TEM探讨钢渣碳化机理

利用TEM研究了钢渣中各种矿物碳化产物的纳米结构^[1]。结合X射线衍射和核磁共振测试，讨论了Ca、Mg、Si、Fe、Al在钢渣碳化过程中的作用^[2]。结果表明，对于硅酸钙的碳化，Ca²⁺由于H+的侵蚀而从硅酸钙中浸出，然后扩散到外层以CaCO₃的形式沉淀。 Ca²⁺浸出后局部形成SiO₂凝胶。在富硅区发现了M-S-H，这可能是由于新形成的SiO2凝胶与Mg²⁺之间的反应所致。因此，提出了对硅酸钙碳酸化机理的新见解。铁锰氧化物和钙铝石形式的铁和氧化铝表现出非常低的碳化度，在TEM图像中显示出它们与碳化产物之间非常清晰的界面。为了深入了解钢渣的碳化机理，利用 XRD、NMR 和 FIBTEM 研究了钢渣中各种矿相碳化产物的纳米结构，在此基础上 Ca、Si、Mg、Fe 的作用讨论了Al在钢渣碳化中的作用。钢渣中的含钙矿物主要以β-钙铁矿、橄榄石和钙铁矿形式存在。在碳化过程中，由于Ca²⁺从含钙矿物中浸出，钢渣释放出大量的Ca²⁺。Ca²⁺ 用 CO3 ^2- 沉淀为方解石。根据NMR 29Si 检测，在- 115.20 ppm 处出现一个新峰，属于Q⁴ 结构的[SiO4]，表明碳酸化过程中Ca 浸出后形成了高聚合度的无定形SiO₂ 凝胶。 TEM 检查进一步证实了这一点，证明富二氧化硅产物主要由 Si 和 O 组成，具有典型的无序点对比度，但没有晶格条纹。因此，除了碳酸钙外，由于碳酸化作用，Ca²⁺从β-Larnite中浸出后，局部形成了无定形SiO₂凝胶。根据BSEM、TEM测试结果结合元素图谱,在富Si区观察到了Mg元素。这表明在目前的实验条件下，钢渣中的Mg可能不会与Ca共沉淀形成Mg-方解石，而是与碳化产物无定形SiO₂反应形成M-S-H。钢渣中的含铁矿物铁锰氧化物和含铝矿物钙铝石碳化反应活性较低，尽管钢渣已充分碳化，但它们仍保持未碳化状态，与碳化产物之间有明显的界面。

[1] B. Pang, Z. Zhou, P. Hou, P. Du, L. Zhang, H. Xu, Autogenous and engineered healing mechanisms of carbonated steel slag aggregate in concrete, Constr. Build. Mater. 107 (2016) 191–202.

[2] F. Han, Z. Zhang, D. Wang, P. Yan, Hydration heat evolution and kinetics of blended cement containing steel slag at different temperatures, Thermochim. Acta 605 (2015) 43–51.

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