水热合成C-S-H超细粉体微观结构分析及接触硬化机理初探

摘要

对水热合成水化硅酸钙的传统研究主要集中在对其结晶良好的组分，如硬硅钙石、托贝莫来石、水石榴石等的研究上，而对于水热初期形成的C-S-H凝胶，由于其多变的化学组成和非晶态的结构特点，相关的研究却很少。本论文通过多种微观的物理和化学测试手段，如 XRD，DSC/TG，BET，SEM，TEM，IR等，研究在所采用的水热合成条件下生成的C-S-H超细粉体的化学组成和结构，以及其接触硬化性能，为水化硅酸钙凝胶系统的完善以及非结晶无机粉体的测试提供一些参考依据，并对水化硅酸钙凝胶的接触硬化机理进行初步的探索。同时为该超细粉体在涂料、橡胶中的应用提供理论依据，并且为粉体的表面改性等研究方向提供可行的思路。
　　本文采用动态水热合成工艺，以粉煤灰、硅藻土和石英砂为硅质原料，石灰为钙质原料，在较低的蒸压制度下制备了结晶度低，比表面积大，粒径小的C-S-H超细粉体。采用多种现代测试手段对制得的C-S-H超细粉体进行成分、结构和形貌等方面的微观分析，发现其主要成分为结晶不良的CSH(B)和类似托贝莫来石和硬硅钙石的前躯体，比表面积达到64.6m2/g，孔容积达到0.16ml/g，最可几孔半径为0.9nm。SEM电镜下，粉体粒径约为20μm左右，分布均匀，呈类球状或纤维状。TEM电镜下，根据硅质原料的不同，粉体为由50nm左右的粒子链接成的松散聚集体，或直径为10~20nm针状纤维交错叠加的聚集体。
　　硅质原料中SiO2的聚集结构和杂质对反应程度和合成的C-S-H超细粉体的形貌有较大的影响。SiO2的聚集程度越高，反应程度越低，且合成产物趋向于纤维状形貌。
　　根据非稳定结构矿物质具有接触硬化性能的原理，将制得的C-S-H超细粉体压制成立即具有强度和耐水性的块体材料。在40Mpa压力下成型块体的立即抗压强度为8MPa以上，软化系数为0.7以上，且粉体反复成型5次仍具有接触硬化性能。
　　通过微观测试手段分析了压制过程中粉体的晶态、化学键及形貌等方面的变化，结果表明粉体在压制成块体过程中及反复成型过程中结晶度提高，晶体成分增加，密度增大，并伴随块体强度的降低，粉体向结构有序化方向发展。从理论角度分析了C-S-H超细粉体的接触硬化机理，接触硬化过程是表面自由能转变为分子间势能的过程，粉体由非稳定状态向结构有序化方向转化；接触缩聚结构中产生了具有抗水性和可逆性的接触。结合理论分析提出了适合于本论文所研究的C-S-H超细粉体的结构模型。

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1 绪论

1.1 C-S-H凝胶研究概述

1.2 水热合成C-S-H研究概况

1.3 非稳定矿物质接触硬化概述

1.4本课题的主要研究内容及意义

2 C-S-H超细粉体的微观研究

2.1 实验对象

2.2 实验方法的选择

2.3 测试结果及分析

2.4 硅质原料对水化产物的影响

2.5 杂质对水化产物的影响

2.6 本章小结

3 C-S-H超细粉体的接触硬化性能研究

3.1水化硅酸钙块体材料的制备

3.2 C-S-H块体的微观研究

3.3 本章小结

4 C-S-H超细粉体的接触硬化机理分析

4.1 能量原则

4.2 接触类型

4.3 C-S-H结构模型

4.4 本章小结

5 水热合成C-S-H超细粉体的应用

5.1 C-S-H改性涂料

5.2 C-S-H改性橡胶

6 结论

7 展望

致谢

参考文献