【doc】铝酸盐矿物与碳酸钙的水化活性作用

【doc】铝酸盐矿物与碳酸钙的水化活性作用 铝酸盐矿物与碳酸钙的水化活性作用 @ S JoURALoFHE噩I要I工U等N0IJ()GY?%恙.蕊;期 铝酸盐矿物与碳酸钙的水化活性作用 主悦坠杨德坡曹一民1f7乙于2—————,…l, (武汉工业大学430070) ,分别研究7CaCO与 摘要通过XRD,SEM和强度检测等方法 CA单矿,水泥熟料和高铝水泥中的铝酸盐矿物之间的水化反应及过 程特征.研究结果表明,CaCO对这几种铝酸盐矿物都具有水化活性作 用,它们的水化反应产扣为三碳型水化碳铝酸钙和单碳型水化碳铝醣 钙}三坡型碳拓酸钙不稳定,在通常情况下,它喜转化为单碳型碳铝酪 钙F水化碳铝酸钙的形成对水泥强度的发展有积极作用. 关键词!!竺生壁竺芏堑 《中国图书资料分类法》分类号 0引言 查些苎些堡冰j尼 TQ172.762172.748 在掺有石灰石的硅酸盐水泥中,适量的碳酸钙对水泥强度及其它的一些性能有积极 作用.在水化过程中,碳酸钙可以和cA反应生成水化碳铝酸钙,这已经被一些研究所证 宴".但对其反应机理及水化反应产物稳定存在的形式尚认识不足,对石灰石是否与各 种铝酸盐矿物都具有水化活性作用也没有明确的认识.本文应用XRD,SEM和强度检测 等手段,通过CaCO与c单矿,水泥熟料和高铝水泥之间的水化反应实验,对上进问 韪 进行了研究 1实验原料及方法 c单矿由分析纯CaCO和A10按摩尔比配合压制成试饼,在高温炉中烧制.将 急冷后的熟料磨细至勃氏比表面积384m/kg,经甘油一乙醇法测定f-CaO为0,XPD 检测 其全部为c.A.实验中所用其它原料的化学组成见表1. 表1各种原料的化学组成 本实验中,强度检测按GB177—85,2×2×2×10m净浆小试体法进行. 2结果与分析 2.lC.A和CaCO的水化反应 本文收日期:1995.1129 铝酸盐矿蜘与碳酸钙的水化活性作用——李悦等55 把化学纯CA和CaCO混匀后成型,水同比0.5,抗S 压强度结果(10d)示于圉1.由圉l可见.在一定的摩尔比:g 范围内,试体的抗压强度随CaCO与c.A摩尔比增加而显 着增加.摩尔比为3的试体抗压强度比摩尔比为0的试体, 抗压强度提高了7.8倍.我们认为,强度增加的主要原因是? CaCO的c.A之间发生了水化反应,形成水化碳铝酸钙,. 抑制了水化铝酸钙的晶型转化作用所产生的强度倒缩问 蹰.. 为进一步研究碳铝酸钙的形成及转化特征,我们把 c3A和CaCOs以摩尔比1:3和1:1配料混匀,在20?,日1 水固比为10的条件下,对水化至规定龄期的过滤残留固相 进行xRD分析.结果示干图2和图3. [nc_^? 抗压强度(i0d)与 CaCO和C3A摩 尔比关系 从图2可见,摩尔比1:3的物料水化开始半小时后.单碳型水化碳铝酸钙已经大量 形成.三碳型水化碳铝酸钙形成的数量很少,它的衍射峰很小,水化5小时后各龄期的 XRD图上均已观察不到三碳型碳铝酸盐的存在,只是单碳型碳铅酸钙的量随着水化时间 的延长而增加.由图3可见,摩尔比1:1物料各龄期的水化产物XRD图上一直投有三碳 型碳铝酸钙的衍射峰出现,随着水化时间的延长,CaCOs的量逐渐减少,单碳盐的量逐渐 增加,因此我们认为,摩尔比l:l物料进行水化反应只能形成单碳型水化碳铝酸钙.摩尔 比1:3配合的物料在水化反应开始后的很短的一段时问内,有少量的三碳型水化碳铝酸 钙生成,后来由于溶液离子浓度变化等原因",三碳型复盐转化为单碳盐,单碳盐是水化 碳铝酸盐的稳定存在形式. 003.'cjO 圈2摩尔比1:3试洋吾龄期力(化产物XRD图谱目3摩尔比1:1试{羊?龄荆水化严物XRD匿谱 lCjA?3CaCOs?3OH:OlC3A-C~CO3-llH?O2C~AII6 2c3A-CsCO3?11ttO3--OLCO33~2aCO34C3^ 2.2硅馥盐水泥熟料中铝(铁)酸盐矿物和CaCO;的水化反应 为进一步研究硅酸盐水泥熟料中铝(铁)酸盐矿物和CaCO的水化反应作用,我们采 用石灰石和石英砂作对比混合材,二者掺量均为2o%,进行力学强度对比实验,结果如图 4所示 从图4可见.掺石灰石的水泥早期强度明显高于掺石英砂的水泥早期强度.例如掺 石 灰石水泥的3d强度比掺石英砂水泥的3d强度提高了35我们认为,其原因是石灰 石 56河北理工学院1996年第l8卷第2期 和硅酸盐水泥熟料中的铝(铣)酸盐矿物进行水化反应.生 成了水化碳铝(铁)酸钙的缘故,它对早期强度的贡献尤为 突出.单碳型水化碳铝(铁)酸钙为六方扳状晶体,这些晶体 的尺寸在水化初期会迅速增大,井且转变为牢固连生的结 晶聚集体.