水化硅酸鈣的形貌調(diào)控及其在水泥水化中的作用

摘要：采用化學(xué)沉淀法制備無(wú)定形、球狀、針狀、層狀等不同形貌的水化硅酸鈣（C-S-H），探究了表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）和十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）與C-S-H 形貌和結(jié)構(gòu)之間的變化規(guī)律，研究了不同形貌的C-S-H 對(duì)水泥性能的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)表面活性劑濃度大于臨界膠束濃度（CMC）時(shí)，水泥水化熱與水泥強(qiáng)度之間存在顯著相關(guān)性。通過(guò)C-S-H 形貌設(shè)計(jì)得到不同微觀形貌的水泥制品，其增強(qiáng)效果由高到低依次是無(wú)定形、球狀、針狀、層狀。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于普通水泥的性能改善具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：水化硅酸鈣（C-S-H）；膠束形貌；水泥水化；透射電鏡；表面活性劑；硬化性能

中圖分類號(hào)：TQ170 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

水泥是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)建設(shè)的基本材料，提高混凝土特殊性能以適應(yīng)不同的環(huán)境需求是一個(gè)重要研究課題[1-2]。水化硅酸鈣（C-S-H）是水泥基材料最主要的水化產(chǎn)物，是水泥強(qiáng)度最主要來(lái)源，深入了解C-S-H凝膠組成、形貌及相應(yīng)結(jié)構(gòu)對(duì)于理解、調(diào)節(jié)與控制水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能與化學(xué)穩(wěn)定性具有重要意義[3-4]。

表面活性劑膠束是實(shí)現(xiàn)納米材料大小和形貌可控的重要手段之一，廣泛應(yīng)用于納米材料合成與制備中[5-6]。當(dāng)表面活性劑濃度超過(guò)臨界膠束濃度（CMC）時(shí)，表面活性劑形成球形膠束。離子型表面活性劑的一部分抗衡離子定位于膠束表面，而另一部分則分散于膠束向棒狀或?qū)訝钅z束轉(zhuǎn)變[7]。表面活性劑膠束形貌不同，則其作為模板產(chǎn)生的納米材料功能不同或應(yīng)用范圍不同。Li 等[8] 在含有十二烷基磺酸鈉（SDS）的正辛烷中加入飽和碳酸氫鈉水溶液，合成出海錦形態(tài)以及文石結(jié)構(gòu)致密堆積的圈層狀形態(tài)的碳酸鈣。Wang 等[9] 利用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB），在90 ℃、pH=13 時(shí)制成直徑為27 nm納米球；在150 ℃、pH=9 時(shí)制成寬約60 nm、長(zhǎng)約1 μm的長(zhǎng)纖維。Zhang 等[10]以Ca（OH）2、Ca（NO3）2·4H2O和Na2SiO3·9H2O 為原料，以CTAB 為表面活性劑合成了空心球狀的C-S-H，并研究了其載藥效果。劉立華等[11] 用SDS、非離子型表面活性劑P123 等多種表面活性劑制備介孔（狹縫孔，孔徑4～50 nm）C-S-H，并研究了不同形貌C-S-H 對(duì)重金屬的吸附性能。

以往學(xué)者多側(cè)重于C-S-H 的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成研究，而對(duì)于不同形貌的C-S-H 對(duì)水泥試樣早期強(qiáng)度、水化進(jìn)程的影響研究并不多。本文通過(guò)不同的表面活性劑膠束合成了球狀、針棒狀、層狀3 種不同形貌的C-S-H，實(shí)現(xiàn)了C-S-H 形貌多變性和可控性。同時(shí)，將不同形貌的C-S-H 應(yīng)用到水泥漿體上，探討了不同形貌C-S-H 對(duì)水泥水化產(chǎn)物的生長(zhǎng)影響以及對(duì)整個(gè)水化進(jìn)程的影響。

1 主要原料和測(cè)試方法

1.1 主要原料和測(cè)試儀器

四水硝酸鈣、九水硅酸鈉、磷鎢酸、無(wú)水乙醇，均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）、CTAB，均為分析純，購(gòu)自上海泰坦科技股份有限公司；P·I 42.5 基準(zhǔn)水泥，購(gòu)自曲阜中聯(lián)水泥有限公司，其主要成分見(jiàn)表1；標(biāo)準(zhǔn)砂，購(gòu)自廈門(mén)艾思標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司；ZY-5020 干粉消泡劑、VIVID-625 減水劑、去離子水，均由上海三瑞高分子材料股份有限公司提供。