外文翻譯(中文)摻有粉煤灰、硅灰的硅酸鹽水泥的熱分析和微觀結(jié)構(gòu)

1、<p><b>　　中文3882字</b></p><p>　　出處：J Therm Anal Calorim (2010) 99:487–493</p><p>　　摻有粉煤灰、硅灰的硅酸鹽水泥的熱分析和微觀結(jié)構(gòu) &

2、lt;/p><p>　　Arnon Chaipanich .Thanongsak Nochaiya</p><p>　　摘要：熱分析與掃描電鏡可以一起用來(lái)研究摻有粉煤灰、硅灰的硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物及它們的微觀結(jié)構(gòu)。水化硅酸鈣，鈣礬石，鈣鋁黃長(zhǎng)石（C2ASH8）,氫氧化鈣（Ca(OH)2）以及碳酸鈣（CaCO3）相可以在混合料中檢測(cè)到?；旌狭现刑砑庸杌視r(shí)，氫氧化鈣（Ca(OH)2）含量與參考摻粉

3、煤灰水泥漿體相比會(huì)隨著增加硅灰量在5%和10%而降低，相應(yīng)的水化硅酸鈣凝膠量會(huì)增加。</p><p>　　關(guān)鍵詞：熱分析 ，微觀結(jié)構(gòu)，粉煤灰，硅灰，水化</p><p><b>　　正文</b></p><p>　　粉煤灰，火力發(fā)電廠的一種副產(chǎn)品，已經(jīng)由于它的環(huán)境效益和工程效益而被看著一種重要的結(jié)構(gòu)材料（產(chǎn)生少量的水化熱，增強(qiáng)可使用性，改善對(duì)化

4、學(xué)侵蝕如氯化物和硫酸鹽的耐久性，全世界廣泛地用其作水泥的替代材料。然而，眾所周知,粉煤灰是一種火山灰質(zhì)材料，會(huì)與氫氧化鈣反應(yīng)形一種與硅酸鹽水泥加水形成的相似的粘合物質(zhì)。這種與氫氧化鈣反應(yīng)的火山灰質(zhì)反應(yīng)緩慢，是由于氫氧化鈣首先是硅酸鹽水泥的水化產(chǎn)物，而且常用的粉煤灰粒徑比硅酸鹽水泥的粗糙。根據(jù)ASTM C618, 與平均粒徑在10到15微米的硅酸鹽水泥相比，具有代表性的粉煤灰的粒徑60%到100%的通過(guò)45微米的篩徑或不多于34%的留在這

5、種大小的篩上。</p><p>　　硅灰作為硅鐵合金和金屬硅工業(yè)的副產(chǎn)品，一方面，其平均粒徑大約100納米。有報(bào)道指出它的高反應(yīng)性對(duì)混凝土的強(qiáng)度有益,能顯著地增加混凝土的強(qiáng)度,就其本分可以作為水泥的替代材料。硅灰作為添加材料的應(yīng)用在混有粉煤灰的水泥的混合料，已經(jīng)引起了人們的關(guān)注，主要是因?yàn)槠鋸?qiáng)度和耐久性在結(jié)構(gòu)材料方面的效益。然而，這種混合料在水化漿體系統(tǒng)的水化研究是有限的。在前24小時(shí)內(nèi)，摻粉煤灰、硅灰的硅酸鹽水

6、泥漿體的水化產(chǎn)物的氫氧化鈣量減少。然而，很少有人知道其后的影響，熱重分析和差熱分析也沒(méi)有充分的證明。在這項(xiàng)工作中，粉煤灰和硅酸鹽水泥混合來(lái)生產(chǎn)粉煤灰水泥漿體，硅灰，作為一高活性材料，用來(lái)生產(chǎn)三元水泥漿料。熱分析就熱重分析和差熱分析而言，已經(jīng)和掃描電鏡技術(shù)用來(lái)一起研究摻硅灰和粉煤灰混合料的水化進(jìn)程和微觀結(jié)構(gòu)。硅灰以5%和10%摻入粉煤灰水泥，作為這項(xiàng)研究的一部分，三元混合料的壓縮強(qiáng)度也進(jìn)行相應(yīng)的熱重分析，目的是確定水化產(chǎn)物，并對(duì)樣品的微觀

