外文翻譯(中文)摻有粉煤灰、硅灰的硅酸鹽水泥的熱分析和微觀結(jié)構(gòu)

1、<p><b>　　中文3882字</b></p><p>　　出處：J Therm Anal Calorim (2010) 99:487–493</p><p>　　摻有粉煤灰、硅灰的硅酸鹽水泥的熱分析和微觀結(jié)構(gòu) &

2、lt;/p><p>　　Arnon Chaipanich .Thanongsak Nochaiya</p><p>　　摘要：熱分析與掃描電鏡可以一起用來研究摻有粉煤灰、硅灰的硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物及它們的微觀結(jié)構(gòu)。水化硅酸鈣，鈣礬石，鈣鋁黃長石（C2ASH8）,氫氧化鈣（Ca(OH)2）以及碳酸鈣（CaCO3）相可以在混合料中檢測到。混合料中添加硅灰時，氫氧化鈣（Ca(OH)2）含量與參考摻粉

3、煤灰水泥漿體相比會隨著增加硅灰量在5%和10%而降低，相應的水化硅酸鈣凝膠量會增加。</p><p>　　關鍵詞：熱分析 ，微觀結(jié)構(gòu)，粉煤灰，硅灰，水化</p><p><b>　　正文</b></p><p>　　粉煤灰，火力發(fā)電廠的一種副產(chǎn)品，已經(jīng)由于它的環(huán)境效益和工程效益而被看著一種重要的結(jié)構(gòu)材料（產(chǎn)生少量的水化熱，增強可使用性，改善對化

4、學侵蝕如氯化物和硫酸鹽的耐久性，全世界廣泛地用其作水泥的替代材料。然而，眾所周知,粉煤灰是一種火山灰質(zhì)材料，會與氫氧化鈣反應形一種與硅酸鹽水泥加水形成的相似的粘合物質(zhì)。這種與氫氧化鈣反應的火山灰質(zhì)反應緩慢，是由于氫氧化鈣首先是硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物，而且常用的粉煤灰粒徑比硅酸鹽水泥的粗糙。根據(jù)ASTM C618, 與平均粒徑在10到15微米的硅酸鹽水泥相比，具有代表性的粉煤灰的粒徑60%到100%的通過45微米的篩徑或不多于34%的留在這

5、種大小的篩上。</p><p>　　硅灰作為硅鐵合金和金屬硅工業(yè)的副產(chǎn)品，一方面，其平均粒徑大約100納米。有報道指出它的高反應性對混凝土的強度有益,能顯著地增加混凝土的強度,就其本分可以作為水泥的替代材料。硅灰作為添加材料的應用在混有粉煤灰的水泥的混合料，已經(jīng)引起了人們的關注，主要是因為其強度和耐久性在結(jié)構(gòu)材料方面的效益。然而，這種混合料在水化漿體系統(tǒng)的水化研究是有限的。在前24小時內(nèi)，摻粉煤灰、硅灰的硅酸鹽水

6、泥漿體的水化產(chǎn)物的氫氧化鈣量減少。然而，很少有人知道其后的影響，熱重分析和差熱分析也沒有充分的證明。在這項工作中，粉煤灰和硅酸鹽水泥混合來生產(chǎn)粉煤灰水泥漿體，硅灰，作為一高活性材料，用來生產(chǎn)三元水泥漿料。熱分析就熱重分析和差熱分析而言，已經(jīng)和掃描電鏡技術用來一起研究摻硅灰和粉煤灰混合料的水化進程和微觀結(jié)構(gòu)。硅灰以5%和10%摻入粉煤灰水泥，作為這項研究的一部分，三元混合料的壓縮強度也進行相應的熱重分析，目的是確定水化產(chǎn)物，并對樣品的微觀

7、結(jié)構(gòu)也進行深入的研究。</p><p><b>　　實驗技術</b></p><p>　　這項研究的材料是PC(I)。研究中，粉煤灰來自泰國的Mae Mao火力發(fā)電廠Lampang,硅灰來自Sikament Ltd。這些材料的化學組成列于表1中。表2中列舉了三元混合料的成分。粉煤灰的摻量為10%、20%和30%，硅灰作為一種外加材料的摻量為5%和10%。這種水泥漿體的

8、水膠比為0.5.</p><p>　　為了增加均質(zhì)性，粘結(jié)料首先在混料機中混合3分鐘，而后加水?；旌?分鐘以內(nèi)。之后，混合物放在加油的模具中（尺寸為50*50*50mm3）,然后壓緊。這些樣品表面光滑，并加上塑料薄膜。一天后拆模。之后，養(yǎng)護在25。C的水中。至于漿體的抗壓強度的檢測時粉煤灰的摻量為10%，20%，30%，。每次抗壓強度的測試時，要測三個樣品，測其7,28,90天的齡期的平均結(jié)果。</p>

