材化12-2宮寶昌1209020208水泥固化劑材料設(shè)計0

1、材料化學(xué)專業(yè)科研訓(xùn)練材 料 化 學(xué) 專 業(yè)科 研 訓(xùn) 練題 目: 水泥固化劑材料設(shè)計班 級: 材化12-2 姓 名: 宮寶昌 指導(dǎo)教師: 李東平 哈爾濱理工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院2014年12月31 日 摘 要本次課題為水泥固化劑材料設(shè)計，本文主要針對硅酸鹽水泥固化過程分析固化機理。水泥固化劑，主要是由無機物、化學(xué)活性物質(zhì)、和絡(luò)合物等組成的樹脂材料，是一種無色透明、使用方便、無毒不燃、滲透力極強的液體材料。固化劑通過有效滲透，與混凝土和石造物中的成分發(fā)生化學(xué)、結(jié)晶反應(yīng)，使混凝土的各成分固化成一個堅固實體，并阻塞了混凝土的各大小細(xì)孔，得到一個無塵致密的整體，從而提高混凝土的耐磨性、抗壓性、致密性

2、和抗?jié)B性。本文內(nèi)容包括水泥固化劑的發(fā)展歷史，國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢。水泥固化劑的應(yīng)用原理，水泥水化的過程和原理和加入固化劑的作用機理。對固化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。水泥固化凝結(jié)后其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有許多孔洞結(jié)構(gòu)疏松，使用硅酸鋰水泥固化劑摻入納米二氧化硅有效的提高固化劑的固化效果。加入納米SiO2不僅能使結(jié)構(gòu)更加致密，而且改善了水泥內(nèi)凝膠結(jié)晶方向。更加有效的讓水泥凝結(jié)固化，使水泥更結(jié)實耐用，將是一種高效的水泥固化劑。I目 錄摘要I第1章緒論1.1 目標(biāo)材料介紹11.2水泥固化劑國內(nèi)外研究歷史現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2 1.2.1水泥固化劑國內(nèi)外發(fā)展歷史現(xiàn)狀. 2 1.2.2 水泥固化劑發(fā)展趨勢. 3第2章水泥固化劑作

3、用機理2.1水泥凝結(jié)固化過程及原理4 2.1.1水泥成分.4 2.1.2水泥水化過程.42.2水泥固化劑作用原理 2.2.1水泥固化劑組成.7 2.2.2水泥固化劑固化原理.8第3章硅酸鋰水泥固化劑的改進(jìn)設(shè)計3.1硅酸鋰性質(zhì)103.2摻納米SiO2硅酸鋰水泥固化劑.11總結(jié)15參考文獻(xiàn)16千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行第1章 緒 論1.1 目標(biāo)材料介紹水泥固化劑（水泥硬化劑）是一種水泥密封、防塵、耐磨硬化劑，無色、無臭、無毒、不燃。通過有效滲透(5-10)，與水泥中的化學(xué)成分發(fā)

4、生深刻化學(xué)反應(yīng)，在三維空間形成一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使水泥中的各種成分固化成一個堅固實體，從而得到一個無塵、致密的整體，永久避免了水泥灰塵從表面空隙中析出。有效提高了強度、密度和耐磨性。 經(jīng)過機械收光后的水泥地面使用本產(chǎn)品2至4個月后會出現(xiàn)打蠟的光澤，硬度隨時間的增長而增加，是原先地坪的2-3倍。增強混凝土地面的表面硬度和耐磨性能；提高混凝土地面的抗壓強度；緊縮混凝土毛細(xì)孔，有效抑制外界污染物進(jìn)入混凝土；能抵抗化學(xué)物質(zhì)的侵蝕；高強耐磨；和混凝土中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)在其毛孔中形成一種膠體；密封混凝土，增強其密度；有較高的的抗?jié)B性和抵御油脂的性能；處理后的地面會出現(xiàn)大理石般的光澤，使用越久光潔度越好。適合用于

