第七章硅酸盐水泥的水化与硬化
本章主要内容：
1.熟料矿物的水化
2.硅酸盐水泥的水化
3.水化速率
4.硬化水泥浆体
补充：
熟料矿物水化的原因
1.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。
2.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。
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。
3.诱导期的本质
⑴保护膜理论
⑵晶核形成延缓理论
⑶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
2.C3A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。
3.在石膏存在条件下的水化
⑴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）
⑵C3A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)
⑶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
2C4 (A·F)· H13 + C3(A·F)·3CS·H32 →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
1.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。
2.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：
综上所述，水泥的水化反应过程如下：
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
水化铝（铁）酸钙及其固溶体
三.水泥水化过程
⑴钙矾石形成期：C3A率先水化→第一放热峰
⑵C3S水化期： C3S水化→第二放热峰
⑶结构形成和发展期
§7.3 水化速率
一.水化速率的表示方法
1.水化速率的意义
水化速率影响水泥强度的发挥和安定性
2.表示方法：
水化速率：单位时间内的水化程度或水化深度
水化程度：在一定的时间内水泥发生水化作用的量和完全水化量的比值，以百分率表示。
水化深度：水泥颗粒已水化层的厚度，以微米表示。
二.矿物水化速度
28天前：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S
6月：C3S＞C3A＞C4AF ＞C2S
三.影响水化速率的因素
1.熟料的矿物组成
28天内各矿物的水化速度为C3A＞C3S ＞ C4AF＞C2S或C3A＞C4AF＞
C3S＞C2S 。
各熟料矿物的水化活性主要与矿物的晶体结构有关。（与不规则配位、高配位造成的晶体结构缺陷有关）
2. 水泥细度：
细度越细，反应物的表面积越大，反应速度越快；
磨细的过程中，使晶格扭曲程度增大，晶格缺陷增加，反应活性高，使水化反应易于进行。
细度增加使早期水化反应和强度提高，对后期强度没有很多益处。
3.水灰比
水灰比在0.25～1.0之间，对早期水化速率并无明显影响，但水灰比过小，会使后期的水化反应延缓。为了达到充分水化的目的，拌和水量应为化学反应所需水量的一倍左右。水灰比宜在0.4以上。
⑴响水化速度；
⑵响水泥浆的结构和孔隙率；
⑶强度。
4.养护温度
温度越高，速度越快。温度对水化速度的影响主要在早期，对后期影响不大。温度低于-10℃水泥基本不发生水化。
5.外加剂：施工时?°加入少量能调节凝结时间的物质
绝大多数无机电解质都有促进水泥水化的作用，如CaCl2 ;
机外加剂对水化有延缓作用，常用各种木质素磺酸钠。
促凝剂：CaCl2：液相钙离子浓度高、加快Ca(OH)2的结晶，缩短诱导期。
缓凝剂：葡萄糖酸阻碍C-S-H成核
木质素磺酸盐推迟Ca(OH)2结晶
早强剂：三乙醇胺：对C3S C2S有催化：砼28天强度高40%以上
§7.4 硬化水泥浆体
一、凝结硬化过程及概念
水泥的凝结和硬化：水泥加水拌成的浆体，起初具有流动性和可塑性。随着水化反应的不断进行，浆体逐渐失去流动性，转变为具有一定强度的固体，即为水泥的凝结和硬化。
凝结：浆体失去流动性和部分可塑性具有塑性强度
硬化：完全失去可塑性，具有一定的机械强度
? 水化是凝结硬化的前提，而凝结硬化则是水化的结果。从整体上看，凝结与硬化是同一过程的不同阶段，凝结标志着浆体失去流动性，而具有一定的塑性强度，硬化则表示浆体固化后产生一定的机械强度。
二.浆体结构的形成与发展（凝结硬化机理）
补充：物质凝聚的几种形式
1.物质从过饱和溶液中结晶出来，形成晶体相互交织的产物。
如半水石膏-通过结晶使浆体获得强度
2.形成半固体的凝胶
如石灰浆的结硬-通过凝聚而获得强度
3.结硬化过程机理（参考普硅P74)
⑴霞特利的结晶理论
⑵哈艾利斯的胶体理论
溶解期
⑶依柯夫理论胶化期
结晶期
⑷赫尔理论
洛赫尔等人将凝结硬化过程中体系结构的变化分为三个阶段：
第一阶段：初凝时间内，晶体太小，不能连接成网状结构，水泥浆成塑性状态，孔隙率没显著下降。
第二阶段：大约从初凝到24小时为止，水化开始加速，连接成网状结构，随着水化物的继续增多，孔隙率明显减少，网状结构不断致密，强度不断增长。
第三阶段：24小时后到水化结束，孔隙率不断减小，结构致密，强度增
加。
统一观点：P
190
水泥的水化反应开始为化学反应所控制，随着水化产物层的增厚，扩散速率成为决定性因素。
各种水化产物通过晶体互相搭接、交叉攀附使水泥颗粒与水化产物连接，构成一个三度空间牢固结合、密实的整体。
三.硬化水泥浆体的组成与结构
硬化水泥浆体是一非均质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固相以及存在于孔隙中的水和空气所组成，是固-液-气三相多空体。它具有一定的机械强度和孔隙率，外观和其他性能又与天然石材相似，故又称为水泥石。
1.水泥石的组成：
结晶程度较差的凝胶C-S-H：70%
结晶程度较好的Ca(OH)2： 20%
固相结晶程度较好的Afm、 Aft： 7%
及水化铝酸钙等晶体
未水化残留熟料和其它微量组份：3%
毛细孔：未被外部水化产物填充
孔隙 凝胶孔：凝凝胶孔
水：100%孔内全为水
硬化水泥浆体主要水化产物的基本特征
2.化水泥浆体的结构：
等结晶相、未水泥石由水泥凝胶、吸附在凝胶孔内的凝胶水、 Ca(OH)
2
水化的水泥颗粒、毛细孔及毛细孔水所组成。
硬化水泥浆体主要水化产物的基本特征
名称密度结晶程
度
形貌尺寸μΜ鉴别手段
C-S-H 2.3～
2.6 极差纤维状、网络状、