9、;<p>　　而且28天后，主要選擇摻粉煤灰20%的樣本作為混合物得典型樣本來分析微觀結(jié)構(gòu)和熱分析。應用掃描電鏡（SEM;JEOL-JSM-840A）來研究樣品的微觀結(jié)構(gòu)，粉碎了做熱分析(Mettler Toledo TG/SDTA 851e)。把樣品放在N2環(huán)境中以10。C/min的加熱速度從室溫加熱到1000。C。此外，TG和DTA還可以用來測試摻20%FA、10%SF的樣品的7、28和90天來確定時間對三元混合料的水

10、化相的影響。</p><p><b>　　結(jié)果和討論</b></p><p>　　圖1表明了硅灰對摻粉煤灰水泥的28天齡期的抗壓強度的影響。所有摻粉煤灰量為10%，20%，30%無硅灰的結(jié)果表明，粉煤灰的抗壓強度貢獻要少于水泥漿體，正如圖表1所示，而另加硅灰時，可以發(fā)現(xiàn)抗壓強度增加明顯。它們的抗壓強度高于水泥漿體的。對于摻20%FA和10%SF，其抗壓強度與28天齡期

11、的水泥相近，而且90天后，要稍有些大。當然，比無硅灰的粉煤灰水泥的高（其抗壓強度為53.0MPa）。這種強度的增加是由于硅灰的火山灰反應，利用熱分析可以來確定這種或是反應已經(jīng)發(fā)生了，下一部分將描述。</p><p>　　對于三元混合料漿的X射線分析表明，主要峰值用XRD探測到的是氫氧化鈣，其峰在所有混合料中都有，因而產(chǎn)生了每種混合料的水化反應的想法。很明顯，正如XRD圖所示，對于摻粉煤灰并加硅灰的料漿，其氫氧化鈣

12、量要少于參考標樣。這表明火山灰反應已發(fā)生了，而且氫氧化鈣消耗了硅灰。</p><p>　　TG用來更深入地分析在XRD中檢測不到的非晶相。結(jié)果如圖3示，對于硅酸鹽水泥和摻粉煤灰的水泥并外加或無硅灰，表明主要有三段損失，第一段是從室溫30。C到420。C，第二段是420℃~500℃，第三段500℃~1000℃。熱重分析可以定量確定大量的水合相的液體或氣體的損失。這些物相在第一過渡段時，由熱重分析檢測到，它們由一些包

13、括水化硅酸鈣和鈣鋁黃長石水化相構(gòu)成，第二過渡段發(fā)生在氫氧化鈣的脫水，質(zhì)量損失的第三段出現(xiàn)在碳酸鈣的脫碳反應。</p><p>　　漿體中每一物相的質(zhì)量的損失可以從每個過渡段出現(xiàn)在TG曲線上計算出，如果把整體的質(zhì)量損失取作100%，可以更深入地計算出相關的質(zhì)量損失。硅酸鹽水泥，摻粉煤灰，外加或無硅灰的計算值列于表3中，表中有三個過渡段的質(zhì)量損失，包括樣品的質(zhì)量損失和整體的質(zhì)量損失。對于這些計算值，粉煤灰混合硅灰的選

14、擇以10%FA混５％和20%SF以及20%FA混合5%和20%的SF作為</p><p>　　代表。對于沒摻SF的混合料，可以發(fā)現(xiàn)第一過渡段包括水化相（水化硅酸鈣和水化鈣鋁黃長石）的質(zhì)量損失是最高的。對于參照的樣品摻FA的硅酸鹽水泥且無硅灰，其質(zhì)量損失要少些，是由于少量的水化硅酸鈣，這樣會降低強度。另一方面，發(fā)現(xiàn)這種質(zhì)量損失也會在加5%SF后微弱地增加。此外，很明顯，從第二階段，與硅酸鹽水泥漿體控在4.80%時相

15、比，加入FA時氫氧化鈣的含量會減少，加入SF時會進一步減少。就整體的質(zhì)量損失作更深入地分析時，粉煤灰、硅灰、水泥的三元混合以20%FA且有或無硅灰的每個過渡期的質(zhì)量損失到整體的質(zhì)量損失作為硅灰影響的典型代表，列于表3中。第一過渡期的質(zhì)量損失是鈣礬石，水化硅酸鈣和鈣鋁黃長石，硅灰量可以檢測到，第二過渡期的降低是由于火山灰反應消耗了氫氧化鈣。</p><p>　　盡管如此，第一過渡期的質(zhì)量損失不能用來區(qū)分單相如水化硅

16、酸鈣，由于每個過渡期的質(zhì)量損失范圍是相當寬的，因此只使用TG不能得出這樣的結(jié)果。用微商熱重分析和差熱分析一起來更深入地確定每個物相。硅酸鹽水泥和摻粉煤灰、硅灰的水泥漿體的熱重分析結(jié)果列于圖表4.a 中。水中養(yǎng)護28天后，所有料漿的熱重分析曲線表明檢測到的物相是水化硅酸鈣、鈣礬石、鈣鋁黃長石、氫氧化鈣、碳酸鈣，其檢測溫度分別在6~84℃、104~114℃、157~163℃、458~464℃、667~688℃。各配比的微商熱重分析圖的比較在

