有關(guān)材料學(xué)的碩士論文

　　材料學(xué)專業(yè)的學(xué)生要求能運(yùn)用材料學(xué)科的知識(shí)與研究手段進(jìn)行功能納米材料的可控制備、表面修飾以及在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究，能在材料科學(xué)、納米科學(xué)以及相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域獨(dú)立開(kāi)展科學(xué)研究工作并能從事高等學(xué)校教學(xué)工作。下文是學(xué)習(xí)啦小編為大家搜集整理的有關(guān)材料學(xué)的碩士論文的內(nèi)容，歡迎大家閱讀參考!

　　有關(guān)材料學(xué)的碩士論文篇1

　　淺析稀土原材料市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)的成因

　　一、稀土材料價(jià)格波動(dòng)狀況

　　稀土元素一共17種，是工業(yè)生產(chǎn)必需原材料，又叫“工業(yè)味精”。中國(guó)是稀土材料出口大國(guó)，全球80%以上的稀土原材料都是由中國(guó)出口。根據(jù)2012年國(guó)務(wù)院《中國(guó)的稀土狀況與政策》報(bào)告，中國(guó)已探明稀土儲(chǔ)量大約占全球儲(chǔ)量23%，目前全球稀土市場(chǎng)價(jià)格完全是由中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主導(dǎo)。但是，國(guó)內(nèi)稀土市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)幅度較大，以稀土鐠釹磁性材料來(lái)說(shuō)，鐠釹磁性材料占據(jù)稀土市場(chǎng)產(chǎn)量與需求量的一半，其價(jià)格波動(dòng)高峰與低谷相差5倍，2008年譜釹合金價(jià)格大致在20萬(wàn)元/噸，而到了2011年高峰期上漲到80萬(wàn)元/噸以上，2015年市場(chǎng)價(jià)格回落到40萬(wàn)元/噸，上演著過(guò)山車行情。稀土行情的波動(dòng)在一年之中也比較明顯，參考瑞道金屬網(wǎng)，2015年2月份譜釹材料平均價(jià)格在40萬(wàn)元/噸，但12月份價(jià)格下跌到35萬(wàn)元/噸。原材料市場(chǎng)價(jià)格的大幅度波動(dòng)必然導(dǎo)致下游制造業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的不穩(wěn)定，在稀土材料價(jià)格大幅上漲時(shí)期，下游企業(yè)都不同程度受到影響，停產(chǎn)或轉(zhuǎn)產(chǎn)情況都有發(fā)生。同時(shí)，價(jià)格上漲過(guò)快也刺激了材料供應(yīng)企業(yè)擴(kuò)大產(chǎn)能，而價(jià)格一旦反轉(zhuǎn)，又造成了企業(yè)產(chǎn)能閑置，經(jīng)營(yíng)陷入困境。例如，目前鐠釹磁性材料全行業(yè)閑置產(chǎn)能已達(dá)到50%以上。因此，分析稀土市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)的成因有利于保持下游生產(chǎn)的穩(wěn)定，確保市場(chǎng)向健康方向發(fā)展，也能為未來(lái)稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有利借鑒。

　　二、稀土材料價(jià)格波動(dòng)成因

　　(一)現(xiàn)狀分析

　　研究稀土材料市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)的成因首先要看到中國(guó)稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，中國(guó)是稀土生產(chǎn)大國(guó)，同時(shí)中國(guó)也基本壟斷了國(guó)際稀土出口市場(chǎng)，但中國(guó)的壟斷優(yōu)勢(shì)并不來(lái)源于先進(jìn)技術(shù)，更多的來(lái)源于價(jià)格與成本優(yōu)勢(shì)。實(shí)際上，日本、美國(guó)在稀土方面的專利數(shù)量遠(yuǎn)超中國(guó)，中國(guó)出口的稀土材料主要集中于原材料和中低端加工材料，在高端制造領(lǐng)域如納米稀土等，日本、美國(guó)仍占據(jù)領(lǐng)先地位。發(fā)達(dá)國(guó)家從中國(guó)進(jìn)口原材料與工業(yè)原料，進(jìn)行高端加工以獲取更高利潤(rùn)。