皱箔状等大颗粒
1×0.1 扫描电镜
氢氧化钙 2.24 良好六方板状 0.01～
0.1mm 光学显微镜扫描电镜
钙矾石 1.75 好带棱针状 10×0.5 光学显微镜
扫描电镜
单硫型水化硫铝酸钙1.95 尚好六方薄片状不规
则花瓣状
1×1×0.1 扫描电镜
三、孔的结构特征
1.的产生：
物完全水化：理论W/C=0.2-0.6
实际砂浆：W/C=0.5（国标实验）
所以：理论加水远远大于实际加水：多余水变成固相体积孔隙2.孔的形成及影响
24小时后：70-80%孔小于100nm
孔直径大于100nm（大毛细孔）：强度降低
凝胶孔小于100nm越多：强度越高
3.孔的分类（见P199 表8-9）
四.水及其存在形式
1.按结合牢固程度分为：
结晶水：强结晶水：以OH- 状态存在
弱结晶水：以水分子状态存在
吸附水：是由于吸附作用及毛细现象作用被物理吸附于固体颗粒表面及孔隙中的水，可分为凝胶水及毛细水。
自由水：游离水存在于粗大孔隙内，易去除，应尽量减少。存在：＞100nm 孔中
2.是否可蒸发分为
蒸发水：可用降气压，升温度等方法使之干燥（自由水、吸附水）是所有孔隙体积的量度。
非蒸发水：不能或很难使之干燥，如化合水（结晶水），可作为水化产物胶粒存在量的量度，即水化程度的量度。
从上述讨论可知：
硬化水泥浆可看做由两部分组成：一部分是水化产物胶粒形成的网状结构及胶孔内的水，称为凝胶体，另一部分是较大的毛细孔。
改变凝胶体中水化产物的组成、形态，必然改变硬化浆体的性能，其含量越大，强度越高，反之，毛孔越多，强度越低。
普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、6％~15%混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥（简称普通水泥），代号P.O。 掺活性混合材料时，最大掺量不得超过15％，其中允许用不超过水泥质量5％的窑灰或不超过水泥质量10％的非活性混合材料来代替。 掺非活性混合材料时，最大掺量不得超过水泥质量10％。 P.C 42.5R水泥 P.C：复合硅酸盐水泥； 42.5：28天抗压强度≥42.5MPa； R ：早强型，3天强度较同强度等级水泥高。 如果速凝剂是合格的，以掺加4%为宜，多掺会影响强度 II级粉煤灰，细度小于25%，烧失量小于8%，需水量比小于105% 高效减水剂 高效减水剂对水泥有强烈分散作用，能大大提高水泥拌合物流动性和混凝土坍落度，同时大幅度降低用水量，显著改善混凝土工作性。但有的高效减水剂会加速混凝土坍落度损失，掺量过大则泌水。高效减水剂基本不改变混凝土凝结时间，掺量大时（超剂量掺入）稍有缓凝作用，但并不延缓硬化混凝土早期强度的增长。 能大幅度降低用水量从而显著提高混凝土各龄期强度。在保持强度恒定时，则能节约水泥10%或更多。
氯离子含量微少，对钢筋不产生锈蚀作用。能增强混凝土的抗渗、抗冻融及耐腐蚀性，提高了混凝土的耐久性。 聚羧酸 1、掺量低、减水率高：减水率可高达35%，可用于配制高强以及高性能混凝土。 2、坍落度轻时损失小：预拌混凝土2h坍落度损失小于15%，对于商品混凝土的长距离运输及泵送施工极为有利。 3、混凝土工作性好：用PC聚羧酸系高性能减水剂配制的混凝土即使在高坍落度情况下，也不会有明显的离析、泌水现象，混凝土外观颜色均一。对于配制高流动性混凝土、自流平混凝土、自密实混凝土、清水饰面混凝土极为有利。用于配制高标号混凝土时，混凝土工作性好、粘聚性好，混凝土易于搅拌。 4、与不同品种水泥和掺合料相容性好：与不同品种水泥和掺合料具有很好的相容性，解决了采用其它类减水剂与胶凝材料相容性问题。 5、混凝土收缩小：可明显降低混凝土收缩，显著提高混凝土体积稳定性及耐久性。 6、碱含量极低：碱含量≤0.2%。 7、产品稳定性好：低温时无沉淀析出。 8、产品绿色环保：产品无毒无害，是绿色环保产品，有利于可持续发展。 9、经济效益好：工程综合造价低于使用其它类型产品
硅酸盐水泥和普通水泥的区别 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥（简称普通水泥） 共同特点： 早期强度较高；凝结硬化速度快（前者比后者还要快） 2、水化热较大(前者比后者还要大得多) 3、耐冻性差 4、耐热性较差 5、耐腐蚀及耐水性较差 适用范围：前者适用于快硬早强的工程、高强度等级砼。不适用于大体积砼工程（发热量比普通水泥大得多，不用）、受化学侵蚀、压力水（软水）作用及海水侵蚀的工程。后者适用于地上、地下及水中的大部分砼结构工程。不适用于大体积砼（实际施工时一般视这个大体积到底有多大以及它的重要性，或者采取控温措施后还是经常用的，至少西南地区是这样）、受化学侵蚀、压力水（软水）作用及海水侵蚀的工程。 复合硅酸盐水泥主要特征：早期强度低，耐热性好，抗酸性差。采用粉煤灰和煤矸石做为混合材，系绿色建材产品，享受国家税收优惠，早期和后期强度稳定,水化热低，适用于一般工业与民用建筑，是一种经济型水泥。 普通硅酸盐水泥主要特征：早期强度高，水化热高，耐冻性好，耐热性差，耐腐蚀性差，干缩性较小。适用范围：制造地上、地下及水中的混凝土，钢筋混凝土及预应力混凝土结构，受循环冻融的结构及早期强度要求较高的工程，配制建筑砂浆。不适用于大体积混凝土工程和受化学及海水侵蚀的工程。 凡由硅酸盐水泥熟料、6%-15%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥，简称普通水泥。国家标准对普通硅酸盐水泥的技术要求有：（1）细度筛孔尺寸为80μm的方孔筛的筛余不得超过10%，否则为不合格。（2）凝结时间初凝时间不得早于45分钟，终凝时间不得迟于10小时。（3）标号根据抗压和抗折强度，将硅酸盐水泥划分为325、425、525、625四个标号。 普通硅酸盐水泥由于混合材料掺量较少，其性质与硅酸盐水泥基本相同，略有差异，主要表现为：（1）早期强度略低（2）耐腐蚀性稍好（3）水化热略低（4）抗冻性和抗渗性好（5）抗炭化性略差（6）耐磨性略差 复合硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥）。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于15％，不超过50％。水泥中允许用不超过8％的窑灰代替部分混合材料；掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。 水泥一般分普通硅酸盐水泥、掺混合材料的硅酸盐水泥和特殊水泥。普通硅酸盐水泥：由石灰石、粘土、铁矿粉按比例磨细混合，这时候的混合物叫生料。然后进行煅烧，一般温度在1450度左右，煅烧后的产物叫熟料。然后将熟料和石膏一起磨细，按比例混合，才称之为水泥。 掺混合材料的硅酸盐水泥是在普通硅酸盐水泥里按比例和一定的加工程序加入其他物质以达到特殊效果，如矿渣水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等等。这些水泥的原料就比原来的普通硅酸盐水泥要多一些活性混合材料或非活性混合材料。特殊水泥在材料阶段和制作工艺上有些不同，如高铝水泥(铝酸盐水泥)的材料是铝矾土、石灰石经过煅烧得到熟料，然后磨细成为铝酸盐水泥的。其他有一些特性水泥用途较小，如白色水泥，主要用于装饰工程，材料是纯高岭土、纯石英砂、纯石灰石，在合适的温度煅
