同步輻射在水泥水化行為研究與應用(下)

從圖4顯示,袋裝粉光砂的水泥漿體,C-S-H水化物較純水泥漿少,推測其原因乃Ca2+離子由於吸附作用而吸附在水泥顆粒上,以致降低Ca2+之濃度及延緩CH成核時間,且融解矽酸鹽及鋁酸鹽在氫氧化鈣及C-S-H水化物成核及晶體成長之毒化效果(Poisoning Effect)。在台灣SRA的實驗設備昂貴,申請不易,實驗時間有限,若上述因素許可當能完整觀測加速反應期、減速反應期、穩定狀態,當更能正確地掌握整個水泥漿體早期水化行為。

Belite(含雜質C2S)與水在室溫反應時,歷經數年其作用仍未完成,C2S之水化作用類似C3S,但較緩慢即使反應經數星期之久,亦僅能在結晶表面上形成薄層之無定形水化矽酸鈣。與C3S之差異乃生成氫氧化鈣(CH)之量不同,此種反應將使混凝土早期強度較低,晚期強度較高,由圖4~圖7齡期與C2S幅射強度關係圖中,C2S之量並無多大之變化,由此可推論在早齡期時C2S並無明顯之水化作用。理論上C3A加水後即刻產生激烈反應,當石膏含量充足,C3A會反應產生32莫耳水的鈣釩石產物(AFt)。如果反應時石膏量耗盡,則鈣釩石將與C3A產生二次反應,轉換成單硫型鋁酸鈣水化物(AFm)。但在此次實驗中在SRA光譜圖中(圖4至圖7),無論在純水泥漿體或添加樹脂/木質素的粉光水泥砂漿中,不見C3A之蹤跡,但CaO‧Al2O3(CA)之peak出現在橫軸3.32處,純水泥漿體之peak在9.6處,發現水化柘榴石(C3AH6),但添加樹脂/木質素的粉光水泥砂漿體中並無C3A任何水化產物呈現。推測CA出現之因素,可能水泥原料產生變異或在二磨一燒過程中,溫度的影響,石膏的添加等因素,促使水泥產物在CaO‧Al2O3系中(C-A系),計有五種化合物生成,即C3A,C12A7,C5A3,CA,CA2及CA6,當C3A與水接觸之初凝若缺少硫酸鈣離子供應,會快速閃凝(Flash Setting)形成水化產物C3AAl3+C2A H8,其結構接近單硫型鋁酸鈣水化物(AFm), 其性質不穩定,很快轉換成另一種水化物C3AH6(Hydrogarnet)。當純水泥漿體中無法測出C3A,但水化產物產生C3AH6,可能水泥成分中微量的C3A水化後即已反應耗盡。在含樹脂/木質素水泥砂漿中無法測得C3A之水化物,推測其原因可能原始水泥成分中C3A含量甚少,再加上利用樹脂/木質素取代水泥故水泥量減少,相對的C3A含量更少,故其微量的水化產物無法測出;另外水泥量減少的遲滯作用,依其遲滯機理,包括C3A水化物週遭之水分減少,而使C3A水化遲緩,最主要因素乃生成了C4AH13之六角型層狀保護層,此保護層與硫化物作用而生成鈣釩石。如圖4所示C4AF幅射強度與齡期之關係,通常C4AF之水化過程與C3A相似,但反映較為緩慢且釋放水化熱也較少,C4AF並無促使閃凝的條件,當鐵含量增加時水化作用更緩慢,而水化生成物之鋁由鐵取代。在圖4中C4AF的幅射強度隨齡期增至120min時並無異狀的改變,也無其他水化生成物的形成,更可印證此理論。

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圖4 袋裝粉光水泥砂同步輻射齡期10分鐘2D、3D光譜圖

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圖5袋裝粉光水泥砂同步輻射齡期120鐘2D、3D光譜圖

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圖6台泥I型水泥漿體同步輻射齡期10鐘2D、3D光譜圖

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圖7台泥I型水泥漿體同步輻射齡期120鐘2D、3D光譜圖

四、 結論與建議

4-1 結論

在同步輻射的試驗中,由於打底水泥砂顆粒對此試驗而言,是太大了,故不適合做SRA。在袋裝粉光水泥砂的顆粒與水泥顆粒相較下,相對較大,故在同步輻射試驗時,光束撞擊的變化相當不規則,且水泥的水化較粉光水泥砂快。

4-2 建議

在同步輻射的實驗過程中,明顯發現添加樹脂/木質素的袋裝粉光水泥砂光束撞擊產生的繞射情形非常紊亂,而於水泥方面就來得穩定多,且水化速率也較佳。簡言之,同步輻射適合顆粒更微細的材料來做研究,奈米材料應用在混凝土或水泥砂,以增加強度、防腐蝕及耐久性之可行性是值得探討的。

致 謝

感謝先師成大土木系王櫻茂教授與化學系吳振成教授的指導及鞭策,由衷銘謝。學業上的精進不足自滿,恩師的研究精神、處世之道,學生感受到了!於山不得見泰山之高、於水不得見黃河之大,學生我都見到了!一度師生情,一世感恩情。

實驗期間,同步輻射的艱深,若非張炳坤教授在觀念匡正與提供寶貴意見及無怨尤的教導,在這個領域上非一蹴而幾,也讓學生得以到同步輻射中心目睹國家級設備,並且能在兩年內完成實驗和分析,使本研究得以順利完成,謹致上最深忱的謝意。

一言以蔽之:「得之於人者太多,出之於己者太少」,要感謝的人實在太多太多,難以一一陳述,只有『謝天』以聊表心意。

參考文獻

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