半水石膏水化过程中的物相变化研究

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水化产物的的 $ 射线衍射分析
半水石膏水化过程中的物相变化实时 $ 射线衍射分析
结果如图 / 所示。为了简洁明了起见，图中只标出了二水石 膏 ! @ - % AB- ?+，半水石膏 ! @ - % B-- ?+ 左右的典型衍射峰。 很明显，! 种半水石膏在水化进程中都显示了所预料的规律 性： 即随着水化的进行，水化生成物二水石膏的衍射峰强度 递增，而水化反应物半水石膏的衍射峰强度递减。但 ! 种半 水石膏所显示的规律有很大的差异。图 /) 为 ! 半水石膏水 化过程中的实时 $CD 图谱，它显示出 ! 半水石膏全部水化 成二水石膏需要 " 9 以上，而且有 ! 种晶胞大小略有差异的 二水石膏形成 （反映在衍射曲线上 - % AB- ?+ 左右的衍射峰为 。在水化 "- +2? 时，两种不同 ! ! 值不完全相同的两个峰） 值的二水石膏均有生成，大 ! 值者要比小 ! 值者的强度高。 此后，前者的强度递减，而后者的强度递增。水化 !- +2? 时，两者的强度相当。水化 /- +2? 时，后者的强度高于前
第 !" 卷第 # 期 ) " " ) 年*月
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水化后的形貌特征，从图可见其水化产物除了粒径大小不 同的自形程度很高的二水石膏晶体外，极少见无定形胶凝 状的物质，典型的二水石膏晶体大小在 * ! + , "- ! + 范围 内，其晶形多为板状或短柱状。图 ". 为 " 半水石膏水化后 的形貌特征，其特征明显与图 ") 不同，除了自形程度很高 的长柱状二水石膏晶体外，出现了较多的无定形状的胶凝 状物质，胶凝状物质中由于脱水收缩所形成的孔洞清晰可 见，自形的二水石膏晶体与胶凝状物质之间的接触关系也 显示得非常清楚。有的自形的二水石膏晶体和胶凝状物质 存在有过渡关系； 有的外形上自形程度很高的二水石膏晶体 内部包裹有大量的无定形胶凝状物质。柱状二水石膏晶体 的平均大小为 ! ! + , /! + 左右。 图 ! 为水化产物的 0’( 照片。图 !) 为! 半水石膏水化 后的形貌照片，从照片可见水化产物皆为二水石膏典型的 板柱状自形晶，晶体的大小为 / ! + , "* ! + 左右。图 !. 是" 半水石膏水化后的形貌照片，从照片可见其水化产
［?］ 关于熟石膏的水化机理问题最早是由 0HN%M<MFI 于 ?>D*
两者的工程性能差别很大。关于熟石膏的水化机理一般认
［*］ 为有两种 ： 即溶解析晶理论和胶体理论。溶解析晶理论认
年提出的，从那以后，许多学者对它进行了大量的研究，但 对这个问题至今还没有得到彻底的解决。虽然前人已对它 水化过程的水化热、 水化速度、 水化动力学等进行了较深入 的研究，并在此基础上对它们的水化机理进行了分析，提出 了一些水化模型 。但对其水化过程中的形貌学及物相变
消失，说明水化已基本完成。连续水化 &$ )*+，! " 和 #% "， 衍射曲线上主要表现为二水石膏衍射峰强度的增加而已， 比较水化 ! " 和 #% " 的衍射曲线，发现强度的增加已非常 小，说明"半水石膏在水化 ! " 时，水化已全部完成。通过 对比 # 种半水石膏完全水化后的水化产物的 (,- 图谱和天 然二水石膏的 (,- 图谱，同时还发现两者有一些细微差别， 主要是由半水石膏水化而成的二水石膏的 (,- 图谱的背底 值较天然二水石膏者高，且由 " 半水石膏水化而成的二水 石膏的 (,- 图谱的背底值又比由 ! 半水石膏水化成者高， 其表现为以 # 在# （#/ 1 !$） 0范围内的背 # . #/0为中心、 # 约为 底隆起。
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为： 熟石膏加水拌和后，首先是半水石膏在水中的溶解，由 于半水石膏的溶解度比二水石膏的溶解度大 （在 )" ] 时，前 者为 * ’ *@ ; ^ 0， 而后者为 ) ’ "# ; ^ 0） ，当溶液达到半水石膏的 饱和溶解度时，这时对于二水石膏的平衡溶解度来说已高 度过饱和，所以在半水石膏的溶液中二水石膏会自发地析 晶。由于二水石膏的析出，便破坏了半水石膏溶解的平衡， 使半水石膏进一步溶解，以补偿溶液中由于二水石膏析晶 所消耗的 5H _ ) 和 7,#C ) 离子，如此不断地进行，直到半
万方数据 作者简介： 牟国栋 （?\@D [ ） ，男，博士，副教授。
。 基金项目： 西安科技学院优秀拔尖人才基金项目 （ /@"!）
第 /- 卷第 E 期
牟国栋： 半水石膏水化过程中的物相变化研究
