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氧化硅的形态对水热反应过程及生成物的影响

许鸽龙  
【摘要】:混凝土材料的性能是由原材料的性质和制作工艺所决定的;若从微观方面解释材料性能,则可分为微观结构和内部产物的种类和数量两个方面。加气混凝土是近年来建材行业快速发展的一种热门新型建材,一方面以其质轻、保温性能好、不燃等特性在业内得到广泛推广;另一方面,加气混凝土还可以大宗消耗工业生产中所产生的固体废弃物,除常见的粉煤灰外,还有铁尾矿和铜尾矿等,总之加气混凝土的发展是对社会生产生活一项极大利好。硅质材料如此繁多,其性质随着生产工艺和地理位置的差异而不同,但就目前加气混凝土的研究现状,对不同硅质材料的加气混凝土的普遍规律的研究还不够充分。本文利用不同性质的硅质材料在不加气的情况下研究原材料、配合比和养护制度对强度和水热反应产物的影响。经过对抗压强度与C/S、温度和保温时间的关系的分析,得出:大多数硅质材料所得制品的抗压强度随温度的升高呈现增大的趋势,由于矿渣中的钙长石在养护过程中不断向强度较低的水化石榴石转化,其制品强度随温度升高有所降低,当CSH凝胶成为主要的强度贡献产物时,强度又随温度进一步升高而增大;水热反应条件较弱时,钙硅材料反应尚不充分,粉煤灰、砂和玻璃的试样强度随C/S增大而增大,而硅灰颗粒的聚集效应使其试样的强度随C/S增大而减小,但温度达到175℃时,这几种材料制品的强度与C/S的关系呈现为抛物线的形式,即存在最佳C/S,它们的最佳C/S分别为:C/SF=0.8左右,C/SS=0.55左右,C/SG=0.5左右,C/SSF=0.35左右。CSH凝胶与CSH(B)是不同硅质材料水热反应的普遍产物;水化石榴石在Al2O3存在时对温度的要求并不高;温度达到175℃时晶态Si O2的砂与玻璃态的硅材制品中都大量生成了托勃莫来石,说明了此时是托勃莫来石形成的临界温度,而矿渣试样中始终没有出现托勃莫来石,说明了托勃莫来石形成的另一个条件时必须有充足的Si O2。利用固态反应中化学动力学范围的方法和杨德尔方程求出了两组相近的活化能,说明所采用的方法是有可行性的,分析过程中看到影响活化能的因素为Si O2的形态、不定形态Si O2的初始冷却温度和冷却速率、杂质的种类与含量和颗粒细度;并且得出指前因子是活化能的函数,将反应速率常数简化为只对活化能与温度的函数;通过金斯特林格方程计算出特征扩散速率,对比几种不同硅质材料砌块托勃莫来石的生成规律,当特征扩散速率达到1.01×10-3~1.16×10-3时(称之为临界特征扩散速率),托勃莫来石大量产生,并且得出了特征扩散速率与活化能和温度的关系,更加有利于控制钙硅材料的反应。经过一系列的表观分析及理论推导,为本课题的进一步研究做了基础性铺垫,而且希望通过更深更广泛层次的研究,为研究和生产提供有力支持。


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