5、處理解決混泥土地面、水泥地面、耐磨地坪起砂中，舊地坪翻新地面和舊墻面翻新，以及所有以混凝土或水泥砂漿為基層的場所地面施工運用。使用水泥固化劑的水泥有很多特點如：1、堅 硬：經(jīng)水泥地面固化劑處理后的地面，莫氏硬度將達(dá)到9，莫氏硬度提高45.3%；2、耐 磨：經(jīng)水泥地面硬化劑能夠?qū)⒒炷林械母鞣N成分固化成一個堅硬的實體，增加硬度和密實度，經(jīng)使用“德立固硬化劑”的地面熟化后，耐磨度將提高到8倍以上; 3、防 塵：水泥地面硬化劑與混凝土中的氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在混凝土表面形成一個無塵、致密的整體，永久控制了混凝土灰塵從表面空隙中析出。4、防 滑：一般的混凝土地面，鹽堿成份會從表面析出，導(dǎo)致打滑。但“德

6、立固硬化劑”地面則不同，它在混凝土表面形成一個堅固、致密的整體，鹽堿成份不會從表面析出。5、抗 壓：抗壓強度經(jīng)處理試樣比未處理試樣增強27.3%，抗折強度提高3倍以上。6、抗 滲：能有效滲入到混凝土內(nèi)，并與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鎖住里面的毛孔，對混凝土表面起到永久的密封效果，能有效抑制水、油和其它的表面污物進(jìn)入混凝土內(nèi); 7、抗風(fēng)化：紫外線及噴水對處理過的試樣沒有不良的影響.能有效阻止氯離子的通過.測試表明經(jīng)處理過的地面，不會因暴露在電磁或水霧中受到影響; 8、耐腐蝕：經(jīng)處理后的地面，將大大提高了混凝土的耐腐蝕性能。 9、光 亮：經(jīng)水泥地面硬化劑處理后的混凝土地坪會出現(xiàn)大理石般光澤，使用越久光澤度越

7、好。10、環(huán) 保：水泥地面硬化劑是一種混凝土密封、防塵、耐磨硬化劑，無色、無臭、無毒 、不燃，能使混凝土堅固和防塵;能阻止水份 、油污滲透、堿化、風(fēng)化等。1.2 水泥固化劑國內(nèi)外研究歷史現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 水泥固化劑國內(nèi)外發(fā)展歷史現(xiàn)狀世界上固化劑的研究與開發(fā)已有些歷史了，品種已達(dá)300種以上，固化劑種類繁多，主要可分為堿性固化劑和酸性固化劑兩大類。堿固化劑有:各種胺類、咪哇類、低分子聚酞胺類和改性胺類。一酸性固化劑有:有機酸配和三氟化硼農(nóng)合物等。國內(nèi)早期專門從事研究固化劑的單位有天津市合成材料工業(yè)研究所，生產(chǎn)單位有上海樹脂廠、天津延安化工廠、天津津東化工廠。七十年代以后，研究開發(fā)單位有四

8、川晨光化工研究院、四川西南化工研究院和上海東化工學(xué)院等。生產(chǎn)單位有常州石油化工廠、蘇州造漆廠、上海開林造漆廠、上海染化八廠、浙江清明化工廠，南通電子材料廠等。八十年代，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)也積極引進(jìn)了固化劑的生產(chǎn)技術(shù)，進(jìn)行生產(chǎn)固化劑，如江陰顧山電器化工材料廠。吳縣東堵化工廠等?？偟内厔菔茄芯?、生產(chǎn)單位日益增多。水泥固化劑又名混凝土密封固化劑是一種無色透明施工便捷、無毒、（不含VOC）、不燃滲透力強、可永久密封混凝土的液體材料。二戰(zhàn)后由一名德國科學(xué)家在美國加利福尼亞州發(fā)明，經(jīng)過幾十年的發(fā)展其配方已從鈉基型逐步改進(jìn)成鋰基硅酸鹽原料配以獨特的催化劑高溫乳化而成是高滲透低堿性的鋰基混凝土固化劑，避免了ASR的堿硅

