stringtranslate.com

Гидрат силиката кальция

Гидраты силиката кальция ( CSH или CSH ) являются основными продуктами гидратации портландцемента и в первую очередь отвечают за прочность материалов на основе цемента. [1] Они являются основной связующей фазой («клеем») в большинстве бетонов . Только хорошо определенные и редкие природные кристаллические минералы могут быть сокращены как CSH, в то время как чрезвычайно изменчивые и плохо упорядоченные фазы без хорошо определенной стехиометрии , как это обычно наблюдается в затвердевшем цементном тесте (HCP), обозначаются как CSH.

Подготовка

При добавлении воды в цемент каждое из соединений подвергается гидратации и вносит вклад в конечное состояние бетона. [2] Только силикаты кальция вносят вклад в прочность. Трикальцийсиликат отвечает за большую часть ранней прочности (первые 7 дней). [3] Дикальцийсиликат, который реагирует медленнее, вносит вклад только в позднюю прочность. Гидрат силиката кальция (также обозначается как CSH) является результатом реакции между силикатными фазами портландцемента и водой. Эта реакция обычно выражается как:

2 Ca3SiO5 + 7H2O → 3CaO · 2SiO2 · 4H2O + 3Ca ( OH) 2 + 173,6 кДж

также записывается в нотации химика-цементовщика (CCN) как:

2 С
3С + 7 Н → С
3С
2ЧАС
4+ 3 СН + тепло

или, трикальцийсиликат + вода → гидрат силиката кальция + гидроксид кальция + тепло

Стехиометрия CSH в цементном тесте изменчива, а состояние химически и физически связанной воды в его структуре непрозрачно, поэтому между C, S и H используется знак «-». [ 4]

Синтетический CSH может быть получен путем реакции CaO и SiO 2 в воде или методом двойного осаждения с использованием различных солей. Эти методы обеспечивают гибкость производства CSH при определенных соотношениях C/S (Ca/Si или CaO/SiO 2 ). CSH из цементных фаз также может быть обработан раствором аммиачной селитры , чтобы вызвать выщелачивание кальция и, таким образом, достичь заданного соотношения C/S.

Характеристики

CSH представляет собой наноразмерный материал [5] [6] с некоторой степенью кристалличности, что наблюдается с помощью методов рентгеновской дифракции . [7] Основная атомная структура CSH похожа на встречающийся в природе минерал тоберморит . [8] Он имеет слоистую геометрию со структурой листа силиката кальция, разделенного межслоевым пространством. Силикаты в CSH существуют в виде димеров, пентамеров и цепочек 3n-1 [9] [10] (где n — целое число больше 0), и обнаружено, что ионы кальция соединяют эти цепочки, создавая трехмерную наноструктуру, что наблюдается с помощью динамической ядерной поляризации поверхностно-усиленного ядерного магнитного резонанса . [11] Точная природа промежуточного слоя остается неизвестной. Одна из самых больших трудностей в характеристике CSH связана с его переменной стехиометрией. [ необходима цитата ]

Микрофотографии CSH, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, не показывают какой-либо определенной кристаллической формы. Обычно они проявляются в виде фольги или игольчатой/ориентированной фольги.

Синтетический CSH можно разделить на две категории, разделенные соотношением Ca/Si около 1,1. Есть несколько указаний на то, что химические, физические и механические характеристики CSH заметно различаются между этими двумя категориями. [12] [13]

Смотрите также

Другие минералы CSH:

Другие минералы гидрата алюмосиликата кальция (CASH):

Механизмы формирования фаз ХСГ:

Ссылки

  1. ^ Ричардсон, ИГ (февраль 2008 г.). «Гидрат силиката кальция». Исследования цемента и бетона . 38 (2): 137–158. doi :10.1016/j.cemconres.2007.11.005. ISSN  0008-8846.
  2. ^ "Гидратация портландцемента". engr.psu.edu . Получено 29.11.2022 .
  3. ^ "Строительные материалы". indiabix.com . Получено 29.11.2022 .
  4. ^ "Гидратация портландцемента" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2017-02-15 . Получено 2013-02-21 .
  5. ^ Аллен, Эндрю Дж.; Томас, Джеффри Дж.; Дженнингс, Хэмлин М. (25 марта 2007 г.). «Состав и плотность наномасштабного кальций-силикат-гидрата в цементе». Материалы . 6 (4): 311–316. Bibcode : 2007NatMa...6..311A. doi : 10.1038/nmat1871. PMID  17384634.
  6. ^ Andalibi, M. Reza; Kumar, Abhishek; Srinivasan, Bhuvanesh; Bowen, Paul; Scrivener, Karen; Ludwig, Christian; Testino, Andrea (2018). «О мезомасштабном механизме осаждения синтетического силиката кальция–гидрата: подход моделирования баланса популяции». Journal of Materials Chemistry A. 6 ( 2): 363–373. doi :10.1039/C7TA08784E. ISSN  2050-7488. S2CID  103781671.
  7. ^ Реноден, Гийом; Рашас, Жюли; Леру, Фабрис; Фризон, Фабьен; Коди-Кум, Селин (декабрь 2009 г.). «Структурная характеристика образцов C–S–H и C–A–S–H — Часть I: Дальний порядок, исследованный с помощью анализа Ритвельда». Журнал химии твердого тела . 182 (12): 3312–3319. Bibcode : 2009JSSCh.182.3312R. doi : 10.1016/j.jssc.2009.09.026.
  8. ^ Тейлор, Гарри Ф. У. (июнь 1986 г.). «Предлагаемая структура геля гидрата силиката кальция». Журнал Американского керамического общества . 69 (6): 464–467. doi :10.1111/j.1151-2916.1986.tb07446.x.
  9. ^ Конг, Сяньдун; Киркпатрик, Р.Джеймс (апрель 1996 г.). «Исследование структуры некоторых кристаллических гидратов силиката кальция методом ЯМР 29Si и 17O». Advanced Cement Based Materials . 3 (3–4): 133–143. doi :10.1016/S1065-7355(96)90045-0.
  10. ^ Brunet, F.; Bertani, Ph.; Charpentier, Th.; Nonat, A.; Virlet, J. (октябрь 2004 г.). «Применение Si Homonuclear и H− Si Heteronuclear ЯМР Correlation to Structural Studies of Calcium Silica hydrates». The Journal of Physical Chemistry B. 108 ( 40): 15494–15502. doi :10.1021/jp031174g.
  11. ^ Кумар, Абишек; Уолдер, Бреннан Дж.; Кунхи Мохамед, Аслам; Хофштеттер, Альберт; Шринивасан, Бхуванеш; Россини, Аарон Дж.; Скривенер, Карен; Эмсли, Линдон; Боуэн, Пол (7 июля 2017 г.). «Структура на атомном уровне цементирующего гидрата силиката кальция». Журнал физической химии C. 121 ( 32): 17188–17196. doi :10.1021/acs.jpcc.7b02439.
  12. ^ "Архивная копия". Архивировано из оригинала 2015-03-15 . Получено 2013-06-01 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
  13. ^ "Потенциальное применение нанотехнологий в материалах на основе цемента" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2012-02-17 . Получено 2013-02-21 .