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水石膏完全溶解全部形成二水石膏为止； 胶体理论认为： 在 半水石膏水化过程中，半水石膏首先与水生成某种吸附络 合物 （即形成某种水溶胶） ，水溶胶凝聚形成胶凝体，然后这 些凝胶体再进一步转化为结晶态二水石膏。目前在胶凝材 料学领域，多数学者认为半水石膏的水化是以溶解析晶机 理进行的，否认胶体机理在半水石膏水化过程中的存在，但 对造成 ! 种半水石膏应用性能的巨大差异性研究欠深入。
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! 测试结果
物也皆为晶态二水石膏，未见任何无定形状的物质。但其
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水化产物的电子显微镜观察结果
图 " 为水化产物的 &’( 图象照片。图 ") 是! 半水石膏
水化后形成的二水石膏除自形程度与 （ )） 者相当外，其晶形 特征有明显的差异，所有二水石膏皆成针柱状或纤维状晶 形，平均大小为 - % * ! + , "* ! + 左右。
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者。水化 ! " 时，后者的强度进一步增大，前者的强度进一 步减小。在这前 ! " 的整个水化过程中， ! 半水石膏的衍射 峰一直存在，且为谱线中的最强峰，只是强度随水化进程而 递减。水化 # " 时， ! 半水石膏的衍射峰消失，全部为二水 石膏的衍射峰，且其 ! 值的差异不复存在。进一步水化到 !$ "，二水石膏的衍射峰的强度持续增加。水化 #% " 时，其 强度与 !$ " 时的变化不大。图 &’ 为" 半水石膏水化过程的 实时 ( 射线衍射分析曲线。从图中可见 " 半水石膏水化速 度较! 半水石膏要快得多。在水化 !$ )*+ 时，水化产物二水 石膏的衍射峰要比同样条件下 ! 半水石膏的水化产物强度 大得多。在水化 #$ )*+ 时，水化物 " 半水石膏的衍射峰已
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半水石膏水化过程中的物相变化研究
牟国栋
（西安科技学院材料工程系，西安 >?""@#）
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摘 要： 对! 半水石膏和" 半水石膏水化过程中的物相变化进行了实时 A 射线衍射分析，结果表明两者的最终水化产物皆为二水石膏，但水 化速度差异很大。对它们最终水化产物的形态特征进行了电子显微镜图象分析，结果显示由 " 半水石膏水化而成的二水石膏粒度较小且多 成长柱状或针柱状； 而由! 半水石膏水化而成的二水石膏多成短柱状且粒度较粗。在此基础上对其水化机理进行了分析，认为造成这一差异 的主要原因是两种半水石膏的结晶度及结晶粒度不同，这与其生产制备工艺过程有关。 关键词：半水石膏；水化；物相变化 中图分类号： 2B’ ?>> ’ ! 文献标识码： / 文章编号： （)"")） "#@# C @D#* "# C "@!) C "@
化特征研究尚不多见。熟石膏是一种应用历史悠久、 用途广 泛的胶凝材料，它是由各种二水石膏经加热脱 水 而 成 法和结晶特征分为! 半水石膏和" 半水石膏
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。
熟石膏的主要物相组分是半水石膏，半水石膏又依加工方 ，
收稿日期： )""? C "* C ?!。修改稿收到日期： )""? C ?? C ?D。
" 试验方法
［#］ 分别用蒸压法和干燥加热法制备了 ! 种半水石膏 。
对其水化过程中的物相变化进行了 $ 射线衍射分析，对其 最终水化产物进行了电子显微镜形貌分析。 首先将! 半水石膏和" 半水石膏分别在玛瑙乳钵中研 磨成粉末，用于电子显微镜分析的样品制作方法为： 置入少 量研磨好的试样于试管中，加适量蒸馏水制成悬浮液以使 它们水化。用于透射电子显微镜观察的悬浮液很稀以适合 用铜网制样，用于扫描电子显微镜观察的悬浮液浓度要大 些。将盛放样品的试管放入超声波震荡器中充分震荡数分 钟以使样品分散均匀。将充分分散的悬浮液分别用滴管滴 在扫描电镜的样品座和透射电镜的铜网上。为使其水化充 分，没有进行人工强迫干燥，而是让其在自然状态下缓慢干 燥。待样品中的多余水分挥发完后即进行电子显微镜观察。 用于 $ 射线衍射分析的样品制作方法为： 将研磨好的样品按 衍射分析的制样规范置入样品座，然后将专门设计加工的 一个小水化装置固定在样品座上。这个装置将保证样品在 测试过程中水化持续进行。 123% " 图" 半水石膏水化后的 &’( 图象
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