水泥熟料礦物的溶膠—凝膠法制備及其水化研究.pdf

1、本論文系統(tǒng)地研究了水泥熟料的四大主要礦物C3S、β-C2S、C3A和C4AF的溶膠-凝膠法制備過(guò)程，并利用粘度儀、差熱分析(DTA)、X射線衍射(XRD)、紅外光譜(IR)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)和激光粒度儀等測(cè)試手段分析了凝膠形成過(guò)程和凝膠熱處理過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)以及所制備礦物的物理性質(zhì)；同時(shí)，利用X射線熒光分析(XRF)、X射線衍射(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)、掃描電鏡(SEM)、環(huán)境掃描電鏡(E

2、SEM)、核磁共振(NMR)以及微量熱儀等測(cè)試手段詳盡地分析了所制備的四種礦物的水化過(guò)程和水化特性。研究中主要做了如下的工作：1.首次系統(tǒng)地研究了水泥熟料礦物C3S、β-C2S、C3A和C4AF的溶膠-凝膠法制備過(guò)程。不但選擇了四種礦物的溶膠-凝膠法制備的前驅(qū)物，確定了溶膠-凝膠形成過(guò)程中的用水量、溶劑、催化劑以及反應(yīng)溫度等影響因素的最佳值；并且通過(guò)對(duì)凝膠熱處理過(guò)程的研究表明，水泥產(chǎn)物的晶型與熱處理溫度有關(guān)，通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)得到

3、了各種礦物形成的最適宜熱處理工藝制度。由于在熱處理前，在礦物凝膠中已存在相應(yīng)的功能基團(tuán)或在有機(jī)物交聯(lián)作用下形成了具有礦物化學(xué)組成的結(jié)合體，因此用溶膠-凝膠法可以在低于傳統(tǒng)燒結(jié)方法的溫度下制備出產(chǎn)物。以溶膠-凝膠法制備的水泥熟料礦物不但克服了傳統(tǒng)燒結(jié)法的燒成溫度高、產(chǎn)物純度差等弱點(diǎn)，而且用溶膠-凝膠法制備的產(chǎn)物的平均粒徑小于傳統(tǒng)燒結(jié)法制備的產(chǎn)物，表面形貌也有別于后者。2.研究了溶膠-凝膠法制備的四種高純度水泥熟料礦物的水化過(guò)程

4、，為研究多組分水泥體系奠定了基礎(chǔ)。(1)按照水化放熱情況，將C3S和β-C2S水化分為五個(gè)階段：即Ⅰ初始水解期：Ⅱ誘導(dǎo)期；Ⅲ加速期；Ⅳ衰退期；Ⅴ穩(wěn)定期。當(dāng)C3S和β-C2S與水接觸后，立即水解出鈣離子和硅酸根離子，在水化開(kāi)始兩分鐘時(shí)它們的表面上都有明顯的水化產(chǎn)物生成：C3S水解出的離子多于β-C2S，因此不同含鈣離子的電解質(zhì)溶液對(duì)兩者水化的影響不同。C3S在不同含鈣離子的溶液中水化速度有如下順序：2％CaCl2溶液＞Ca(O

5、H)2飽和溶液＞H2O＞CaSO4飽和溶液；β-C2S在不同含鈣離子的溶液中水化速度有如下順序：2％CaCl2溶液＞CaSO4飽和溶液＞Ca(OH)2飽和溶液≈H2O＞CaCO3飽和溶液。C3S和β-C2S的水化產(chǎn)物C-S-H凝膠中Si-O結(jié)構(gòu)隨著水化的進(jìn)行不斷聚合。盡管CaCl2能加速水化，但是它不能促進(jìn)C-S-H凝膠中Si-O的聚合。探討了C3S水化動(dòng)力學(xué)模型，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。(2)溶膠-凝膠法制備的C3A水化很

6、快，在水化早期的主要水化產(chǎn)物為立方形的C3AH6，并且水化溫度越高，水化早期Ca(OH)2晶體越容易形成。通過(guò)研究石膏存在時(shí)C3A的水化過(guò)程發(fā)現(xiàn)，在鈣礬石完全生成前，它就已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)化為單硫型硫鋁酸鈣。石膏摻量影響C3A水化的速度，當(dāng)石膏摻量較少時(shí)，將促進(jìn)C3A水化速度；然而當(dāng)摻量較大時(shí)，將延緩C3A的水化，并且延緩作用隨著石膏摻量的增加而明顯增加。研究表明石膏粉末的溶解過(guò)程幾乎不影響C3A的早期的水化速度。通過(guò)對(duì)比硫酸鈉和石膏

7、對(duì)C3A水化的影響,結(jié)果表明石膏的延緩作用不是由于SO42-吸附在C3A顆粒表面，而可能是由于形成滲透性差的鈣礬石覆蓋層而引起。溶膠-凝膠法所制備的C4AF水化過(guò)程與C3A類(lèi)似，但是水化更快，它水化的初期就生成大量的二十四面體的水化產(chǎn)物C3(A，F(xiàn))H6晶體。相同量的石膏對(duì)C4AF水化的延緩作用比對(duì)C3A水化的延緩作用小。(當(dāng))石膏和C4AF完全反應(yīng)(時(shí)，它們)的摩爾比大于3而小于4。水化產(chǎn)物除了鈣礬石外，還有凝膠；并且根據(jù)F