水硬性磷铝酸钙矿物的制备、水化及其性能研究

发布时间：2020-04-08 00:21

【摘要】：本文自行制备了一种水硬性磷铝酸钙矿物(CAP),并对其形成动力学、水化动力学以及水化产物进行研究。该磷铝酸钙矿物是磷铝酸盐水泥中的主矿相,而磷铝酸盐水泥是具有高胶凝性、高耐久性和多功能性的水泥材料。本研究可为新型胶凝材料的设计开发与改进提供一定的理论基础。本文的主要工作和成果如下。(1)研究了CAP矿物形成的条件和形成动力学。结果表明当煅烧温度为1590℃时,磷铝酸钙矿物开始生成,随着保温时间的增加磷铝酸钙的矿物生成量逐步增加;1590℃时CAP形成主要受扩散控制,其形成活化能参数为470.6456 kJ/mol。(2)研究了CAP矿物的水化动力学。利用Kondo水化动力学模型以及对水灰比为0.35的CAP矿物进行水化热测试,结果表明CAP水化过程可分为水化初期,诱导期,加速期,减速期以及稳定期,其中加速期可分为两个阶段,减速期可分为三个阶段。在加速期中阶段一的反应速率常数为0.004402,阶段二的反应速率常数为0.083043;在减速期中阶段一的反应速率常数为0.028153,阶段二的反应速率常数为0.067089,阶段三的反应速率常数为0.006801。(3)研究了CAP矿物水化过程和其硬化浆体随时间的演变。利用扫描电镜和X射线计算机断层扫描(XCT)分别对CAP水化矿物2h,5h,8h以及12h龄期等早期水化行为进行监测。当龄期为2h时,水化浆体中依然能够辨别出晶体形貌,随着龄期的增加浆体中完整形貌的晶体逐渐消失,晶体被凝胶所覆盖和粘结成整体。利用XCT技术够原位检测CAP矿物的早期水化,观测到随着龄期的增加样品中同一位置的变化,并定量的分析样品中未水化颗粒以及孔所占体积比的变化:当水化龄期由8h变化到12h时,未水化颗粒的体积占比从75.4%减少到71.8%,孔由1.67%减少到1.33%。(4)研究了CAP矿物对氯离子的吸附作用机理。利用氯离子等温吸附规律对磷铝酸钙矿物的氯离子结合能力,发现磷铝酸钙矿物在氯离子结合的过程中应用Freundilich非线性吸附规律对其进行描述更为合适,但对于化学结合部分而言,应用存在极限的Langmuir非线性吸附规律更为合理。(5)利用纳米压痕技术对磷铝酸钙矿物浆体进行测试并结合SEM-EDS分析,发现在磷铝酸钙矿物水化浆体中存在三种不同的水化产物相:高P凝胶相,中P凝胶相以及低P凝胶相,三者的压痕模量分别为25.59GPa,31.58GPa以及47.78GPa。
【图文】：

样品,时样,XRD衍射,图样

(a) 1200℃下煅烧 2h 样品(10,000 ) (b) 1300℃下煅烧 2h 样品（10,000 ）(c) 在 1500℃下煅烧 2h 样品（10,000 ）

温度,样品,位置,结晶程度

此时晶体的边缘还较为圆滑，结晶程度并不高。并且，在有发现明显的如图(a)和图(b)中显示的晶型。随着温度的进一图(e)中发现，多面体晶型的晶体越来越多，其结晶程度越来表明随着温度的升高，有利于这种晶体的生成。结合前面果可知，，在图(a)和图(b)长方体型晶体可能为 CA 和 C3P，由体开始融化，长方体型晶体刚开始融化时便会形成疏松的步升高，这些簇状的结构进一步融化便会形成一块块的整的融化，也有晶体的产生既 CAP 的生成，这也就解释了，不是光滑的而是被分割成一块块小的区域，并且图(d)中开度继续的升高，CAP 进一步的结晶，开始从一块块的整体M 图中开始能够观察到一颗一颗的晶体。当温度达到 1590℃图(e)中观察到此时的晶粒晶型较为完整，结晶程度较高。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU52

【参考文献】