水化硅蒸壓制品的水化產(chǎn)物設(shè)計(jì)

水化硅蒸壓制品的水化產(chǎn)物設(shè)計(jì)

型c-s-h水泥水化產(chǎn)物中的硅酸鈣主要有四種形狀。第一個(gè)是直徑為的纖維顆粒，c-s-h是水化開始時(shí)從水泥外輻射生長的細(xì)長條紋物質(zhì)。第二個(gè)是帶互結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)顆粒，稱為c-s-h，它們是相互結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。第三個(gè)是等高顆粒，被稱為相同大小的c-s-h。這是一種短而不規(guī)則的顆粒，在三個(gè)方向上幾乎相同，而且扁平。第四個(gè)是內(nèi)部產(chǎn)品，稱為c-s-h，是水泥顆粒的原始周界之內(nèi)的c-s-h。它的外觀是褶皺的，與外部產(chǎn)品保持著密切的接觸，具有等大顆粒的一般間隙和緊密聚集。一般來講,水化產(chǎn)物的形貌與其可能獲得的生長空間有很大的關(guān)系。C-S-H除具有上述的4種基本形態(tài)外,還可能在不同場合觀察到呈薄片狀、珊瑚狀以及花朵狀等各種形貌。蒸壓硅酸鹽制品在蒸壓處理過程中的水熱反應(yīng)是在水的作用下,Ca(OH)2與硅酸鹽材料發(fā)生的化合反應(yīng),形成的水化產(chǎn)物也是水化硅酸鈣,但與水泥的水化產(chǎn)物有明顯不同。主要表現(xiàn)在:一是蒸壓條件下水化產(chǎn)物的種類更多,形貌更豐富;二是蒸壓條件下水化產(chǎn)物更容易長大,且存在水化產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化。目前,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的水化硅酸鈣有幾十種,TaylorHFW綜合了大量的文獻(xiàn)資料后將水化硅酸鈣分為5種主要類型:結(jié)構(gòu)上同屬于硅灰石的化合物、托勃莫來石族、白鈣沸石族、結(jié)構(gòu)上同屬于γ-C2S的化合物、其他水化硅酸鈣。在蒸壓硅酸鹽制品(CaO-SiO2-H2O系統(tǒng))中,常見的水化產(chǎn)物主要有:托勃莫來石、C-S-H(Ⅰ)、C2SH以及硬硅鈣石等。1托勃莫來石nm托勃莫來石族包括一系列組成接近C5S6Hn的結(jié)晶形和無定形水化硅酸鹽,自然界中能找到的有單硅鈣石(C5S6H3)、托勃莫來石(C5S6H5.5)、溫泉滓石(C5S6H10.5)。所有托勃莫來石中都含有OH-離子及各種數(shù)量的H2O,其結(jié)構(gòu)與蒙脫石和蛭石相似,水位于層間,各層間的距離不一。托勃莫來石中存在以下幾種不同的相:(1)1.4nm托勃莫來石(Ca5Si6O18·8H2O);(2)1.1nm托勃莫來石(Ca5Si6O18H2·4H2O);(3)0.9nm托勃莫來石(Ca5Si6O18H2);(4)0.97nm托勃莫來石(Ca5Si6O17)。1.1nm托勃莫來石可以分為兩種:一是正常托勃莫來石,能轉(zhuǎn)變?yōu)?.93～0.96nm型的托勃莫來石;二是非常托勃莫來石或稱反常托勃莫來石,不能轉(zhuǎn)變?yōu)?.93～0.96nm型的托勃莫來石。1.1nm托勃莫來石與0.93nm托勃莫來石的結(jié)構(gòu)差異如圖1所示。另一種1.1nm非常托勃莫來石具有與硬硅鈣石相似的雙鏈硅酸鹽結(jié)構(gòu)。在蒸壓條件下所形成的1.1nm托勃莫來石與某些天然的托勃莫來石一樣,也是雙鏈硅酸鹽結(jié)構(gòu),如圖2所示。1.4nm托勃莫來石結(jié)構(gòu)是由鏈?zhǔn)降亩嗑酃杷猁}陰離子構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)式為(見圖3):1.4nm托勃莫來石在加熱至55℃時(shí),每6個(gè)Si失去4個(gè)H2O,轉(zhuǎn)化為1.1nm托勃莫來石。1.4nm或1.1nm正常托勃莫來石經(jīng)過200～450℃的溫度處理后,成為0.9nm托勃莫來石。這種1.1nm正常托勃莫來石與具有多聚硅酸鹽陰離子結(jié)構(gòu)的1.4nm托勃莫來石相似,其結(jié)構(gòu)式為(見圖4):2c-s-h模型水泥熟料的某些組成在水化過程中生成結(jié)晶不良或無定形的水化硅酸鈣,一般稱為類托勃莫來石相或C-S-H相。TaylorHFW認(rèn)為有兩種C-S-H相的存在:C-S-H(Ⅰ)和C-S-H(Ⅱ)。C-S-H(Ⅰ)具有較低的C/S比(C/S<1.5),其結(jié)構(gòu)類似于1.4nm的托勃莫來石;C-S-H(Ⅱ)的C/S比較高(C/S>1.5),其結(jié)構(gòu)與羥硅鈉鈣石有關(guān)。C-S-H(Ⅱ)難以獲得。TaylorHFW的C-S-H結(jié)構(gòu)模型是一個(gè)結(jié)構(gòu)不完美的納米尺度的單一固溶體,具有類似于組群狀硅酸鹽的結(jié)構(gòu)。