無水硫鋁酸鈣及其水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、無水硫鋁酸鈣礦物是硫鋁酸鹽水泥熟料的主要礦物，具有快硬、早強和微膨脹的水化特性，其性能與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，研究無水硫鋁酸鈣晶體結(jié)構(gòu)對于了解和改善其性能具有重要的意義。無水硫鋁酸鈣水化的主要產(chǎn)物有鈣礬石和鋁膠，鈣礬石的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)中含有大量結(jié)晶水，一定條件下可轉(zhuǎn)化為單硫型水化硫鋁酸鈣。對鈣礬石晶體結(jié)構(gòu)的研究，對于了解和控制鈣礬石形成及分解，從而改善水泥混凝土制品的性能，具有重要意義。
　　本文探索了無水硫鋁酸鈣粉晶和單晶的制備工

2、藝、并用溶液合成法和無水硫鋁酸鈣單礦水化法制備了鈣礬石。對制備的單礦物進行XRD測試，用TOPAS、DIAMOND等軟件對測試結(jié)果的進行結(jié)構(gòu)分析和計算。比較了實驗室合成鈣礬石與天然鈣礬石的結(jié)構(gòu)差異，結(jié)合鈣礬石晶體結(jié)構(gòu)對其穩(wěn)定性進行了分析，結(jié)果表明:
　　(1)無水硫鋁酸鈣存在兩種晶型，分別屬于正交晶系和立方晶系。正交晶系的無水硫鋁酸鈣，空間群標記為Pcc2，其晶體的單胞體積V=1552.694(A)3。晶胞參數(shù)為a0=13.031

3、8(A)，b0=12.9638(A)，c0=9.1907(A)，α=β=γ=90°，Z=4。立方晶系的無水硫鋁酸鈣空間群標記為I43m，其晶體的單胞體積V=777.910(A)3。晶胞參數(shù)為a0=b0=c0=9.2048(A)，α=β=γ=90°, Z=2。
　　造成二者晶體結(jié)構(gòu)不同的原因是無水硫鋁酸鈣的生長環(huán)境。正交晶系的無水硫鋁酸鈣生長環(huán)境為固相環(huán)境。其制備方法是，將原料在水中濕混，在1320℃下保溫1h;原料的最佳配合比為二

4、水石膏37.0597g，碳酸鈣44.0568g，氫氧化鋁76.6713g。立方晶系的無水硫鋁酸鈣生長環(huán)境為液相環(huán)境，其制備方法是將制得的正交晶系無水硫鋁酸鈣單礦物與PbCl2混合。助熔劑與溶質(zhì)最佳配比為PbCl2與C4A3S質(zhì)量比150∶1至200∶1。無水硫鋁酸鈣在750℃和850℃生長均可長成較大的單晶。
　　(2)溶液合成法與無水硫鋁酸鈣單礦物水化法制備的的鈣礬石均屬于三方晶系，均為空間群P31c。溶液合成法制備鈣礬石的單胞

5、體積V=2335.814(A)3，晶胞參數(shù)a0=b0=11.2112(A)，c0=21.4589(A)，α=β=90°，γ=120°，Z=2。單礦水化制備的AFt單胞體積V=2336.372(A)3，晶胞參數(shù)a0=b0=11.2123(A)，c0=21.4596(A)，α=β=90°，γ=120°，Z=2，與天然鈣礬石單晶相比，其晶胞體積和晶胞參數(shù)a、b、c均較小。
　　溶液法合成AFt結(jié)晶比單礦水化制備的AFt好，主要衍射峰的強

6、度比高于單礦物水化AFt。這是由于合成方法不同的。溶液法合成AFt，依靠溶液中各離子的重新排列組合。水化法制備的AFt，構(gòu)成鈣礬石骨架結(jié)構(gòu)的鋁元素來自于無水硫鋁酸鈣。鈣礬石的形成是在破壞無水硫鋁酸鈣礦物的晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的，其結(jié)構(gòu)無法像溶液法合成鈣礬石一樣，有序的進行排列，因此其結(jié)晶較差。
　　鈣礬石晶體的[Ca3(OH)6Al]骨架結(jié)構(gòu)中，溶液合成法AFt和天然單晶AFt各鍵長的差異小于單礦水化AFt，溶液法合成的鈣礬石鍵長較小于