文摘
这项工作提出了结果通过辐射新鲜波特兰水泥贴有限公司2激光,在权力的1.6,2.0,和2.4 W,在不同水灰比(W / c) 0.4, 0.45和0.5。拉曼光谱显示进化和加速增长的主要水化产物的拉曼信号的强度变化。拉曼变化表明,C-S-H, CH,船尾,CaCO3乐队在更短的时间内检测到,这意味着设置时间也减少了。检测到乐队的碳酸钙,由于公司石灰石在磨削过程中,表明它是主要负责的加速度在水泥的水化反应。未照射水泥的水化产物的拉曼信号贴出现推迟他们的进化对辐照贴。曲线从拉曼光谱可以用来获得模型水合作用的机理以及了解设置过程。
1。介绍
水泥和混凝土的水化机制研究今天的极大兴趣,因为它们描述的主要组件的行为水泥水化产物的形成,而确定熟料的质量和波特兰水泥。产品的主要水化硅酸钙水合物(C-S-H),氢氧钙石(CH或Ca(哦)2),钙矾石(尾),monosulfate (AFm)。水化是一个高度放热的过程,取决于几个因素,如水泥的细度,其化学成分、w / c比值,在窑熟料冷却过程,其中包括(1]。然而,在水化过程吸热过程,如降水CH (2]。水化反应开始与水的混合物与熟料的不同阶段,如三钙硅酸盐C3S和C二钙化物2年代,以及铝酸三钙C3一个和tetracalcium ferroaluminate C4房颤和硫酸钙卡索4.2H2O称为石膏,在磨削过程中添加控制C的反应3一个水化的粘贴3]。同时这些阶段反应速度不同,尽管每个组件的反应混合物的相互影响(3]。硅酸盐水泥的水化机制分为称为入伍前的时期或阶段,感应(休眠),加速,减速,从C的水化建模3年代,因为它的主要成分和主要贡献者是波特兰水泥中优势的变化,通过量热法技术和建模的发展变化的微观结构的水泥粒子通过能力模型,其中[4]。其他水合作用机制的研究主要集中在微观结构的演变水化产品使用技术,如扫描电子显微镜(SEM) (5,6]。拉曼光谱是一种研究分析技术的无水和水化水泥7]。对于水化水泥的研究,它已被证明有可能由于其高光谱分辨率和水不发出荧光喇曼效应,使水化阶段的集合乐队没有任何类型的屏蔽的信号8]。硫酸盐与拉曼光谱研究了普通硅酸盐水泥糊剂和粉煤灰在红外区950 - 1050厘米−1,因为荧光降低电磁波谱的在这一地区(9]。拉曼光谱也被用于监视设置过程在水泥糊剂,水化产品,如C-S-H乐队,Ca(哦)2,发现尾阶段,以及无水水泥的主要成分10]。感兴趣的变量之一水化机制就是力量在水泥粘贴在混凝土的早期,这是归因于几个因素如C-S-H、水灰比和分子间的范德华力。(11]。有传统方法提高水泥的强度,与某种类型的添加剂混合物或w / c比值的变化(11,12]。此外,还有研究有可能改善机械性能,减少设置时间与公司的应用2激光辐射在水泥贴13,14]。还有关于C的量化研究3S和C2年代与热技术(15]。这项工作展示了进化和加速水泥水化形成的产品贴通过监测有限公司后拉曼光谱的变化2激光辐射描述硅酸盐水泥水化的机制。此外,他们还透露的水化程度的增加通过改变CaCO粘贴3乐队,因为公司的碳酸钙加速水化反应,增加其初始力量。获得的信息可以用来描述分子微观结构的行为和水泥的水化过程的机制贴辐照有限公司2激光器,为了提高原材料的混合物的设计和丰富的总量。通过这种方式,可以确保熟料的质量,硅酸盐水泥以及混凝土。
2。材料和方法
2.1。水泥浆制备
复合硅酸盐水泥被墨西哥标准分类nmx - C - 414中共30 r RS水泥用于糊的制备,以及蒸馏水,采用ASTM C 305标准在不同的w / C比值0.4,0.45和0.5。
2.2。水泥浆特性
测量的新鲜贴拉曼DXR显微镜全方位衍射光栅和Mplan 10倍/ 0.25的目标是一起使用激光波长为780 nm作为励磁电源5兆瓦的电力。拉曼光谱的治疗,2016年起源分析软件使用。
2.3。水泥浆辐照