　　從各國(guó)已探明稀土儲(chǔ)量來(lái)看，除重稀土個(gè)別品種，主要稀土品種在全球的分布都較為廣泛，中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、澳大利亞儲(chǔ)量都比較豐富，而美國(guó)僅次于中國(guó)位居世界第二。但2000年前美國(guó)稀土礦就全部停產(chǎn)，改由從中國(guó)進(jìn)口。日本缺乏稀土礦，但據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本長(zhǎng)期從中國(guó)進(jìn)口的稀土儲(chǔ)備已夠其使用30年。發(fā)達(dá)國(guó)家目前均不開(kāi)采本國(guó)稀土礦，改由中國(guó)進(jìn)口的主要原因在于，中國(guó)的稀土價(jià)格低于其他國(guó)家。以美國(guó)鉬業(yè)公司芒廷帕斯山稀土的開(kāi)采為例，其稀土開(kāi)采與制造成本與中國(guó)實(shí)際基本相當(dāng)，但環(huán)境保護(hù)成本遠(yuǎn)超中國(guó)，國(guó)外大多通過(guò)收取資源稅來(lái)保護(hù)礦產(chǎn)資源和自然環(huán)境，而資源稅率普遍采用從價(jià)計(jì)算，國(guó)內(nèi)的資源稅2014前仍采用從量計(jì)價(jià)，同時(shí)征收的稅費(fèi)也較低，這樣就造成國(guó)外企業(yè)無(wú)法與國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，因此中國(guó)在2000年后逐步壟斷了國(guó)際稀土原材料出口市場(chǎng)。

　　(二)經(jīng)濟(jì)學(xué)因素分析

　　由于中國(guó)基本壟斷了國(guó)際稀土原材料出口市場(chǎng)，國(guó)外稀土礦多數(shù)處于停產(chǎn)狀態(tài)，因此國(guó)內(nèi)市場(chǎng)價(jià)格就決定了國(guó)際市場(chǎng)價(jià)格，同時(shí)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)也直接導(dǎo)致國(guó)際市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)。稀土開(kāi)采過(guò)程中的成本構(gòu)成主要包括企業(yè)開(kāi)采成本、銷售環(huán)節(jié)增值稅、地方資源稅和產(chǎn)業(yè)相關(guān)的地方性收費(fèi)。企業(yè)在生產(chǎn)階段從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度考慮，當(dāng)價(jià)格高于成本線時(shí)，也就是邊際收益在邊際成本之上才可以維持生產(chǎn)，在低于成本線時(shí)將停止生產(chǎn)，這樣就可以解釋國(guó)外稀土礦停產(chǎn)而國(guó)內(nèi)稀土礦大量開(kāi)采的原因。實(shí)際上在2011年，國(guó)際稀土價(jià)格上漲到高峰期時(shí)，美國(guó)的稀土礦又重啟開(kāi)采，而日本卻在東南亞與非洲等地投資建設(shè)稀土礦，但到了2013年稀土價(jià)格又跌回上漲之初，國(guó)外稀土礦又全部處于停產(chǎn)和關(guān)閉狀態(tài)。2015年美國(guó)鉬業(yè)公司因債務(wù)問(wèn)題陷入破產(chǎn)境地，該債務(wù)是由于芒廷帕斯稀土擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目引起的，正是稀土價(jià)格的持續(xù)疲弱、無(wú)法長(zhǎng)期實(shí)現(xiàn)盈利，就導(dǎo)致其無(wú)法按期償還利息。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)的稀土礦仍能持續(xù)生產(chǎn)，這說(shuō)明國(guó)內(nèi)企業(yè)的開(kāi)采成本線遠(yuǎn)低于國(guó)外企業(yè)。

