摘要
普通硅酸盐水泥的水化产物主要是水化硅酸钙(简称C-S-H)，占水化产物总量的60%～70%。由于水泥水化过程的复杂性，水化产物分离很难实现，研究C-S-H对水泥基材料的强度贡献受到一定的局限。通过人工合成出纯度高杂质少的水化硅酸钙，有利于研究其结构、组成以及微观形貌，有助于进一步深入地研究C-S-H对水泥强度的影响。本文主要围绕水化硅酸钙的制备、C-S-H的组成及微观形貌影响因素研究、掺有合成C-S-H水泥基材料微纳米力学性能的研究。 本文通过控制反应温度、钙硅比、反应时间等因素，以氧化钙为钙质原料，气相二氧化硅为硅质原料采用水热法进行不同类型水化硅酸钙的制备；通过XRD对制备得到的产物进行测试，分析产物的组成及原料是否完全反应；利用扫描电镜观察合成水化硅酸钙的微观结构，研究不同反应条件得到水化硅酸钙的微观形貌差别。将原料初始钙硅比设为1:1.5且在120℃下反应6h得到的水化硅酸钙掺入水泥基材料中，通过纳米压痕测试研究其对水泥浆体早期微观力学性能(弹性模量、硬度)的影响。本文得出的相关结论如下： (1)当反应时间由3h延长至6h，主要以C-S-H(Ⅰ)凝胶相为主；延长至9h、12h，该产物凝胶相转化成托勃莫来石和硬硅钙石；产物随时间延长，不同类型水化硅酸之间进行转化，原料也完全反应。 (2)当温度为100℃、120℃，产物形貌呈絮状，衍射峰比较弥散，温度升高至160℃、180℃，产物形貌发生明显变化，呈卷泊片状，产物为结晶良好托勃莫来石和硬硅钙石。随初始钙硅比升高，产物表面由密实逐渐变得较为疏松，微观形貌也有絮状逐步向无规则颗粒过渡，表面孔隙增多；当初始钙硅比较低时，钙质原料SiO2有剩余。 (3)合成C-S-H增强水泥基材料早期的微观力学性能，大大提高了1d、3d力学性能；人工制备C-S-H不仅填充水泥浆体中的孔隙，还促进水泥水化；随龄期增加，低密度C-S-H凝胶体积分数增加幅度较大，高密度C-S-H凝胶体积分数也有所增加。 (4)水化产物主要以未水化水泥颗粒为中心向周围慢慢扩散生长，氢氧化钙分布在未水化水泥颗粒周围，Ca(OH)2周围分布主要是高密度C-S-H，低密度C-S-H凝胶则分布在水化产物最外面。随着养护龄期增加，低密度C-S-H和高密度C-S-H凝胶体积分数大大增加，未水化水泥颗粒大幅度减少。
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