编号：JCHY00834

篇名：球霰石相变特性螯合调控机制及其对水泥水化的影响研究

作者： 徐晴茹

关键词： 球霰石; 单宁酸; 水泥水化; 碳矿化; 抗压强度;

机构： 安徽理工大学

摘要： 当前,碳矿化技术及理论已成为可持续混凝土材料研究的热点,其通过富钙矿物将CO2吸储并永久固化,实现CO2在混凝土材料中原料化利用,突破了混凝土材料防碳化的传统思路,拓宽了绿色建材的发展路径。从碳矿化效能看,富钙矿物的碳化过程及其碳酸钙产物的性质直接决定了其对水泥水化的影响,特别是亚稳定相球霰石的性质。然而,球霰石参与水泥水化的有效性及机制仍不清晰,而造成这一问题的核心是球霰石相变过程能否与水泥水化协同。 针对上述科学问题,本文提出利用生物型螯合剂——单宁酸（TA）调控制备不同相变特性球霰石,研究球霰石相变特性与水泥水化的互动关联,明确球霰石相变过程对水泥水化不同阶段的影响特性,最终揭示球霰石与水泥水化的相互作用机制,为破解碳矿化的理论瓶颈提供理论依据。研究得到的主要结论如下: （1）对比了物理（磁场）与螯合化学调控方法对球霰石晶型及形貌的影响,明确了两种方法调控制备高纯球霰石的有效性。与磁场调控相比,单宁酸掺量显著影响了球霰石的比表面积:单宁酸浓度为0.1–2%时,球霰石的比表面积提高了27.4–75.7%。所制备球霰石的湿稳定性与单宁酸掺量有关,高掺量下,球霰石在湿度97%环境中可稳定保持7d以上,这为其在水化浆体中蛰伏进入水化反应提供了材料基础。 （2）从球霰石对水泥性能的影响看,不同方法制得的球霰石参与水化历程存在显著差异。无调控方法及磁场调控的球霰石显著加速了水泥主要水化阶段,表现为主要放热峰水化速率及峰值高度高于单宁酸组。然而,单宁酸调控制备的球霰石具有更高的累积放热量,呈现出“缓慢持续促进”的特点。宏观上,单宁酸组球霰石对水泥各龄期强度的提升幅度最大:在15%球霰石掺量下,水泥3d、7d和28d抗压强度分别提高20.8%、26.2%和30.0%。 （3）在水泥纯相C3A水化体系中,球霰石溶解释放的CO32-优先与铝相反应生成碳铝酸盐,抑制了AFt向AFm的转化。球霰石对C3A水化的呈现早期激发-长期持续双重调控机制。无调控方法及磁场调控的球霰石相变稳定性较低,显著加速C3A早期水化,表现为主要放热峰水化速率及峰值高度高于单宁酸组。而高稳定的单宁酸组球霰石溶解释放Ca2+速率较慢,可以长期持续调控C3A水化。单宁酸组球霰石使C3A体系72h累积水化热提高60.3J/g,抗压强度结果表明,球霰石使C3A体系3d、7d、28d强度分别提高18.3%、20.5%和23.8%。 上述研究表明,球霰石对水泥水化的影响主要取决于其溶解—重结晶短暂窗口能否与水泥铝相矿物反应过程相协同,调控球霰石的相变过程及其特性是影响碳矿化技术效能的关键途径,这为后续破解碳矿化理论瓶颈提供了新的视角。