　　因此，當(dāng)國(guó)內(nèi)企業(yè)的開(kāi)采成本線遠(yuǎn)低于國(guó)外企業(yè)時(shí)，也就把國(guó)外企業(yè)擠出了稀土原材料生產(chǎn)。不過(guò)要指出的是，這種擠出效果并不是由于開(kāi)采的技術(shù)水平高于國(guó)外，更多的是因?yàn)閲?guó)內(nèi)企業(yè)的環(huán)境保護(hù)壓力遠(yuǎn)低于國(guó)外。實(shí)際開(kāi)采方面，國(guó)內(nèi)的盜采、偷采、濫采現(xiàn)象嚴(yán)重，地方政府由于監(jiān)管力度不夠，稀土開(kāi)采對(duì)環(huán)境的破壞程度也高于國(guó)外。這樣就造成國(guó)內(nèi)開(kāi)采的成本線低于國(guó)外。更為重要的是造成了國(guó)內(nèi)稀土市場(chǎng)價(jià)格低于國(guó)際市場(chǎng)的正常價(jià)格，從而破壞了市場(chǎng)自身的均衡價(jià)格。

　　具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)開(kāi)采成本特別是環(huán)境保護(hù)成本國(guó)內(nèi)外持平時(shí)，國(guó)外稀土礦也會(huì)處于正常開(kāi)采狀態(tài)，市場(chǎng)就會(huì)處于供需平衡狀態(tài)同時(shí)形成均衡價(jià)格，均衡價(jià)格在多渠道競(jìng)爭(zhēng)狀況下其波動(dòng)較為平穩(wěn)，減少了大幅度波動(dòng)的可能。但當(dāng)國(guó)內(nèi)開(kāi)采成本遠(yuǎn)低于國(guó)外時(shí)，均衡價(jià)格將被打破，同時(shí)造成國(guó)外廠商被擠出該市場(chǎng)，形成中國(guó)對(duì)稀土原材料出口的壟斷局面，而這種壟斷也造成了市場(chǎng)化的價(jià)格形成機(jī)制被打破。但是，由于國(guó)內(nèi)低成本的開(kāi)采優(yōu)勢(shì)不可持續(xù)，受環(huán)境保護(hù)壓力、政策調(diào)控、市場(chǎng)炒作等因素的共同影響，成本的大幅波動(dòng)不可避免，這種非市場(chǎng)化的價(jià)格形成機(jī)制是稀土價(jià)格大幅波動(dòng)的主要經(jīng)濟(jì)原因。

　　2015年后，中國(guó)抬高了稀土資源稅，改為從價(jià)計(jì)征，對(duì)環(huán)境和礦產(chǎn)資源的保護(hù)措施逐步與國(guó)際靠攏，減少了與國(guó)外的差距，這樣國(guó)際市場(chǎng)的多渠道供給局面將在未來(lái)實(shí)現(xiàn)，稀土材料的價(jià)格必將轉(zhuǎn)由市場(chǎng)供需關(guān)系決定。中國(guó)承擔(dān)全球80%以上稀土原材料供應(yīng)的局面必然不可持續(xù)，國(guó)外供給渠道必將打開(kāi)，市場(chǎng)新的供需態(tài)勢(shì)必將重新建立起來(lái)。

