外文翻譯(中英文)Na2SO4-對硬石膏水化進程及其水化產(chǎn)物形貌的影響

1、安徽建筑工業(yè)學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）外文翻譯Na2S0 4對硬石膏水化進程及其水化產(chǎn)物形貌的影響摘要：通過硬石膏水化率、水化溫度、液相離子濃度測定和硬化體顯微結(jié)構(gòu)分析，研究了硫酸鈉對硬石膏水化進程和二水石膏形貌的影響，從二水石膏晶體生長角度探討了硫酸鈉的作用機理。 結(jié)果表明，硫酸鈉可促進硬石膏溶解，使硬 石膏水化率提高，水化熱集中，水化潛伏期縮短，水化進程加快；硫酸鈉還可提 高二水石膏的析晶過飽和度，使二水石膏臨界晶核半徑減少，晶體成核與生長速 率加快，晶體尺寸減?。籒a2S0形成富SO42-液相，有利于二水石膏晶體結(jié)構(gòu) 基元形成，高SO42-濃度改變了晶面在不同軸向生長的相對速

2、率，使 c軸方向 的生長具有優(yōu)勢，從而改變了二水石膏晶體生長習(xí)性，使二水石膏晶體由板狀為 針柱狀。關(guān)鍵詞：硬石膏；硫酸鈉；水化進程；晶體形貌中國硬石膏資源豐富，但是它們的利用率和利用程度很低，緩慢溶出度和低 水化活性是主要限制硬石膏利用率的主要因素，因此激活其水化活性已成為有效 利用硬石膏的關(guān)鍵。雖然增加了固化溫度可加速硬石膏的溶解，但是它的溶解度和水化率降低， 因此通過增加水化熱提高硬石膏水化活性是不可行的。硬石膏解散和水化活性呈 正相關(guān)的分散程度，增加硬石膏顆粒細(xì)度能有效改善其溶解活性。適當(dāng)煅燒能增 加顆粒表面缺陷，產(chǎn)生一些晶格畸變，從而提高其溶解性，這一證明是一種有效 方法來提高硬石膏活

3、性。大量研究表明硫酸鹽對硬石膏水化活性發(fā)揮重要作用， 在國內(nèi)和國外關(guān)于硫酸鹽活性對硬石膏水化率和硬化漿體強度的解決方案已有 了系統(tǒng)研究，優(yōu)于普通建筑石膏可通過硫酸鹽活性改性，因此硬化基膠凝材料比它具有更高的強度。目前的研究主要集中在硫酸鹽活性對硬石膏水化率和強度的影響，然而它們在硬石膏水化過程、液相的離子成分、晶體生長和結(jié)晶形態(tài)的二水石膏中很少被 解決。然而硫酸鹽激發(fā)劑激活機制是簡單歸結(jié)為復(fù)鹽形成不穩(wěn)定的中間體，其內(nèi)因更透徹的了解是必要的。本文介紹了硫酸鈉對硬石膏溶解特性影響的系統(tǒng)研 究，在液相離子濃度中，二水石膏、硬石膏水化過程及二水石膏結(jié)晶形貌的結(jié)晶 過飽和、硫酸鹽激活機制從二水石膏晶體成

4、核和生長觀點和硫酸鹽對應(yīng)石膏內(nèi)部 激發(fā)被揭示進行了討論。1. 實驗過程1.1材料天然硬石膏來自重慶三圣石膏廠，其比表面積 3190cm2/g，它的化學(xué)成 分如表1硫酸鈉是一種分析試劑。表1天然硬石膏化學(xué)組成CaOSO?FgA1OSlO：XI gOCrystiil water39.5554.460.010.161.571.360.151.2測量1.2.1 水化率 硬石膏水化率在給定的時間用乙醇終止，按照 GB/1766.9.2-1999熟石膏測定結(jié)晶水含量的規(guī)定準(zhǔn)確測量結(jié)晶水含量，然后計算二水石膏含量和水化率。1.2.2 液相離子濃度硬石膏中加入去離子水或者按10:1水-石膏質(zhì)量比不同濃度的鹽溶

