固态碱组分碱矿渣水泥水化过程中Al^3＋的作用机理研究

固态碱组分碱矿渣水泥水化过程中Al^3＋的作用机理研究 固态碱组分碱矿渣水泥水化过程中Al^3， 的作用机理研究 ?l2? 中国建材科技 ChinaBuildingMaterialsScience&Technology 第七卷第三期 199g年6月 固态碱组分碱矿渣水泥水化 @,,过程中A13+的作用机理研究 l1,-I (摘要) AI的作用机 关蓬词: 堡西南工学院) 蒲心诚(重庆建筑大学) 啊f72.f TO~t7z,) 本研究通过元素结台能测定和水化产物分析,研究了固态碱组分碱矿渣水泥水化 过程中 一 , 引言 型胺龌材料的水化机理提供了一定的理论依据. 结台能铝离子作用机理'艰 固态碱组分碱矿渣水泥是在液态碱组分碱 矿渣水泥的基础上研制成功的一种新型胶凝材 料它不仅具有高强,高耐久,大量利用 工业废渣,生产工艺简单等特点,而且克服了 传统碱矿渣水泥贮存包装和运输不便的问 题,是新一代实用型碱矿渣水泥 过去的研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明",AI20的含量与固 态碱组分碱矿渣水泥的强度有着直接的关系. 本文运用光电子能诺研究Si4,AI3+~水化的 各个阶段结台能的变化,采用x射线衍射分 析了水泥的水化产物.在此基础上分析和讨论 了固态碱组分碱矿渣水泥水化过程中A13的 作用机理,为进一步研究和应用这种胶凝材料 提供了一定的理论依据. 二,实验材料及实验方法 1.原材料 1)矿渣:重庆钢铁公司炼铁厂水淬高炉 矿渣,其主要化学成分见表1. 表1矿渣的主要化学成分 2)复合碱性激发剂:采用市售化工原料 自制 3)固态碱组分碱矿渣水泥:将矿渣和激 发剂分别磨细至勃氏比表面积30m/kg左 右,然后按比例均匀混合. 2.实验方法 1)元素结合能襁4定:将固态碱组分碱矿 渣水泥按 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 稠度需水量制成水泥净浆试件, 置于标准条件下养护至龄期为3h,6h,12h, 24h,3d,7d,28d时,分别破碎并磨细至勃 氏比表面积500m/kg左右,然后浸泡在无 水乙醇中使水化反应中止.至一定时间后滤 出,烘干,进行光电子能谱测定. 2)水化产物测定:采用X射线衍射分 析 3)试验用仪器:ESCAMULTIPLEx 型光电子能诺仪,日本理学D/Max—l200型 全自动x射线衍射仪. 三,实验结果及讨论 l_实验结果 光电子能谱通常简称为xPS,是当前表 面分析中使用最广泛的谱仪之一其特点是具 有很高的绝对灵敏度,不仅能测定样品表面的 组成元素,而且还能确定各元素的化学状态 第三期固态碱组分碱矿渣水泥水化过程中A的作用机理研究?13? 本研究测定的固态碱组分碱矿渣水泥中si, Al元素的结合能随水化龄期的变化规律见图 l.从结合能的研究结果我们可得出以下几点 认识: 喜: : 蜜: 或(A10]配位多面体的形式存在. 对于(SiO]四面体而言,S的配位数 是4,每个s,离子与4个O离子相连,每 个O2_离子与2个Sr离子相连.矿渣经过破 碎和粉磨后,其表面存在着断键,在碱性溶液 中会发生(1)(2)式的化学反应生成H3SiO2: I (一0-Si—O_)+0+ 0h3h6h12h24h3d7d28d0 期I 图1元素结合能的变化 1)sj元素的结合能除了在水化3h之前 有一个较大幅度的降低以外,其余各阶段结合 能均表现为不断增长,且增长的速度比较缓 慢.前期结合能的迅速降低,说明矿渣玻璃体 中的硅氧四面体在水化初期经历了迅速解体的 过程;而后期si元素结合能的缓慢增长,说 明自由态的si针形成了含硅化合物且该种化合 物的形成速率较小. 2)A1元素结合能的变化规律与si元素 基本一致,说明铝氧四面体在水化初期也经历 了较为迅速的解体过程;在水化3h后Al元 素si元素的结合能几乎同步增长,说明自由 态的AP能参与了上述含硅化台物的形 成,即体系中可能有沸石类化合物生成 该种胶凝材料28d X射线衍射分析表明, 的水化产物主要是片沸石类,钙沸石类和杆沸 石类矿物,另外有少量的C—s—H凝胶. 2.