可分为：1）C-S

4、-H(I)：C/S=0.8～1.5，结晶很差的箔叶状碎片，具有类似于天然矿物托勃莫来石（雪硅钙石tobermorite）的结构。2）C-S-H(II)：C/S=1.5～2.0，纤维结构，具有类似于天然矿物羟基硅钙石（jennite）的结构。雪硅钙石和羟基硅钙石都是层状结构，含有[SiO4]4-单链，只是OH-基团和Ca-O面在组合上有所不同。[SiO4]4-链的单元结构都是三元重复排列。四面体分上下两列，上列的四面体不与Ca-O相接，称为桥四面体。X表示四面体丢失桥四面体常会丢失，使无限长链形成2、5、8、……3n-1个[SiO4]4-四面体聚合体的短链化合物。雪硅钙石和羟

5、基硅钙石的XRD谱上存在0.27-0.31nm和0.18nm的强特征峰；在C-S-H的XRD谱上存在位置近似的弱衍射峰。C-S-H凝胶聚合度的测定三甲基硅烷化反应结合气相色谱分析测定硅酸盐矿物中[SiO4]4-聚合体的结合状态。确定了C-S-H中[SiO4]4-形成二聚体、三聚体、五聚体、八聚体和多聚体的复合体系。随水化时间的延续，[SiO4]4-四面体的聚合度增大，从得出的各聚合体的数量、它们的变化规律，初步与水泥石的性能相联系（p135）高分辨的固体核磁共振谱仪，特别是带魔角自旋的核磁共振仪可方便地测定水化硅酸钙中[SiO4]4-四面体的聚合状态。确定了在C-S-H凝胶

6、中不存在长链硅酸盐阴离子的结构，以及链端和链中的[SiO4]4-比例（p137）。各种C-S-H的Q1/Q2的比值因为CSH凝胶与托勃莫来石结构上的差异，曾多年广泛使用的名词——托勃莫来石凝胶，现已不再使用。C-S-H凝胶的结构C-S-H凝胶具有片状的微观结构，有多个模型来描述C-S-H凝胶的结构：)Powers-Brunauer模型)Feldman-Sereda模型)Munich（Wittmann-Setzer）模型)Jennings模型）纳米结构和介观结构Powers-Brunauer模型层状的托勃莫来石凝胶，具有很高的比表面，～180m2/g；极小孔隙率为28%，为凝

7、胶粒子间的孔隙。孔隙口径小于4埃，所以凝胶孔只能容水分子进入。任何没有被凝胶填充的空间称为毛细孔。凝胶内部粒子间的距离约为18埃，胶粒直径约100埃。凝胶粒子由范德华力结合，C-S-H凝胶在水中的膨胀性是由于单个粒子间存在水分子层而导致粒子的分离。徐变是由于应力作用使粒子间的水被挤出。粒子间存在某种化学键，以解释材料受限制的膨胀性质，但其精确位置和作用不清楚。Feldman-Sereda模型结晶不良的层状硅酸盐变体。水的作用：1、与自由表面相作用形成氢键。2、物理地吸附在粒子表面。3、在低湿度时进入材料的扁缩了的层