铝酸盐矿物与碳酸钙的水化活性作用.pdf

S J oUR AL oF HE噩 I 要 I 工 U 等 N 0 I J()G Y 恙 蕊；期 铝酸盐矿物与碳酸钙 的水化活性作 用 主 悦 坠 杨 德 坡 曹 一 民1 f 7 乙 于 2 l、(武 汉工业 大学 4 3 0 0 7 0)摘要 通过 XR D、S E M 和 强度 检测 等方法，分 别研 究 7 C a C O 与 C A单矿、水泥 熟料 和 高铝水泥 中的铝酸 盐矿 物之间的水化反应 及过 程 特 征。研 究 结 果表 明，C a C O 对这 几 种 铝 酸 盐 矿物 都具 有水 化 活 性 作 用，它们的水 化反应产扣 为三碳 型水 化碳铝酸钙 和单碳 型水化碳 铝醣 钙 三坡 型碳拓酸钙 不稳定，在通 常情况 下，它喜转化 为单碳 型碳 铝酪 钙 F 水 化 碳 铝 酸 钙 的 形成 对水 泥 强度 的 发 展 有 积极 作 用。关键词 !竺 生壁竺芏堑 中国图书资料分类法 分类号 0 引言 查 些 苎 些 堡 冰 j尼 TQ1 7 2 7 6 2 1 7 2 7 4 8 在掺有 石灰 石的硅酸盐水 泥中，适量的碳酸钙 对水泥强度 及其它的一些性 能有 积极 作用。在水化过 程中，碳酸钙可 以和 c A反应生成水化碳铝酸钙，这 已经被一些研究所证 宴“。但对其反应机理及水化反应产物稳定存在的形 式尚认识不足，对石灰石是否与各 种铝 酸盐矿物 都具 有水化活性 作用也没有明确的认识。本文应用 X RD、S E M 和强度检测 等手段，通过 C a C O 与 c 单矿、水泥熟料和高铝水泥之间的水化反应实验，对上进问韪 进行了研 究 1 实验原料及方法 c 单矿 由分 析纯 C a C O 和 A1 0 按摩 尔 比配 合 压制成试饼，在高温炉 中烧 制 将 急冷后 的熟料磨细至勃 氏比表面积 3 8 4 m k g，经甘 油一 乙醇法测定 f-CaO 为 0，X P D检测 其全部为 c。A。实验 中所用其 它原料 的化学组成见表 1。表 1 各种原料的化学组成 本实验中，强度检测按 GB 1 7 7 8 5，2 2 2 1 0 m 净浆小试体法进行。2 结果与分析 2。l C。A和 C a C O 的水化反应 本文收 日期：1 9 9 5 1 1 2 9 维普资讯 http:/ 铝酸盐矿蜘与碳酸钙的水化活性作用李悦等 5 5 把化学 纯 C A 和 C a C O 混匀 后成 型，水 同 比 0 5，抗 S 压强度结果(1 0 d)示于圉 1。由圉 l 可见 在一定的摩尔比：g 范围内，试体 的抗压强度随 C a C O 与 c。A摩 尔比增加而显 著增加。摩 尔比为 3的试体抗压强度 比摩 尔 比为 0的试体 抗压强度提高了 7 8倍。我们认 为，强度增 加的主要原因是 C a C O 的 c。A 之 间发 生了水 化反应，形 成水 化碳铝 酸钙，。抑制 了水 化铝 酸钙 的 晶型 转化 作用 所产 生 的强 度倒 缩 问 蹰。为进 一 步研 究碳 铝酸 钙 的 形成 及 转 化 特征，我 们把 c 3 A和 C a C Os 以摩 尔 比 1：3和 1：1配 料混 匀，在 2 0、日 1 水固比为 1 0 的条件下，对水化至规定龄期的过滤残留固相 进行 x R D分析 结果示干 图 2和 图 3。n c_ 抗 压强度(i 0 d)与 C a C O 和 C 3 A 摩 尔比关 系 从图 2可见，摩 尔 比 1：3的物料 水化开始半小 时后 单碳型水化碳铝酸钙 已经大量 形成。三碳型 水化 碳铝酸钙形成 的数量很少，它 的衍 射峰很 小，水化 5小时后 各龄期 的 XR D图上均 已观察不到三碳型碳铝酸盐 的存 在，只是单碳 型碳铅酸钙 的量随 着水化 时间 的延长而增加。由图 3可见，摩尔 比 1：1物料 各龄期 的水化产物 X RD图上一直投有三碳 型碳 铝酸钙 的衍射 峰出现，随着 水化时 间的延长，C a C Os 的量逐渐减少，单碳盐 的量逐渐 增加，因此我们认为，摩尔 比 l：l物料进行水化 反应只能形成单碳型水化碳铝酸钙 摩尔 比 1：3配合 的物料在水化反应开始后 的很 短的一段 时问内，有少量 的三碳型水化碳铝酸 钙生成，后来 由于溶液 离子浓度变化 等原因“，三碳 型复盐转化为单碳盐，单碳盐是 水化 碳铝酸盐 的稳定存在形式。