碳硅钙石的矿物学特征和晶体化学讨论

本文碳硅钙石产于安徽濉溪邹楼铁矿床中。对该矿物进行了某些矿物学研究,修正了前人的碳硅钙石X射线粉晶衍射指标中的错误和不足。根据晶体结构测定结果,作者应用键价模型讨论了碳硅钙石结构中配位多面体的结构畸变等晶体化学问题。

碳硅钙石的矿物学特征、晶体结构和晶体化学(摘要)

1 引言碳硅钙石〔Ca_7(Si_6O_(18))(CO_3)·2H_2O〕是钙的碳酸盐-硅酸盐矿物的第三个成员,最早发现于爱尔兰安特里姆(Antrim)郡的斯考特(Scawt)山。该矿物在自然界较为罕见。

X衍射K值法定量相测定碳硫硅钙石含量的研究

硫酸盐侵蚀混凝土所产生的碳硫硅钙石与水化产物钙矾石难以区分,为解决因钙矾石影响而难以准确定量测定碳硫硅钙石这一问题,本文首先利用X衍射和Raman光谱法定性确定了碳硫硅钙石的存在。然后基于碳硫硅钙石和钙矾石在氯化钡溶液中化学稳定性的差异,通过化学反应去除了样品中的钙矾石,再利用X衍射K值法定量相分析了样品中碳硫硅钙石含量。研究结果表明,去除样品中的钙矾石后,通过引入X衍射定量相K值法测定,不同比例内标物的样品中碳硫硅钙石的含量一致。上述实验结果符合相同样品的物相比例不变的原则,表明选择性去除钙矾石后再用X衍射K值法定量分析碳硫硅钙石含量的测试方法可行,该方法可以为混凝土碳硫硅钙石破坏的定量分析提供依据。

硅灰对混凝土碳硫硅钙石侵蚀的抑制作用

硫酸盐侵蚀会引起混凝土膨胀开裂等现象,其可分为物理侵蚀和化学侵蚀两个方面。化学侵蚀主要是由于侵蚀产物中生成大量石膏和钙矾石所致。为了降低侵蚀产物中石膏、钙矾石以及碳硫硅钙石的生成量,文章从降低系统中可用钙(氢氧化钙含量、C-S-H凝胶Ca/Si)的角度出发,掺入高硅质活性掺合料(硅灰)对系统中的钙源进行调控。通过XRD、BSE-EDS、29SiNMR、FT-IR测试,研究不同pH值侵蚀液的低温环境下,水泥基材料的抗碳硫硅钙石侵蚀能力。研究结果表明,掺入不含Al相的高硅质活性掺合料,能够显著提高水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀能力,侵蚀产物中无碳硫硅钙石生成,侵蚀后期,C-S-H凝胶层间钙很难继续脱钙。

碳硅钙石的晶体结构

碳硅钙石(scawtite)——Ca_7(Si_6O_(18))(CO_3)

水泥基材料中的碳硫硅钙石

主要介绍了碳硫硅钙石的组成与结构,分析鉴别方法以及水泥基材料中碳硫硅钙石的形成反应机理及其影响因素.

水泥基材料的碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀(TSA)

主要介绍了近年来国外关于TSA的研究情况和一些报道的工程实例,分析了TSA发生与发展的影响因素.

水泥基材料中碳硫硅钙石形成的热力学分析

针对水泥基材料中形成碳硫硅钙石的溶液直接反应机理和硅钙矾石转变机理,建立了热力学模型;由热力学模型得出的数据表明,碳硫硅钙石在0～25℃时可通过溶液直接反应来生成;5℃下钙矾石可与C-S-H凝胶、碳酸钙、石膏和水生成硅钙矾石固溶体,但不能生成碳硫硅钙石晶体,而且硅钙矾石固溶体的生成比碳硫硅钙石通过溶液直接反应生成更为容易.由溶液直接反应生成碳硫硅钙石的焓变数据表明其反应为吸热反应,平衡常数随温度的升高而降低;低温有利于碳硫硅钙石的形成.

碳硫硅钙石的形成及其对混凝土性能的影响

研究了石灰石粉对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响.石灰石粉取代水泥用量为0,20%,40%.180d浸泡试验表明:石灰石粉掺量越高,侵蚀溶液温度越低,混凝土遭受硫酸盐侵蚀破坏的程度越严重;掺石灰石粉的混凝土在0～10℃的条件下可引起碳硫硅钙石类型的硫酸盐侵蚀破坏.

早期养护条件对水泥石碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀的影响

研究了早期高湿度空气养护、水中标准养护及密封养护对水泥石碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀的影响。采用X射线衍射(XRD)、傅立叶转换红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)等方法分析了水泥石经180 d硫酸盐侵蚀后的腐蚀产物。结果表明,早期高湿度空气养护,水泥石碳化生成的CaCO3填充于孔隙中,使表层结构更加致密,阻碍了SO42-等有害离子侵入,延缓了水泥石碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀过程。比较而言,早期密封养护,水泥水化不充分,水泥石内部缺陷相对较多,SO42-等有害离子容易侵入,水泥石碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀最为严重。

温度对碳硫硅钙石形成的影响

研究了环境温度对碳硫硅钙石形成的影响.将浸泡于不同温度的质量分数为10%的MgSO4溶液中的含石灰石粉水泥石试样进行X射线衍射分析、扫描电子显微分析、能谱分析和激光Raman光谱分析.结果表明:掺石灰石粉的水泥石在0～10℃的温度范围内,可形成碳硫硅钙石的硫酸盐侵蚀破坏.环境温度越低,碳硫硅钙石形成得越早.