　　(三)政策因素分析

　　在政策方面，中國(guó)長(zhǎng)期靠下達(dá)指令性計(jì)劃控制稀土開(kāi)采量，同時(shí)依靠戰(zhàn)略性的國(guó)家收儲(chǔ)控制稀土價(jià)格，這兩種手段屬于行政性調(diào)控。由于稀土是工業(yè)原材料，下游企業(yè)多為剛性需求，因此行政性調(diào)控對(duì)稀土的價(jià)格影響也較為顯著，歷年來(lái)國(guó)家收儲(chǔ)計(jì)劃或經(jīng)濟(jì)刺激政策一經(jīng)推出必然會(huì)推動(dòng)稀土價(jià)格上揚(yáng)，也就產(chǎn)生了市場(chǎng)的炒作空間，這也是稀土價(jià)格波動(dòng)的重要政策因素。但中國(guó)在2014年WTO稀土貿(mào)易仲裁敗訴后，根據(jù)WTO裁決中國(guó)政府將做出讓步，行政性調(diào)控手段將更多被市場(chǎng)調(diào)節(jié)所取代，稀土價(jià)格將更多由市場(chǎng)供需雙方?jīng)Q定。同時(shí)，國(guó)內(nèi)資源稅的征收與國(guó)際逐步接軌，造成稀土價(jià)格長(zhǎng)期上漲，國(guó)外的稀土資源在利潤(rùn)驅(qū)動(dòng)下也將逐步進(jìn)入市場(chǎng)，隨著新的供應(yīng)局面產(chǎn)生，多種渠道供應(yīng)也將使稀土的國(guó)際價(jià)格趨于平穩(wěn)。

　　三、結(jié)論

　　稀土是工業(yè)制造重要的原材料，是電子、機(jī)械、化工、高科技產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性資源，同時(shí)也是不可再生資源。雖然中國(guó)長(zhǎng)期作為全球稀土原材料的主要供應(yīng)者，但產(chǎn)業(yè)發(fā)展卻仍處于中低端制造階段，價(jià)格的不穩(wěn)定對(duì)下游制造業(yè)向高端升級(jí)帶來(lái)負(fù)面影響。另一方面，稀土的開(kāi)采對(duì)環(huán)境的壓力較大，在開(kāi)采、萃取、分離與加工階段屬于高污染、高耗能產(chǎn)業(yè)，不計(jì)環(huán)境壓力過(guò)度開(kāi)采必然不可持續(xù)。目前國(guó)外已探明的稀土礦產(chǎn)儲(chǔ)量相當(dāng)豐富，但多處于閑置、停產(chǎn)階段。伴隨著高科技制造業(yè)的快速增長(zhǎng)，電動(dòng)汽車、風(fēng)電、環(huán)保凈化、綠色照明等行業(yè)應(yīng)用都將顯著拉動(dòng)稀土材料的需求。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展方面考慮，穩(wěn)定稀土價(jià)格、保持產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展必將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心目標(biāo)。實(shí)踐證明，穩(wěn)定市場(chǎng)價(jià)格不能僅靠行政管制，發(fā)揮市場(chǎng)自身的調(diào)控作用、建立市場(chǎng)價(jià)格形成機(jī)制才是有力手段。通過(guò)資源稅與國(guó)際逐步接軌，維持正常的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，通過(guò)多渠道的供應(yīng)實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)供需平衡，才是避免價(jià)格出現(xiàn)大幅波動(dòng)的切實(shí)保障。

　　有關(guān)材料學(xué)的碩士論文篇2

　　談納米CaCO3對(duì)水泥基材料性能與結(jié)構(gòu)的影響及機(jī)理

　　納米技術(shù)是在20世紀(jì)末逐漸發(fā)展起來(lái)的前沿交叉性的新興學(xué)科.如今，該技術(shù)已經(jīng)滲透到諸多領(lǐng)域，建筑材料領(lǐng)域就是其中之一.通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)建筑材料的改性表明該技術(shù)具有很大的應(yīng)用潛力和前景[1-3].納米顆粒因其尺度在納米范圍，從而具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)[4]，具有傳統(tǒng)材料所不具備的一些新特性.