4.1水泥的水化机理 从化学角度来看,水泥的水化反应是一个复杂的溶解沉淀过程,在这一过程中,与单一成分的水化反应不同,各组分以不同的反应速度同时进行水化反应,而且不同的矿物组分彼此之间存在着互相影响。水泥中最多的熟料矿物是硅酸盐化合物，是制约水泥水化性质及相关性能的关键组分。水泥中的硅酸盐熟料矿物的主要成分为硅酸三钙和硅酸二钙。 （1）硅酸三钙（C3S）的水化 硅酸三钙是水泥熟料中的含量最多的组分，通常占材料总量的50%左右，有时高达60 %。硅酸钙的水化产物的化学组成成分不稳定，常随着水相中钙离子的浓度、温度、使用的添加剂、养护程度而发生变化，而且形态不固定，通常称为“C-S-H”凝胶。 C3S在常温下发生水化反应，可大致用下列方程式表述： 硅酸三钙的水化速率很快，其水化过程根据水化放热速率随时间的变化，可以将C3S的水化过程划分为五个阶段，各阶段的化学过程和动力学行为如表1.1所示。 表1.1 C3S水化各阶段的化学过程和动力学行为时期早期中期后期 反应阶段诱导前期诱导期加速期减速期稳定期 化学过程初始水解， 离子进入溶 液 继续溶解， 早期C-S-H 稳定水化产 物开始生长 水化产物继 续生长，微 结构发展 微结构组件 密实 动力学行为反应很快反应慢反应快反应变慢反应很慢（2）硅酸二钙的水化 C2S也是水泥主要熟料矿物组分之一，水化过程与C3S相似，也有诱导期、加速期，但是水化速率特别慢。C2S的水化反应可大致用下列方程表述：
（3）铝酸三钙的水化 C3A是水泥熟料矿物的重要组分之一,其水化产物的组成与结构受溶液中的氧化铝、氧化钙浓度的影响很大，它对水泥的早期水化和浆体的流变性能起着重要的作用。纯水中C3A的水化：大量的研究结果表明，C3A遇水后能够立即在表面形成一种具有六边形特征的初始胶凝物质粒子，开始时其结晶度很差也很薄，呈不规则卷层物，随着水化时间的推移，这些卷层物生长成结晶度较好的，成分为C4AH19和C2AH8济的六边形板状物。这种六边形水化物是亚稳的，并能转化成立方形稳定的晶体颗粒。常温下C3A在纯水中的水化反应可用下式表示： 有石膏存在时C3A的水化：在水泥浆体中，熟料中的C3A实际上是在和有石膏存在的环境中水化的，C3A在Ca(OH)2饱和溶液中的水化反应可以表述为C3A+CH+12H=C3AH13。当处于水泥浆体的碱性介质中时，C3AH13在室温下能稳定存在，其数量增长也很快，这是水泥浆体产生瞬时凝结的主要原因之一。（4）铁铝酸四钙的水化 铁铝酸四钙的水化与铝酸三钙的水化过程相似，只是反应速率很慢，而且产物是含铁和铝的共同产物。
石灰石对水泥水化过程的影响-中国水泥技术网 2010-4-1 作者: 摘要：EN标准(EN 197)规定波特兰水泥中石灰石粉(主要为方解石)的掺加量最多可达5％，而全世界范围内，在特种水泥中石灰石的掺加量都要高得多。然而人们关注着富含石灰石的水泥的性能问题。由于尚未充分了解石灰石粉添加剂的作用：石灰石粉到底是一种活性添加剂还是惰性填充材料，或者是二者共存，所以目前还不能对此做些什么。本文展示如何辅以有针对性的试验进行计算来说明具有活性低含量方解石的作用。本文提供的发现显示了现代热动力学作为研究水泥浆体矿物学的一种有效方法的功能。 1 引言和基本原则 水泥生产商在生产具有较高早期强度和优良耐久性的优质水泥的同时，承受着降低成本和减少排放的压力。在这种情况下，常采用石灰石粉部分地替代水泥，并且经证明含量至少达到5％时是无害的：石灰石粉是EN 197标准允许的一种添加剂。由于按照该标准，所用石灰石中碳酸钙的含量不能低于70％(许多商用石灰石超过了此限值)，因此，采用方解石进行模拟分析是合理的。 石灰石通常与熟料共同粉磨，由于其硬度比熟料小，所以粉磨之后的石灰石粒径的分布范围较广，但是其平均粒径明显比熟料的更细。由此产生的石灰石细粉无疑能改善固体颗粒与水混合后的固结性。然而物理堆积的优化过程相当复杂，不仅取决于石灰石粉的掺加量，还取决于所使用的粉磨设备类型以及熟料、石灰石的相对易磨性，由于这些都是变量，因此需要不同工厂各自进行评估。 Ingram和Daugherty对石灰石粉的物理作用作了评述。随后，Livesey等和Vuk等报道了石灰石水泥的强度发展。Tsivilis等人报道了加入石灰石粉后的混合物的渗透性，并将其与混合物基体的碳化速度和钢筋的潜在腐蚀性联系起来进行了分析。Uchikawa 等人在检查混凝土时发现由于石灰石粉的加入会使孔结构细化，并声称石灰石粉不具有火山灰活性，因此，对氢氧钙石含量也没有影响另一面，Catinaud等人指出，由于碳铝酸盐的形成，石灰石粉会阻止AFt(钙矾石)向AFm(单硫型硫铝酸盐)转化。这正与Sawicz、Henig和Kuzel等人的结果相一致，他们认为石灰石粉阻止了钙矾石向单硫酸盐转变，取而代之的则是单碳铝酸盐和半碳铝酸盐的形成。由以上文献可以看出，对于石灰石粉在波特兰水泥混合物中的活性还没有达成统一认识。 借助于选择的几种矿物活性实验以及热力学计算，我们再次对石灰石粉的活性进行检测，实
第七章硅酸盐水泥的水化与硬化 本章主要内容： 1.熟料矿物的水化 2.硅酸盐水泥的水化 3.水化速率 4.硬化水泥浆体 补充： 熟料矿物水化的原因 1.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。 2.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。 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。 3.诱导期的本质 ⑴保护膜理论 ⑵晶核形成延缓理论 ⑶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