9、反應(yīng)所產(chǎn)生的混凝土開裂。第一代鈉基產(chǎn)品有限提高混凝土強度和耐磨性缺點是控制不好容易泛堿發(fā)白，這種產(chǎn)品的市場由最初的進(jìn)口產(chǎn)品為主，如今的產(chǎn)品國內(nèi)外產(chǎn)品平分天下，另外由于國內(nèi)產(chǎn)品大多數(shù)為仿制品，在材料輔助劑方面無法完全照搬進(jìn)口產(chǎn)品。第二代鉀基產(chǎn)品在大陸市場不是很常見，其性能比鈉基產(chǎn)品稍微有所改進(jìn)但是不明顯，替換的可能性很小。第三代鋰基產(chǎn)品在性能上與前兩代產(chǎn)品相比，具有無比的優(yōu)越性，它可以很大程度上降低或避免混凝土和耐磨地面的發(fā)絲狀裂紋，他可以更大程度上提高混凝土和耐磨地面的抗壓強度耐磨性，它可以避免前兩代產(chǎn)品出現(xiàn)的泛堿發(fā)白的通病，在施工方面減少了清水沖洗基面的繁瑣工序。1.2.2 水泥固化劑發(fā)展趨

10、勢水泥固化劑主要作用是增強水泥的性能抵消混凝土內(nèi)的缺陷，未來水泥固化劑研發(fā)應(yīng)更注重環(huán)保價格低廉便捷實用時間長等方面，對于目前已有的產(chǎn)品還有很多可以改進(jìn)的地方，另外固化劑的使用方法和條件方面也可以有不少改進(jìn)以適應(yīng)諸多惡劣環(huán)境等外界因素。而且混凝土的應(yīng)用過程中還需要許多其他添加劑如：減水劑、早強劑、引氣劑、緩凝劑、抗凍劑、阻銹劑、膨脹劑、速凝劑、絮凝劑、泡沫劑、著色劑、蒸養(yǎng)劑、流化劑、脫模劑、消化劑、堵漏劑等等。這么多的添加劑功能各異。使用起來著實也麻煩，所以功能復(fù)合型水泥固化劑將是研究的熱點，也確實值得人們?nèi)ヅρ芯抗テ聘鱾€難關(guān)得到更加優(yōu)秀的產(chǎn)品造福社會。第2章 水泥固化劑作用機理2.1 水泥凝

11、結(jié)固化過程及原理2.1.1 水泥的成分組成水泥是一種無機膠結(jié)劑，經(jīng)水化反應(yīng)后可形成堅硬的水泥塊，能將砂、石等添加料牢固地凝結(jié)在一起。普通硅酸鹽水泥熟料主要是由硅酸三鈣（3CaO·SiO2）、硅酸二鈣（-2CaO·SiO2）、鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）和鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3）四種礦物組成的，它們的相對含量大致為：硅酸三鈣3760，硅酸二鈣1537，鋁酸三鈣715，鐵鋁酸四鈣1018。這四種礦物遇水后均能起水化反應(yīng)，但由于它們本身礦物結(jié)構(gòu)上的差異以及相應(yīng)水化產(chǎn)物性質(zhì)的不同，各礦物的水化速率和強度，也有很大的差異。按水化

