作为基础建设的主要原材料之一，水泥尤其是硅酸盐水泥占有突出地位。它广泛应用于城市建设、农业、工业、国防、水力以及新能源开发等工程建设。同时，水泥制品在代替传统的木材、钢材等方面上，合成简便，操作容易，价格低廉，具有技术和经济上的优越性。因此，水泥工业的研究和发展对提高人民生活水平，增强国力具有十分重要的意义。科研工作者们也一直在对水泥这种大规模应用的建筑材料做了很多方面的研究，取得了丰硕的研究成果。水化硅酸钙(C-S-H)是水泥基材料最主要的水化产物，其结构、结晶度及微观形貌直接决定了水泥、混凝土的性能，因此其组成结构得到众多学者的重视。随着高新测试技术在无机非金属材料研究领域中的应用，人们对水化硅酸钙凝胶的研究也取得了一定的成果，对其组成、结构及微观形貌有了更加深入的认识和了解。

长期以来研究者们对水泥做了很多方面的研究，比如水泥水化反应的形式、水泥水化产物的结构、各种外部因素对水泥水化产物的影响作用、水泥及水泥石的微结构与性能的关系等等。然而，低水胶比并掺有粉煤灰、矿渣等辅助胶凝材料的现代胶凝浆体的水化反应机理，水化产物的组成、结构及其与现代混凝土力学性能、化学稳定性等性能之间的关系，现代混凝土的微结构等问题尚有待于进一步研究。国外的Taylor等人对水化硅酸钙做了大量研究，提出了许多结构模型，为现代水化硅酸钙的研究奠定了基础。随着科技的进步，水化硅酸钙的研究也向着更高层次，更小尺度上发展。目前的研究表明C-S-H凝胶为无定形结构，通过对C-S-H凝胶研究不断深入，人们提出了多种结构模型，深入了解C-S-H凝胶的组成及相应结构模型特征，对于理解、调节与控制水泥基复合材料的力学性能与化学稳定性具有重要意义。

本实验拟采用溶液-凝胶法制备新型有机-无机硅酸钙水合物C-S-H。该方法相对于上述所提及的方法，具有简便高效，操作安全，成本耗费少，产物制备效率高的优点，在常温下，即可进行反应，产物的收率相对比较高。同时，本实验创新点是采用接有特异性官能团的有机硅，从而制得接有相应基团的经过表面修饰的水化硅酸钙，通过对所接基团的选择，可以有效提升水化硅酸钙的相应性能，比如引入能提高弹性性能的基团（如引入异丁烯酰氧基），从而达到制得的水化硅酸钙弹性性能的提升。

2. 研究的基本内容与方案

1. 基础试剂的配制：

   首先用无水乙醇和去离子水配制50%的乙醇，配制的原因是因为有机硅不溶于水，因此需要以50%的乙醇溶液为溶剂将有机硅溶解。将实验所需用到的两种有机硅分别配成0.1mol/L的溶液，可以先用少量50%的乙醇溶解有机相，再将其转移到容量瓶中定容。之后再称取NaOH和CaCl2固体粉末，分别用去离子水作溶剂配制成0.1mol/L的溶液。至此，制备水化硅酸钙所需的试剂均已配制完成。

2. 硅源的配制：

   将上一步得到的两种有机硅溶液按照各自百分含量0，20，40，60，80，100配制成六组两者的混合溶液，即六组硅源。

3. 制备产物：

   制备的基本过程是将硅源在碱性条件下，一边搅拌（建议磁力搅拌，机械搅拌亦可，两者搅拌速率要适中）一边缓慢的加入钙源（先前制得的CaCl₂溶液）。以第一组为例，根据查阅文献可知，Ca/Si为5/6时，制得的水化硅酸钙晶型比较规则，容易在后续实验进行表征，本实验主要研究水化硅酸钙的表面修饰，因此选择Ca/Si为5/6，确定一个最优条件，以便更好的研究有机硅中的基团对产物性能的影响。通过钙硅比，可以计算出先前配制的CaCl2溶液的用量，查阅相关文献关于pH对C-S-H结构性能的影响，确定加入的碱的OH^-的量为要加入的Ca² 量的 2倍时，产物收率高，性能好。因此，先计算出要加入的0.1M的CaCl₂溶液的体积，可得出要加的0.1M的NaOH溶液的体积。注意，要先加入氢氧化钠，若先加入钙源，会导致在pH未达到最优条件时先发生反应，影响产物的性能和结构。加入钙源时，要在搅拌下缓慢加入，防止局部浓度不一致，反应不均匀。之后，溶液会产生沉淀，形成白色悬浊液，静置3天，再取下层沉淀进行离心，再过滤分离出固体产物，之后真空干燥，以便于进行后续的表征工作。

4. 产物的表征：

   剩余内容已隐藏，您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容！立即支付