5.1.4 凝结硬化机理 水泥凝结硬化流程图，见动画演示 凝结：水泥浆→完全失去浆体塑性 硬化：水泥浆从完全失去塑性→强度增长 一、水泥的水化反应 2(3CaO.SiO2)+6H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2 2(2CaO.SiO2)+4H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2 3CaO.Al2O3+6H2O→3CaO.Al2O3.6H2O 4CaO.Al2O3.Fe2O3+7H2O→3CaO.Al2O3.6H2O+CaO.Fe2O3.H2O 部分水化铝酸钙与石膏作用产生如下反应： 3CaO.Al2O3.6H2O+3(CaSO4.2H2O)+19H2O→3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O 主要水化产物： 水化硅酸钙凝胶 70% 水化铁酸钙凝胶 水化铝酸钙晶体 氢氧化钙晶体 20% 水化硫铝酸钙晶体 7% 石膏的缓凝作用在于： 水泥的矿物组成中铝酸三钙水化速度最快，铝酸三钙在饱和的石灰——石膏溶液中生成溶解
度极低的水化硫铝酸钙晶体，包围在水泥颗粒的表面形成一层薄膜，阻止了水分子向未水化的水泥粒子内部进行扩散，延缓了水泥熟料颗粒，特别是铝酸三钙的继续水化，从而达到缓凝的目的。 二、水泥凝结硬化的物理化学过程 水泥与水拌合后，熟料颗粒表面迅速与水发生反应，因为水化物生成速度大于水化物向溶液扩散的速度，于是生成的水化产物在水泥颗粒表面堆积，这层水化物称为凝胶膜层，这就构成了最初的凝胶结构。 动画演示 1、由于Ca2+的渗透，凝胶膜层破裂，使得 2、由于颗粒表面暴露出来，又与水发生化学反应，由于水化物生成速度大于其扩散速度，故在颗粒表面又堆积了大量的凝胶，这个反应不断进行下去，就生成了外面包裹着厚厚一层凝胶膜的新凝胶结构。 3、随着反应的继续进行，水份逐渐减少，凝胶结构分子间距离减少，吸引力越来越大，粘结力增大，使浆体失去塑性，开始凝结。 4、水份越来越少，浆体稠度增大，微粒之间距离越来越小，由于分子间相互作用力—粘结力，互相结合，破坏了无规则排列，变为有规则排列，晶体产生。 5、晶体、胶体相互交错成网状，晶体起主要的承力骨架作用，胶体起胶结作用，二者共同生长，紧密结合，形成坚固致密的水泥石。 6、强度不断增大。 三、水泥石的组成 硬化后的水泥 石 凝胶体（凝胶和晶体） 未水化水泥颗粒内核 毛细孔 四、影响硅酸盐水泥的凝结硬化的因素
二. 水泥的化学成分与水化原理 2.1 硅酸盐水泥的定义： 把适当成分的“生料”如：石灰石、白玺、粘土等，在窑里煅烧至部分熔融，得以硅酸盐为主要成分的水泥“熟料”；再掺入一定比例的石膏与矿渣或火山灰、粉煤灰等混合料一起磨成细粉，即成硅酸盐水泥。随着原料种类的不同和各成分比例不同及混合料的不同种类掺入，就形成不同品种的硅酸盐水泥。在国外就叫“波特蓝”水泥。 2.2硅酸盐水泥熟料的化学成分与性能： 2.2.1 硅酸盐水泥熟料中的几种主要化学成分： 硅酸盐水泥熟料的典型化学成分含量见如下附表《1》：% CaO(一氧化钙) SiO 2(二氧化硅) AI 2 O 3 (三氧化二 铝) Fe 2O 3 (三氧化二铁) MgO(氧化镁) SO 3 （氧化硫） Na 2O（氧化钠） K 2 O（氧化钾）TiO 2 （氧化钛） Mn 2O 3 （氧化锰） P 2 O 5 （氧化磷） 另外也可能含有极少量的其他杂质。水泥熟料中各氧化物的含量对水泥的性质有很大影响： 2.2.1.1 CaO(一氧化钙)：是水泥熟料中最主要的成分。在水泥熟料煅烧过程 中与其他酸性氧化物(如：SiO 2、AI 2 O 3 、Fe 2 O 3 等)化合反应生成C 3 S、C 2 S、C 3 A、C 4 AF(见 下面第2.3条)等矿物复盐活性化合物。经煅烧未被化合的CaO称为“游离钙”。
在水泥中单独存在的“游离钙”,其水化反应不能在水泥硬化过程中完成，而是在水泥硬化后才能与水化合生成Ca(HO) 2 并在水化过程中发生体积膨胀，降低混凝土的内应力甚至破坏混凝土结构。其含量多、少是影响水泥安定性的重要原因之一。因此国家标准中要求水泥熟料内CaO含量不得超过1%。 2.2.1.2 SiO 2(二氧化硅)：也是水泥熟料所含主要成分之一。SiO 2 经过煅烧可 与CaO进行化合反应，生成C 3S和C 2 S矿物，是影响水泥强度的主要成分之一。 如果SiO 2含量低，水泥熟料中硅酸盐矿物成分少，水泥强度就低；但SiO 2 含量 高时，虽然水泥后期强度有显著提高并使其抗硫酸盐侵蚀性能增强，但水泥凝结速度和早期强度增进率都会变慢。SiO 2 含量不仅影响水泥性能，同时对水泥熟料的煅烧也有影响。其含量少时，熟料煅烧会结大块，影响操作；但其含量大时，会使熟料烧成困难，易于“粉化”。 2.2.1.3 AI 2O 3 (三氧化二铝)：在水泥熟料的煅烧过程中，它与CaO和Fe 2 O 3 可 化合生成C 3A或C 4 FA。当其含量高时可使水泥的凝结及硬化速度变快，但后期强 度增长缓慢，并使水泥的抗硫酸盐性能降低。原因是C 3 A与硫酸盐化合反应生成 硫铝酸盐(钟乳石)，易溶于水而造成水泥石的破坏。同时C 3 A含量高的水泥水化热高，放热速度也快，不适用于大体积混凝土和抗硫酸盐混凝土。 2.2.1.4 Fe 2O 3 (三氧化二铁)：经煅烧可与CaO和AI 2 O 3 化合生成C 4 AF。在水泥 生料中增加氧化铁含量，能降低水泥熟料的煅烧温度。但含量高时会使水泥的凝结过程和硬化过程变慢(缓凝)，后期强度仍能长期增长，并能增强水泥的抗硫酸盐侵蚀性能。 2.2.1.5 MgO(氧化镁)：是水泥原料中的不良杂质(后述)。 2.2.1.6 SO 3(硫酐)：水泥中的SO 3 仅少部分来自水泥熟料，大部分是在水泥熟 料磨细时掺入的石膏(CaSO 4 )。适量的石膏，可有利于调节水泥凝结时间；但含量过多时，会破坏水泥的体积安定性。 2.2.1.7 K 2O、Na 2 O (碱分)：即氧化钾、氧化钠，在水泥中是有害成分，能 导致水泥凝结时间变换不定；也能引起水泥石的表面风化(起霜)。若混凝土骨料内含有碱分时，混凝土将出现“碱骨料反应”。若水泥中含有碱分，即使骨料内不含碱分，水泥中的碱分也会与骨料中的酸性物质反应，在混凝土内部引起膨胀(碱集料反应)。 2.2.1.8 TiO 2(氧化钛)：一般含量很少，不超过0.3%。少量TiO 2 可促进熟料 的很好结晶。 2.2.1.9 Mn 2O 3 (氧化锰)：一般含量很少，也未发现其对水泥有何不良影响。 2.2.1.10 P 2O 5 (磷酐)：在水泥中含量极微小，若含量能达到1～2%时，能起到 显著的缓凝作用。 2.3 水泥熟料中的矿物成分：