12、速率可排列成：鋁酸三鈣鐵鋁酸四鈣硅酸三鈣硅酸二鈣。按最終強度可排列成：硅酸二鈣硅酸三鈣鐵鋁酸四鈣鋁酸三鈣。而水泥的凝結(jié)時間，早期強度主要取決于鋁酸三鈣和硅酸三鈣。 2.1.2 水泥的水化對于水泥的水化，形成了兩種不相容的水化機理，一種是所謂溶解機理，即水泥中的化合物能夠溶解在水中，并在溶液中產(chǎn)生離子，然后再與水化合生成水化物。第二種機理為”局部化學(xué)”機理或稱為”固相反應(yīng)”機理，認(rèn)為水泥化合物不必進(jìn)人溶液，而是直接與水反應(yīng)形成水化產(chǎn)物。后人的研究證明，水泥的水化過程中既有溶解機理，又有固相反應(yīng)機理，在水泥水化的早期，溶解機理占主導(dǎo)地位，而水化后期特別是擴散作用更難進(jìn)行時，主要是固相反應(yīng)機理起作用

13、。1現(xiàn)代分析儀器的應(yīng)用，使人們對水泥水化過程的認(rèn)識有了更進(jìn)一步的發(fā)展。目前，人們對于水化的主要特征已經(jīng)有了比較一致的認(rèn)識，但是對細(xì)節(jié)的解釋還有很大的差別。 三個階段，比較形象地描述了硅酸鹽水泥水化漿體結(jié)構(gòu)形成的過程。第一階段從水泥拌水到初凝為止，硅酸三鈣與水迅速反應(yīng)生成Ca(OH)2飽和溶液，析出Ca(OH)2晶體，與此同時石膏也進(jìn)人溶液與鋁酸三鈣反應(yīng)生成細(xì)小的鈣礬石晶體，這一階段水泥漿體呈塑性狀態(tài)。第二階段大約從初凝開始至24h為止，這個階段水泥水化開始加速，生成較多的Ca(OH)2和鈣礬石晶體，同時水泥顆粒上長出纖維狀的C-S-H凝膠。水化產(chǎn)物的大量形成將各顆粒初步連接成網(wǎng)狀，隨著網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

14、的不斷增強，強度相應(yīng)增長，剩余的非結(jié)合水被分割成各種尺寸的水滴，填充在漿體孔隙之中。第三階段是指水化24h后直到水化結(jié)束的時間，這一階段相對較長，隨著水化的進(jìn)行，水化產(chǎn)物數(shù)量不斷增加，漿體結(jié)構(gòu)更趨致密，強度進(jìn)一步提高。水泥的凝結(jié)和硬化，是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，其根本原因在于構(gòu)成水泥熟料的礦物成分本身的特性。水泥熟料礦物遇水后會發(fā)生水解或水化反應(yīng)而變成水化物，由這些水化物按照一定的方式靠多種引力相互搭接和聯(lián)結(jié)形成水泥石的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致產(chǎn)生強度。2硅酸鹽水泥拌合水后，四種主要熟料礦物與水反應(yīng)。分述如下： 硅酸三鈣水化 硅酸三鈣在常溫下的水化反應(yīng)生成水化硅酸鈣(C-S-H凝膠)和氫氧化鈣。 3CaO&

15、#183;SiO2+nH2O=x CaO·SiO2·yH2O+(3-x)Ca(OH)2 硅酸二鈣的水化 -C2S的水化與C3S相似，只不過水化速度慢而已。 2CaO·SiO2+nH2O=x CaO·SiO2·yH2O+(2-x)Ca(OH)2 所形成的水化硅酸鈣在C/S和形貌方面與C3S水化生成的都無大區(qū)別，故也稱為C-S-H凝膠。但CH生成量比C3S的少，結(jié)晶卻粗大些。 鋁酸三鈣的水化 鋁酸三鈣的水化迅速，放熱快，其水化產(chǎn)物組成和結(jié)構(gòu)受液相CaO濃度和溫度的影響很大，先生成介穩(wěn)狀態(tài)的水化鋁酸鈣，最終轉(zhuǎn)化為水石榴石。 在有石膏的情況下，鋁酸三鈣

