鈣鎂含量對(duì)類礦渣粉體及其堿活化產(chǎn)物的性能和結(jié)構(gòu)的影響
發(fā)布時(shí)間：2021-10-05 07:09
近年來(lái),堿激發(fā)礦渣膠凝材料由于其低成本,對(duì)環(huán)境友好并且應(yīng)用范圍廣,一直是學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。其物理與化學(xué)性質(zhì)已被許多研究者研究,目前有研究發(fā)現(xiàn)礦渣組成復(fù)雜,不同產(chǎn)地礦渣的主要成分含量不盡相同并且導(dǎo)致其堿激發(fā)性能,耐久性能等性能存在應(yīng)用上的差異,因此研究堿激發(fā)礦渣反應(yīng)機(jī)理并提出普適性的應(yīng)用規(guī)律是十分重要的。礦渣結(jié)構(gòu)上的變化是影響其性能的一個(gè)主要因素。目前,大量的研究都專注于礦渣中硅鋁含量的變化對(duì)其結(jié)構(gòu)的影響,其他元素（如Mg,Ca）的影響受到了忽視,由于高爐礦渣中各元素組成及其含量無(wú)法固定,無(wú)法在改變鈣鎂含量的同時(shí)固定其它元素的比例,因此對(duì)于利用高爐礦渣研究鈣鎂含量變化對(duì)其結(jié)構(gòu)影響是十分困難的。本文采用溶膠-凝膠法合成了化學(xué)計(jì)量可控的類礦渣粉體Al2O3-6Si O2-y Mg O-x Ca O解決了這一問(wèn)題,并研究了類礦渣粉體Al2O3-6Si O2-y Mg O-x Ca O及其堿激發(fā)產(chǎn)物的相組成和性能,包括抗壓強(qiáng)度和干燥收縮率。利用SEM/EDS表征了凝...
【文章來(lái)源】：廣西大學(xué)廣西壯族自治區(qū) 211工程院校
【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
礦渣玻璃體結(jié)構(gòu)模型
廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文鈣鎂含量對(duì)類礦渣粉體及其堿活化產(chǎn)物的性能和結(jié)構(gòu)的影響7段，硅鋁參與了整個(gè)解聚以及縮聚的過(guò)程，并且影響了最終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，根據(jù)地聚物中的硅鋁比的不同，可以將地質(zhì)聚合物分為4類：?jiǎn)喂桎X長(zhǎng)鏈聚合物(Z=1，PS型)，雙硅鋁長(zhǎng)鏈聚合物(Z=2，PSS型)，三硅鋁長(zhǎng)鏈聚合物(Z=3，PSDS型)，多硅鋁聚合物(Z＞3，多硅鋁聚合型)如圖1-2所示[47]。圖1-2地質(zhì)聚合物結(jié)構(gòu)分類圖Fig.1-2Thestructureclassificationofgeopolymer與地聚物相同的是，堿激發(fā)礦渣膠凝材料在反應(yīng)過(guò)程中也會(huì)發(fā)生溶解、單體重構(gòu)、縮聚3個(gè)階段，即礦渣首先在堿性溶液中溶解，玻璃體中的硅氧鍵和鋁氧鍵斷開后形成游離的單體分散在溶液中；溶液中單體相互碰撞并自發(fā)組合成低聚體；隨著溶解的進(jìn)行，溶出的單體量增加，單體與單體或單體與低聚體再進(jìn)行近一步縮聚，最終生成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大分子聚合物，最后排出多余的水。與地質(zhì)聚合物不同的是，礦渣中含有的鈣以及鎂會(huì)參與到堿激發(fā)反應(yīng)的過(guò)程中來(lái)，游離的單體除了硅鋁之外還有大量的Ca2+以及Mg2+參與到了縮聚的過(guò)程影響最終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)并影響材料性能，目前普遍認(rèn)為堿激發(fā)礦渣膠凝材料的主要產(chǎn)物為水化硅鋁酸鈣(C-A-S-H)以及水化硅酸鈣(C-S-H)，但不排除會(huì)生成其他水合化合物例如水化硅酸鎂(M-S-H)的可能性。F.Puertas等人[48]通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究，確定了堿激發(fā)礦渣(AAS)漿料中C-A-S-H凝膠形成的結(jié)構(gòu)模型并與硅酸鹽水泥中的C-S-H凝膠形成進(jìn)行了比較，且該模型能夠反映這些材料的力學(xué)性能。該研究表明AAS漿料中C-A-S-H凝膠的結(jié)構(gòu)取決于堿激發(fā)劑的性質(zhì)。KapelusznaEwa等人[14]通過(guò)研究不同鈣含量和Al/Si摩爾比的體系發(fā)現(xiàn)Al的摻入使C-(A)-S-H凝膠中結(jié)合水增多，結(jié)晶度降低并且存在環(huán)型結(jié)構(gòu)。透射電鏡觀察表明，鋁可形成更致
