受热条件下水化硅酸钙的结构变化及再水化特性

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水化硅酸钙(C-S-H)作为普通硅酸盐水泥的主要水化产物,对水泥基材料的性能有至关重要的作用,脱水后有再水化的能力。水泥石中的C-S-H一般为无定形,以凝胶形式存在,结构复杂。本文旨在研究不同结构性能的C-S-H在受热脱水过程中的结构演变规律,以及脱水相的再水化性能。本文依托国家重点研发计划(No.2017YFB0310000)和国家自然科学基金项目(No.51772226)开展研究工作。合成了初始钙硅比为1.03.0的CSH试样,经过煅烧和保温制得不同温度的脱水相,然后进行水化实验。综合利用XRD、FT-IR、29Si NMR、TG-DSC、微热量热仪、X射线计算机断层扫描成像等测试技术,探讨C-S-H的脱水特性,脱水过程中的物相变化、结构变化以及脱水相的再水化特性。煅烧过程中C-S-H中的游离水和结合水逐渐脱去,400℃时失去大部分的水,C-S-H的层状结构也随之解体。与低钙硅比的试样相比,高钙硅比试样中的C-S-H结构更加不稳定,XRD谱图显示,200℃煅烧后低角度的衍射峰和其他位置的衍射峰的强度降低幅度更大,C-S-H更容易解体。随着煅烧温度的增加,体系中有新物相产生,Ca/Si=1.0的C-S-H转变成wollastonite,1.0<Ca/Si<2.0的C-S-H煅烧后转变成wollastonite和β-C2S,并且钙硅比越高,β-C2S的含量越高。Ca/Si≥2的C-S-H转变成β-C2S。钙硅比不同,C-S-H中的硅氧四面体的聚合方式和钙氧层的结构均有所不同。Ca/Si=1.0的C-S-H中的硅氧四面体的聚合度较高,在煅烧过程中四面体之间发生聚合反应,温度越高反应程度越高,最终形成硅氧四面体单链结构。钙硅比升高使得C-S-H中的硅氧四面体聚合程度降低,并且在脱水过程中硅氧四面体之间同时发生聚合和解聚两种反应。而且钙硅比高的C-S-H体系中含有氢氧化钙,氢氧化钙分解产生的游离钙离子能进一步促进硅氧四面体间的解聚,引起更多的硅氧四面体单体产生。钙硅比和煅烧温度都会影响C-S-H脱水相的再水化性能。Ca/Si=1.0的脱水相水化活性很低,水化放热量很少。高钙硅比C-S-H的脱水相水化活性较好,其中650℃脱水相的水化活性最高,水化放热量最多,并且水化后有新的C-S-H产生。脱水相中水化活性最高的组分为Q0结构单体,Q0单体水化后能够再次聚合形成新的Q1和Q2结构。
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