這一模型及其衍生在膠凝材料的水化過程研究中得到了較廣泛的認(rèn)同。NorifumiI等通過TEM發(fā)現(xiàn)水泥水化形成的水化硅酸鈣凝膠表現(xiàn)為短程有序,在無定形基體中顯示出納米晶質(zhì)的區(qū)域,各納米范圍的光學(xué)衍射圖說明羥硅鈉鈣石和1.4nm托勃莫來石結(jié)構(gòu)的共存,支持了TaylorHFW的C-S-H相模型。也有不少研究者提出自己的C-S-H模型。來自于C2S和C3S相水化的C-S-H相結(jié)構(gòu)模型如圖5所示。C-S-H來自于C2S和C3S相水化誘導(dǎo)期結(jié)束后形成的二聚硅酸鹽離子的聚合。二聚物占優(yōu)勢的C-S-H并不是一個(gè)穩(wěn)定的物相,它可與Ca2+、OH-及Si2O76-離子結(jié)合,以及與包含鈣八面體的CaO薄片結(jié)合。該模型認(rèn)為C-S-H相是一個(gè)單一相,由類似于托勃莫來石的水化物和Ca(OH)2的薄片等納米尺度共生物組成。隨著各層的排列順序的變化,導(dǎo)致C-S-H的C/S比變化。在層內(nèi)部分或全部橋四面體丟失,部分硅酸鹽離子被羥基取代。這一模型認(rèn)為,這一結(jié)構(gòu)單元由包圍Si2O76-離子的CaO帶狀組成,沒有層。這一結(jié)構(gòu)導(dǎo)致更大的洞穴和通道的形成。其八面體結(jié)構(gòu)可由等量的Al3+離子取代,其中包含有可以很容易通過過濾和干燥移走的Ca(OH)2和水。除非在高壓和合適的溫度下,通常它們不會結(jié)晶。C-S-H缺陷托勃莫來石結(jié)構(gòu)模型如圖6所示。頂層表示完好的1.4nm托勃莫來石層,只是在一個(gè)小的部分出現(xiàn)橋四面體丟失,鏈比較長。底層表示一個(gè)畸變的層,個(gè)別的四面體以及所有的鏈扭曲、旋轉(zhuǎn)或在b軸方向被取代。大多數(shù)的四面體丟失,導(dǎo)致大量的二聚物出現(xiàn)。由于一些橋四面體丟失,導(dǎo)致硅酸鹽鏈解聚和無序,兩種層可能合并或在單一層內(nèi)相互出現(xiàn),不同層的不同類型可能聚集在一起或在樣品中各個(gè)部位出現(xiàn)。在相鄰層之間的無序以及每層內(nèi)的結(jié)構(gòu)無序,使得在不同樣品中觀察到不同的C-S-H結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)通過針硅鈣石水熱分解合成的β-C2S表現(xiàn)出極高的水化活性。通過對29Si的MASNMR、TEM和XRD分析,認(rèn)為C-S-H結(jié)構(gòu)主要是由1個(gè)二聚體和1個(gè)單鏈聚合物組成。Okada等將CaO與硅酸的混合物在80～200℃溫度下水熱合成,也發(fā)現(xiàn)C-S-H的硅酸鹽陰離子結(jié)構(gòu)是1個(gè)二聚體和1個(gè)單鏈聚合物(鏈長大于Si5O16),盡管受熱分解形成單體(β-C2S),但直到400℃,其中的二聚體也不會受熱分解。隨著C/S比的減少,鏈的長度增加。綜合上述幾種C-S-H的結(jié)構(gòu)模型,可以認(rèn)為,C-S-H的結(jié)構(gòu)具有多變性,而這些變化可能與獲得樣品的條件不同有關(guān),這幾種不同的模型實(shí)際上反映了C-S-H結(jié)構(gòu)向托勃莫來石轉(zhuǎn)化的過程。3偏聚合物的間距硬硅鈣石為硅灰石類水化硅酸鈣。硅灰石類的水化硅酸鈣相的特點(diǎn)是晶面之間距離約為0.73nm。在硅灰石結(jié)構(gòu)中,每3個(gè)四面體重復(fù)出現(xiàn)1次偏硅酸鹽鏈,Si-O部分沿軸以0.73nm的間距重復(fù),Ca-O部分以0.365nm的間距重復(fù)。硬硅鈣石的結(jié)構(gòu)與托勃莫來石非常接近。在硬硅鈣石C6S6H的結(jié)構(gòu)中,硅酸鹽層包含平行于b軸排列的Si-O四面體雙鏈,并由垂直于c軸的鈣多面體層與硅酸鹽層的交互層組成(見圖7)。4-2csh的水化產(chǎn)物在150～250℃飽和蒸汽處理下,C2SH由適當(dāng)比例的石灰和SiO2合成得到,在520～540℃溫度下脫水?？煞譃橐韵聨追N形式:(1)α-C2SH——片狀晶體,連生較差,力學(xué)強(qiáng)度低,由水化而成,在自然界中還未發(fā)現(xiàn);(2)β-C2SH——人造的水硅鈣石;(3)γ-C2SH——由水化而成,在自然界中還未發(fā)現(xiàn)。α-C2SH是一種在高C/S比下常見的水化產(chǎn)物。然而在鎂薔薇輝石類鋼渣石灰蒸壓系統(tǒng)中卻獲得了一種新形貌的α-C2SH,如圖8所示。與常見的α-C2SH相比,該形貌表現(xiàn)為0.5～1μm的顆粒狀產(chǎn)物,相互粘結(jié),由于其具有良好的結(jié)晶,而表現(xiàn)出優(yōu)異的蒸壓性能——非常高的抗壓強(qiáng)度和優(yōu)