7、結(jié)構(gòu)也進(jìn)行深入的研究。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)技術(shù)</b></p><p>　　這項(xiàng)研究的材料是PC(I)。研究中，粉煤灰來(lái)自泰國(guó)的Mae Mao火力發(fā)電廠Lampang,硅灰來(lái)自Sikament Ltd。這些材料的化學(xué)組成列于表1中。表2中列舉了三元混合料的成分。粉煤灰的摻量為10%、20%和30%，硅灰作為一種外加材料的摻量為5%和10%。這種水泥漿體的

8、水膠比為0.5.</p><p>　　為了增加均質(zhì)性，粘結(jié)料首先在混料機(jī)中混合3分鐘，而后加水?；旌?分鐘以內(nèi)。之后，混合物放在加油的模具中（尺寸為50*50*50mm3）,然后壓緊。這些樣品表面光滑，并加上塑料薄膜。一天后拆模。之后，養(yǎng)護(hù)在25。C的水中。至于漿體的抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)時(shí)粉煤灰的摻量為10%，20%，30%，。每次抗壓強(qiáng)度的測(cè)試時(shí)，要測(cè)三個(gè)樣品，測(cè)其7,28,90天的齡期的平均結(jié)果。</p>

9、;<p>　　而且28天后，主要選擇摻粉煤灰20%的樣本作為混合物得典型樣本來(lái)分析微觀結(jié)構(gòu)和熱分析。應(yīng)用掃描電鏡（SEM;JEOL-JSM-840A）來(lái)研究樣品的微觀結(jié)構(gòu)，粉碎了做熱分析(Mettler Toledo TG/SDTA 851e)。把樣品放在N2環(huán)境中以10。C/min的加熱速度從室溫加熱到1000。C。此外，TG和DTA還可以用來(lái)測(cè)試摻20%FA、10%SF的樣品的7、28和90天來(lái)確定時(shí)間對(duì)三元混合料的水

10、化相的影響。</p><p><b>　　結(jié)果和討論</b></p><p>　　圖1表明了硅灰對(duì)摻粉煤灰水泥的28天齡期的抗壓強(qiáng)度的影響。所有摻粉煤灰量為10%，20%，30%無(wú)硅灰的結(jié)果表明，粉煤灰的抗壓強(qiáng)度貢獻(xiàn)要少于水泥漿體，正如圖表1所示，而另加硅灰時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)抗壓強(qiáng)度增加明顯。它們的抗壓強(qiáng)度高于水泥漿體的。對(duì)于摻20%FA和10%SF，其抗壓強(qiáng)度與28天齡期

11、的水泥相近，而且90天后，要稍有些大。當(dāng)然，比無(wú)硅灰的粉煤灰水泥的高（其抗壓強(qiáng)度為53.0MPa）。這種強(qiáng)度的增加是由于硅灰的火山灰反應(yīng)，利用熱分析可以來(lái)確定這種或是反應(yīng)已經(jīng)發(fā)生了，下一部分將描述。</p><p>　　對(duì)于三元混合料漿的X射線分析表明，主要峰值用XRD探測(cè)到的是氫氧化鈣，其峰在所有混合料中都有，因而產(chǎn)生了每種混合料的水化反應(yīng)的想法。很明顯，正如XRD圖所示，對(duì)于摻粉煤灰并加硅灰的料漿，其氫氧化鈣

12、量要少于參考標(biāo)樣。這表明火山灰反應(yīng)已發(fā)生了，而且氫氧化鈣消耗了硅灰。</p><p>　　TG用來(lái)更深入地分析在XRD中檢測(cè)不到的非晶相。結(jié)果如圖3示，對(duì)于硅酸鹽水泥和摻粉煤灰的水泥并外加或無(wú)硅灰，表明主要有三段損失，第一段是從室溫30。C到420。C，第二段是420℃~500℃，第三段500℃~1000℃。熱重分析可以定量確定大量的水合相的液體或氣體的損失。這些物相在第一過(guò)渡段時(shí)，由熱重分析檢測(cè)到，它們由一些包