5、液，然后再20± 3C下水化，根據(jù)水化時間對樣品篩選，在篩選過 程中，通過原子吸收光譜和硫酸鋇重量法分別測量 Ca2+和SO2 -離子的濃度。1.2.3 一致性、凝結(jié)時間和強度根據(jù)JC/T517-2004熟石膏標(biāo)準(zhǔn)對新硬石膏一致性、凝結(jié)時間和硬化漿體強度測定。1.2.4 水化過程中溫度作用 硬石膏混合均勻后立即導(dǎo)入一個插有準(zhǔn)確溫度 計的保溫瓶，記錄不同水化時間的溫度。水化升溫被定義為各階段溫度和初始溫 度的差異。2. 結(jié)果和討論2.1硫酸鈉對硬石膏水化過程的影響硬石膏的凝結(jié)時間，水化率和水化溫度提高無需加入硫酸鈉和不同的硫酸鈉 濃度的情況在表2、圖1中表現(xiàn)。表2硫酸鈉對不同的硬石膏凝

6、結(jié)時間和水化率的影響二 meif(ffloi-r1)bik：jl<nrcFinal settinglh4 11Id3d28cQ03 j 110 hm0Q71L0'511.4茫：41J1.55 li ： ? irn叮Ike4-.3hlhij 11 IT：一4k 11 mJIH城10klJZlT.r.口1口l?.l403114； iron5.0吐446,&2.5« Blank l.ONa.SO, 2.0% 也 SChx 40%N曲Tim 已 h硬石膏的凝結(jié)及硬化非常緩 慢，如表2所示，其初凝時間為26.5 小時，在水化前4小時，幾乎沒有 發(fā)現(xiàn)水化產(chǎn)物。水化后8小時，

7、其 水化率為0.8 %，水化28天僅達(dá) 33.8%,在硫酸鈉存在的情況下，硬 石膏水化率顯然被激活，隨著對 Na2SO4勺量的增加，硬石膏凝結(jié)時 間大大縮短，水化率顯著提高；例 如，用1.5 %的硫酸鈉（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），石膏凝結(jié)時間縮短22小時38分鐘此外，1 d和28 d的水化率分別上升 至7.2 %和33.8 %至24.8 %和62.6 %。如上圖所示，該水化率在早期水化期間漲幅明顯高于后者，這表明，Na2SO 4的活化作用主要發(fā)生在早期硬石膏水化地 方。當(dāng)硫酸鈉用量超過2.0 %，水化率的上升變得緩慢，在后一階段增加用量達(dá)到3.0 %幾乎沒有水化。對硬石膏水化過程是一個放熱反應(yīng)。 在絕

8、熱條件下，硬石膏水反應(yīng)體系的溫 度會繼續(xù)上升，因此，硬石膏水化過程中的溫度上升的變化趨勢可以從另一個角 度了解其水化過程。圖1所示，在空白樣品的溫度上升的曲線，因為沒有激活硬 石膏水合物且極為緩慢，在早期 階段水化溫升主要來自它的分解。之后，溫度 上升了較長時間，這表明硬石膏水化進入一個潛伏期， 水化率相當(dāng)緩慢。八個小時后，水化溫度上升慢，硬石膏開始逐漸水化。此外，Na2SO4的大大縮短了硬石膏水化潛伏期。硬石膏溶解后，迅速進入到一個加速水化期間，和水化產(chǎn)物， 水化熱演化而增加和溫度升高的水化一起。在2.0 % Na2S0溶液中，在硬石膏水化后4 h溫度的提高約等于空白硬石膏水化 30小時。總

9、之，除了 Na2SO4在硬石 膏水化作用，另外主要是由硬石膏和硬石膏水化進程加快水化活性顯著激活作用 2.2 硬石膏的顯微組織和強度在28天的微觀結(jié)構(gòu)水化后用掃描電子顯微鏡（SEM研究了不同濃度的Na2S0與硬石膏漿體硬化，其抗折強度和抗壓強度不同水化時間進行了測試。結(jié)果列于圖 2和表 3。圖2是用不同劑量的Na2S0硬化硬石膏粘貼照片。在圖2中，我們可以看到， 無水硬組織比較松散， 許多未水化顆粒在無水硬化漿體依然存在。 所生產(chǎn)的二水 石膏晶體粗，大多扁平，晶體關(guān)節(jié)之間都非常差，是由于相對低強度硬化導(dǎo)致。表3的抗彎強度和抗壓強度的硬石膏水化 28天顯示只有2.12 MPa和7.5 MPa。加