大量的连生体在碳酸钙颗粒表面上形成密集的 毡状堆积物和清晰的毛丛区,从而提高了水泥各组分的连 结强度.通过电镜观察会发现掺石灰石的水泥试体结构比 掺石英砂的水泥试体结构致密.(见圈S,围6) 2.3高铝水泥和CaCO:的水化反应 为了进一步探讨石灰石是否对各种铝酸盐矿物都具有 水化活性作用,我们在高铝班泥中分别掺加石灰和石英 图4水泥强度聃龄期变化关 l掺石石的水泥 2掺石英砂的水泥 圉s掺石灰石承泥的2s天承化产物SEM图谱圉6掺石英砂水泥的28天水化产 物SEM图谱 圈7混台材掺量与试体强度(3d)关系曲毁圈 l捧石灰石的高铝水泥2-掺石英砂的高铝水泥 圉8掺加10石灰石的高铝水_=f己 水化产物(~)XRD引诰 lCAHL02,C3A?CaCO】?1lH:O 3(C04-一-At(OlD 砂作为混合材,进行力学强度对比实验,结果见囝7. 从图7可看出,掺加适量的石灰石对商铝承泥强度有明显的促进作用当石藏石掺 量小于I5时,掺石灰石的高铝水泥强度均高于纯高铝水泥的强度.萁中石灰石拷量在 S左右时.高铝水泥的强度达到最大值,其强度比纯高铝水泥的强度增加了16?7.而 铝酸盐矿物与碳酸钙的水化活性作用一事悦等57 掺石英砂的高铝水泥强度随石英砂掺量的增加呈降低的趋势.我们认为,造成上述现象的 原因是由于高铝水泥中的铝酸盐矿物与CaCO在水化反应过程中发生了化学反应,生成 水化碳铝酸钙的结果石英砂没有这种活性,所以强度随石英砂掺量增加而降低. 以上水化反应可以表示为: 3CA+CaCO+17H20C.A?CaCO3?llH2O+2(A12O3?3H20)(1) 3CA+CaCO3+26H2o—C3A?CaCO?11HO+5(A12O3?3H2O)(2) 水化产物为碳铝酸钙和水化氧化铝凝胶其中未反应的石灰石颗粒和碳铝酸钙及水 化铝酸钙等相互搭接,构成浆体结构的骨架.而水化氧化铝凝胶填充于骨架的内部,使水 泥石结构趋于密实,如此可提高水泥石的耐久性. 3结论 3.1CaCO与实验中所用几种铝酸盐矿物都具有水化活性作用,其反应产物为水化碳铝 酸钙它们对水泥强度+特别是早期强度具有积极作用. 3.2单碳型水化碳铝酸钙是鼹终的稳定形态.部分在水化初期形成的三碳型水化碳铝酸 钙通常会转变为单碳型水化碳铝酸钙 3.3高铝水泥中掺加石灰石时,反应形成的水化碳铝酸钙与其他水化产物相互搭接,构 成浆体结构骨架.而反应产生的氢氧化铝凝腔填充于骨架内部,使水泥石结构趋于 密实, 如此可提高水泥石的耐久性. 参考文献 iFM.Lea.水泥和混凝土化学(第三版)唐髓谴等译.北京中国建筑工业出板牡.1980. 2榜磷酸盐混台材水泥的性质车智诚译.球沱l980,43(Iz) 3ISorokaandN.Setter,Theeft'e,~tofi~er[?strenghofm【【?tors('em.C, Res7(43449(1977) IIYDRATIoNACT?rrYREACT10NBETWEEN THEALUM?ATEMINERALSANDCALCIUMCARB0NATE LiYueHuShuguangYangDepoZengYimin (WuhanUnivecityofTechnology430070) AbstractThereact[onandprocesseharacteristicofhydrationbetweenCaC03andC3A, nrt~ndcementeliukerandaluminacecementweneinvestigatedbymeansofXRD,SEM andstrengthtestingmethods.Theresultssh0wthatCaCOis0fhydrationactivitytOthese ahnnimteminerals.Theproductsofhydrationreactionarethehighformofcalciumcarboa- luminateandthelowformofcaldumcarboalunfinate.Thehighformofcaldumcarbealumi— natcisntstable+andus1]allyitwilltransformintothelowformofcalciumcarbealunfir~ate. Theformofhydratecalciumcarboaluminateplaysapositiveroleforthestrengthdeveloping ofcement. Key~ordsCalciumCarbonateAlunfinatemineralsHydrationactivityreaction