第45卷第8期2017年8月 硅酸盐学报Vol. 45，No. 8 August，2017 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY https://www.doczj.com/doc/5613453211.html, DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.2017.08.03 复合胶凝材料的水化硬化机理 阎培渝，张增起 (清华大学土木工程系，北京 100084) 摘要：近年来，有关复合胶凝材料的水化硬化机理的研究取得了较大进展。硅酸盐水泥在不同水化阶段的反应机理被广泛深入地探讨，建立了一些水泥基材料水化动力学和浆体微结构形成的预测模型。越来越多的矿物掺合料用于混凝土的制备。本文重点总结了硅酸盐水泥早龄期水化机理、矿物掺合料对硅酸盐水泥水化的影响以及复合胶凝材料反应过程模拟的研究进展。 关键词：复合胶凝材料；硅酸盐水泥；水化机理；矿物掺合料 中图分类号：TU528.44 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2017)08–1066–07 网络出版时间：2017–07–23 17:55:04 网络出版地址：https://www.doczj.com/doc/5613453211.html,/kcms/detail/11.2310.TQ.20170723.1755.015.html Review on Hydration of Composite Cementitious Materials YAN Peiyu, ZHANG Zengqi (Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: In recent years, the hydration mechanism of composite cementitious materials was intensively studied. The mechanisms governing different hydration periods of Portland cement have been widely discussed. Some kinetics models were issued to describe the hydration process of cementitious materials and the formation of paste microstructure. More and more mineral admixture were used during the production of cement and preparation of concrete to improve its workability, mechanical property and durability. In this article, the early hydration mechanisms of the Portland cement, the influence of mineral admixture on the hydration of Portland cement and the simulation of hydration process of composite cementitious materials were reviewed. Keywords: composite cementitious materials; Portland cement; hydration mechanism; mineral admixture 混凝土是现代建筑中使用量最大和应用面最广的人工建筑材料。混凝土所用胶凝材料的水化硬化过程直接关系到硬化胶凝材料浆体微结构的形成，从而影响混凝土的力学性能和耐久性能。硅酸盐水泥是胶凝材料最主要的组分，矿物掺合料则是改善混凝土性能不可缺少的组分。矿物掺合料的合理使用是水泥混凝土行业绿色、可持续 发展的重要手段。现代混凝土已不再单独使用硅酸盐水泥，而是使用硅酸盐水泥与多种矿物掺合料组成的复合胶凝材料。在符合胶凝材料的水化硬化过程中，硅酸盐水泥与矿物掺合料的水化过程相互影响，其反应机理与两者单独存在时不同。由于复合胶凝材料的水化反应很复杂，对于复合胶凝材料中各组分的反应速率与反应程度的准确表征尤为困难。近年来，有关硅酸盐水泥的水化机理的研究成果不断出现，相关基础理论持续深化；矿物掺合料在复合胶凝材料中的作用机理也被广泛研究。本文重点总结了复合胶凝材料的水化硬化机理研究的新进展，包括最新的硅酸盐水泥水化机理、矿物掺合料在复合胶凝材料的水化硬化过程中的作用机理、对于复合胶凝材料反应过程的模拟等。 收稿日期：2017–05–20。修订日期：2017–06–10。基金项目：国家自然科学基金项目(No. 51678344)。第一作者：阎培渝(1955—)，男，博士，教授。Received date: 2017–05–20. Revised date: 2017–06–10. First author: YAN Peiyu (1955–), male, Ph.D., Professor. E-mail: yanpy@https://www.doczj.com/doc/5613453211.html,
矿渣水泥和普通硅酸盐水泥的优缺点 矿渣硅酸盐水泥： 优点:凝结时间稳定，初凝一般在2:30～4:00小时；终凝一般在4:30～6:30小时,强度稳定，水化热低，耐水性和抗碳酸盐性能与硅酸盐水泥相近，在淡水和硫酸盐水泥中的稳定性优于硅酸盐水泥，耐热性较好，与钢筋的粘结力也很好。缺点：抗大气性及抗冻性不及硅酸盐水泥；和易性较差，泌水量大，所以不宜于冬天露天施工使用，因此在施工中要采取相应措施：加强保潮养护，严格控制加水量，低温施工时采用保温养护等，也可以加入一些外加剂。如：减水剂、元明粉（Na2SO4）、明矾石粉、三乙醇胺等，以提高矿渣水泥的早期强度。 根据上述矿渣水泥的性能特点，矿渣水泥可代替硅酸盐水泥广泛使用于地面及地下建筑，制造各种混凝土和钢筋混凝土制品构件。由于抗蚀性较好，可用于水工及海工建筑；由于水化热低，可用于大体积混凝土工程；由于耐热性较好，可用于高温车间，温度达300～400℃的热气体通道等。普通硅酸盐水泥： 优点：早期强度高，凝结时间早于矿渣硅酸盐水泥，抗大气性及抗冻性优于矿渣水泥，泌水量小，因此冬季使用较矿渣水泥好。由于凝结时间快、早期强度发挥好，适用于高层建筑及大体积砼工程、重要工程等。运输、贮存当中应注意的