照射新鲜水泥贴,一个雕刻师C120H模型有限公司2使用激光的波长10.6微米(μ米),光斑直径为1.8厘米,在不同的权力:1.6,2.0,和2.4 W Synrad功率计测量。消极的半月板硒化锌透镜(奈米)被用来扩大。新鲜粘贴样本的大小是5厘米直径1厘米的厚度。样品被安装在一个支持奈米20厘米的镜头。贴辐照的上表面,增加曝光时间8小时,即预计到达时间最后设置这种类型的水泥。光学阵列使用足以照耀整个样本。辐照的水泥粘贴的顺序如下:水泥粘贴准备和辐照30年代,然后从公司中删除2激光束与拉曼测量DXR显微镜获得的拉曼光谱。不同辐照时间的前一步骤进行(1分钟,2分钟,4分钟,8分钟,15分钟、30分钟、1 h, 2小时,3小时,4,5,6,7,8 h)。图1展示了光学装置用于照射的水泥贴有限公司2激光。重要的是要注意,有限公司2激光分子束激光在10.6μ米在中红外区域,有必要使用硒化锌透镜,透光率高,波长。
3所示。结果与讨论
数据2(一个)和2 (b)显示一个水泥粘贴的拉曼光谱辐照有限公司2激光功率为1.6 W W / c比值为0.45在第一次8小时的水化的粘贴。数据2 (c)和2 (d)显示选择2 (a)和(b)在200 - 800厘米的范围−1为了关注C-S-H的进化在加速阶段,因为它是变化的优势在波特兰水泥的主要贡献者。拉曼光谱显示主要的水化产品,如水合硅酸钙C-S-H氢氧钙石CH,以及硫酸盐的存在后,AFm,卡索4.2H2o .此外,碳酸钙CaCO3方解石的形式也被记录下来。在451年拉曼的变化,616年,656厘米−1在356厘米C-S-H发现,氢氧钙石−1氢氧化钙Ca(哦)2在1532厘米−1989厘米,尾−1乐队,石膏在1002厘米−1,CaCO3在拉曼乐队1086厘米−1在该地区,3300厘米−1对应地紧张债券由于水的存在的样本。其他研究者已经报道这些乐队的作业(16]。在第一个两个小时的水化,C-S-H显示广泛的和弱乐队由于其正常Si-O-Si strain-symmetric振动模式及其结晶度差,表明它的分子结构是无序和它是一个复合变量组成。随着水化的发展,C-S-H形成有序分子结构,和它的乐队变得越来越尖锐,然而,拉曼信号强度变化从强到弱。这是因为传播电场的有限公司2激光诱发影响水分子,使他们产生旋转和微振是因为水分子非常极地,根据电场的方向是一致的,除了有一个非线性几何,导致加速结晶的修改和水化产物的微观结构,如C-S-H Ca(哦)2尾,可以观察到的形状和宽度的变化乐队,以及强度的峰值,这与特定的振动模式。可以看出,氢氧钙石乐队经历轻微增加,这可能是由于水泥的不断消解阶段以及在设置阶段沉淀水合作用的产品。钙矾石的存在是由于C的快速反应3与石膏,因为C的水合作用3产生一个消耗石膏和因此钙矾石。AFm乐队的出现可能是由于C的反应3与钙矾石的存在,因为石膏的减少或者消除。然而,可以看出这些硫酸盐的喇曼乐队进行频移变化,这可以归因于硫酸盐的化学反应过程的早期水化。拉曼光谱显示CaCO碳酸钙的形成3形式的方解石表面的水泥浆,不仅是因为大气CO的反应2与氢氧钙石Ca(哦)2,但也由于石灰石添加20%为这种类型的水泥在磨削过程中,主要是CaCO3。添加碳酸钙加速波特兰水泥的水化反应,增加初始强度(由于C-S-H的形成阶段的一种无形的本质),水化程度,和CH发布的数量(17,18]。
(一)
(b)
(c)
(d)
进化的研究包括比较不同的拉曼信号的辐射力量,同时保持了w / c比值。如前所述,研究重点是C-S-H因为它是主要的贡献者的波特兰水泥中力量的变化,然而,船尾的演变以及Ca(哦)2也显示揭示公司的影响2激光辐照的水化产物。数据3(一个)- - - - - -3 (c)从相应的拉曼光谱,获得显示的演变主要水化产物在水泥水化的粘贴在前480分钟未照射贴以及辐照贴在不同公司的权力2激光w / c比值为0.45。在图3(一个),C-S-H的进化可以观察到随着水化的发展,揭示它的存在从第一分钟,加速增长的拉曼信号从第一个90分钟2.4 W的力量,在120分钟2.0 W的力量,和1.6 W 150分钟的力量;示例没有辐射,拉曼信号的强度在180分钟开始增加但强度有所减弱。然而,480岁的分钟的水合作用,减少拉曼强度的乐队是记录,这可以归因于减少水和粘贴的可能的结晶,可能是因为C-S-H变量构成的是一个阶段,提出了一种结构形式的有限链硅四面体和一个未定义的化学计量学。C-S-H的拉曼信号的加速增长的影响不仅是由于电场的有限公司2激光辐射对水分子也因为这种类型的辐射强烈被水分子吸收,加速光物理和物理化学反应的分子结构水泥粘贴。图3 (b)显示了船尾的形成从第一分钟的水合作用,由于石膏与C的快速反应3一个和水为辐照和未照射样品。