碱矿渣水泥石抗碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀性能

研究了外掺10%(质量分数)石粉的普通硅酸盐水泥石和以水玻璃为碱组分的碱矿渣水泥石抗碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀(TSA)性能及硅灰和粉煤灰对水玻璃-矿渣水泥石抗TSA性能的影响.采用X射线衍射(XRD)、傅里叶转换红外光谱(FTIR)等方法分析了水泥石在(5±2)℃,5%(质量分数)MgSO4溶液中浸泡4a的腐蚀产物,并通过压汞法测试了硬化碱矿渣水泥石的孔结构.结果表明:普通硅酸盐水泥石在试验条件下发生了典型的TSA,水玻璃-矿渣水泥石仅受到轻微的石膏型硫酸盐腐蚀,未发生TSA;硅灰等质量取代10%矿渣及粉煤灰等质量取代20%,40%矿渣的试件几乎未受到硫酸盐腐蚀.水玻璃-矿渣水泥石抗TSA性能较好的原因主要是该水泥体系水化产物为低碱度水化硅酸钙,且孔结构优良.

碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀

介绍了碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀(TSA)的形成机理、形成条件、侵蚀模型、影响因素、预防和处理措施。形成机理包括溶液反应机理和硅钙矾石转变机理;侵蚀模型可分为化学模型和物理模型;形成条件包括硫酸盐、硅酸盐、碳酸盐、水和低温;影响因素主要有水泥种类、C3A和Al2O3含量、矿物掺合料、pH值、侵蚀介质、水胶比等。

新疆永安坝混凝土的碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀

通过对新疆永安坝混凝土样品的扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析,结合永安坝所用原材料、所处地理环境和气候等特征,发现永安坝混凝土所遭受的腐蚀为碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀。这是在我国发现的首例碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀。文章还探讨了碳硫硅钙石的形成机理,提出了防止腐蚀的初步设想。

碳硫硅钙石在不同阳离子作用下的形成研究

研究了碳硫硅钙石在不同阳离子(Na+、Mg2+)作用下的形成。将水泥-石灰石粉净浆试件分别置于5℃不同浓度的Na2SO4和MgSO4溶液中,对腐蚀破坏部分取样进行X射线衍射、红外光谱分析。结果表明,试件在Na2SO4和MgSO4溶液中均发生了碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀,并随着腐蚀时间的延长,其破坏不断加剧;试件浸泡在Na2SO4溶液中,腐蚀产物以碳硫硅钙石为主,随着Na2SO4浓度的增加,其破坏增加;浸泡在MgSO4溶液中,试件由表及里逐渐变为一种白色烂泥状物质,腐蚀产物以碳硫硅钙石和石膏为主,镁离子加速了碳硫硅钙石的形成。

不同侵蚀条件下水泥基材料碳硫硅钙石生成速度比较

通过观察水泥净浆试件在电脉冲和常规浸泡条件下不同龄期的外观变化,并结合扫描电镜（SEM/EDS）、X射线衍射、红外光谱（FTIR）分析侵蚀产物的组成,对试件遭受硫酸盐侵蚀后碳硫硅钙石的生成速度进行了比较.结果表明：电脉冲明显加速了水泥基材料中碳硫硅钙石的生成速度.在电脉冲作用90～120天时试件内部有一个生成碳硫硅钙石的准备期,作用120天后侵蚀产物中出现大量的碳硫硅钙石;常规浸泡1年后,试件内部只检测到生成碳硫硅钙石所需的中间体,并无大量碳硫硅钙石生成.

碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀研究综述

对当前国外碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀的研究现状进行了综述,提出了一些有待研究的问题,呼吁国内加强这方面的调查与研究,探索防范碳硫硅钙石型腐蚀的措施。

水泥基材料碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀

综述了水泥基材料碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀的研究现状、腐蚀机理和主要影响因素。介绍了国内外发生碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀的工程实例,探讨了预防碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀破坏的相关措施,提出了进一步研究的建议。

粉煤灰对水泥石抗碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀性能的影响

研究粉煤灰掺量、细度及组成对水泥石抗碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀性能的影响,结果表明,粉煤灰能改善水泥石抗碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀性能,其作用效果与粉煤灰组成密切相关;SiO2与Al2O3总量较高、烧失量较低的粉煤灰改善效果较好;组成相同时,粉煤灰掺量为30%的水泥石抗碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀性能较好;对水泥石的物理改性作用是粉煤灰能有效延缓碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀发生的主要原因。

硫酸镁对碳硫硅钙石形成的影响

研究了硫酸镁对水泥基胶凝材料中碳硫硅钙石形成的影响。将水泥-石灰石粉净浆试件浸泡在5℃下,5%Mg SO4溶液中,观察试件侵蚀后的外观,并对腐蚀产物进行X射线衍射、红外光谱分析。结果表明,在5%Mg SO4溶液中,纯水泥净浆试件发生硫酸盐腐蚀,表面有白色物质生成,腐蚀产物以氢氧化镁、石膏和水化硅酸镁为主;水泥-石灰石粉净浆试件在5%Mg SO4溶液中发生碳硫硅钙石型硫酸盐腐蚀,随着时间的延长而日益严重,由表及里逐渐变为一种无胶凝性的烂泥状物质,腐蚀产物以碳硫硅钙石和石膏为主。硫酸镁能够加快碳硫硅钙石的形成速度。