水化硅酸鈣是一種硅酸鈣水合礦物，化學(xué)式為Ca5Si6O16(OH)*4H2O。有兩種不同的結(jié)構(gòu):分別是水化硅酸鈣11和水化硅酸鈣14. 該化合物于1880年*次在蘇格蘭的馬爾島被發(fā)現(xiàn)。
水化硅酸鈣由硅酸三鈣和硅酸二鈣水化生成，或由含硅材料和含氧化鈣的材料合成的含水化合物。常溫下呈凝膠態(tài)，為近程有序、遠程無序的微晶。具有纖維狀、網(wǎng)狀、微粒狀等形貌，長約1μm，寬約0.2μm。為硅酸鹽水泥的主要化合物。
水化硅酸鈣(簡稱C-S-H)是波特蘭水泥水化的zui主要水化產(chǎn)物,也是水泥基復(fù)合材料zui主要的強度來源。C-S-H組成與結(jié)構(gòu)的研究對理解、調(diào)節(jié)與控制水泥基復(fù)合材料的力學(xué)性能與化學(xué)穩(wěn)定性具有重要意義。
圍繞C-S-H的合成及其組成、結(jié)構(gòu)與形貌開展了系統(tǒng)的研究,主要工作和取得的重要成果有： 采用氧化鈣與納米氧化硅的水熱反應(yīng),不同溫度下的堿硅酸鹽與鈣鹽的溶液反應(yīng)、氧化鈣與納米氧化硅的溶液反應(yīng)、硅酸三鈣及硅酸二鈣的水化反應(yīng)等方法制備了C-S-H。采用X射線衍射(XRD)、紅外光譜(IR)、核磁共振(NMR)、掃描電鏡(SEM)與透射電鏡(TEM)等現(xiàn)代測試技術(shù)研究了合成方法、鈣硅比、溫度、齡期、干燥方法等參數(shù)對C-S-H結(jié)構(gòu)和形貌的影響。 通過XRD技術(shù)對C-S-H的有序度、主要晶面間距等參數(shù)進行了研究,發(fā)現(xiàn)干燥方法對C-S-H結(jié)構(gòu)具有一定的影響,采用硅膠作為干燥劑的室溫真空干燥對C-S-H結(jié)構(gòu)的影響較小,而60℃真空干燥與D干燥一定程度上增加了C-S-H結(jié)構(gòu)的有序度；初始鈣硅比過低(小于0.8)或過高(大于1.7)的C-S-H在XRD圖中沒有出現(xiàn)低角度d值；隨著初始鈣硅比從1.0增加到1.7,上述方法合成的C-S-H其晶胞參數(shù)a增加、b減小,而c變化規(guī)律與合成方法有關(guān)。
綜合應(yīng)用IR、29Si DP MAS NMR (29Si直接極化魔角旋轉(zhuǎn)固體核磁共振)技術(shù)定性定量地研究了C-S-H硅氧四面體結(jié)構(gòu)的聚合度,平均鏈長,Q1、Q2含量等聚合狀態(tài)參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn),初始鈣硅比在0.8-2.0的C-S-H其硅氧四面體結(jié)構(gòu)以Q1、Q2兩種形式存在；隨著鈣硅比的增加,C-S-H中Q1的含量增加,Q2的含量減小,硅氧四面體的聚合度及其直鏈平均鏈長減小,而隨著合成溫度的增加其變化趨勢剛好相反。 綜合應(yīng)用SEM、TEM技術(shù)研究了C-S-H的微觀形貌。SEM研究發(fā)現(xiàn)C-S-H的形貌與其組成、合成方法、合成溫度、齡期密切相關(guān),主要形貌有纖維狀、網(wǎng)絡(luò)狀、不規(guī)則團簇顆粒、卷曲的薄片狀、粗短的針棒狀以及交錯的細長針棒狀；TEM測試結(jié)果表明,采用氧化鈣與納米氧化硅的常溫溶液反應(yīng)合成的鈣硅比為1.5的C-S-H是由直徑幾nm到幾十nm的類球狀顆粒組成的長度為幾十nm到幾百nm的纖維狀無定形物質(zhì),而鈣硅比為1.0的C-S-H除了具有纖維狀形貌外,還發(fā)現(xiàn)了層狀結(jié)構(gòu)和一些晶核。
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