16、水化的最終產(chǎn)物與起石膏摻入量有關(guān)。最初形成的三硫型水化硫鋁酸鈣，簡稱鈣礬石，常用AFt表示。若石膏在C3A完全水化前耗盡，則鈣礬石與C3A作用轉(zhuǎn)化為單硫型水化硫鋁酸鈣(AFm)。 鐵相固溶體的水化 水泥熟料中鐵相固溶體可用C4AF作為代表。它的水化速率比C3A略慢，水化熱較低，即使單獨水化也不會引起快凝。其水化反應(yīng)及其產(chǎn)物與C3A很相似。那么，這些水化產(chǎn)物怎樣會導(dǎo)致水泥漿結(jié)硬并產(chǎn)生強度呢？水泥凝結(jié)硬化的機理究竟是什么？按結(jié)晶理論認(rèn)為水泥熟料礦物水化以后生成的晶體物質(zhì)相互交錯，聚結(jié)在一起從而使整個物料凝結(jié)并硬化。3按膠體理論認(rèn)為水化后生成大量的膠體物質(zhì)，這些膠體物質(zhì)由于外部干燥失水，或由于內(nèi)部未

17、水化顆粒的繼續(xù)水化，于是產(chǎn)生“內(nèi)吸作用”而失水，從而使膠體硬化。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是X射線和電子顯微技術(shù)的應(yīng)用，將這兩種理論統(tǒng)一起來，過去認(rèn)為水化硅酸鈣CSH(B)是膠體無定形的，實際上它是纖維狀晶體，只不過這些晶體非常細(xì)小，處在膠體大小范圍內(nèi)，比面積很大罷了。所以現(xiàn)在比較統(tǒng)一的認(rèn)識是：水泥水化初期生成了許多膠體大小范圍的晶體如CSH(B)和一些大的晶體如Ca(OH)2包裹在水泥顆粒表面，它們這些細(xì)小的固相質(zhì)點靠極弱的物理引力使彼此在接觸點處粘結(jié)起來，而連成一空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，叫做凝聚結(jié)構(gòu)。由于這種結(jié)構(gòu)是靠較弱的引力在接觸點進(jìn)行無秩序的連結(jié)在一起而形成的，所以結(jié)構(gòu)的強度很低而有明顯的可塑性。

18、以后隨著水化的繼續(xù)進(jìn)行，水泥顆粒表面不大穩(wěn)定的包裹層開始破壞而水化反應(yīng)加速，從飽和的溶液中就析出新的、更穩(wěn)定的水化物晶體，這些晶體不斷長大，依靠多種引力使彼此粘結(jié)在一起形成緊密的結(jié)構(gòu)，叫做結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)比凝聚結(jié)構(gòu)的強度大得多。水泥漿體就是這樣獲得強度而硬化的。隨后，水化繼續(xù)進(jìn)行，從溶液中析出新的晶體和水化硅酸鈣凝膠不斷充滿在結(jié)構(gòu)的空間中，水泥漿體的強度也不斷得到增長。 影響水泥凝結(jié)速率和硬化強度的因素很多，除了熟料礦物本身結(jié)構(gòu)，它們相對含量及水泥磨粉細(xì)度等這些內(nèi)因外，還與外界條件如溫度、加水量以及摻有不同量的不同種類的外加劑等外因密切相關(guān)2.2 水泥固化劑作用原理2.2.1 水泥固化劑組成

19、水泥固化劑，主要是由無機物、化學(xué)活性物質(zhì)、和絡(luò)合物等組成的樹脂材料，是一種無色透明、使用方便、無毒不燃、滲透力極強的液體材料。通過有效滲透，與混凝土和石造物中的成分發(fā)生化學(xué)、結(jié)晶反應(yīng)，使混凝土的各成分固化成一個堅固實體，并阻塞了混凝土的各大小細(xì)孔，得到一個無塵致密的整體，從而提高混凝土的耐磨性、抗壓性、致密性和抗?jié)B性。混凝土的強度主要來源于混凝土中的水泥成分中的硅、鈣在水的作用下生成的硅酸鈣化合物（C-S-H），C-S-H就是混凝土中起主要強度作用的物質(zhì)?；炷凉袒瘎┲兴幕钚怨杷岣x子（SiO32- ）與混凝土中未反應(yīng)成硅酸鈣的游離鈣離子（Ca2+）反應(yīng)生成硅酸鈣水合物（C-S-H），使混

