离子掺杂对阿利特晶型及水化性能的影响

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硅酸三钙(C3S)的固溶体阿利特(Alite)占硅酸盐水泥熟料质量分数的50~60%,是熟料强度的最主要来源。Alite的性能直接影响了水泥的强度、水化等性能,进而影响了混凝土中水泥的用量。Alite的性能与其晶型及固溶离子的种类、数量有关。因此,深入研究离子掺杂对Alite晶型及水化性能的影响,对于调节硅酸盐水泥熟料性能具有重要意义。充分发挥离子掺杂对Alite晶型及性能的调节作用也是提高水泥强度的根本途径。  C3S共有七种晶型,在C3S由高温向低温冷却过程中,晶型由R型向M型及T型转变。对于C3S晶体,高温晶型的对称性高,低温晶型对称性低。这种对称性的降低现象在X射线粉末衍射谱上的表现为衍射峰的分裂,C3S不同晶型衍射峰的分裂特征不同,每一种晶型有其特定的分裂峰。因此,这种不同可以作为区分C3S多晶型的方法之一。但这些晶型之间的X射线衍射图谱非常相似,很难分辨。精确的X射线衍射图谱是判定C3S晶型的前提,而要得到精确的衍射图谱对X射线衍射仪自身分辨率就有了很高的要求。早期文章中所用的X射线衍射仪分辨率较低,而且少有设备能滤掉Kα2,由于设备影响,所得的C3S多晶型特征谱质量较差,不同晶型间衍射峰区别不明显,不利于C3S晶型判定。随着X射线衍射技术的进步(FWHM减小,衍射强度提高和Kα2滤片的使用),高分辨率X射线衍射仪的使用,使得X射线衍射技术可以更加准确的对C3S晶型进行判断,而这方面的内容并未见报道。  本论文通过离子掺杂方式制备了不同离子掺杂的不同晶型Alite,研究了离子掺杂对Alite晶型及水化性能的影响。研究了不同X射线衍射仪测试条件对Alite晶型表征的影响。结果表明:  (1)仪器分辨率低(仪器半高宽≥0.129)且存在Kα2情况下得到的C3S衍射峰不够清晰,衍射峰宽化,并会有重叠现象,不足以对C3S晶型进行判定。要得到精确的C3S衍射图谱,X射线衍射仪应满足高分辨率(仪器半高宽≤0.072)无Kα2的条件。  (2)不同离子稳定Alite晶型的作用不同。在1500℃煅烧三次的实验条件下,MgO掺杂可以稳定T3、M3型Alite。Al2O3可以稳定T2、T3型阿利特,当Al2O3掺量达到1wt%时会对C3S的生成有抑制作用,生成少量的C2S。  向纯C3S样品中掺杂CaF2在1350℃条件下保温30 min条件下,CaF2可以稳定T2、T3型Alite,当CaF2掺量达到2.0 wt%时,会促使C3S发生分解反应。  1500℃经过6h保温煅烧三次制备掺杂Al2O3样品后,掺杂CaF2在1400℃下保温一小时条件下,CaF2引入会使掺0.5 wt% Al2O3样品的晶型由T2转变为T3,1.0 wt%及1.5 wt% Al2O3样品的晶型由T3转变为R。  (3)掺杂MgO样品,水化放热速率最大值及总的水化放热量比纯样品都有所降低。MgO掺杂降低了Alite的水化活性。Al2O3掺杂缩短了Alite的水化诱导期,加速了Alite水化。掺杂样品水化放热总量及放热速率最大值比纯样品低,高掺量样品放热总量高于低掺量样品。  CaF2的掺入使Alite的水化诱导期时间延长,掺杂CaF2的样品与同样经过1350℃处理的纯样品相比总放热量增加,且随着含量的增加出现总放热量递减,水化放热速率最大值递减的规律。与复合Al2O3掺杂样品规律相似。
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