含镁铝尖晶石的铝酸钙水泥的水化过程研究

发布时间：2019-12-04 23:44

【摘要】：采用XRD半定量法及扫描电镜显微分析,表征新型含镁铝尖晶石的铝酸钙水泥(CMA)水化过程的物相演变及显微形貌,并结合电导率法分析研究了传统铝酸钙水泥(CAC)与CMA水泥水化过程的异同。结果表明:CMA与CAC水泥水化过程相似,首先生成CAH10与C2AH8,最后逐渐转变为C4Ac H11与C3AH6;与CAC水泥相比,CMA水泥水化初期及水化加速期进行较快,但诱导期、减速期及稳定期较慢;CMA与CAC水泥的各水化产物形貌接近,但水化产物数量略少且尺寸略小,在CMA水泥水化产物周围分布着细小的镁铝尖晶石颗粒。
【图文】：

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·262·稀有金属材料与工程第44卷2.1电导率分析图1为两种水泥浆体水化过程的电导率曲线。电导率是检测水泥早期水化过程的一个重要参数，在水泥浆体体系中，电导率的变化主要基于孔隙溶液中离子的变化。电导率曲线可以反映时间对水泥浆料孔隙溶液内部离子浓度变化的影响。水泥水化初期，发生溶解过程例如：CaAl2O4+4H2O→Ca2++2Al(OH)4-，溶解出的Ca2+、Al(OH)4-使得电导率快速升高。诱导期溶液处于过饱和状态，溶解和成核的速率相当，离子浓度稳定，电导率保持在一个较高的水平。加速期水化产物大量形成，电导率快速下降。减速期仍有水化产物析出沉淀，电导率下降较为缓慢。稳定期水化产物基本完全形成，水化过程结束，电导率基本不变。由图1可以看出，两种水泥的电导率曲线走势基本一致，但略有不同。与CAC水泥相比，CMA水泥电导率值低于CAC水泥。电导率的数值主要由单位面积内载流子数决定。CMA水泥仅含43.52%的铝酸钙，浆体中的溶解出的离子较少，即载流子数较少，故电导率值较校与CAC水泥相比，CMA水泥水化初期时间较短，但诱导期较长。CAC水泥和CMA水泥水化初期分别发生于3~17min和3~38min，诱导期分别发生于17~139min和38~247min。这是由于CMA水泥含有56.48%的镁铝尖晶石，镁铝尖晶石不发生水化，CMA水泥浆体中可溶解出的离子较少，故CMA水泥溶解过程较快；诱导期溶解和成核的速率几乎相当，晶体粒子只有大至某一临界粒度，才能成为继续长大的稳定晶核，CMA水泥由于相对离子浓度较低，溶解过程较快，体系较难形成稳定的晶核，故诱导期较长。2.2物相分析图2为不同水泥的水化XRD图谱。将CAC和CAM两种水泥，分别水化1、3、7、14、28、42d，图1不同水泥水化过程的电导率曲线Fig.1E

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增刊1朱伯铨等：含镁铝尖晶石的铝酸钙水泥的水化过程研究·263·图3不同水泥试样的XRD半定量分析结果Fig.3EvolutionofthehydratephasecontentsforCACcement(a)andCMAcement(b)慢。总的来说，CAC与CMA水泥水化产物及水化规律基本一致，但CMA水泥水化加速期较快而后期水化产物的转变较慢。2.3显微结构分析水化1、5、14、28d的水泥浆体经终止水化处理后，对CAC及CMA水泥水化试样进行SEM显微形貌分析，结果如图4及图5所示。由图4及图5可以发现，，CAC与CMA水泥水化产物形貌接近，水化试样中介稳相水化产物CAH10、C2AH8及C4AcH11呈六方板状，相互交错攀附、重叠结合。随着养护时间的延长，介稳相水化产物逐渐转变为呈立方体的稳定相水化产物C3AH6。结合EDS能谱分析发现，与CAC水泥相比，CMA水泥水化产物数量略少尺寸略小，且水化产物周围分布着很多细小的镁铝尖晶石颗粒。由于CMA水泥含有56.48%的镁铝尖晶石，而镁铝尖晶石不参与水化，故水化产物较少。CAC水泥中各水化产物尺寸CAH10、C2AH8及C4AcH11约为30μm，C3AH6约为4μm；CMA水泥中CAH10约为28μm，C2AH8及C4AcH11约为20μm，C3AH6约为2μm。图4养护不同龄期的CAC水泥水化试样SEM照片Fig.4MicrostructuresofCACcementhydratedatdifferentcuringperiods:(a)1d,(b)5d,(c)14d,and(d)28d图5养护不同龄期的CMA水泥水化试样SEM照片Fig.5MicrostructureofCMAcementhydratedatdifferentcuringperiods:(a)1d,(b)5d,(c)14d,and(d)28d3结论1）水灰比为5时，CAC水泥和CMA水泥水化初期分别发生于3~17min和3~38min，诱导期分别发生于17~139min和38~247min。与CAC水泥相比，CMA水泥水化初期即离子

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