建筑材料与性能_习题2

1习题2概述水泥的水化，主要水化产物性质及水泥石的结构根据课件的资料，答案整理如下：一、水泥的水化水与水泥混合成为水泥浆，其中的水泥熟料矿物发生水化反应，经过浆体的凝结硬化过程后变成坚硬的水泥石固体，这是一个复杂的物理化学变化过程。水泥的水化主要是指水泥熟料矿物的水化反应。（1）硅酸盐水泥熟料的组成A硅酸三钙（C3S，37%~60%）、B硅酸二钙（C2S，15%~37%）、C铝酸三钙（C3A，7%~15%）、D铁铝酸四钙（C4AF，10%~18%）。（2）水泥水化的过程A当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解进入溶液中，液相被各种离子饱和；B几分钟内，Ca2＋、SO4＋、Al3＋、OH－离子间反应，形成钙钒石；C几小时后，Ca(OH)2晶体和硅酸钙水化物C-S-H开始填充原来由水占据、并溶解熟料矿物的空间；D几天后，因石膏量不足，钙钒石开始分解，单硫型硫铝酸钙水化物开始形成；E此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。（3）水化反应的特征与速率特征：A水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行那个水化反应；B其水化反应均是放热反应；C水化反应是固—液异相反应。反应速度序列（由快至慢）：A半水石膏和游离氧化钙的水化；B铝酸三钙的水化；C铁铝酸四钙的水化；D硅酸三钙的水化；E硅酸二钙的水化。（4）水泥水化的阶段划分根据水化放热曲线的走势将水泥水化划分为5个不同阶段。A诱导前期：水泥与水接触后立即发生急剧的化学反应，经历的时间很短，只有15分钟左右；B诱导期：水化反应速度突然变慢、放热速度接近于零，持续时间大约1~4个小时；C加速期：水化反应重新加快，且反应速度随时间而增大，历时约4~8个小时。对应水泥浆体已过终凝，开始硬化。D减速期：水化反应速度随时间而减小，C3S浆体已完全转变成硬化体，水化反应转入扩散方式。持续时间约为12~24个小时。E稳定期：反应速度再次减低至接近于零，水化作用完全处于扩散控制方式，几乎停止。二、水化产物的性质水化反应结束后，形成较为稳定的水化产物主要有三种：（1）硅酸钙水化物（CalciumSilicateHydrate）缩写：C-S-H。体积含量：占水泥石体积的50%~60%。主要特性：高比表面积（100~700m2/g），次价键（范得华力）很强，强度较高。2结构特点：结晶性很差，呈折叠层状结构。组成特点：组成可变，钙/硅（C/S）比=1.5~2.0，结构水不等。形貌：结晶性差的纤维网状，胶体尺寸颗粒的聚集体。（2）羟钙石（Portlandite）缩写：CH。体积含量：占水泥石体积的20%~25%。主要特征：表面积较小，次价键力弱，耐久性和强度较低。结构特点：六方片状晶体，与天然羟钙石相似。组成特点：组成确定为Ca(OH)2。形貌：大片状晶体的堆积体。（3）水化硫铝酸钙（CalciumSulfoaluminateHydrates）缩写：Aft，Afm。体积含量：占水泥石体积的15%~20%。结构特点：结晶性好的晶体。组成特点：开始时形成三硫型硫铝酸钙，即钙钒石（Aft）；后期转变为单硫型硫铝酸钙（Afm）。形貌：Aft为针状晶体，Afm为六方片状晶体。三、水泥石的结构水泥浆体凝结硬化后形成的固体称为水泥石。水泥石的组成随水泥水化的程度而不同，一般而言，水泥石的组成可以划分如下：（1）固相（水泥水化物与未水化的水泥颗粒）：A胶体相：水化硅酸钙C-S-H凝胶和铁相凝胶等；B晶体相：硫铝酸钙水化物、水化铝酸钙与氢氧化钙晶体等。（2）气相（各种尺寸的孔隙与空隙）：A凝胶孔；B毛细孔；C工艺空隙。（3）液相（水或孔溶液）：A自由水；B吸附水；C凝胶水。水泥石的微结构具有以下特点：A多物相固体颗粒堆聚的多孔结构体；B各种物相分布不均；C各种物相的尺寸不等，形貌不一。