探究波特兰水泥C-S-H结构形成实验与理论：微结构演变与聚合度关键

本文《水化硅酸钙（C-S-H）结构形成机理的实验及理论研究》由何真和王磊两位作者合作完成，他们基于高校博士点专项科研基金项目（20090141110021），并在水资源与水电工程国家重点实验室进行了一系列深入的研究。研究聚焦于波特兰水泥水化过程中C-S-H（钙矾石）凝胶的微观结构变化。 实验方法上，作者采用了先进的技术手段，如富里埃红外光谱和固体魔角旋转核磁共振，这些技术有助于解析C-S-H的化学键合模式和空间排列。研究发现，C-S-H在波特兰水泥的不同龄期呈现出不同的结构特征。早期阶段生成的C-S-H主要是二聚体，其中可能包含Ca-OH键，而质子化作用促使二聚体中的Si-OH键增多，这是C-S-H聚合度提升的关键因素。 随着水化过程的进行，单体硅酸根（Q0H）与二聚C-S-H发生聚合，生成少量长链结构的C-S-H。此外，链状C-S-H的形成与其内部Ca-OH含量有关，类tobermorite和类jennite结构的出现可视为这类环境的标志。然而，在20°C条件下，尽管链状C-S-H有所生成，但并不大量出现，这表明龄期对C-S-H结构的形成有显著影响。 研究还涉及了四配位铝的角色，它类似于单体硅酸根，能够桥接二聚C-S-H，促进更高聚合态的铝硅链形成。这一发现揭示了铝元素对于C-S-H网络结构复杂性的重要贡献。 本研究不仅提供了波特兰水泥水化过程中C-S-H结构演化的实验证据，也深化了对其形成机理的理解，为改善水泥材料性能和优化混凝土工艺提供了理论依据。这篇首发论文在水泥学领域具有较高的学术价值，对后续的科学研究和技术发展具有推动作用。