事项： 由于水泥是水硬性胶凝材料，因此在运输和贮存中要注意防淋、防潮、要妥善保管，施工现场库存量不易太多，存放时间不易过长，检验合格存放期达一个月后，应经复检合格再使用，以免超期变质、强度降低、凝结时间变长，给施工质量带来不必要的损失。 石膏矿渣水泥砂浆、砼表面易起砂、石灰矿渣水泥强度低、碱—矿渣水泥易吸湿性、施工不方便问题、Na+易产生碱骨料反应问题、在空气中干缩大等用矿渣等工业废渣与碱性和硫酸盐激发剂，磨制成的碱—矿渣水泥（或称碱—矿渣胶凝材料）。它有一些优良性能和节能特点，但却存在一些难以克服的缺点，例如碱骨料反应问题、干缩性大的问题、水泥本身的易吸湿性问题，施工中由于其砂浆和砼粘性大、难以操作问题，对人身和设备的腐蚀问题以及原材料（工业废渣）的来源问题等，故不可能广泛地推广生产和使用。 [此文档可自行编辑修改，如有侵权请告知删除，感谢您的支持，我们会努力把内容做得更好]
水泥凝结硬化机理 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
5.1.4 凝结硬化机理水泥凝结硬化流程图，见动画演示 凝结：水泥浆→完全失去浆体塑性 硬化：水泥浆从完全失去塑性→强度增长一、水泥的水化反应 2(3CaO.SiO 2)+6H 2 O→3CaO.2SiO 2 .3H 2 O+3Ca(OH) 2 2(2CaO.SiO 2)+4H 2 O→3CaO.2SiO 2 .3H 2 O+Ca(OH) 2 3CaO.Al 2O 3 +6H 2 O→3CaO.Al 2 O 3 .6H 2 O 4CaO.Al 2O 3 .Fe 2 O 3 +7H 2 O→3CaO.Al 2 O 3 .6H 2 O+CaO.Fe 2 O 3 .H 2 O 部分水化铝酸钙与石膏作用产生如下反应： 3CaO.Al 2O 3 .6H 2 O+3(CaSO 4 .2H 2 O)+19H 2 O→3CaO.Al 2 O 3 .3CaSO 4 .31H 2 O 主要水化产物： 水化硅酸钙凝胶 70% 水化铁酸钙凝胶 水化铝酸钙晶体 氢氧化钙晶体 20% 水化硫铝酸钙晶体 7% 石膏的缓凝作用在于： 水泥的矿物组成中铝酸三钙水化速度最快，铝酸三钙在饱和的石灰——石膏溶液中生成溶解度极低的水化硫铝酸钙晶体，包围在水泥颗粒的表面形成一层薄膜，阻止了水分子向未水化的水泥粒子内部进行扩散，延
缓了水泥熟料颗粒，特别是铝酸三钙的继续水化，从而达到缓凝的目的。 二、水泥凝结硬化的物理化学过程 水泥与水拌合后，熟料颗粒表面迅速与水发生反应，因为水化物生成速度大于水化物向溶液扩散的速度，于是生成的水化产物在水泥颗粒表面堆积，这层水化物称为凝胶膜层，这就构成了最初的凝胶结构。 动画演示 1、由于Ca2+的渗透，凝胶膜层破裂，使得 2、由于颗粒表面暴露出来，又与水发生化学反应，由于水化物生成速度大于其扩散速度，故在颗粒表面又堆积了大量的凝胶，这个反应不断进行下去，就生成了外面包裹着厚厚一层凝胶膜的新凝胶结构。 3、随着反应的继续进行，水份逐渐减少，凝胶结构分子间距离减少，吸引力越来越大，粘结力增大，使浆体失去塑性，开始凝结。 4、水份越来越少，浆体稠度增大，微粒之间距离越来越小，由于分子间相互作用力—粘结力，互相结合，破坏了无规则排列，变为有规则排列，晶体产生。 5、晶体、胶体相互交错成网状，晶体起主要的承力骨架作用，胶体起胶结作用，二者共同生长，紧密结合，形成坚固致密的水泥石。 6、强度不断增大。 三、水泥石的组成 硬化后的凝胶体（凝胶和
水泥原料无水 C3S——硅酸三钙3(CaO·SiO2) C2S——硅酸二钙2(2CaO·SiO2) C3A——铝酸三钙3CaO·Al2O3 C4AF——铁相固溶体4CaO·Al2O3·Fe2O3 水化作用后产物 C-S-H——水化硅酸钙3CaO·2SiO2·3H2O (胶体) CH ——氢氧化钙Ca(OH)2(晶体) C3AH6——水石榴石 3 CaO·Al2O3 ·6 H2O（晶体） AFt ——三硫型水化硫铝酸钙，简称钙矾石Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26 H2O AFm——单硫型水化硫铝酸钙Ca4Al2(OH)12 SO4 ·6H2O 水泥在干态时主要由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙以及少量的硫酸化物（钾盐、钠盐）、石膏（二水硫酸钙）组成。在水泥水化过程中，C3A C3S和C2S与水泥中其它组分发生复杂的水化反应，生成钙矾石即三硫型水化硫酸铝钙型AFt，单硫型水化硫酸铝钙AFm，氢氧化钙CH和硅酸钙C－S－H凝胶。 硅酸盐水泥的水化是一个非常复杂的、非均质的多相化学反应过程。自加水开始，水泥的水化反应就会一直进行，水泥基材料的结构会随着水泥水化反应逐渐演变，由流动状态逐渐变为塑性状态，最后到凝结硬化状态。 通过水泥的水化反应，使得松散的水泥粉体颗粒变成了具有胶结性的水泥浆体，进而粘结各种不同粒径的粗细骨料，形成了混凝土这种水泥基体材料。 水泥的水化作用就是它们之间的复杂化学反应，生成结晶性较好的水化晶体：AFt AFm CH 还有结晶性不好的无定形C—S－H AFt AFm CH 呈针状、棒状、无序态，这是造成水泥脆性的根本原因 水泥混凝土水化过程的化学反应式： 3(CaO·SiO2)+ 6 H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O (胶体) +3 Ca(OH)2(晶体) 2(2CaO·SiO2)+4 H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O + Ca(OH)2(晶体) 3CaO·Al2O3 + 6 H2O = 3 CaO·Al2O3 ·6 H2O（晶体） 4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O = 3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O(胶体) 硅酸盐水泥4种熟料矿物成分中，主要的强度贡献者是C3S和C2S，它们在水泥中含量最多，占水泥重量的75%，因此它们的水化进程对水化物组成以及水泥石结构产生决定性影响，它们生成的水化产物主要是：水化硅酸钙和氢氧化钙（游离的对强度有害）。 氢氧化钙CH是一种六方板状晶体，其强度很低，稳定性极差，在侵蚀条件下是首先遭到侵蚀的组成，而且它们多在水泥石和集料的界面处富集，并组晶成粗大晶粒，因此界面的黏结力下降，成为水泥基材料中的最薄弱环节。因此，CH是水泥耐久性差的主要根源，也是水泥裂缝的发源地。（CH是对水泥强度有害的）
