氟摻雜水化硅酸鈣的制備與性能研究.pdf

1、合成水化硅酸鈣是在特定條件下制備的一種功能型無機(jī)非金屬材料。通過人工合成的方法制備的水化硅酸鈣應(yīng)用十分廣泛，但由于其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不論何種類型的水化硅酸鈣其耐侵蝕性、耐候性、耐熱性及耐濕性等性能較差，從而降低了其綜合性能，限制了其應(yīng)用范圍。為了改善水化硅酸鈣在性能與應(yīng)用等方面的不足，本論文將性能穩(wěn)定的氟元素引入到水化硅酸鈣中，研究其改性方法和機(jī)理，從而提高合成水化硅酸鈣的綜合性能并擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域，滿足實(shí)際工程需求，同時(shí)滿足國家節(jié)能減排

2、和低碳生產(chǎn)的戰(zhàn)略要求。
　　本論文對不同水熱條件下制備的水化硅酸鈣（ CSH）和氟摻雜水化硅酸鈣（F-CSH）的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行研究，探索了氟摻雜水化硅酸鈣的改性機(jī)理，為提升F-CSH的綜合性能以及擴(kuò)展其應(yīng)用范圍提供了技術(shù)支撐。為充分了解氟摻雜前后水化硅酸鈣的變化，本次研究采用水熱合成方法，以白炭黑為硅質(zhì)原料，氧化鈣為鈣質(zhì)原料，氟化鈉為氟化物，通過改變工藝參數(shù)，制備了不同形貌和結(jié)構(gòu)的CSH和F-CSH。利用XRD、SEM、FTIR、

3、NMR和 N2吸附-脫附分析等方法對樣品進(jìn)行微觀檢測，并分析了氟摻雜水化硅酸鈣的改性機(jī)理。為進(jìn)一步了解氟摻雜后水化硅酸鈣性能的變化，對CSH和F-CSH進(jìn)行吸濕性和抗碳化性測試，并分析了氟摻雜前后樣品吸濕性和抗碳化性的變化原因。主要結(jié)論如下：
　　①根據(jù)XRD和SEM分析結(jié)果可知，CSH的主要水化產(chǎn)物有絮凝狀的CSH凝膠、層片狀的14?托貝莫來石。由于Na+的引入，F(xiàn)-CSH相比CSH更易生成白鈣沸石相，同時(shí)14?托貝莫來石相的生

4、成量降低。由于F-的引入，F(xiàn)-CSH中還生成顆粒狀的CaF2包裹在水化硅酸鈣表面，使得晶體更加密實(shí)，水化產(chǎn)物分布更加均勻。
　　②200 ℃水熱條件下合成樣品的硅氧四面體以 Q2結(jié)構(gòu)為主，并含有少量的Q1；而120 ℃條件下制備的樣品Si-O鍵的振動形式則只檢測到Q2結(jié)構(gòu)，并且結(jié)晶程度較低。同時(shí)120 ℃條件下制備的F-CSH含有更多的CaF2。
　?、弁ㄟ^29Si MAS NMR波譜和19F MAS NMR波譜分析可知，產(chǎn)

5、物中的F原子主要有兩種存在形式，一種是與Ca離子結(jié)合生成CaF2包裹在水化硅酸鈣表面；另一種是進(jìn)入水化硅酸鈣層間和鈣結(jié)合。
　　④ N2吸附-脫附分析結(jié)果表明，在120 ℃條件下合成6h的鈣硅比為0.65的CSH樣品與其對應(yīng)的氟鈣比為0.5的F-CSH樣品均是介孔材料，二者的吸附等溫線類型均為IV型(根據(jù)IUPAC分類)，F(xiàn)-CSH樣品的比表面積和孔容相對CSH樣品下降了約4倍，相應(yīng)的平均孔徑也有所降低；
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