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C-S-H凝胶是无机胶凝材料水化的主要产物之一,其化学组成、结构等对水泥浆体和混凝土的结构、耐久性起重要作用。将C-S-H凝胶作为晶种掺入水泥浆体中可提高水泥机械强度,降低水泥石的平均孔径;但也有学者发现在水泥中添加C-S-H凝胶时,水泥石强度反而下降。C-S-H凝胶本身结构的多样性决定了C-S-H凝胶对水泥性能的不同影响和差异。水泥的水化产物组成复杂且难以分离,其中C-S-H胶凝的状态或结构难于表征。因而,本实验采用四种不同的合成方法来人工制备C-S-H凝胶:钙盐与碱硅酸盐溶液反应法、CaO和SiO2(quartz)水热合成法、CaO和气相SiO2水热合成法、C35单矿水化法。研究了合成工艺条件如反应时间t、反应温度T、及钙硅比C/S、不同干燥条件等对合成过程及产物的影响,优选合成工艺参数。利用XRD测试合成反应程度,选择优化制备的C-S-H凝胶作为晶种,研究其对水泥性能及水化过程的影响。利用氮吸附技术(BET),测试了两种方法制得的C-S-H凝胶的比表面积和孔结构;使用扫描电子显微镜(SEM)对4种方法制得的C-S-H的微观形貌进行对比,同时研究不同钙硅比的C-S-H形貌的变化。研究表明: 1、在C-S-H的合成过程中,反应温度是影响其合成速率的主要因素,随温度升高,合成的C-S-H结晶性有所下降;随反应时间增加,Ca(OH)2可以充分反应,融入C-S-H凝胶结构中;随钙硅比增长,C-S-H凝胶的结晶性相应增加。 2、使用钙盐与碱硅酸盐溶液反应法合成的C-S-H比表面积在钙硅比0.8-1.5的范围内呈先增大后减小,最大可达68.94 m2·g-1,平均孔半径为3.76~4.98nm;使用CaO和气相SiO2水热合成法制得的C-S-H比表面积随钙硅比增加逐渐增大,最大可达78.53 m2·g-1,其平均孔半径为3.83~5.29nm,凝胶孔的差异主要集中在10nm以下。 3、在微观形貌上,C-S-H凝胶随钙硅比增加,颗粒尺寸逐渐减小,且颗粒表面逐渐从絮状或团簇状转为针状或“鱼鳞”状结构。利用能谱分析,证明了只要反应进行完全,人工合成C-S-H的钙硅比可以通过准确称量反应物来决定。 优选了2种合成合成方法所制备的C-S-H,将其作为晶种添加到水泥中,研究C-S-H凝胶对水泥性能及水化过程的影响。利用微量热仪(TAM Air)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等研究C-S-H晶种对水泥水化过程、水化产物等的影响。研究表明: 1、使用CaO和气相SiO2水热合成的C-S-H晶种可以明显提升水泥胶砂强度。钙硅比为1.5,掺量2%为最优掺量,1d强度可提高34.0%,3d强度提高51.8%。但过高掺量和过低钙硅比会导致水泥胶砂强度的下降。同时C-S-H晶种对水泥净浆有一定的促凝作用。 2、通过水化热测定、水化产物的X射线衍射分析及扫描电子显微镜分析表明:钙硅比为1.5的C-S-H以2%的掺量添加到水泥中可以有效促进水泥早期水化,尤其是C3S的水化。 作为水泥最主要的水化产物及强度来源,我们有必要进一步研究C-S-H凝胶对水泥性能的影响,阐明水泥基材料的胶凝性本质,对完善水泥领域水化科学的理论知识具有重要的指导意义。