的大小與其最鄰近原子配位密切相關(guān)，配位數(shù)越高，屏蔽常數(shù)6越大，共振頻率越低，化學(xué)位移向負(fù)值方向移動(dòng)。根據(jù)Si周圍配位的橋氧數(shù)可以將其分為Q0,Q1,Q2,Q3,Q4,其中Qn中的n代表周圍的橋氧數(shù)，一般用Qn(mAl)來(lái)表示與鋁氧四面體相連處的硅氧四面體，Qn(mAl)有15種可能的結(jié)構(gòu)(m<n)，n=0-4,m=0-n,m表示與中心硅氧四面體鄰連的鋁氧四面體數(shù)目，例如Q4(1Al)用以表示三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中與1個(gè)鋁氧四面體相鄰的硅氧四面體，一個(gè)鋁氧四面體與硅氧四面體相連會(huì)使29Si譜的化學(xué)位移向正值方向移動(dòng)3~5ppm左右[81,82]。29Si主要存在的配位結(jié)構(gòu)如圖3-5所示，通過(guò)分析其化學(xué)位移可以確定硅的配位結(jié)構(gòu)，四配位29Si的化學(xué)位移值在-68ppm~-129ppm之間；六配位29Si的化學(xué)位移值在-170ppm~-220ppm之間，Q0的峰位一般處于-70.0ppm附近，Q1的峰位一般處于-79.0ppm的附近，Q2的峰位一般處于-85.0ppm附近，Q3的峰位一般處于-95.0ppm附近，而Q4的峰位一般處于-110.0ppm附近，同時(shí)29Si的核磁共振譜圖中的化學(xué)位移數(shù)值與結(jié)構(gòu)關(guān)系如表3-4所示，本論文利用軟件Origin8.0對(duì)29SiNMR譜圖進(jìn)行分峰擬合，擬合分峰采用高斯(Gaussian)線型，擬合標(biāo)準(zhǔn)按JohnL.Provis等人[66]總結(jié)即利用最小可能數(shù)量的分峰來(lái)精確地描述原始峰(分峰數(shù)量不超過(guò)8)，并將所有擬合峰的半高寬(FWHM)限制在10ppm以內(nèi)，從而進(jìn)行分峰擬合，各峰積分所得面積為其對(duì)應(yīng)的化學(xué)狀態(tài)下的Si元素的相對(duì)含量并且保證出峰位置與結(jié)構(gòu)的關(guān)系(表3-4，化學(xué)位移誤差范圍為±1ppm)在所有系統(tǒng)的擬合數(shù)據(jù)中保持不變。圖3-5硅酸鹽中Qn結(jié)構(gòu)示意圖(其中O(b)表示橋氧)[83]Fig.3-5StructuralschematicplanofQninsolidsilicates(O(b)representsbridgingoxygen)
本文編號(hào)：3419245
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礦渣玻璃體結(jié)構(gòu)模型
廣西大學(xué)碩士學(xué)位論文鈣鎂含量對(duì)類礦渣粉體及其堿活化產(chǎn)物的性能和結(jié)構(gòu)的影響7段，硅鋁參與了整個(gè)解聚以及縮聚的過(guò)程，并且影響了最終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，根據(jù)地聚物中的硅鋁比的不同，可以將地質(zhì)聚合物分為4類：?jiǎn)喂桎X長(zhǎng)鏈聚合物(Z=1，PS型)，雙硅鋁長(zhǎng)鏈聚合物(Z=2，PSS型)，三硅鋁長(zhǎng)鏈聚合物(Z=3，PSDS型)，多硅鋁聚合物(Z＞3，多硅鋁聚合型)如圖1-2所示[47]。圖1-2地質(zhì)聚合物結(jié)構(gòu)分類圖Fig.1-2Thestructureclassificationofgeopolymer與地聚物相同的是，堿激發(fā)礦渣膠凝材料在反應(yīng)過(guò)程中也會(huì)發(fā)生溶解、單體重構(gòu)、縮聚3個(gè)階段，即礦渣首先在堿性溶液中溶解，玻璃體中的硅氧鍵和鋁氧鍵斷開后形成游離的單體分散在溶液中；溶液中單體相互碰撞并自發(fā)組合成低聚體；隨著溶解的進(jìn)行，溶出的單體量增加，單體與單體或單體與低聚體再進(jìn)行近一步縮聚，最終生成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的大分子聚合物，最后排出多余的水。