请教一下，工地上常用的水泥是普通硅酸盐水泥（PO），那么复合硅酸盐水泥（PC）能否在主体结构中使用呢？如果不可以，那么复合硅酸盐水泥主要应用在什么地方？ 有没有相关的规范或标准 复合硅酸盐水泥用在抹灰.铺贴地板砖这些部位比较好 凡由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥）。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于15％，不超过50％。 适用于工业和民用建筑等工程以及港航工程及地下隧道等. 产品性能稳定，后期强度增进率大，和易性好，干缩率小.水化热低，耐腐蚀性好. 既然复合硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥都能在工业和民用建筑中使用，而现实情况由于复合硅酸盐水泥水泥熟料较少而价格便宜，那么为何目前工地施工大部分还是使用普通硅酸盐水泥？是否更应采用使用复合硅酸盐水泥呢？ 我们工地之前曾经发现包商在主体结构中使用价格更加低廉的复合硅酸盐水泥而责令其停止使用，如真如上述所说，复合硅酸盐水泥不仅价格低廉而且产品性能稳定，那么我们之前的做法是否欠妥了呢？ 可能是地区差别吧我们这的PC要比PO贵啊 PC的性能要比PO强请仔细研读两种材料的性能说明. PO早期强度高，有利于模板周转；PC晚期强度可利用，工民建中大体积混凝土可以考虑。 PO早期强度高比较适合砌筑；PC做砌筑使用就要注意一次砌筑墙体的高度要控制好，也不能说一定不可以用，相对来说，PC干縮率小，对墙体裂缝的控制也很有益啊。 复合水泥不够稳定，所以一直以来很少用到结构上，但是从去年水泥新规出来以后，对复合水泥的掺料种类和量都做了规定，相信在不久的将来，肯定会用的越来越多， 08年6月1日实施水泥新规，PO32.5水泥取消了，复合硅酸盐总体的特点是：水化热低、抗渗好但耐磨性差、后期强度增强、保养时间、条件要更好，普通硅酸盐的早期强度高、耐磨，适用的范围更广，现在公路水稳层适用32.5是没有了，适用PC32.5更要注意保养
铝酸盐水泥水化机理 一，高铝水泥的组成 高铝水泥，又称矾土水泥或铝酸盐水泥，是以铝酸钙为主的熟料经磨细制成的水硬性胶凝材料。铝酸盐水泥以Al2O3、CaO和SiO2为主要成分，水泥的组成可能是C12A7、CA和C2S、CA、C2S和CA、C2AS和CA2。 1，铝酸一钙（CA） CA是高铝水泥的主要矿物，它使高铝水泥的初始强度发展速率远比高C3S含量的硅酸盐水泥快。其特点是凝结正常，硬化迅速，是高铝水泥强度的主要来源。但AC含量过高时，强度发展主要集中在早期，后期强度增进率不显著。 2，二铝酸一钙（CA2） 高铝水泥中CaO含量较低时，CA2较多。其水化较慢，早期强度低，但后期强度不断增长。如果CA2含量过高，将影响高铝水泥的快硬性能。但随CA2增加，水泥的耐热性能提高。质量优良的高铝水泥，其矿物组成一般以CA和CA2为主。 3，七铝酸十二钙（C12A7） C12A7晶体中铝和钙的配位极不规则，其结构中存在大量空腔，水极易进入。因此，C12A7水化、凝结极快，但强度不及CA高。当水泥中C12A7较多时，水泥出现快凝，甚至强度倒缩，耐热性下降。 4，钙铝黄长石（C2AS） C2AS也称吕方柱石，因为此晶格中离子配位对称性很高，故水化活性极低。 5，六铝酸一钙（CA6） CA6是低钙铝酸盐水泥中常见的一种矿物，为惰性矿物，无水硬性。
但CA6能提高水泥的耐热性。 高铝水泥熟料的主要化学成分为CaO、Al2O3、SiO2、Fe2O3，还有少量的MgO、TiO2等。下列为各国生产高铝水泥成分组成。 二，高铝酸水泥中另外的成分及作用 1，氧化铝 氧化铝过低，熟料中易出现C12A7，使水泥快凝，强度下降；氧化铝过高，CA2过多，亦使水泥早期强度降低。 2，氧化钙 氧化钙含量过高，熟料中易出现C12A7，使水泥快凝；氧化钙过低，大量形成CA2，使水泥早期强度降低。 3，二氧化硅 适量二氧化硅（4%~5%）能促进生料更均匀地烧结，加速熟料形成。
硅酸盐水泥水化机理研究方法 陈灏 唐山今实达科贸有限公司河北063020 摘要：水泥的水化是水泥的重要特性，水泥水化机理的研究对水泥的生产和使用、对水泥成功应用于复杂建筑体系都有着十分重要的作用，对混凝土和外加剂的研究也有着重要的指导意义。本文介绍了硅酸盐水泥的基本性能及几个水泥水化机理的研究方法并指出其中一些方法优缺点及未来研究方向。 关键词：硅酸盐水泥;水泥水化研究方法 中图分类号：TQ172文献标识码：A文章编号： 随着国际水泥产业的不断发展，人们对硅酸盐水泥及其各矿物的水化反应机理、水化反应产物、水化反应热力学、水化反应动力学以及各反应物的特性和环境条件对水化作用等进行了深人的研究和探讨。 一、硅酸盐水泥的基本性能 凡以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料，5%以下的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，统称为硅酸盐水泥。国际上统称为波特兰水泥。硅酸盐水泥的主要矿物组成是：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。硅酸盐水泥有以下基本性能与应用： 1、凝结硬化快，早期强度及后期强度高，适用于有早强要求的混凝土、冬季施工混凝土，地上地下重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程。 2、抗冻性好，适用于严寒地区水位升降范围内遭受反复冻融循环的混凝土工程。 3、水化热大，不宜用于大体积混凝土工程，但可用于低温季节或冬期施工。 4、耐腐蚀性差，不宜用于经常与流动淡水或硫酸盐等腐蚀介质接触的工程，也不宜用于经常与海水、矿物水等腐蚀介质接触的工程。 5、耐热性差，不宜用于有耐热要求的混凝土工程。 二、硅酸盐水泥水化机理的研究方法 水泥加适量水拌和后，便形成能粘结砂石料的可塑性浆体，随后通过凝结硬化逐渐变成有强度的石状体。同时还伴随着水化放热和体积变化的现象。这说明产生了复杂的物理、化学与物理化学力学的变化。这个过程比较复杂，因此叫水化理论。下面从不同角度介绍水化机理的研究方法： 1、从动态的角度研究水泥浆体的性质和水泥水化进程。 很多研究者通过测定水泥浆体的物理、化学性质随时间的变化来跟踪和纪录水化进程，并分析这些性质与水化进程、反应速率等的相关性，进而对水化特性及机理进行解释。经过努力研究，目前已经找到了水化浆体中与水化历程相关的许多性质，如：力学性质、电动学性质、离子浓度、放热量和水化产物的物相生成、胶凝程度、结晶度、孔分布、微观结构、体积变化等，从而使得测定研究水化的方法多种多样。 （1）水化动力学法 水泥和水拌和后，硬化水泥浆体中固、液、气三相同时存在，并发生一系列物理化学变化。基于前人研究出的用于描述多相体系中物理化学变化特征的数学方程，Bezjak等研究得出了硬化水泥浆体中各主要组分水化的数学模型。基于前人建立的硬化水泥浆体各组分的水化模型，nabic、Krstulovie等进一步研究了水泥的水化过程，并建立数学模型来描述水化程度与水化速率的关系进而得出水化程度与时间的关系。
