铝掺杂水化硅酸钙的纳微米结构及其性能研究

Calcium silicate hydrate is the most important hydration product of Portland cement. Auminium is the primary element after calium and silicon in Portlant cement. Accompanied with a large amount of mineral admixtures such as fly ash and slag are applied in concrete,aluminum substitution in calcium silicate hydrate plays much more important role in the mechanical properties, drying shrinkage, creep and chemical stability of concrete than before. Coordination environment of aluminum in the nanostructure of C-S-H will be studied. Effect of chemical composition and reaction condition of aluminum-substituted calcium silicate hydrates (C-A-S-H) on its interlayer spacing, polymerization degree and mean chain length of silicon tetrahedral, coordination state of aluminum, and pore characteristics will be investigated. Elastic modulus, stiffness, creep and chemical stability of C-A-S-H, and the relationship among chemical composition, structure and property of C-A-S-H will be investigated. C-A-S-H with excellent properties will be designed and prepared, and the induction, adjusting and controlling mechanism of C-A-S-H in cement paste will be studied. This project is important for enriching the applied basic theory of cement chemistry, exploring new cement-based material with excellent property, and courses cross development.

水化硅酸钙（C-S-H）是硅酸盐水泥水化的最重要水化产物。铝（Al）是硅酸盐水泥中继钙、硅之后的主要元素，随着粉煤灰、矿渣等富含活性铝的工业废渣广泛应用于混凝土，C-S-H结构中Al的掺杂在混凝土力学性能、稳定性等方面发挥着愈来愈重要的作用。项目拟围绕铝掺杂水化硅酸钙（C-A-S-H）的纳微米结构及其性能问题，研究Al在C-A-S-H结构中的配位形式和位置；C-A-S-H的纳微米结构特征参数（层间距、硅氧四面体聚合度、Si-O链长、Al的配位、孔结构等）随原始组成和反应条件的演变机制；C-A-S-H的弹性模量、硬度、徐变等微观力学性能与化学稳定性；揭示C-A-S-H组成、结构与性能的关系；设计和制备具有优异性能的C-A-S-H，探索其对水泥浆体中C-A-S-H结构的诱导与调控机理。研究成果对丰富水泥化学应用基础理论，开发新一代具有优异性能的水泥基复合材料，以及学科交叉发展具有重要意义。

水化硅酸钙（C-S-H）是硅酸盐水泥水化的最重要水化产物。铝（Al）是硅酸盐水泥中继钙、硅之后的主要元素，随着粉煤灰、矿渣等富含活性铝的工业废渣广泛应用于混凝土，C-S-H结构中Al的掺杂在混凝土力学性能、稳定性等方面发挥着愈来愈重要作用。. 本项目综合分析了C-A-S-H中硅氧四面体结构研究的科学表征和分析方法；研究和揭示了其硅氧四面体空间排列（包括硅氧四面体聚合度、硅氧四面体链长、Q2/Q1的相对比例、Al的配位）等随Ca/Si比、Al掺加量、龄期、水化温度等原始组成和反应条件改变的演变机制；研究了C-A-S-H结构中Al的配位形式、位置，提出了Al在C-A-S-H结构中掺杂机理; 研究了C-A-S-H纳微米结构特征，探明了C-A-S-H层间结构、实际组成、二维三维形貌、孔结构等随原始组成、合成条件等改变的变化规律；研究了C-A-S-H的微观力学性能和稳定性，探讨了其组成、结构与性能的关系；基于设计和制备的具有优异性能的C-A-S-H，研究了其对C3S、水泥水化过程以及形成的C-A-S-H结构的硅酸盐聚合状态、Al的配位环境以及C-A-S-H形成量的改变规律，其对水泥浆体中C-A-S-H结构的诱导与调控机理。. 研究成果对丰富水泥化学应用基础理论，开发新一代具有优异性能的水泥基复合材料，以及学科交叉发展具有重要意义。