20、凝土中的鈣離子（Ca2+ ）進(jìn)一步參與反應(yīng)，更大幅度地提高混凝土的強度和硬度。經(jīng)過幾十年的發(fā)展其配方已從鈉基型逐步改進(jìn)成鋰基硅酸鹽原料配以獨特的催化劑高溫乳化而成是高滲透低堿性的鋰基混凝土固化劑，避免了ASR的堿硅反應(yīng)所產(chǎn)生的混凝土開裂。第一代鈉基產(chǎn)品有限提高混凝土強度和耐磨性缺點是控制不好容易泛堿發(fā)白，第二代鉀基產(chǎn)品在大陸市場不是很常見，其性能比鈉基產(chǎn)品稍微有所改進(jìn)但是不明顯，替換的可能性很小。第三代鋰基產(chǎn)品在性能上與前兩代產(chǎn)品相比，具有無比的優(yōu)越性，其中硅酸鋰是一種重要的水泥固化劑成分，摻以一定輔料構(gòu)成了現(xiàn)代常見的水泥固化劑。它可以很大程度上降低或避免混凝土和耐磨地面的發(fā)絲狀裂紋，他可以更

21、大程度上提高混凝土和耐磨地面的抗壓強度耐磨性，它可以避免前兩代產(chǎn)品出現(xiàn)的泛堿發(fā)白的通病，在施工方面減少了清水沖洗基面的繁瑣工序。2.2.2 水泥固化劑與堿硅反原理 堿硅反應(yīng)是公認(rèn)的水泥癌癥。堿硅酸反應(yīng)是水泥中的堿與骨料中的活性氧化硅成分反應(yīng)產(chǎn)生堿硅酸鹽凝膠或稱堿硅凝膠，堿硅凝膠固體體積大于反應(yīng)前的體積，而且有強烈的吸水性，吸水后膨脹引起混凝土內(nèi)部膨脹應(yīng)力，而且堿硅凝膠吸水后進(jìn)一步促進(jìn)堿骨料反應(yīng)的發(fā)展、使混凝土內(nèi)部膨脹應(yīng)力增大，導(dǎo)致混凝土開裂。發(fā)展嚴(yán)重的會使混凝土結(jié)構(gòu)崩潰。ASR是一個化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)物是活性SiO2和混凝土孔溶液中的Na+、K+、OH-等，反應(yīng)產(chǎn)物是堿硅酸凝膠。4其化學(xué)式表示為:

22、Na+（K+) + SiO2 + OH- Na（SK)-S-H 自發(fā)現(xiàn)鋰鹽能抑制ASR膨脹以來，有關(guān)其機理的解釋主要有鋰-硅酸反應(yīng)比鈉、鉀和硅酸反應(yīng)容易，鋰硅酸反應(yīng)形成穩(wěn)定的、較小膨脹的含鋰產(chǎn)物硅酸溶解速率下降，認(rèn)為鋰能抑制ASR膨脹是限制了產(chǎn)物形成的速率。可見鋰抑制ASR膨脹的機理在于兩個方面，即ASR產(chǎn)物膨脹特性的變化和硅酸溶解速率的下降導(dǎo)致堿硅酸反應(yīng)程度降低，并認(rèn)為含一定量鋰的ASR凝膠是非膨脹的。鋰離子進(jìn)入到凝膠產(chǎn)物中，改變了凝膠性質(zhì)降低了凝膠吸水性膨脹性。與Na+、K+不同鋰離子大部分被水泥的水化物捕捉留在孔溶液中的鋰離子很少，減少了鋰離子置換堿硅凝膠中二價陽離子的機會，堿硅凝膠吸附