13、括水化硅酸鈣和鈣鋁黃長(zhǎng)石水化相構(gòu)成，第二過(guò)渡段發(fā)生在氫氧化鈣的脫水，質(zhì)量損失的第三段出現(xiàn)在碳酸鈣的脫碳反應(yīng)。</p><p>　　漿體中每一物相的質(zhì)量的損失可以從每個(gè)過(guò)渡段出現(xiàn)在TG曲線上計(jì)算出，如果把整體的質(zhì)量損失取作100%，可以更深入地計(jì)算出相關(guān)的質(zhì)量損失。硅酸鹽水泥，摻粉煤灰，外加或無(wú)硅灰的計(jì)算值列于表3中，表中有三個(gè)過(guò)渡段的質(zhì)量損失，包括樣品的質(zhì)量損失和整體的質(zhì)量損失。對(duì)于這些計(jì)算值，粉煤灰混合硅灰的選

14、擇以10%FA混５％和20%SF以及20%FA混合5%和20%的SF作為</p><p>　　代表。對(duì)于沒(méi)摻SF的混合料，可以發(fā)現(xiàn)第一過(guò)渡段包括水化相（水化硅酸鈣和水化鈣鋁黃長(zhǎng)石）的質(zhì)量損失是最高的。對(duì)于參照的樣品摻FA的硅酸鹽水泥且無(wú)硅灰，其質(zhì)量損失要少些，是由于少量的水化硅酸鈣，這樣會(huì)降低強(qiáng)度。另一方面，發(fā)現(xiàn)這種質(zhì)量損失也會(huì)在加5%SF后微弱地增加。此外，很明顯，從第二階段，與硅酸鹽水泥漿體控在4.80%時(shí)相

15、比，加入FA時(shí)氫氧化鈣的含量會(huì)減少，加入SF時(shí)會(huì)進(jìn)一步減少。就整體的質(zhì)量損失作更深入地分析時(shí)，粉煤灰、硅灰、水泥的三元混合以20%FA且有或無(wú)硅灰的每個(gè)過(guò)渡期的質(zhì)量損失到整體的質(zhì)量損失作為硅灰影響的典型代表，列于表3中。第一過(guò)渡期的質(zhì)量損失是鈣礬石，水化硅酸鈣和鈣鋁黃長(zhǎng)石，硅灰量可以檢測(cè)到，第二過(guò)渡期的降低是由于火山灰反應(yīng)消耗了氫氧化鈣。</p><p>　　盡管如此，第一過(guò)渡期的質(zhì)量損失不能用來(lái)區(qū)分單相如水化硅

16、酸鈣，由于每個(gè)過(guò)渡期的質(zhì)量損失范圍是相當(dāng)寬的，因此只使用TG不能得出這樣的結(jié)果。用微商熱重分析和差熱分析一起來(lái)更深入地確定每個(gè)物相。硅酸鹽水泥和摻粉煤灰、硅灰的水泥漿體的熱重分析結(jié)果列于圖表4.a 中。水中養(yǎng)護(hù)28天后，所有料漿的熱重分析曲線表明檢測(cè)到的物相是水化硅酸鈣、鈣礬石、鈣鋁黃長(zhǎng)石、氫氧化鈣、碳酸鈣，其檢測(cè)溫度分別在6~84℃、104~114℃、157~163℃、458~464℃、667~688℃。各配比的微商熱重分析圖的比較在

17、圖表4中。即使如此，物相檢測(cè)的與硅酸鹽水泥的相似。從微商熱重分析曲線看到與參考樣品相比較增加SF量5%和10%時(shí)，氫氧化鈣量降低。這是因?yàn)樵黾恿嘶鹕交曳磻?yīng)，當(dāng)然增加SF消耗了更多的氫氧化鈣。因此，很明顯的，在兩種摻SF的混合料中可以檢測(cè)到更多水化硅酸鈣，這也表明增加了SF。因此這種水化硅酸鈣量的增加將解釋了抗壓強(qiáng)度隨SF量增加而增加的結(jié)果。</p><p>　　水化的摻粉煤灰20%、有和無(wú)硅灰的樣品的DTA曲線在

18、圖表4.b中。檢測(cè)到三個(gè)主要的吸熱峰就如能從這些DTA的曲線中看到。第一個(gè)吸熱峰的溫度在182~160℃范圍內(nèi)并且與硅酸鈣和水化鋁硅酸鈣的脫水有關(guān)。此外，這個(gè)峰可以看著是加入SF的混合料的強(qiáng)度更強(qiáng)。第二個(gè)吸熱峰在455~466℃范圍內(nèi)，是由于氫氧化鈣的分解。檢測(cè)到的第三個(gè)吸熱峰的溫度范圍與由Giergiczny和Amer所做的DTA曲線檢測(cè)到的相似。</p><p>　　此外，TG用來(lái)研究時(shí)間對(duì)摻20%FA和10