1.水泥凝固原理 当水泥与适量的水调和时，开始形成的是一种可塑性的浆体，具有可加工性。随着时间的推移，浆体逐渐失去了可塑性，变成不能流动的紧密的状态，此后浆体的强度逐渐增加，直到最后能变成具有相当强度的石状固体。如果原先还掺有集合料如砂、石子等，水泥就会把它们胶结在一起，变成坚固的整体，即我们常说的混凝土。这整个过程我们把它叫做水泥的凝结和硬化。从物理、化学观点来看，凝结和硬化是连续进行的、不可截然分开的一个过程，凝结是硬化的基础，硬化是凝结的继续。但是在施工中为了保证施工质量，要求在水泥浆体失去其可塑性以前必须结束施工，因此人们根据需要以及水泥浆体的这个特性，人为地将这整个过程划分为凝结和硬化两个过程。凝结是指水泥浆体从可塑性变成非可塑性，并有很低的强度的过程；硬化是指浆体强度逐渐提高能抵抗外来作用力的过程。此外，对凝结过程还人为地进一步划分为初凝和终凝，用加水后开始计算的时间来表示。例如，国家标准规定：普通硅酸盐水泥初凝不得早于45min，终凝不得迟于12h。使用时施工浇灌过程的时间，必须早于45min；到终凝后，才能脱去模板开始下一个周期生产。 水泥的凝结和硬化，是一个复杂的物理—化学过程，其根本原因在于构成水泥熟料的矿物成分本身的特性。水泥熟料矿物遇水后会发生水解或水化反应而变成水化物，由这些水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结形成水泥石的结构，导致产生强度。 普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（β-2CaO·SiO2）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3）和铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3）四种矿物组成的，它们的相对含量大致为：硅酸三钙37～60％，硅酸二钙15～37％，铝酸三钙7～15％，铁铝酸四钙10～18％。这四种矿物遇水后均能起水化反应，但由于它们本身矿物结构上的差异以及相应水化产物性质的不同，各矿物的水化速率和强度，也有很大的差异。按水化速率可排列成：铝酸三钙＞铁铝酸四钙＞硅酸三钙＞硅酸二钙。按最终强度可排列成：硅酸二钙＞硅酸三钙＞铁铝酸四钙＞铝酸三钙。而水泥的凝结时间，早期强度主要取决于铝酸三钙和硅酸三钙。现分别简述它们的水化反应。 首先，介绍铝酸三钙。它的水化反应可用下式表达。 上述铝酸三钙的水化反应如果进行得很快，会导致水泥的凝结过快而无法使用，因此，一般在粉磨水泥时都掺有适量的二水石膏作为缓凝剂，掺石膏后铝酸三钙的水化反应如下式所示。 由于这个反应就不会引起快凝。当水泥中的石膏完全作用完后，还有多余3CaO·Al2O3时将发生下列反应。 如果还有过量3CaO·Al2O3时，就会生成4CaO·Al2O3·13H2O。在正常缓凝的硅酸盐水泥中，石膏掺入量能保证在浆体结硬以前，不会发生后两个反应。 其次，谈一下硅酸三钙。它的水化反应可表示如下： 由于CaO0.8～1.5SiO2·H2O0.25与天然的托勃莫来石很相似，因而称它为托勃莫来石，通常用CSH(B)来表示。铁铝酸四钙水化反应和铝酸三钙相似，而硅酸二钙水化反应和硅酸三钙相似。 那么，这些水化产物怎样会导致水泥浆结硬并产生强度呢？水泥凝结硬化的机理究竟是什么？按结晶理论认为水泥熟料矿物水化以后生成的晶体物质相互交错，聚结在一起从而使整个物料凝结并硬化。按胶体理论认为水化后生成大量的胶体物质，这些胶体物质由于外部干燥失水，或由于内部未水化颗粒的继续水化，于是产生“内吸作用”
第七章硅酸盐水泥的水化和硬化 第一节硅酸盐水泥熟料的形成 一、硅酸盐水泥熟料的形成 水泥熟料矿物为什么能与水发生反应？主要原因是： 1. 硅酸盐水泥熟料矿物结构的不稳定性，可以通过与水反应，形成水化产物而 达到稳定性。造成熟料矿物结构不稳定的原因是：<1) 熟料烧成后的快速冷却，使其保留了介稳状态的高温型晶体结构；<2) 工业熟料中的矿物不是纯的C,S,CZS 等，而是Alite 和Belite 等有限固溶体；(3) 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。 2. 熟料矿物中钙离子的氧离子配位不规则，晶体结构有“空洞”，因而易于起 水化反应。例如,C,S 的结构中钙离子的配位数为 6 ，但配位不规则，有 5 个氧离子集中在一侧而另一侧只有 1 个氧离子，在氧离子少的一侧形成“空 洞”，使水容易进入与它反应。户CZS 中钙离子的配位数有一半是 6 ，一半是8 ，其中每个氧离子与钙离子的距离不等，配位不规则，因而也不稳定，可以水化，但速度较慢。 C 3A 的晶体结构中，铝的配位数为 4 与6, 而钙离子的配位数为 6 与9 ，配位数为9 的钙离子周围的氧离子排列极不规则，距离不等，结构有巨大的“空洞”，故水化很快。C,AF 中钙的配位数为10 与 6 ，结构也有“空洞”，故也易水化。有些矿物如Y-CZS 和CZ AS 几乎是惰 性的，主要是钙离子的配位有规则的缘故．例如： Y-CZS 中钙离子的氧配位为 6 ， 6 个氧离子等距离地排列在钙离子的周围，形成八面体，结构没有“空洞”，因此不易与水反应。这里要特别指出，水化作用快的矿物，其最终强度不一定高。例如,C,A 水化快，但强度绝对值并不高，而户CZS 虽然水化慢，但最终强度却很高，因为水化速度只与矿物水化快慢有关，而强度则与浆体结构形成有关。 二、熟料单矿物的水化 （一）硅酸三钙的水化 硅酸三钙在水泥熟料中的含量约占50 ％，有时高达60 ％，因此它的水化作用、产物及其所形成的结构对硬化水泥浆体的性能有很重要的影响硅酸三钙在常温下的水化反应，大体上可用下面的方程式表示： 3Ca0 。SiOz ＋nHzO ＝xCaO ．SiOz ．yHzO ＋（3-x ）Ca (OH ）z 简写为： C 3 S ＋nH=C-S-H ＋（ 3 一 x)CH 上式表明，其水化产物为C-S-H 凝胶和氢氧化钙，C-S-H 有时也被笼统地称之为水化硅酸钙，它的组成不定（其字母之间的横线就表示组成不定），其Ca0/Si0 ：分子比（简写成C/S) 和H20/SiO2 分子比（简写为H/S ）都在较大范围内变动。C-S-H 凝胶的组成与它所处的液相的Ca (OH) ：浓度有关，如图1-7-1 所示。当溶液的CaO 浓度小于lmmol/L(0. 06g /L) 时，生成氢氧化钙和硅酸凝胶。当溶液的CaO 浓度小于 1 一2mmo1/L (0. 06 一 0. 112g /L ）时，生成水化硅酸钙和硅酸凝胶。当溶液的CaO 浓度为2-20mmo1/L (0. 112-1-12 g/L) 时，生成C/S 比为0. 8 一 1 ． 5 的水化硅酸钙，其