10、 入硫酸鈉后， 無水的硬化漿體結(jié)構(gòu)的明顯改善， 主要是二水石膏量明顯增加， 除 此此外，晶體的尺寸縮小向柱狀晶體轉(zhuǎn)變。因此，各個晶體關(guān)節(jié)增強，從而硬化硬石膏團強度明顯增加。當(dāng)硫酸鈉用量為 2.0 %，硬石膏粘結(jié)強度經(jīng)過28 d的水 化抗折強度和抗壓強度是4.91 MPa和18.6 MPa時。這些結(jié)果表明，硫酸鹽激發(fā) 劑，不僅可以加速硬石膏水化進程， 而且還可以改善其硬化漿體的微觀結(jié)構(gòu)， 增 強了二水石膏晶體晶粒細(xì)化， 提高硬化硬石膏團強度。 硬石膏粘貼的硬化強度在 28 d 的是隨硫酸鈉劑量的增加，但是當(dāng)硫酸鈉用量超過 2.0%，強度將下降到一 定程度，所以硫酸鈉最佳劑量應(yīng)在 2.0%左右。圖

11、2不同硫酸鈉用量下硬石膏掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)Reni wlMPas伽甲般:冗師：1賓nLclxi lEClJUO Ot illMl >li21 dG肚2,12133.6LiID1.21珈16邛14IJ1,5；邛tj4.110211110Id!邛躬1114101104北11.6表3硫酸鈉對硬石膏粘結(jié)強度的影響2.3硫酸鈉對硬石膏液相離子濃度的影響硬石膏水化和硬化遵循溶解結(jié)晶機制。在液相中影響晶體的生長速率和二水 石膏晶體形貌的重要因素是Ca2+和S04-離子濃度。關(guān)于液相離子濃度的研究對 揭示硫酸鹽激活內(nèi)部行動有實質(zhì)性的幫助。如表3和4所示是關(guān)于在硬石膏，硫酸 鈉水溶液中離子濃度的影響。在硬石

12、膏早期水化階段，鈣離子和硫酸根很快分解。隨著硬石膏溶解，它們在液相中濃度迅速增加，然后由于對硬石膏溶解率下降增加速度減緩。 當(dāng)鈣離子和硫酸根濃度在液相中比二水石膏的晶體核和二水石膏飽和濃度較咼。因為在二水結(jié)晶時的消耗，Ca2 +和 SO42 -的濃度逐漸下降。同時，進一步對硬石膏用 品分解Ca2+和SO4離子。最終，鈣離子和硫酸根濃度在液相逐漸達(dá)到平衡。 Ca2 +和SO42-離子濃度和越細(xì)晶粒尺寸是二水石膏的結(jié)晶的動力，所以較高的Ca2+和SO4-離子濃度的產(chǎn)品，有利于更快晶體核和二水石膏的增長。至于硬石膏水 溶液系統(tǒng)，它的鈣離子和硫酸根產(chǎn)品濃度非常低，所以晶體的成核和二水石膏增 長緩慢，這

13、導(dǎo)致了硬石膏水化率較低，大量的二水石膏晶體組織粗大和硬化硬石 膏粘貼強度較低。圖3不同水化時間鈣離子濃度圖4不同水化時間SO42-離子濃度硫酸鈉較易溶解，增加了硫酸根離子的濃度。溶解主要取決于硫酸鈉用量和 水石膏的比例，對硬石膏水化的影響很小。采取在2.0 %硫酸鈉水溶液體系和水- 石膏比為0.3作為一個例子，平衡下SO4-離子的為0.46 mol / L的（在圖4所示）。 由于異離子效果，硫酸鈉的加入降低了液相中鈣離子濃度。另一方面，SO4-離子的濃度過高則在早期階段起促進作用，硬石膏水化為二水石膏成為飽和溶液液 相。然后，二水石膏結(jié)晶，消耗 Ca2 +和SO4-離子，這同樣促進了硬石膏溶解

14、， 同時也維持了 Ca2 +和SO4-離子在液相的濃度。這就是說，硫酸鈉具有對硬石 膏溶解有顯著的促進作用。所生產(chǎn)的高硫酸根濃度和高的鈣離子和硫酸根離子濃 度加速硬石膏水化和溶解。2.4 硫酸鈉活性機制二水石膏是唯一硬石膏水化產(chǎn)物。硬化硫酸鈉內(nèi)部功能對有關(guān)硬石膏水化和其晶體的成核，生長速率，晶體形態(tài)和二水石膏晶體大小有影響。二水石膏是一 種單斜晶體，其晶體結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。二水石膏的晶體結(jié)構(gòu)是一個分層結(jié) 構(gòu)，它由一個雙層和一個水分子層的交替。雙結(jié)合層是由Ca2 +和SO4-離子的是垂直于b軸方向平行于（010）表面的S - O四面體，它是二水石膏晶體結(jié)構(gòu) 單元。一份關(guān)于在S - O四面體的