23、的陽離子價數(shù)越高膨脹越小。堿硅凝膠的多少取決于活性SiO2的多少。而鋰離子的加入能有效的減少活性二氧化硅的溶出。硅酸鋰是一種既不溶于水又不溶于有機溶劑的化合物在活性礦物質(zhì)物質(zhì)表面形致密層使二氧化硅難以溶出甚至阻止OH-和Na+和 K+的向內(nèi)擴散。金屬陽離子作用下SiO2溶膠離子能聚沉成為凝膠，5一般認(rèn)為，在硅酸鹽結(jié)構(gòu)中，離子半徑約為1.4Å的氧離子通過形成最近密的立方堆積，硅離子填充于氧離子之間的四面體空隙形成（SiO4）離子團金屬陽離子比較小很容易填入氧離子四面體八面體空隙幾乎不變形，陽離子比較大時也可以進(jìn)入氧離子但變形，氧離子對稱性下降，結(jié)構(gòu)密度減小，穩(wěn)定性下降。鋰離子半徑約0.

24、6Å鈉離子半徑約1.0Å鉀離子半徑約1.4Å因此鋰離子進(jìn)入形成鋰-硅酸凝膠比其他離子強。 第3章 硅酸鋰水泥固化劑的改進(jìn)設(shè)計3.1 硅酸鋰性質(zhì)將硅酸鈉與硫酸反應(yīng)，生成水合硅酸與硫酸鈉，取其水合硅酸與氫氧化鋰反應(yīng)，生成硅酸鋰和水，制得硅酸鋰。它是無臭、無味透明液體。呈弱堿性，pH值在11左右。產(chǎn)品相對密度和黏度隨產(chǎn)品型號而不同，相對密度在1.161.19之間(25)。溶于水及堿性溶液，不溶于醇及有機溶劑。與酸作用游離出凝膠。有自干性，溶液水分蒸發(fā)后，能生成一種不溶于水的干膜，具有水不可逆性。6用作黏合劑，主要用于無機富鋅涂料和高級焊條。硅酸鋰是金屬鋰與硅酸反應(yīng)時生成

25、的一系列的化合物。已知的硅酸鋰有以下幾種：一硅酸鋰：Li8SiO6或者 4Li2O·SiO2；Li4SiO4或者2Li2O·SiO2（正硅酸鹽）；Li2SiO3或者Li2O·SiO2（偏硅酸鹽）。二硅酸鋰：Li6Si2O7或者3Li2O·2SiO2；Li2Si2O5或者Li2O·2SiO2。五硅酸鋰：Li2Si5O11或者Li2O·5SiO2。硅酸鋰水溶液為無色透明或呈微乳白色的液體，無臭、無毒、不燃、呈堿性（pH=1112）。7硅酸鋰水溶液和硅酸鈉一樣，加入酸性物質(zhì)后容易膠凝。但由于鋰離子半徑比鈉、鉀離子半徑小得多，因而硅酸鋰水溶液

26、還具有一些獨特的性能：硅酸鋰水溶液的性能與二氧化硅膠粒大小密切相關(guān)，如SiO2粒子為1m左右，則產(chǎn)品清晰透明、粘度低、貯存和使用性能（耐水性、耐火性、耐侯性等）均十分優(yōu)異；而當(dāng)SiO2粒子約3m時，溶液呈微膠體狀，粘度高，存放穩(wěn)定性差，使用性能差。硅酸鋰水溶液允許模數(shù)高達(dá)8，SiO2含量20%，仍然粘度低，穩(wěn)定性好。硅酸鋰水溶液具有自干性，且能生成不溶于水的干膜，耐干濕交替性極好。硅酸鋰水溶液在受熱時析出沉淀，但如沉淀不過熱、不脫水，則在冷卻后還能重新溶解。8硅酸鋰水溶液有和具有親水表面的玻璃、鋼鐵、鋁及纖維等的表面反應(yīng)成膜的特性，60以上即可進(jìn)行，溫度愈高，反應(yīng)愈快。由于制法不同，硅酸鋰水溶

