C2S的水化速度的研究.ppt

C2S水化速度的研究  刘乐平 小组成员：马红茹，李如康，单润强 研究内容 C2S形成和水化 研究C2S的意义 提高C2S水化速度的途径 机械力化学作用对C2S的影响 C2S的形成 　　C2S是硅酸盐水泥的主要成分之一，由生料CaCO3和SiO2反应生成。反应方程式: C2S的水化 对完全水化的C2S和C3S,水化反应的计量方程以表示为： C3S + 6H→C3S2H3 + 3CH 2C2S + 4H→C3S2H3 + CH C3S和C2S在完全水化时所需要的水量分别为24﹪和22﹪。从化学计量可以算出C3S水化后形成C3S2H361﹪， CH39﹪；而C2S则形成C3S2H382﹪， CH18﹪。而水泥胶凝性能主要由所形成的水化硅酸钙决定。所以 C2S含量高的波特兰水泥的最终强度比C3S含量高的水泥要高。 　　　　 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。有关测试表明β-C2S在水化过程中的成核和晶体生长速度虽然与C3S差不多,但水化产物的扩散速度却要低8倍左右,而表面溶解速率则相差几十倍之多。也就说β-C2S在水化反应速率主要由表面溶解速率所控制。 提高C2S的结构活性,选择合适的水化介质,改善水化条件,有可能提高其水化速度。特别是现在节能的需要,活性C2S的研究发展非常迅速。 研究C2S的意义 在水泥生产中适当提高C2S的含量,降低C3S的含量能减少在生产中对原料燃料的利用,加大对低品位原料的利用率,正符合国家节能减排的要求; C2S水化热低,长期强度高,水泥石的耐磨性和抗腐蚀性比C3S好.计算表明, C2S水化时形成的Ca(OH)2比C3S少，而C-S-H凝胶较C3S多（每100g的C3S生成的C-S-H凝胶为75g左右，而等值的C2S则可达106g） 但是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，特别早期水化速度非常重要。 提高C2S水化的途径 有选择的掺如杂质离子增加C2S的晶体缺陷； 控制C2S形成的热过程，如低温煅烧，快速煅烧与冷却等； 粉末过程的机械力化学作用增加C2S的表面能和晶体结构缺陷。  机械力化学作用对C2S的影响 β-C2S的球磨颗粒特性 矿物晶格形变的微观机理 用XRD分析β-C2S结晶构造变化 球磨对β-C2S水化速度的影响 β-C2S的球磨颗粒特性 脆性破碎阶段：在机械力作用下β-C2S矿物主要发生脆性破坏； 脆性破碎和塑性变形阶段：脆性破碎和塑性变形同时发生； 塑性变形阶段：达到粉碎平衡时，粉料颗粒发生团聚，颗粒变大，比表面积反而变小，再继续粉磨，物料以塑性变形为主，其实质是位错的增殖和移动。 β-C2S磨样中位径与比表面的变化曲线图 β- C2S不同球磨时间的SEM图片 矿物晶格形变的微观机理 在外力作用下，矿物晶界产生滑移，当晶界滑移到三角晶界处遇到障碍晶粒时，滑移停止，接着产生应力集中，当应力达到或超过原子间结合力时，便通过障碍晶粒单空位，位错的产生和位错的运动而弛豫，位错累积在对面的晶界上，相当一种位错尺寸的增大效应。 在粉磨过程中相当于对晶粒施加一种挤压应力,在这种压力的作用下,垂直于挤压轴的晶界处于高能状态,平行于挤压轴的晶界处于低位能状态,这必然引起空位、空位团的迁移。从而导致单空位复合成空位团，空位团的进一步复合。 当三角晶界处的应力达到一定程度时，塞积前端的位错发生攀移而消失，则内应力得到松弛，晶界滑移再次发生，因而单空位和位错的产生很困难。 用XRD分析β-C2S结晶构造变化 如图粉磨1h到48h，各衍射峰的强度不断的减弱，粉磨48h时，(031)晶面衍射峰趋向消失， (200)晶面的衍射峰也大大减弱，到72h时各衍射峰基本消失，表面晶体结构基本破坏，达到无定形状态。这与上面从β-C2S磨样中位径与比表面的变化曲线图和粉磨机理 分析是一致的。 球磨对β-C2S水化速度的影响 如图，粉磨0.5h、5h和15h放热量的增加主要是β-C2S磨样的脆性破碎使比表面增大和颗粒尺寸减少造成的，48h后水化速度的增加主要是因为物料塑性变形，内能的增加和缺陷所诱发的机械力化学作用的结构。 参考文献 [1] P.K.Mehta著，祝永年等译，混凝土的结构，性能与材料，上海：同济大学出版社，1991。 [2] 沈威，黄文熙，闵盘荣 编著，水泥工艺学，武汉：武汉工业大学出版社，1998。 [3] 沈德勋，黄文熙，钱光人，硅酸二钙活性的研究，南京：南京大学学报，1995。 [4] 冯修吉，龙世宗，孙文华， β-C2S 粉磨过程的摩擦化学研究，武汉：材料科学进展，1992。