非晶態(tài)水化硅酸鈣接觸硬化過程動力學及膠凝機理研究.pdf

1、研究發(fā)現(xiàn)除水化硬化膠凝性能外，水化硅酸鈣還具備接觸硬化膠凝性能。對含非晶態(tài)水化硅酸鈣的粉體，可以通過壓制成型的方法制備出具有一定強度的硬化試件。使用該方法能在很短的時間內獲得滿足一定強度要求的人造石材，大幅縮短工藝周期。水化硅酸鈣接觸硬化膠凝性能的提出，為新型膠凝材料的制備提供了一條新思路。然而，對該粉體在壓制壓力作用下轉變?yōu)橛不w方面公開可查的研究文獻很少，學界尚不掌握這一轉化的機理，使得這一工藝的推廣應用受到極大限制。論文針對上述問

2、題，對非晶態(tài)水化硅酸鈣接觸硬化動力學過程和成鍵機理展開研究，研究結果可為利用各種固體廢棄物制備輕質、高強的人造石材提供理論依據(jù)。
　　分別以白炭黑和石英砂為硅質原料，生石灰為鈣質原料，采用動態(tài)水熱合成方法制備不同結晶度的水化硅酸鈣粉體。將所合成的粉體和結晶良好的粉體（石英粉、石灰石粉和滑石粉等）在0~80MPa的壓力下壓制成型，測定成型試件的表觀密度、強度和抗水性，為進一步開展理論分析提供試驗數(shù)據(jù)支撐。
　　本論文主要利用

3、Heckel公式和 Kawakita公式對水化硅酸鈣的壓制成型過程進行動力學分析；結合成型試件的力學性能、抗水性和微觀結構，研究粉體在壓制壓力作用下結構鍵的形成原理；同時建立水化硅酸鈣壓制成型性能與微觀結構的定量關系。實驗結果顯示當所制備的成型試件表觀密度為500~1500kg/m3時，抗壓強度為4.5~33MPa，抗折強度達1.0~6.5MPa，軟化系數(shù)在0.4~0.8。Heckel曲線表明在20~80MPa的壓制壓力下，粉體的密實度

4、與壓制壓力間的關系可以用化學反應一級動力學的數(shù)學模型來表示。
　　其次，利用自行設計的一套壓制量熱計，較為準確地測試出粉體在壓制成型過程中的溫度變化。測試發(fā)現(xiàn)，水化硅酸鈣的接觸硬化是一個放熱過程，壓制過程中的放熱溫升受粉體的性能和壓制壓力的關系影響較大，此外成型試件的抗壓強度與最大放熱溫升呈良好的線性關系。
　　本論文還探討了干燥工藝和循環(huán)壓制對水化硅酸鈣接觸硬化性能的影響，并采用各種含硅酸鹽的固體廢棄物驗證該理論的實用性。

5、實驗結果表明，過高的干燥溫度（>80oC）會破壞水化硅酸鈣結構，從而影響成型試件的抗水性，干燥溫度過低(<40oC)則導致試件表觀密度過高。此外，隨著壓制次數(shù)增加，粉體逐漸失去膠凝性能，成型試件表觀密度增加，強度降低，循環(huán)壓制次數(shù)不宜超過4次。
　　基于上述實驗結果，建立了符合水化硅酸鈣接觸硬化的膠體模型，并得出以下主要結論：
　?、俜蔷B(tài)水化硅酸鈣的接觸硬化進程包括接觸面積的增加和結構鍵的形成兩部分。粉體的硬化由顆粒接觸引

6、起，這是一個由低密度向高密度水化硅酸鈣轉變的結構有序化過程，所產生接觸類型和結構鍵具有抗水性和部分可逆性。
　?、谒杷徕}的壓制成型過程可分為顆粒重排和顆粒塑性變形/細化兩個階段。在壓制壓力為0~20MPa時，主要發(fā)生顆粒重排，表現(xiàn)為以點接觸為主的凝聚接觸，顆粒間通過范德華力和氫鍵相結合，作用力較弱，試件強度低。在較高壓制壓力下，因顆粒細化或水化硅酸鈣的塑性變形，點接觸逐漸轉化為具有縮聚特性的面接觸，并形成固體橋鍵和機械嚙合力等

7、作用力較強的結構鍵，試件強度提高。
　?、鬯杷徕}的接觸硬化過程伴隨著熱量的釋放，其放熱規(guī)律可以分為初始期、加速期、減速期和衰退期四個階段。結合放熱溫升曲線，發(fā)現(xiàn)在本論文所采用的實驗條件下，成型試件的抗壓強度（fc）與最大放熱溫升（Tma??）存在如下數(shù)學關系：fc=1.93?Tma??。
　?、艹跏计诜艧釡厣^低，主要由顆?；坪椭嘏判纬煞肿娱g力所致；加速期與顆粒細化和塑性變形有關，結構鍵大量形成，因而放熱溫升快速提高；