钙镁含量对类矿渣粉体及其碱活化产物的性能和结构的影响
发布时间：2021-10-05 07:09
近年来,碱激发矿渣胶凝材料由于其低成本,对环境友好并且应用范围广,一直是学术界的研究热点。其物理与化学性质已被许多研究者研究,目前有研究发现矿渣组成复杂,不同产地矿渣的主要成分含量不尽相同并且导致其碱激发性能,耐久性能等性能存在应用上的差异,因此研究碱激发矿渣反应机理并提出普适性的应用规律是十分重要的。矿渣结构上的变化是影响其性能的一个主要因素。目前,大量的研究都专注于矿渣中硅铝含量的变化对其结构的影响,其他元素（如Mg,Ca）的影响受到了忽视,由于高炉矿渣中各元素组成及其含量无法固定,无法在改变钙镁含量的同时固定其它元素的比例,因此对于利用高炉矿渣研究钙镁含量变化对其结构影响是十分困难的。本文采用溶胶-凝胶法合成了化学计量可控的类矿渣粉体Al2O3-6Si O2-y Mg O-x Ca O解决了这一问题,并研究了类矿渣粉体Al2O3-6Si O2-y Mg O-x Ca O及其碱激发产物的相组成和性能,包括抗压强度和干燥收缩率。利用SEM/EDS表征了凝...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
矿渣玻璃体结构模型
广西大学硕士学位论文钙镁含量对类矿渣粉体及其碱活化产物的性能和结构的影响7段，硅铝参与了整个解聚以及缩聚的过程，并且影响了最终产物的结构，根据地聚物中的硅铝比的不同，可以将地质聚合物分为4类：单硅铝长链聚合物(Z=1，PS型)，双硅铝长链聚合物(Z=2，PSS型)，三硅铝长链聚合物(Z=3，PSDS型)，多硅铝聚合物(Z＞3，多硅铝聚合型)如图1-2所示[47]。图1-2地质聚合物结构分类图Fig.1-2Thestructureclassificationofgeopolymer与地聚物相同的是，碱激发矿渣胶凝材料在反应过程中也会发生溶解、单体重构、缩聚3个阶段，即矿渣首先在碱性溶液中溶解，玻璃体中的硅氧键和铝氧键断开后形成游离的单体分散在溶液中；溶液中单体相互碰撞并自发组合成低聚体；随着溶解的进行，溶出的单体量增加，单体与单体或单体与低聚体再进行近一步缩聚，最终生成三维网络结构的大分子聚合物，最后排出多余的水。与地质聚合物不同的是，矿渣中含有的钙以及镁会参与到碱激发反应的过程中来，游离的单体除了硅铝之外还有大量的Ca2+以及Mg2+参与到了缩聚的过程影响最终产物的结构并影响材料性能，目前普遍认为碱激发矿渣胶凝材料的主要产物为水化硅铝酸钙(C-A-S-H)以及水化硅酸钙(C-S-H)，但不排除会生成其他水合化合物例如水化硅酸镁(M-S-H)的可能性。F.Puertas等人[48]通过实验和计算研究，确定了碱激发矿渣(AAS)浆料中C-A-S-H凝胶形成的结构模型并与硅酸盐水泥中的C-S-H凝胶形成进行了比较，且该模型能够反映这些材料的力学性能。该研究表明AAS浆料中C-A-S-H凝胶的结构取决于碱激发剂的性质。KapelusznaEwa等人[14]通过研究不同钙含量和Al/Si摩尔比的体系发现Al的掺入使C-(A)-S-H凝胶中结合水增多，结晶度降低并且存在环型结构。透射电镜观察表明，铝可形成更致
的大小与其最邻近原子配位密切相关，配位数越高，屏蔽常数6越大，共振频率越低，化学位移向负值方向移动。根据Si周围配位的桥氧数可以将其分为Q0,Q1,Q2,Q3,Q4,其中Qn中的n代表周围的桥氧数，一般用Qn(mAl)来表示与铝氧四面体相连处的硅氧四面体，Qn(mAl)有15种可能的结构(m<n)，n=0-4,m=0-n,m表示与中心硅氧四面体邻连的铝氧四面体数目，例如Q4(1Al)用以表示三维网状结构中与1个铝氧四面体相邻的硅氧四面体，一个铝氧四面体与硅氧四面体相连会使29Si谱的化学位移向正值方向移动3~5ppm左右[81,82]。29Si主要存在的配位结构如图3-5所示，通过分析其化学位移可以确定硅的配位结构，四配位29Si的化学位移值在-68ppm~-129ppm之间；六配位29Si的化学位移值在-170ppm~-220ppm之间，Q0的峰位一般处于-70.0ppm附近，Q1的峰位一般处于-79.0ppm的附近，Q2的峰位一般处于-85.0ppm附近，Q3的峰位一般处于-95.0ppm附近，而Q4的峰位一般处于-110.0ppm附近，同时29Si的核磁共振谱图中的化学位移数值与结构关系如表3-4所示，本论文利用软件Origin8.0对29SiNMR谱图进行分峰拟合，拟合分峰采用高斯(Gaussian)线型，拟合标准按JohnL.Provis等人[66]总结即利用最小可能数量的分峰来精确地描述原始峰(分峰数量不超过8)，并将所有拟合峰的半高宽(FWHM)限制在10ppm以内，从而进行分峰拟合，各峰积分所得面积为其对应的化学状态下的Si元素的相对含量并且保证出峰位置与结构的关系(表3-4，化学位移误差范围为±1ppm)在所有系统的拟合数据中保持不变。图3-5硅酸盐中Qn结构示意图(其中O(b)表示桥氧)[83]Fig.3-5StructuralschematicplanofQninsolidsilicates(O(b)representsbridgingoxygen)