27、液中的SiO2可呈結(jié)晶態(tài)或膠態(tài)，而通常穩(wěn)定膠體SiO2溶液中很少或沒有結(jié)晶態(tài)SiO2；而作為涂料使用時，采用SiO2呈結(jié)晶態(tài)的硅酸鹽制成的涂膜其性能卻顯著優(yōu)于膠態(tài)硅酸鹽制成的涂膜。值得注意的是硅酸鋰水溶液在光潔表面上（金屬、玻璃等）形成的干膜不連續(xù)、附著力差、起皮、掉粉。然而，硅酸鋰和硅酸鈉或鉀混合使用，不僅能降低成本，還可改善硅酸鋰的成膜反應(yīng)。3.2 摻納米SiO2硅酸鋰水泥固化劑納米二氧化硅（英文名稱nano-silicon dioxide）是一種無機化工材料，俗稱白炭黑。由于是超細(xì)納米級，尺寸范圍在1100nm，因此具有許多獨特的性質(zhì)，如具有對抗紫外線的光學(xué)性能，能提高其他材料抗老化、強

28、度和耐化學(xué)性能。用途非常廣泛。納米級二氧化硅為無定形白色粉末，無毒、無味、無污染，微結(jié)構(gòu)為球形，呈絮狀和網(wǎng)狀的準(zhǔn)顆粒結(jié)構(gòu)，分子式和結(jié)構(gòu)式為SiO2不溶于水。納米是一個尺度，為10-9米，納米材料是指在三維空間中，至少有一維處于納米尺寸的范圍，也即1100納米的范圍。納米材料具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隨藥效應(yīng)，因而展現(xiàn)出許多特有的性質(zhì)，在催化、濾光、光吸收、醫(yī)藥、磁介質(zhì)及新材料等有廣泛的應(yīng)用前景。由于納米粒子的納米效應(yīng)，許多納米材料在混凝土的應(yīng)用研究中顯示出良好的應(yīng)用效果，其中納米SiO2粒子研究較多，效果顯著。9SiO2使混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)更均質(zhì)緊密，能提高混凝土的性能和壽命機理如圖3

29、-1圖3-2圖3-1 納米SiO2提高混凝土性能原理圖圖3-2 納米SiO2與混凝土作用圖 C-S-H凝膠是硅酸鹽水泥漿體中主要的結(jié)合劑，均勻而有序的C-S-H凝膠是混凝土強度的主要影響因素。納米SiO2具有很高的表面能。當(dāng)摻入的納米SiO2時與水反應(yīng)這時需水量增加結(jié)合水量增加納米二氧化硅能使初凝和終凝凝結(jié)時間縮短由于二氧化硅尺寸小位于表面的原子占有相當(dāng)大的比例表面原子數(shù)增加表面原子配位不飽和性將導(dǎo)致大量的懸鍵和不飽和鍵已與其他原子結(jié)合水泥水化反應(yīng)生成的Ca(OH)2在納米SiO2表面形成鍵合并生成C-S-H凝膠隨著Ca(OH)2的消耗進(jìn)一步加速水化促進(jìn)水泥凝結(jié)硬化所以凝結(jié)硬化時間縮短。而且加入二氧化硅有“納米誘導(dǎo)水化”作用誘導(dǎo)水泥生成較多水化物另外部分納米顆粒起到填充細(xì)化孔的作用填充到水泥水化物空隙中增加水泥內(nèi)部密實性增