　　納米CaCO3是目前最大宗也是最廉價(jià)的納米材料之一，其價(jià)格約只有納米SiO2的十分之一[5].目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)納米SiO2在水泥基材料中的應(yīng)用有較多研究，而對(duì)納米CaCO3的研究相對(duì)較少.王沖等[6]研究了納米顆粒在水泥基材料中應(yīng)用的可行性.黃政宇等[7]研究了納米CaCO3對(duì)超高性能混凝土的性能影響，研究表明摻入納米CaCO3能促進(jìn)水化反應(yīng)，使超高性能混凝土的流動(dòng)性下降，能提高超高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度.Sato等[8]采用傳導(dǎo)量熱法發(fā)現(xiàn)，納米CaCO3的摻入可以顯著加快早期的水化反應(yīng)，且摻量越多加快效果越明顯.Detwiler和Tennis[9]發(fā)現(xiàn)，在水泥水化過(guò)程中，石灰石粉顆粒會(huì)成為成核的場(chǎng)所，增加了水化產(chǎn)物C-S-H凝膠沉淀在石灰石粉顆粒上的概率，加快了水泥石中C3S的水化.本文通過(guò)超聲波分散方式將納米CaCO3摻入水泥基材料中，研究其對(duì)水泥基材料性能和結(jié)構(gòu)的影響，并進(jìn)一步通過(guò)XRD和SEM分析納米CaCO3對(duì)水泥基材料的影響作用機(jī)理，以期為納米CaCO3在水泥基材料的工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ).

　　1原材料與方法

　　1.1原材料

　　水泥為P?O42.5R普通硅酸鹽水泥，由重慶天助水泥有限公司生產(chǎn)，化學(xué)成分見(jiàn)表1;細(xì)集料為岳陽(yáng)產(chǎn)中砂，細(xì)度模數(shù)為2.48;高效減水劑為重慶三圣特種建材股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高效減水劑，固含量為33%;納米CaCO3由北京博宇高科新材料技術(shù)有限公司生產(chǎn)，表現(xiàn)為親水性，部分技術(shù)指標(biāo)列于表2，掃描電鏡圖見(jiàn)圖1，X射線衍射結(jié)果見(jiàn)圖2.

　　1.2試驗(yàn)方法

　　1.2.1納米CaCO3分散方式

　　根據(jù)前期試驗(yàn)驗(yàn)證，超聲波分散方式對(duì)納米CaCO3有更好的分散效果.制備水泥砂漿試件時(shí)，將減水劑和納米CaCO3加入水中，超聲波分散10 min，再手工攪拌2 min，以待測(cè)試.

　　1.2.2表觀密度

　　水泥漿體表觀密度試驗(yàn)采用水泥凈漿，水膠比為0.29，減水劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.15%，納米CaCO3摻量分別為膠凝材料質(zhì)量的0.5%，1.5%，2.5%.試驗(yàn)所采用容器為1 L的廣口瓶，采用水泥凈漿攪拌機(jī)制樣，放在振動(dòng)臺(tái)上振搗密實(shí).

　　1.2.3流動(dòng)性測(cè)試及成型

　　流動(dòng)度試驗(yàn)按照GB/T2419-2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》進(jìn)行;力學(xué)性能試驗(yàn)按照GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》進(jìn)行.將水泥和砂在攪拌機(jī)中攪拌90 s，再將分散有納米CaCO3和減水劑的溶液倒入干料中攪拌90 s.采用40 mm×40 mm×160 mm三聯(lián)鋼模成型，1 d后脫模，在溫度為(20±2) ℃的飽和石灰水中養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期.水泥砂漿試件的配合比見(jiàn)表3，其中納米CaCO3和聚羧酸減水劑以膠凝材料的質(zhì)量百分比摻入.

　　1.2.4微觀測(cè)試試驗(yàn)

　　XRD分析測(cè)試采用日本Rigaku公司D/MAX2500PC型X射線衍射儀.測(cè)試條件：Cu靶，管壓40 kV，電流100 mA，掃描步長(zhǎng)0.02°，掃描速度4 °/min，掃描范圍5°～70°.樣品采用與表3相同膠凝材料組成與水膠比的水泥凈漿，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期破碎取樣，放入無(wú)水乙醇中浸泡3 d以終止水化，置于50 ℃干燥箱中干燥24 h，取出樣品用研缽研磨過(guò)0.08 mm方孔篩，將過(guò)篩的粉末樣品置于干燥器中以待測(cè)試.