15、基礎(chǔ)Ca-O多面體是比較容易形成。因此，SO4 -離子的濃度決定了晶體結(jié)構(gòu)單元和成核中心的二水石膏量，從而對晶體的成核 和二水石膏的生長有重要影響。在晶體生長動力學(xué)過程二水石膏可分為以下三個步驟：首先，硬石膏解散, 并過飽和溶液形成。然后，二水石膏臨界晶核產(chǎn)生。最后，晶核生長。只有超過J 一OUJ L1IShu臨界晶核半徑可以長成穩(wěn)定二水石 膏晶體。硬石膏溶解越快，離子濃度 在液相中越高，較高的飽和度為二水 石膏結(jié)晶和較小的臨界晶核半徑和 能量壘。由于晶體的成核，相應(yīng)地， 成核率較高，成核速率快，晶粒尺寸 較小，其硬化漿體強度較高。圖6顯 示了 2.0 % Na2SO和空白樣二水石膏 硬石膏樣

16、品的結(jié)晶過飽和曲線。硫酸 鈉大大增強了二水石膏的結(jié)晶過飽 和度，增加了二水石膏結(jié)晶的動力，降低了主要晶體成核，加速了晶體的成核和生長率和硬石膏水化過程中， 所有這 些都是二水石膏晶體細(xì)化和硬化漿體強度加強的基本的原因。圖5二水石膏的晶體結(jié)構(gòu)圖6硬石膏過飽和度曲線激活的硫酸鹽除了破壞平衡的 Ca2 +在液相和SO© -離子濃度。結(jié)果，S04- 的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈣離子濃度較高。如上所述，硫酸根已在二水石膏晶體層狀結(jié)構(gòu) 中對S - O四面體結(jié)構(gòu)單元形成起主要影響，因此高 SO42的濃度有益于二水石 膏形成多面體結(jié)構(gòu)單元和層狀晶體結(jié)構(gòu)。液體中高SO42的濃度改變了二水石膏 晶體生長的行為，使在

17、坐標(biāo)方向晶核生長速度相對優(yōu)勢， 進而改變了二水石膏晶 體形貌由板狀晶體到針狀或柱狀晶體。3. 總結(jié)（1）加入Na2SO縮短了硬石膏凝結(jié)時間，提高了水化率，集中了水化熱，加速了水化過程。從微觀角度分析加入硫酸鈉使硬石膏硬化漿體結(jié)構(gòu)變得緊湊，改變了二水石膏晶體的大小，從而硬化漿體強度加強。（2）加入Na2SO加速了硬石膏溶解，提高了二水石膏結(jié)晶過飽和，晶體的成核 率和晶粒尺寸減少。液體環(huán)境中豐富的 SO4-離子是由于硫酸鈉加入，雖然對二 水石膏晶體的結(jié)構(gòu)單元形成有益的，但是改變了二水石膏晶體生長行為和晶體中 從針狀或柱狀晶體的晶體形態(tài)。參考文獻：1岳文海，趙青南。研究硬石膏水化硬化過程中熱力學(xué)研究

18、J。武漢大學(xué)（在 中國），1988, 10（3）: 283-289。2楊新亞，穆杉斌，秦克剛。磨方法對硬石膏活性的影響J。3陳吉春，王浩，畢平，等。磨削對硬石 膏研究J修改?？茖W(xué)技術(shù)海外建立母校（在中國），1997，18（2）: 44-46.在高溫對硬石膏結(jié)構(gòu)相變的研究J。1998,4楊淑珍，穆杉斌，趙書林，等。18（ 1）： 73-78. 楊新亞，楊淑珍，陳文藝。研究溶解度和煅燒硬石膏結(jié)構(gòu)J。武漢大學(xué)（在 中國），2000 , 22（2）: 21-24 .6穆拉特米，利用正交試驗對硬石膏在水溶液中的影響因素系統(tǒng)的研究。杰姆 Concr 雜志,1987.17633-639.7 岳文海。天然硬石膏水化和硬化 1/ 會議 ,1985 年北京國際研討會水泥和混 凝土研究 J ，北京，中國