利用29Si、27Al固体NMR探究C-S-H结构基础研究

The C-S-H is one of the most important hydration products of cement, which plays an important role in the performance of cement and concrete. Much research have been done on the C-S-H structure, whilst most of them investigated the structure of C-S-H gel by the XRD、DTA、SEM and chemical analytical methods. The project is planned on the basis of the existing work, to carry out basic research of C-S-H structure investigated by the 29Si、27Al solid NMR technology. The effect of the different C/S of cement pastes on the C-S-H structure is studied; the kinds of Si4+ and Al3+ in cement paste are investigated. The relationship between the pore structure, porosity，durability and C-S-H gel polymerization degree is also discussed. Distribution of C-S-H gel polymerization degree in cement stone is studied to establish the C-S-H structure model of cement performance and radial displacement of C-S-H gel polymerization degree. The subject can provide a theoretical basis for further investigation of C-S-H structure.

水泥水化产物中，水化硅酸钙（C-S-H）凝胶是其中最重要的水化产物之一，它对水泥石和混凝土的性能起重要作用。目前对C-S-H凝胶的研究中，大多限于用XRD、DTA、SEM和化学分析的方法。本项目主要采用29Si、27Al固体NMR技术，对水泥水化浆体中C-S-H凝胶结构进行研究，系统研究C/S（钙硅比）对四面体结构的链长和聚合度的影响，探讨水泥石中Si4+存在的结构形式以及 Al3+在C-S-H凝胶结构中所起的作用，对水泥石孔结构、孔隙率、耐久性等因素与C-S-H凝胶聚合度相互关系进行深入研讨，研究硬化浆体中C-S-H凝胶聚合度由内到外的变化规律，建立C-S-H凝胶聚合度与水泥石性能以及径向深度（界面）之间的关系模型。 本研究将促进固体NMR技术在水泥化学中的应用，同时对C-S-H凝胶结构的研究提供一定的理论补充。

水泥水化产物中，水化硅酸钙（C-S-H）凝胶是其中最重要的水化产物之一，它对水泥石和混凝土的性能起重要作用。目前对C-S-H凝胶的研究中，大多限于用XRD、DTA、SEM和化学分析的方法。本项目主要采用29Si、27Al固体NMR技术，对硅酸盐水泥水化产物中四面体结构的链长和聚合度的影响因素进行了研究，研究了矿渣-水泥体系、粉煤灰-水泥体系中C-S-H聚合度随水泥龄期及辅助性胶凝材料的掺量变化规律；研究了水化产物结构中Q0、Q1、Q2等变化的机理；探讨了水泥石中Si4+存在的结构形式以及 Al3+在C-S-H凝胶结构中所起的作用；探讨了C-S-H 凝胶聚合物定量分析方法；烧制出了纯度较高的水泥单矿物C3S、C2S，并对水化后的单矿物进行了研究；结合C-S-H 凝胶体的聚合度及分布状态，初步探讨了水泥石的孔结构、孔隙率以及碳化性能与C-S-H 凝胶聚合度的相互关系。. 结果表明，波特兰水泥水化3d后，部分Al 3 +取代四面体中的Si4 +，生成含Al 的C-A-S-H 凝胶，随着龄期的增加，C-A-S-H 凝胶的含量逐渐增加。矿渣、粉煤灰加入到水泥中后， C-A-S-H 凝胶的含量明显增加；波特兰水泥水化3d时，水泥中的Q0含量仍然较高，占57.08%，随着水化龄期的延长，Q0逐渐减少；水泥水化产物C-S-H凝胶的平均链长随水化时间的增加逐渐变长；掺加30%矿渣的水泥浆体水化28天时，其平均链长增加明显，由2.96增长至3.62；水化产物中Q2(1Al)所占的百分比也比波特兰水泥水化28d时增加74.95%，Al/Si比达到0.0796，增加72.66%；无论是水化早期，还是水化后期，水泥硬化浆体中既存在Al[4]，也存在Al[6]的水化产物，同时还存在少量的Al[5]；矿渣粉煤灰加入到水泥中后，链长增加，水泥浆体孔结构中孔径趋向于变小；但水泥的强度主要取决于孔隙率的大小，链长并不是主要因素；C2S和C3S混合掺加一定比例时，可以对其反应程度起到相互促进作用。. 本研究将促进固体NMR技术在水泥化学中的应用，同时对C-S-H凝胶结构的研究提供一定的理论补充。