19、%的硅酸鹽水泥樣品的影響，7、28和90天，圖表5中表示出了。質(zhì)量損失隨時(shí)間的推移會(huì)更大，隨著養(yǎng)護(hù)階段的進(jìn)行，質(zhì)量損失也會(huì)更大。又一次，質(zhì)量損失可以以水泥漿體樣品的整體損失來(lái)計(jì)算，也可以作為整體質(zhì)量損失的百分比，三個(gè)過(guò)渡期的質(zhì)量損失的計(jì)算列于表4中?？梢钥吹健Ｔ诘谝贿^(guò)渡期的質(zhì)量損失會(huì)增加，當(dāng)養(yǎng)護(hù)期增加因此產(chǎn)生更多的水化產(chǎn)物。結(jié)果，SF將消耗更多的氫氧化鈣，因此也能夠發(fā)現(xiàn)這種減少。隨時(shí)間的推移，能夠清楚看到這種趨勢(shì)，如圖表5所示的三個(gè)過(guò)渡

20、期的整體質(zhì)量損失的相關(guān)百分比。</p><p>　　用DTG也可以深入地分析養(yǎng)護(hù)時(shí)間的影響，表6.a標(biāo)出了三元混合料在90天齡期的DTG構(gòu)成與7、28天的結(jié)果的比較。表4中列出了與這些微分值相關(guān)的質(zhì)量損失。水化產(chǎn)物，如水化硅酸鈣隨時(shí)間的推移能夠清楚地檢測(cè)到，氫氧化鈣量的降低是與火山灰反應(yīng)有直接的關(guān)系而產(chǎn)生水化硅酸鈣，因此，能夠解釋當(dāng)養(yǎng)護(hù)期增加時(shí)三元混合料的抗壓強(qiáng)度的增加。</p><p>

21、　　表6b中，水化產(chǎn)物的吸熱峰的增加是明顯的。一定程度上，氫氧化鈣的吸熱峰在90天的樣品與28天的比較是微弱的。即使7天齡期的氫氧化鈣的吸熱峰不是最強(qiáng)的，但與更長(zhǎng)期的相比是最寬的。因此，DTA曲線也能表明水化硅酸鈣的增加，但不知什么原因碳酸鈣和氫氧化鈣的峰不明顯。當(dāng)仔細(xì)考慮TG和DTG的結(jié)果是，氫氧化鈣可能隨養(yǎng)護(hù)期的增加而更少。</p><p>　　粉煤灰水泥的微觀結(jié)構(gòu)是用SEM分析的。圖表7. a.b表明了粉煤

22、灰水泥水化漿體摻10%SF的SEM圖?？梢钥吹絻煞N粒徑的粉煤灰被水化硅酸鈣覆蓋，這意味著一些粉煤灰已經(jīng)于氫氧化鈣反應(yīng)了。這種不完全的反應(yīng)，和另一種一直沒(méi)證據(jù)表明任何反應(yīng)的粉煤灰共同證實(shí)粉煤灰是一種滿活性的材料。一方面，正DTG曲線表明，硅灰將反應(yīng)形成水化產(chǎn)物。</p><p>　　更高放大倍數(shù)時(shí)，可以看到部分水化硅酸鈣被SF覆蓋，并且SF本身也填充與水化硅酸鈣和鈣鋁黃長(zhǎng)石物相間的空中，這就使得母體得到更密實(shí)的微觀

23、結(jié)構(gòu)，因此也有更高的強(qiáng)度。</p><p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　利用熱分析來(lái)解釋摻SF、FA水泥的抗壓強(qiáng)度的增加，混合料中能檢測(cè)到水化硅酸鈣，鈣礬石，鈣鋁黃長(zhǎng)石，氫氧化鈣和硅酸鈣。外加SF的混合料中，摻5%、10%的SF與標(biāo)樣相比，氫氧化鈣量降低了，同時(shí)可以檢測(cè)到水化硅酸鈣量地增加。運(yùn)用SEM，可以所有的水泥、粉煤灰混合料中檢測(cè)到水化硅酸鈣