非晶態(tài)水化硅酸鈣接觸硬化過程動(dòng)力學(xué)及膠凝機(jī)理研究.pdf

1、研究發(fā)現(xiàn)除水化硬化膠凝性能外，水化硅酸鈣還具備接觸硬化膠凝性能。對(duì)含非晶態(tài)水化硅酸鈣的粉體，可以通過壓制成型的方法制備出具有一定強(qiáng)度的硬化試件。使用該方法能在很短的時(shí)間內(nèi)獲得滿足一定強(qiáng)度要求的人造石材，大幅縮短工藝周期。水化硅酸鈣接觸硬化膠凝性能的提出，為新型膠凝材料的制備提供了一條新思路。然而，對(duì)該粉體在壓制壓力作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橛不w方面公開可查的研究文獻(xiàn)很少，學(xué)界尚不掌握這一轉(zhuǎn)化的機(jī)理，使得這一工藝的推廣應(yīng)用受到極大限制。論文針對(duì)上述問

2、題，對(duì)非晶態(tài)水化硅酸鈣接觸硬化動(dòng)力學(xué)過程和成鍵機(jī)理展開研究，研究結(jié)果可為利用各種固體廢棄物制備輕質(zhì)、高強(qiáng)的人造石材提供理論依據(jù)。
　　分別以白炭黑和石英砂為硅質(zhì)原料，生石灰為鈣質(zhì)原料，采用動(dòng)態(tài)水熱合成方法制備不同結(jié)晶度的水化硅酸鈣粉體。將所合成的粉體和結(jié)晶良好的粉體（石英粉、石灰石粉和滑石粉等）在0~80MPa的壓力下壓制成型，測(cè)定成型試件的表觀密度、強(qiáng)度和抗水性，為進(jìn)一步開展理論分析提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。
　　本論文主要利用

3、Heckel公式和 Kawakita公式對(duì)水化硅酸鈣的壓制成型過程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析；結(jié)合成型試件的力學(xué)性能、抗水性和微觀結(jié)構(gòu)，研究粉體在壓制壓力作用下結(jié)構(gòu)鍵的形成原理；同時(shí)建立水化硅酸鈣壓制成型性能與微觀結(jié)構(gòu)的定量關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)所制備的成型試件表觀密度為500~1500kg/m3時(shí)，抗壓強(qiáng)度為4.5~33MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)1.0~6.5MPa，軟化系數(shù)在0.4~0.8。Heckel曲線表明在20~80MPa的壓制壓力下，粉體的密實(shí)度

4、與壓制壓力間的關(guān)系可以用化學(xué)反應(yīng)一級(jí)動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)模型來表示。
　　其次，利用自行設(shè)計(jì)的一套壓制量熱計(jì)，較為準(zhǔn)確地測(cè)試出粉體在壓制成型過程中的溫度變化。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，水化硅酸鈣的接觸硬化是一個(gè)放熱過程，壓制過程中的放熱溫升受粉體的性能和壓制壓力的關(guān)系影響較大，此外成型試件的抗壓強(qiáng)度與最大放熱溫升呈良好的線性關(guān)系。
　　本論文還探討了干燥工藝和循環(huán)壓制對(duì)水化硅酸鈣接觸硬化性能的影響，并采用各種含硅酸鹽的固體廢棄物驗(yàn)證該理論的實(shí)用性。

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，過高的干燥溫度（>80oC）會(huì)破壞水化硅酸鈣結(jié)構(gòu)，從而影響成型試件的抗水性，干燥溫度過低(<40oC)則導(dǎo)致試件表觀密度過高。此外，隨著壓制次數(shù)增加，粉體逐漸失去膠凝性能，成型試件表觀密度增加，強(qiáng)度降低，循環(huán)壓制次數(shù)不宜超過4次。
　　基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立了符合水化硅酸鈣接觸硬化的膠體模型，并得出以下主要結(jié)論：
　　①非晶態(tài)水化硅酸鈣的接觸硬化進(jìn)程包括接觸面積的增加和結(jié)構(gòu)鍵的形成兩部分。粉體的硬化由顆粒接觸引

6、起，這是一個(gè)由低密度向高密度水化硅酸鈣轉(zhuǎn)變的結(jié)構(gòu)有序化過程，所產(chǎn)生接觸類型和結(jié)構(gòu)鍵具有抗水性和部分可逆性。
　?、谒杷徕}的壓制成型過程可分為顆粒重排和顆粒塑性變形/細(xì)化兩個(gè)階段。在壓制壓力為0~20MPa時(shí)，主要發(fā)生顆粒重排，表現(xiàn)為以點(diǎn)接觸為主的凝聚接觸，顆粒間通過范德華力和氫鍵相結(jié)合，作用力較弱，試件強(qiáng)度低。在較高壓制壓力下，因顆粒細(xì)化或水化硅酸鈣的塑性變形，點(diǎn)接觸逐漸轉(zhuǎn)化為具有縮聚特性的面接觸，并形成固體橋鍵和機(jī)械嚙合力等

7、作用力較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)鍵，試件強(qiáng)度提高。
　　③水化硅酸鈣的接觸硬化過程伴隨著熱量的釋放，其放熱規(guī)律可以分為初始期、加速期、減速期和衰退期四個(gè)階段。結(jié)合放熱溫升曲線，發(fā)現(xiàn)在本論文所采用的實(shí)驗(yàn)條件下，成型試件的抗壓強(qiáng)度（fc）與最大放熱溫升（Tma??）存在如下數(shù)學(xué)關(guān)系：fc=1.93?Tma??。
　　④初始期放熱溫升較低，主要由顆?；坪椭嘏判纬煞肿娱g力所致；加速期與顆粒細(xì)化和塑性變形有關(guān)，結(jié)構(gòu)鍵大量形成，因而放熱溫升快速提高；