0 0 3。c j O 圈 2 摩尔比 1：3试洋吾龄期力(化产物 XR D图谱目 3 摩尔比 1：1 试 羊龄荆水化严物 XR D匿谱 l Cj A 3 Ca COs3 OH：O l C3 A-C CO3-l l H?O 2 C AI I 6 2 c 3 A-C s C O3 1 1 t t O 3-OL C O3 3 2 a C O3 4 C3 2 2 硅馥盐水泥熟料 中铝(铁)酸盐矿物和 C a C O；的水化反应 为进一步研 究硅酸盐水 泥熟料中铝(铁)酸盐矿物和 C a C O 的水化 反应作 用，我们采 用石灰石和石英砂 作对 比混合材，二者掺量均 为 2 o ，进行力 学强度对 比实验，结果如 图 4所示 从图 4可见 掺 石灰石的水泥 早期强度 明显高于掺石英砂 的水泥早期强度。例如掺石 灰石水泥的 3 d强度 比掺石英砂水泥 的 3 d强度提高 了 3 5 我们认 为，其 原因是 石灰石 维普资讯 http:/ 5 6 河北 理工 学院 学报 1 9 9 6年第 l 8卷 第 2期 和硅酸盐水泥熟 料中的铝(铣)酸盐矿 物进行水化 反应 生 成 了水化碳铝(铁)酸钙 的缘故，它对早期强度 的贡献 尤为 突 出。单碳型水化碳铝(铁)酸钙 为六方扳状晶体，这些晶体 的尺寸在水化初期 会迅速 增大，井且 转变为牢 固连生 的结 晶聚集体。大量的连生体在碳酸钙颗粒表面上形成密集的 毡 状堆 积物 和清晰的毛丛 区，从而提高 了水 泥 各组分 的连 结强度。通过 电镜观察会发现掺石灰石的水 泥试体结构 比 掺 石英砂 的水 泥试体结构致密。(见圈 S，围 6)2 3 高铝水泥和 C a C O：的水化反应 为 了进一步探讨 石灰石是 否对 各种铝酸盐 矿物都具有 水 化活性 作用，我们在高铝班泥 中分别掺加石灰 和石英 图 4 水泥 强度 聃龄期 变化关 l 掺石 石的水泥 2 掺石英 砂的水泥 圉 s 掺 石灰 石承 泥的 2 s天 承化 产物 S E M 图谱 圉 6 掺 石英砂 水泥 的 2 8天 水化 产物 S E M 图谱 圈 7混台材掺量 与试 体强 度(3 d)关 系曲毁 圈 l 捧石灰 石的高铝 水泥2-掺石英砂 的高铝 水泥 圉 8 掺 加 1 0 石灰石 的高铝 水_=f 己 水化 产物()X RD 引诰 l CAH L 0 2 C3 A Ca CO】1l H：O 3(C0 4-一-At(Ol D 砂作为混合材，进行力学强度对比实验，结果见囝 7。从图 7可 看 出，掺加适量 的石灰石对商铝承泥强度有 明显 的促进作用 当石藏石掺 量小于 I 5 时，掺 石灰 石的高铝 水泥强度均 高于纯 高铝水泥 的强度。萁 中石灰 石拷量在 S 左右时 高 铝水 泥的强度达 到最大 值，其强度 比纯高铝水泥 的强度增加 了 1 6 7 。而 维普资讯 http:/ 铝酸盐矿物与碳酸钙的水化活性作用 一 事悦等 5 7 掺石英砂 的高铝水泥强度 随石英砂 掺量 的增 加呈 降低 的趋势。我们认 为，造成上述现 象的 原因是由于高铝水 泥 中的铝酸盐 矿物 与 C a C O 在水化 反应过 程中发生 了化学反应，生 成 水化碳铝 酸钙 的结果 石英砂没有这种活性，所 以强度随石英砂掺量增加而 降低。以上水化反应可 以表示为：3 CA+C a CO+1 7 H2 0 C。A Ca CO3l l H2 O+2(A1 2 O33 H2 0)(1)3 C A+Ca CO3+2 6 H2 o C3 A Ca C O 1 1 H O+5(A1 2 O33 H2 O)(2)水化 产物 为碳铝酸钙和水化氧化铝凝胶 其中未反应的石灰 石颗粒和碳铝酸钙及水 化铝酸钙等相互搭接，构成浆体结构 的骨 架。而水化氧化铝凝胶填充于 骨架 的内部，使水 泥石结构趋于密实，如此可提高水泥石 的耐久性。3 结论 3 1 Ca C O 与实验 中所用 几种铝酸盐矿物都具有水 化活性作用，其反应产物 为水化碳铝 酸钙 它们对水泥强度+特别是早期强度 具有积极作 用。