文档介绍：石膏在波特兰水泥中的作用
尹东杰
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水泥加水拌和后,水泥颗粒立即分散于水中并与水发生化学反应,生成各种水化物。
硅酸三钙水化硅酸钙氢氧化钙
硅酸二钙水化硅酸钙氢氧化钙
铝酸三钙水化铝酸三钙
铁铝酸四钙水化铝酸钙 水化铁酸钙
1、硅酸盐水泥的水化和凝结硬化
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水泥颗粒
水
水泥颗粒分散在水中形成水泥浆体
硅酸盐水泥水化物理过程模型
水泥水化物膜层
水泥颗粒的水化从表面开始,在表面形成水化物膜层——诱导期
水化物膜层随水化时间向内不断增厚,进入潜伏期。
水化物膜层随水化时间向内不断增厚,水泥颗粒粒径缩小
在渗透压的作用下,膜层破裂、扩展,占据原来被水占据的空间,进入凝结期。
凝结期:水化物不断填充被水占据的空间,成为连续相,拌和水不断减少,并被水化物分割成非连续相。
随着水泥颗粒的不断水化,水化物不断填充毛细孔和水所占据的空间,固体相成为连续相,并具有一定强度。进入硬化期。
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先在固-液界面发生,水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内核区域沉积;
早期水化物在颗粒上形成表面膜层,阻碍了进一步反应——进入潜伏期;
因渗透压或Ca(OH)2的结晶或二者,水化物膜层破裂,导致水化继续迅速进行——进入水化的加速期;
随着水化的不断进行,水占据的空间越来越少,水化物越来越多,水化物颗粒逐渐接近,构成较疏松的空间网状结构,水泥浆失去流动性,可塑性降低——凝结;
由于水泥内核的继续水化,水化物不断填充结构网中的毛细孔隙,使之越来越致密,空隙越来越少,水化物颗粒间作用增强,导致浆体完全失去可塑性,并产生强度——硬化。
水泥浆凝结硬化的物理过程
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水泥熟料中单一矿物的水化速度
水化度(%)
时间(天)
水泥熟料矿物组成对水化过程的的影响
水泥熟料矿物的水化速度:
C3A> C3A+CaSO42H2O> C3S ~ C4AF > C2S
水泥的C3A和C3S含量越高,凝结硬化速度越快;
水泥的C3A和C3S含量越低,凝结硬化速度越慢;
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石膏掺量对水化过程的影响
石膏掺量对C3A浆体(水/固比=)
水化速度(放热量)的影响
放热速度(W/kg)
试验时间(h)
石膏掺量增加:
放热速度减慢
放热峰延后
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2、石膏的调凝作用
C3A与水体系:
若不掺石膏或石膏掺量不足时,在硅酸盐水泥的碱性浆体中最容易发生反应:C3A+CH+12H== C4AH13。
而水化产物C4AH13是在室温下能稳定存在的六方片状晶体,其数量迅速增多,就足以阻碍粒子的相对移动,从而使水泥瞬时凝结。
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C3A在水和石膏体系中:
① C3A快速水化成C4AH13:
C3A+CH+12H== C4AH13 ,
② C4AH13与石膏继续反应如下:C4AH13+3CS2H+14H==+CH
三硫型水化硫铝酸钙,钙矾石,AFt
石膏与水化铝酸钙作用生成钙矾石,钙矾石难溶于水,沉淀在水泥颗粒里面,阻碍铝酸三钙的进一步水化,并减少了溶液中的铝离子浓度,延缓了水泥浆的凝结速度。
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3、石膏能提高水泥早期强度
硅酸二钙的水化过程与硅酸三钙极为相似,也有诱导期,加速期等,但水化速度很慢。
C2S早期水化速度低,严重影响其早期强度的发展,因此提高C2S的水化速度,对早期强度非常重要。
石膏能促进C2S 水化, 提高C2S 浆体的早期强度。
严生等:C2S C12A7 CaSO4·2H2O
2004(4)
唐磊等: 2007(9)
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机理:
石膏过多,在水泥石凝结硬化后,硫酸钙与水泥石中的铝酸钙反应,生成钙矾石,,引起水泥石的破坏。
钙矾石
水泥中SO4过多,内部形成膨胀性结晶产物
水泥石因膨胀性结晶产物引起的开裂
石膏掺量过多导致体积安定性不良
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