17、圖表4中。即使如此，物相檢測的與硅酸鹽水泥的相似。從微商熱重分析曲線看到與參考樣品相比較增加SF量5%和10%時，氫氧化鈣量降低。這是因為增加了火山灰反應，當然增加SF消耗了更多的氫氧化鈣。因此，很明顯的，在兩種摻SF的混合料中可以檢測到更多水化硅酸鈣，這也表明增加了SF。因此這種水化硅酸鈣量的增加將解釋了抗壓強度隨SF量增加而增加的結(jié)果。</p><p>　　水化的摻粉煤灰20%、有和無硅灰的樣品的DTA曲線在

18、圖表4.b中。檢測到三個主要的吸熱峰就如能從這些DTA的曲線中看到。第一個吸熱峰的溫度在182~160℃范圍內(nèi)并且與硅酸鈣和水化鋁硅酸鈣的脫水有關。此外，這個峰可以看著是加入SF的混合料的強度更強。第二個吸熱峰在455~466℃范圍內(nèi)，是由于氫氧化鈣的分解。檢測到的第三個吸熱峰的溫度范圍與由Giergiczny和Amer所做的DTA曲線檢測到的相似。</p><p>　　此外，TG用來研究時間對摻20%FA和10

19、%的硅酸鹽水泥樣品的影響，7、28和90天，圖表5中表示出了。質(zhì)量損失隨時間的推移會更大，隨著養(yǎng)護階段的進行，質(zhì)量損失也會更大。又一次，質(zhì)量損失可以以水泥漿體樣品的整體損失來計算，也可以作為整體質(zhì)量損失的百分比，三個過渡期的質(zhì)量損失的計算列于表4中。可以看到。在第一過渡期的質(zhì)量損失會增加，當養(yǎng)護期增加因此產(chǎn)生更多的水化產(chǎn)物。結(jié)果，SF將消耗更多的氫氧化鈣，因此也能夠發(fā)現(xiàn)這種減少。隨時間的推移，能夠清楚看到這種趨勢，如圖表5所示的三個過渡

20、期的整體質(zhì)量損失的相關百分比。</p><p>　　用DTG也可以深入地分析養(yǎng)護時間的影響，表6.a標出了三元混合料在90天齡期的DTG構(gòu)成與7、28天的結(jié)果的比較。表4中列出了與這些微分值相關的質(zhì)量損失。水化產(chǎn)物，如水化硅酸鈣隨時間的推移能夠清楚地檢測到，氫氧化鈣量的降低是與火山灰反應有直接的關系而產(chǎn)生水化硅酸鈣，因此，能夠解釋當養(yǎng)護期增加時三元混合料的抗壓強度的增加。</p><p>

21、　　表6b中，水化產(chǎn)物的吸熱峰的增加是明顯的。一定程度上，氫氧化鈣的吸熱峰在90天的樣品與28天的比較是微弱的。即使7天齡期的氫氧化鈣的吸熱峰不是最強的，但與更長期的相比是最寬的。因此，DTA曲線也能表明水化硅酸鈣的增加，但不知什么原因碳酸鈣和氫氧化鈣的峰不明顯。當仔細考慮TG和DTG的結(jié)果是，氫氧化鈣可能隨養(yǎng)護期的增加而更少。</p><p>　　粉煤灰水泥的微觀結(jié)構(gòu)是用SEM分析的。圖表7. a.b表明了粉煤

22、灰水泥水化漿體摻10%SF的SEM圖?？梢钥吹絻煞N粒徑的粉煤灰被水化硅酸鈣覆蓋，這意味著一些粉煤灰已經(jīng)于氫氧化鈣反應了。這種不完全的反應，和另一種一直沒證據(jù)表明任何反應的粉煤灰共同證實粉煤灰是一種滿活性的材料。一方面，正DTG曲線表明，硅灰將反應形成水化產(chǎn)物。</p><p>　　更高放大倍數(shù)時，可以看到部分水化硅酸鈣被SF覆蓋，并且SF本身也填充與水化硅酸鈣和鈣鋁黃長石物相間的空中，這就使得母體得到更密實的微觀

23、結(jié)構(gòu)，因此也有更高的強度。</p><p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　利用熱分析來解釋摻SF、FA水泥的抗壓強度的增加，混合料中能檢測到水化硅酸鈣，鈣礬石，鈣鋁黃長石，氫氧化鈣和硅酸鈣。外加SF的混合料中，摻5%、10%的SF與標樣相比，氫氧化鈣量降低了，同時可以檢測到水化硅酸鈣量地增加。運用SEM，可以所有的水泥、粉煤灰混合料中檢測到水化硅酸鈣