辐照样品的拉曼信号的强度增加120分钟后,确认尾的存在,这可以归因于这样一个事实:有足够的硫酸钙的钙矾石稳定。观察到的是拉曼信号强度的减少在360分钟2.4 W功率在420分钟2.0 W,因为钙矾石变得不稳定,导致AFm的形成是因为可能有过多的C3石膏和减少。乐队钙矾石的拉曼峰的变化可以帮助理解在设置阶段水化行为。研究报告(19]说波特兰水泥的设置是由于re-crystallization主微晶钙矾石晶体。再结晶是观察到的乐队,因为他们获得的拉曼光谱成为窄由于辐射诱导的有限公司2激光。结晶度的喇曼带宽提供信息:带越窄,更多的晶体材料。图3 (c)显示了氢氧钙石的进化,这是由于形成表面的吸收哦- Ca2 +在水泥浆。最大的三个大国的拉曼信号的峰值出现在420分钟的水化粘贴,这意味着加速期和大量的氢氧钙石的形成。然而,未照射的拉曼信号粘贴就开始增加,表明推迟它的形成;值得一提的是,它对水泥的强度的贡献很小,因为其债券的力量相对较弱的辐照和未照射样品。从这些结果,辐照样品的拉曼光谱表明,硅酸盐水泥粘贴经验加速C-S-H到船尾的结晶,表明凝结时间的影响发生在更短的时间内由于电场的有限公司2激光在水分子。同时,辐照样品表明粘贴用更少的毛孔,这可以归因于样品的强度的增加。然而,没有辐射的拉曼光谱表明,结晶的粘贴在更长时间的发生。此外,粘贴显示更多的孔隙度。
(一)
(b)
(c)
图表显示成反比关系的权力和上升时间的拉曼信号强度;力量的增加减少了C-S-H进化时间;这可能是因为潜伏期降低,刺激加速期,这是C-S-H凝胶生长很快。我们还比较了进化的拉曼信号不同的w / c比值,保持辐照功率不变。数据4(一)- - - - - -4 (c)显示的进化C-S-H通过拉曼信号的强度的变化在616厘米−1乐队的水泥浆样品辐照有限公司2激光为1.6,2.0和2.4 W,在不同的W / c比值0.4,0.45和0.5在第一次样品制备后480分钟。可以看出,w / c比值为0.4,拉曼信号的强度开始之前略有增加其他0.45和0.5 w / c:在120分钟1.6 w的力量,在90分钟2.0 w和80分钟2.4 w,那里的拉曼信号显示大量C-S-H凝胶的形成,这可能是粘贴的开始设置过程。也观察到360分钟后粘贴水化,拉曼信号的强度降低的三个大国由于可能结晶的粘贴。改变乐队的拉曼信号C-S-H从第一分钟的接触水泥颗粒与水分子的建议迅速解散C3S和C3,以及硫酸盐水泥浆中,可能导致的早期出现C-S-H凝胶。616厘米的拉曼信号−1乐队被发现在所有的水泥粘贴w / c比值,0.4,0.45和0.5,但其检测或外观在不同年龄的水合作用。拉曼光谱表明,辐照所有权力w / c比值0.5,616厘米−1乐队后来发现相对比0.4和0.45 w / c比值。这是由于水泥浆与更高的w / c比值可能经历一个较长的潜伏期,可能导致延迟水化的c3年代,因此延迟C-S-H凝胶的形成;在潜伏期,反应速率降低,放热明显减少。也通过增加辐照功率潜伏期可以减少,如前图所示3(一个)。确实在一个功率为2.4 W大大减少了潜伏期和加速阶段发生在较短的时间内实现结晶的粘贴,和信号拉曼在180分钟越来越窄,形成大量的C-S-H凝胶。在370分钟的拉曼信号再次变得更强,这意味着一个新的速度加速度的解散C3年代,其次是增加释放热量,由于大量钙矾石的形成。
(一)
(b)
(c)
4所示。结论
在这项工作中,我们表明,通过辐射有限公司2激光波长为10.6μm在新鲜的波特兰水泥贴和辐照功率增加,水合作用机制进行加速化学反应。这种效果中可以看到时间的拉曼检测的乐队的水化产物以及它们的进化是短暂而未照射新鲜粘贴样本。根据拉曼光谱,设定时间也减少增加新鲜的辐照功率贴。C-S-H凝胶,它的特点是一个糟糕的结晶相变量组成,根据乐队经验改善其结晶度记录。这项工作获得的曲线,显示了进化后的拉曼信号有限公司2激光照射,可用于模型通过C-S-H水化机制而不是使用C3使用的其他方法。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从第一作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者感谢斯的技术学院提供的材料和设备。