wenbaolian的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/wenbaolian

博文

掺合料的活性由来及其他 精选

已有 2532 次阅读 2019-10-26 06:22 |系统分类:观点评述


 

一次培训,学员提了个问题:既然粉煤灰和矿渣粉中的SiO2Al2O3等潜在活性物质与石灰的二次水化反应使混凝土不断产生强度,可否把河卵石磨细纷应用于活性掺合料,主要成分也是SiO2

 

xCa(OH)2+SiO2+m1H2O=xCaOSiO2n1H2O

yCa(OH)2+Al2O3+m1H2O=yCaOAl2O3n1H2O

 

从二次水化反应方程式可以看出,发挥火山灰作用的是活性SiO2和活性Al2O3,而且需要氢氧化钙和水分作用才能反应。

问题是,是不是所有的SiO2Al2O3都具有活性?

一般情况下,SiO2Al2O3是都是稳定的晶体材料,而晶体材料化学性质是很稳定的,很难反应。

关于其活性,借鉴玻璃的生产来说明这个问题。

1150℃左右的玻璃液熔体,通过熔窑与锡槽相连接的流道、流槽,流入熔融的锡液面上,在自身重力、表面张力以及拉引力的作用下,玻璃液摊开成为玻璃带,在锡槽中完成抛光与拉薄,在锡槽末端的玻璃带已冷却到600℃左右,辊道的拉引把即将硬化的玻璃带引出锡槽,通过过渡辊台进入退火窑。

 

1玻璃生产

玻璃的生产工艺也是SiO2等熔融后快速冷却,形成了我们常见的玻璃——要不快速冷却就会形成析晶,形成稳定晶体就不再透明了!

 

  

2玻璃析晶

玻璃的生产,需要快速冷却,而玻璃的主要成分,也是SiO2,与粉煤灰的成分和形成类似,也经历了相似的急速冷却过程!

粉煤灰在炉膛的燃烧尾气中处于熔融悬浮状态,大概1500度左右,瞬间排入大气中,急速冷却。矿渣在钢铁冶炼中也处于熔融状态,浮在铁水表面,定期排出时受到冷却水冲击,形成颗粒状。都是经过了一个激冷过程。

熔体状态温度最高,空间粒子间的网格结构混乱,在快速冷却时,难以迅速归位,保留了原来的无序状和高能态结构,而缓慢冷却过程中,相关的粒子逐步稳定归位,形成晶体,结构稳定,内能最低。

下图是玻璃熔体、玻璃、形成晶体和理想晶体位能的示意图。

粉煤灰在熔融状态下排入大气,相当于最上“气相冷凝获得的无定形物质”,位能处于最高,理想晶体处于最低能态,也最稳定。

 

3不同结构的SiO2能态

玻璃和粉煤灰、矿粉中的SiO2都属于无定型SiO2,或是非晶态,因为快速冷却使得SiO2没有足够的时间进行结晶。

可以看出,熔融的SiO2不同的冷却速度,形成不同的结构。

我们先看看SiO2晶体。

天然的SiO2分为晶态和无定形两大类,晶态SiO2主要存在于石英矿中。纯石英为无色晶体,大而透明的棱柱状石英为水晶。SiO2是硅原子跟四个氧原子形成的四面体结构的原子晶体,整个晶体又可以看作是一个巨大分子,SiO2是最简式,并不表示单个分子

我们常见的是河卵石,主要成份是SiO2,不是晶体,但介于晶体与玻璃间,能态比较低,也是自然界中最稳定的物质之一。

 

 

4 SiO2冷却速度与结构关系

 

 

5稳定的SiO2的分子结构

 

6玻璃结构

而上就是玻璃的结构,可以看出,玻璃的硅氧结构是混乱的,属于非晶态,正是这种混乱的结构,造成了SiO2的不稳定性,也就是他的活性!

许多学者研究证明玻璃粉具有火山灰活性,且玻璃粉越细活性越好,温度越高火山灰活性越好。

这也可以帮助我们理解火山灰作用以及碱-集料反应。

地球上以火成岩最多,火成岩是岩浆冷却产生,火成岩中主要造岩氧化物: SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOCaOK2ONa2OP2O5 H2O等占主要

岩浆从地心到达地表有以下几个作用

岩浆作用:地下深处形成的岩浆,沿构造薄弱带上升到地壳上部或地表,在岩浆上升、运移过程中,岩浆的物理化学条件和自身成分的不断发生变化。最终结晶凝固形成岩浆岩,这一复杂过程称为岩浆作用。

侵入作用:侵入到地壳中过程称为侵入作用,结晶形成的岩石为侵入岩。

喷出作用:岩浆上移喷出地表的过程称为喷出作用,凝固形成的岩石称为喷出岩。


7是岩浆冷却结晶的示意图。在地壳浅部,冷却较快的情况下,结晶作用发生在b区,形成结晶中心的速度大于晶体生长速度,围绕大量结晶中心形成大量的细小晶体,构成细粒结构。

岩浆喷出地表或很近地表,冷却很快,结晶作用在c区,形成结晶中心的能力及晶体生长速度都大为减弱,但前者仍大于后者,结晶中心非常多,晶体生长速度近于零,结晶能力很弱,形成微晶、隐晶、霏细或半晶质结构。

冷却极快的情况下,冷凝作用发生在d区,几乎不形成结晶中心,更谈不上晶体生长,因而形成玻璃质结构,比如火山灰。

 

 

7单一矿物的结晶与岩浆冷却速率的关系


1不同岩石结构特点



   从以上可以看出,喷出岩中,二氧化硅在冷却过快的时候结晶不完整,形成晶格的畸变,火山灰或凝灰岩具有了活性,而一些具有不完整结晶的硅质岩则可能具有碱活性。

2NaOH+Si02+nH20→Na20·Si02·nH20




http://blog.sciencenet.cn/blog-1152260-1203455.html

上一篇:读万卷书,行千里路
下一篇:秋风中,那最后一片落叶

9 尤明庆 郑永军 陈有鑑 周忠浩 晏成和 马德义 王玺智 杨正瓴 李学宽

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2020-10-22 15:22

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部