本文编号：3419245
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
矿渣玻璃体结构模型
广西大学硕士学位论文钙镁含量对类矿渣粉体及其碱活化产物的性能和结构的影响7段，硅铝参与了整个解聚以及缩聚的过程，并且影响了最终产物的结构，根据地聚物中的硅铝比的不同，可以将地质聚合物分为4类：单硅铝长链聚合物(Z=1，PS型)，双硅铝长链聚合物(Z=2，PSS型)，三硅铝长链聚合物(Z=3，PSDS型)，多硅铝聚合物(Z＞3，多硅铝聚合型)如图1-2所示[47]。图1-2地质聚合物结构分类图Fig.1-2Thestructureclassificationofgeopolymer与地聚物相同的是，碱激发矿渣胶凝材料在反应过程中也会发生溶解、单体重构、缩聚3个阶段，即矿渣首先在碱性溶液中溶解，玻璃体中的硅氧键和铝氧键断开后形成游离的单体分散在溶液中；溶液中单体相互碰撞并自发组合成低聚体；随着溶解的进行，溶出的单体量增加，单体与单体或单体与低聚体再进行近一步缩聚，最终生成三维网络结构的大分子聚合物，最后排出多余的水。与地质聚合物不同的是，矿渣中含有的钙以及镁会参与到碱激发反应的过程中来，游离的单体除了硅铝之外还有大量的Ca2+以及Mg2+参与到了缩聚的过程影响最终产物的结构并影响材料性能，目前普遍认为碱激发矿渣胶凝材料的主要产物为水化硅铝酸钙(C-A-S-H)以及水化硅酸钙(C-S-H)，但不排除会生成其他水合化合物例如水化硅酸镁(M-S-H)的可能性。F.Puertas等人[48]通过实验和计算研究，确定了碱激发矿渣(AAS)浆料中C-A-S-H凝胶形成的结构模型并与硅酸盐水泥中的C-S-H凝胶形成进行了比较，且该模型能够反映这些材料的力学性能。该研究表明AAS浆料中C-A-S-H凝胶的结构取决于碱激发剂的性质。KapelusznaEwa等人[14]通过研究不同钙含量和Al/Si摩尔比的体系发现Al的掺入使C-(A)-S-H凝胶中结合水增多，结晶度降低并且存在环型结构。透射电镜观察表明，铝可形成更致
的大小与其最邻近原子配位密切相关，配位数越高，屏蔽常数6越大，共振频率越低，化学位移向负值方向移动。根据Si周围配位的桥氧数可以将其分为Q0,Q1,Q2,Q3,Q4,其中Qn中的n代表周围的桥氧数，一般用Qn(mAl)来表示与铝氧四面体相连处的硅氧四面体，Qn(mAl)有15种可能的结构(m<n)，n=0-4,m=0-n,m表示与中心硅氧四面体邻连的铝氧四面体数目，例如Q4(1Al)用以表示三维网状结构中与1个铝氧四面体相邻的硅氧四面体，一个铝氧四面体与硅氧四面体相连会使29Si谱的化学位移向正值方向移动3~5ppm左右[81,82]。29Si主要存在的配位结构如图3-5所示，通过分析其化学位移可以确定硅的配位结构，四配位29Si的化学位移值在-68ppm~-129ppm之间；六配位29Si的化学位移值在-170ppm~-220ppm之间，Q0的峰位一般处于-70.0ppm附近，Q1的峰位一般处于-79.0ppm的附近，Q2的峰位一般处于-85.0ppm附近，Q3的峰位一般处于-95.0ppm附近，而Q4的峰位一般处于-110.0ppm附近，同时29Si的核磁共振谱图中的化学位移数值与结构关系如表3-4所示，本论文利用软件Origin8.0对29SiNMR谱图进行分峰拟合，拟合分峰采用高斯(Gaussian)线型，拟合标准按JohnL.Provis等人[66]总结即利用最小可能数量的分峰来精确地描述原始峰(分峰数量不超过8)，并将所有拟合峰的半高宽(FWHM)限制在10ppm以内，从而进行分峰拟合，各峰积分所得面积为其对应的化学状态下的Si元素的相对含量并且保证出峰位置与结构的关系(表3-4，化学位移误差范围为±1ppm)在所有系统的拟合数据中保持不变。图3-5硅酸盐中Qn结构示意图(其中O(b)表示桥氧)[83]Fig.3-5StructuralschematicplanofQninsolidsilicates(O(b)representsbridgingoxygen)
本文编号：3419245
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