3 2 单碳型水化碳 铝酸钙是鼹终 的稳 定形态。部 分在水化初 期形成 的三碳型水化碳铝酸 钙通常会转变 为单碳型水化碳铝酸钙 3 3 高 铝水 泥中掺加石灰石时，反应形 成的水化碳铝 酸钙与其 他水 化产物相 互搭接，构 成浆体结构骨架。而反 应产生的氢氧化 铝凝腔填 充于 骨架 内部，使 水泥 石结构趋于密实，如此可提高水泥石的耐 久性。参 考 文献 i F M L e a 水泥和混凝土化学(第三版)唐髓谴等译 北京中国建筑工业出板牡 1 9 8 0 2 榜磷酸盐混台材水泥的性质车智诚译 球沱 l 9 8 0，4 3(I z)3 I S o r o k a a n d N Se t t e r，Th e e f te,t o f i e r s t r e n g h o f m【t o r s (e m CRe s 7(4 34 4 9(1 97 7)I I YD RATI oN ACT r rY REACT1 0N BETW EEN THE ALUM ATE M I NERALS AND CALCI UM CARB0NATE Li Yu e Hu S hu g u a n g Ya ng De p o Z e n g Yi mi n (W u h a n Un i v e c i t y o f Te c h no l o g y 4 3 0 0 7 0)Ab s t r a c t Th e r e a c t o n a n d p r o c e s s e h a r a c t e r i s t i c o f h y d r a t i o n b e t we e n Ca C03 a n d C3 A，n r t n d c e me n t e l i u k e r a n d a l u mi n a c e c e me n t we n e i n v e s t i g a t e d b y me a n s o f XRD，S EM a n d s t r e n g t h t e s t i n g me t h o d s Th e r e s u l t s s h 0 w t h a t Ca CO i s 0 f h y d r a t i o n a c t i v i t y t O t h e s e a h n n i m t e mi n e r a l s Th e p r o d u c t s o f h y d r a t i o n r e a c t i o n a r e t h e h i g h f o r m o f c a l c i u m c a r b o a-l u mi n a t e a n d t h e l o w f o r m o f c a l du m c a r b o a l u n fi n a t e Th e h i g h f o r m o f c a l du m c a r be a l u mi n a t c i s n t s t a b l e+a nd u s 1 a l l y i t wi l l t r a n s f o r m i n t o t h e l o w f o r m o f c a l c i u m c a r be a l u n fi r a t e Th e f o r m o f hy d r a t e c a l c i u m c a r b o a l u mi n a t e p l a y s a p o s i t i v e r o l e f o r t h e s t r e n g t h d e v e l o p i n g o f c e me n t Ke yo r d s Ca l c i u m C a r b o n a t e Al u n fi n a t e mi n e r a l s Hy d r a t i o n a c t i v i t y r e a c t i o n 维普资讯 http:/