與地質(zhì)聚合物不同的是，礦渣中含有的鈣以及鎂會(huì)參與到堿激發(fā)反應(yīng)的過(guò)程中來(lái)，游離的單體除了硅鋁之外還有大量的Ca2+以及Mg2+參與到了縮聚的過(guò)程影響最終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)并影響材料性能，目前普遍認(rèn)為堿激發(fā)礦渣膠凝材料的主要產(chǎn)物為水化硅鋁酸鈣(C-A-S-H)以及水化硅酸鈣(C-S-H)，但不排除會(huì)生成其他水合化合物例如水化硅酸鎂(M-S-H)的可能性。F.Puertas等人[48]通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究，確定了堿激發(fā)礦渣(AAS)漿料中C-A-S-H凝膠形成的結(jié)構(gòu)模型并與硅酸鹽水泥中的C-S-H凝膠形成進(jìn)行了比較，且該模型能夠反映這些材料的力學(xué)性能。該研究表明AAS漿料中C-A-S-H凝膠的結(jié)構(gòu)取決于堿激發(fā)劑的性質(zhì)。KapelusznaEwa等人[14]通過(guò)研究不同鈣含量和Al/Si摩爾比的體系發(fā)現(xiàn)Al的摻入使C-(A)-S-H凝膠中結(jié)合水增多，結(jié)晶度降低并且存在環(huán)型結(jié)構(gòu)。透射電鏡觀察表明，鋁可形成更致
的大小與其最鄰近原子配位密切相關(guān)，配位數(shù)越高，屏蔽常數(shù)6越大，共振頻率越低，化學(xué)位移向負(fù)值方向移動(dòng)。根據(jù)Si周圍配位的橋氧數(shù)可以將其分為Q0,Q1,Q2,Q3,Q4,其中Qn中的n代表周圍的橋氧數(shù)，一般用Qn(mAl)來(lái)表示與鋁氧四面體相連處的硅氧四面體，Qn(mAl)有15種可能的結(jié)構(gòu)(m<n)，n=0-4,m=0-n,m表示與中心硅氧四面體鄰連的鋁氧四面體數(shù)目，例如Q4(1Al)用以表示三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中與1個(gè)鋁氧四面體相鄰的硅氧四面體，一個(gè)鋁氧四面體與硅氧四面體相連會(huì)使29Si譜的化學(xué)位移向正值方向移動(dòng)3~5ppm左右[81,82]。29Si主要存在的配位結(jié)構(gòu)如圖3-5所示，通過(guò)分析其化學(xué)位移可以確定硅的配位結(jié)構(gòu)，四配位29Si的化學(xué)位移值在-68ppm~-129ppm之間；六配位29Si的化學(xué)位移值在-170ppm~-220ppm之間，Q0的峰位一般處于-70.0ppm附近，Q1的峰位一般處于-79.0ppm的附近，Q2的峰位一般處于-85.0ppm附近，Q3的峰位一般處于-95.0ppm附近，而Q4的峰位一般處于-110.0ppm附近，同時(shí)29Si的核磁共振譜圖中的化學(xué)位移數(shù)值與結(jié)構(gòu)關(guān)系如表3-4所示，本論文利用軟件Origin8.0對(duì)29SiNMR譜圖進(jìn)行分峰擬合，擬合分峰采用高斯(Gaussian)線型，擬合標(biāo)準(zhǔn)按JohnL.Provis等人[66]總結(jié)即利用最小可能數(shù)量的分峰來(lái)精確地描述原始峰(分峰數(shù)量不超過(guò)8)，并將所有擬合峰的半高寬(FWHM)限制在10ppm以內(nèi)，從而進(jìn)行分峰擬合，各峰積分所得面積為其對(duì)應(yīng)的化學(xué)狀態(tài)下的Si元素的相對(duì)含量并且保證出峰位置與結(jié)構(gòu)的關(guān)系(表3-4，化學(xué)位移誤差范圍為±1ppm)在所有系統(tǒng)的擬合數(shù)據(jù)中保持不變。圖3-5硅酸鹽中Qn結(jié)構(gòu)示意圖(其中O(b)表示橋氧)[83]Fig.3-5StructuralschematicplanofQninsolidsilicates(O(b)representsbridgingoxygen)
本文編號(hào)：3419245
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