無機鹽外加劑對水泥C3S和C3A水化產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)影響的研究.pdf

1、化學(xué)外加劑已經(jīng)成為水泥基材料中不可或缺的組成成分，而無機鹽類外加劑作為主要的早強劑和防凍劑，能夠明顯提高水泥混凝土早期強度和降低其冰點，在將來相當長的時間內(nèi)將會繼續(xù)在水泥基材料中大量使用。本文利用同步輻射軟X射線光譜顯微技術(shù)、高分辨率X射線衍射等前沿技術(shù)，系統(tǒng)地研究了CaCl2、Ca(NO3)2、Ca(NO2)2和Na2SO4四種無機鹽對C3S和C3A水化產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)的影響，揭示了無機鹽對C3S水化機理的影響、CaCl2與C3A水化產(chǎn)物

2、的鍵合作用機理、CaCl2對水熱合成的C-S-H(I)微觀結(jié)構(gòu)的影響以及與AFm相的鍵合作用，為無機鹽對C3S和C3A水化產(chǎn)物與結(jié)構(gòu)的影響以及無機鹽的合理應(yīng)用提供必要的理論依據(jù)和基礎(chǔ)支撐。
　　采用掃描透射X射線顯微技術(shù)(STXM)，結(jié)合近邊X射線吸收精細結(jié)構(gòu)吸收譜(NEXAFS)、29Si固體核磁共振、X射線衍射和差示掃描量熱(DSC)等技術(shù)手段，研究了無機鹽對C3S水化產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)的影響，揭示了其對水化機理的影響規(guī)律。研究表明

3、：C3S水化產(chǎn)物C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)中Ca2+的配位情況并不是六配位八面體對稱，而是七配位不規(guī)則對稱；CaCl2并未與C-S-H發(fā)生化學(xué)鍵合，也未改變Ca2+不規(guī)則的七配位對稱性，但CaCl2通過加速C3S的溶解過程來縮短預(yù)誘導(dǎo)期和誘導(dǎo)期，直接進入到加速期，并激發(fā)了C-S-H硅酸鹽鏈中橋連SiO4四面體的形成，增大了C-S-H結(jié)構(gòu)中硅酸根鏈的聚合度，進而使得C-S-H形貌向二維方向生長形成薄層狀。
　　Ca(NO3)2未改變C-S-

4、H中Ca2+不規(guī)則的七配位對稱性，但在一定程度上增大了C-S-H凝膠中CaOx多面體的晶體場強度，優(yōu)化了C-S-H中Ca原子配位對稱性；Ca(NO3)2對C3S水化反應(yīng)的加速作用并不明顯，反而在一定程度上延長了誘導(dǎo)期，僅提高了3d內(nèi)C-S-H硅酸鹽鏈的聚合度，但對7d和28d的C-S-H硅酸鹽鏈的聚合度并無影響；Ca(NO2)2對C3S水化反應(yīng)速率及C-S-H硅酸鹽鏈的聚合度幾乎無影響。
　　Na2SO4較大程度上縮短了C3S水化

5、過程中的預(yù)誘導(dǎo)期和誘導(dǎo)期，直接進入到加速期。Na2SO4未改變C-S-H凝膠微觀結(jié)構(gòu)中Ca2+不規(guī)則的七配位對稱性，對C-S-H硅酸鹽鏈的聚合度幾乎無影響，但增大了C3S及其水化產(chǎn)物C-S-H凝膠和Ca(OH)2的分散度。
　　采用高能X射線衍射技術(shù)深入研究了CaCl2對C-S-H(I)(鈣硅比為1.0)微觀結(jié)構(gòu)特征的影響，避免了C3S水化產(chǎn)物氫氧化鈣的干擾，發(fā)現(xiàn)隨著CaCl2的濃度的增加，C-S-H(I)中Si-O鍵長(1.64

6、)保持不變，Si原子的配位數(shù)均為4，而Ca原子的配位數(shù)從7下降到6，C-S-H(I)結(jié)構(gòu)從類Tobermorite結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轭恓ennite結(jié)構(gòu)，而層間距由~12增大至~14.5。
　　采用掃描透射X射線顯微技術(shù)(STXM)，結(jié)合近邊X射線吸收精細結(jié)構(gòu)吸收譜(NEXAFS)和XRD等手段，揭示了CaCl2與C3A水化產(chǎn)物的鍵合作用機理，發(fā)現(xiàn)CaCl2存在時，C3A水化產(chǎn)物為C3AH6和Friedel鹽(Fs)；當摻入50％石膏

7、(C3A的質(zhì)量分數(shù))時，CaCl2溶液濃度為36mM時，C3A水化產(chǎn)物中出現(xiàn)Kuzel鹽(Ks)，而在1mol/L的CaCl2溶液中，Ks不能穩(wěn)定存在并轉(zhuǎn)化為Fs，并發(fā)現(xiàn)Fs生成于板狀晶體Kuzel鹽周圍以及與鈣礬石的界面區(qū)域。隨著CaCl2溶液濃度的增加，單硫型硫鋁酸鈣(Ms)轉(zhuǎn)化為AFt、Ks和Fs，而AFt和Kuzel鹽中的SO42-不斷被溶液中Cl-所替代而游離出來，最終形成Fs和石膏。根據(jù)CaL3,2-edge NEXAFS吸