分析和讨论 过去的研究表明,矿渣中含有9O%左右 的玻璃体,矿渣玻璃体是矿渣水硬活性的主要 来源.因此,固态碱组分碱矿渣水泥的水 化主要是矿渣玻璃体在碱性体系中逐步解体和 形成新的水化产物和结构的过程.矿渣玻璃体 的主要结构形成键是si—O键和A卜O键,它 们分别以(s~o,3四面体和(A10)四面体 OHOH (一O—Si—O一)+ I O (一O—Si—O一) l 0 2(一o_si-0一)+20H一_+2(一O-Si—o|1) II O0H (A10]四面体可以理解为Ar取代 (SiO4)四面体单元中的s并占据s,的位 置而形成的.在OH一离子的作用下,它和 (SiO4)单元一样受到解聚而形成HAlOe-离 子,它与H3siOi.Ca和Na一起能够反应 生成沸石类水化产物: HAIO~-+H3SiO:+ca一 kCaO?IAl,O1?mSiO,?nH,O(3) H3Al一+HSiO~+Ca+Na pNa2O'kCaO'IA,203'mSiO2'nH2O(4) (AIO6)配位多面体处于矿渣玻璃体网络 结构之外,是网络变体,配位数为6.当 (sio4)四面体受到解聚时,它以Al(oH)的 1- ?.o ?14? 7,)一 中国建材科技第七卷 形式从它的原始位置脱离而进入溶液并形成水 溶性离子.它与溶液中已经存在的HSiO, OH,Ca2+和Na一起反应也生成沸石类水化 产物: AI(OH)+H,SiO~+Ca0H一—- kCaO.IAIr203.mSiO2.nH20(5) Al(On)'+Hs幻十ca+Na斗oH一一 pNa20'kCaO'l2o3.mSiO2.nH2O(6) 由于在反应(3),(6)中,(A10)四面体和 (AIO)配位多面体不断反应并生成稳定的沸 石类水化产物,使(1),(2)的反应得以不断进 行下去,从而使矿渣玻璃体的网络形成键 si—0键和A卜0键不断被破坏,矿渣玻璃体 解体.同时,沸石类水化产物不断形成和长大 并发生交织和连生,使水泥石结构逐渐形成和 增强. 由此可见,在固态碱组分碱矿渣水泥的水 化过程中,A的作用主要有两个方面:一方 面是促进矿渣玻璃体中(SiO)四面体的解 体;另一方面是作为反应物反应生成稳定的沸 石类水化产物,从而形成了水泥石的强度 四,结论 1在固态碱组分碱矿渣水泥的水化过程 中,s和A1"均经历了水化前3小时的结合 能降低和随后的逐步增长过程. 2在固态碱组分碱矿渣水泥的水化过程 中,Ar的作用主要有两个方面:一是促进矿 渣玻璃体中(SiO4)四面体的解体;二是作为 反应物反应生成稳定的沸石类水化产物. 参考文献 I徐彬,固态碱组分矿渣水泥的研制及其水化 机理和性能的研究,清华大学博士学位论文,1995 年. 2徐彬,易显华等,'矿渣活性指标与固态碱组 分碱矿渣水泥强度的相关性研究,中国建材科技, 1997年第3期. 3王建琪吴文辉等着,光电子能谱学 (xPs/XAES/UPS),国防工业出版社,1992. 4袁润章等,矿渣结构与水硬活性及其激发机 理,武汉工业大学,I987年第3期. ? 信息? — f]一)(可与金属媲美的耐热复合陶瓷 日本字都产业公司开发出能在1600?以下高温中使用的耐热复合材料陶瓷这种陶瓷在高 温下能保持和铁一样的强度.以前的耐热陶瓷在有氧环境中连续使用的话,由于氧化会变成碎 片,因此一般把1400~作为耐热陶瓷保持强度的极限温度. 新材料由两种原料组成.把氧化铝和氧化铝?钇混合在一起,在特殊容器中熔化后,精确地 控制温度使其冷却凝固.在这一过程中,两种原料的结晶连接,组成具有复杂新构造的材料.这 种材料可以象铁一样弯曲且熔点高达1820?. 将这种新材料在1700?有氧环境下,放置1000小时进行耐氧化试验,结果其总量,结构, 新陶瓷材料可用于制造喷气发动机,或爱电用的汽轮机叶片.叶片耐热性提高后可制造不需 要冷却的高效发电机和发动机. 这种新材料的缺点是若在1600~下施以强力会突然折断为安全起见,研究者正在使这种 材料象金属那样增加韧性,能实现一定程度的变形.(赵字光)