　　掃描電鏡測(cè)試采用捷克TESCAN公司生產(chǎn)的Tescan VEGA Ⅱ LMU型掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope，SEM)，測(cè)試樣品取自強(qiáng)度測(cè)試破壞后的砂漿試塊，放入無(wú)水乙醇中浸泡3 d終止水化，裝入50 ℃干燥箱中干燥24 h，將樣品真空鍍金，在20 kV高壓鎢燈下分析其微觀形貌.

　　2結(jié)果與分析

　　2.1納米CaCO3對(duì)水泥基材料表觀密度的影響

　　對(duì)新拌的水泥凈漿漿體進(jìn)行表觀密度測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示.

　　結(jié)果表明，隨著納米CaCO3摻量的提高，水泥漿體的表觀密度隨之增大.摻量從0%增加到2.5%時(shí)，表觀密度由1.98 g/cm3提高到2.10 g/cm3.表明納米CaCO3可填充水泥漿體中熟料顆粒之間空隙，使?jié){體的結(jié)構(gòu)更加密實(shí).

　　2.2納米CaCO3對(duì)水泥基材料流動(dòng)性的影響

　　按表3拌制水泥砂漿測(cè)試流動(dòng)度，結(jié)果如圖4所示.隨著納米CaCO3摻量的增大，砂漿的流動(dòng)度逐漸減小.這是因?yàn)榧{米CaCO3比表面積大，其顆粒表面吸附更多的水導(dǎo)致需水量增大[10]，納米CaCO3同其它超細(xì)粉料一樣可以填充熟料顆粒之間的空隙，將熟料顆粒之間的填充水置換出來(lái)，起到減水作用，但納米CaCO3顆粒比表面積過(guò)大，其增加需水量的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于減水作用，宏觀表現(xiàn)為水泥砂漿的流動(dòng)度減小. 　　2.3納米CaCO3對(duì)水泥基材料力學(xué)性能的影響

　　按表3拌制水泥砂漿，分別測(cè)試3 d和28 d的抗壓和抗折強(qiáng)度，結(jié)果如圖5和圖6所示.

　　由圖可知，納米CaCO3提高了水泥砂漿的3 d及28 d強(qiáng)度.1.5%的納米CaCO3摻量效果最好，其3 d的抗壓和抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別提高20.6%和17.7%，28 d的抗壓和抗折強(qiáng)度較基準(zhǔn)組分別提高22.9%和11.1%.然而摻量增加到2.5%時(shí)，砂漿強(qiáng)度相較于1.5%摻量明顯下降.由試驗(yàn)結(jié)果可知納米CaCO3的摻量不宜過(guò)多，存在一個(gè)最佳摻量[11-12]，在本研究中這個(gè)最佳摻量為1.5%.

　　納米CaCO3可以提高水泥基材料早期強(qiáng)度有以下幾方面原因：納米CaCO3可以起到超細(xì)微集料的作用，填充熟料顆粒周圍的空隙，使結(jié)構(gòu)變得更加密實(shí)從而提高強(qiáng)度，這與圖3結(jié)果一致;納米CaCO3可以明顯降低Ca(OH)2在界面處的密集分布和定向排列，有助于改善界面的綜合性能[13];納米CaCO3可促進(jìn)C3A與石膏反應(yīng)生成鈣礬石，鈣礬石與納米CaCO3反應(yīng)生成碳鋁酸鈣也是早期強(qiáng)度提高的原因之一[13].而文獻(xiàn)[14]也指出，納米顆粒摻量過(guò)多容易產(chǎn)生團(tuán)聚，并包裹水泥顆粒，因而阻礙水化反應(yīng)，使得強(qiáng)度下降.納米CaCO3摻量過(guò)多所造成的團(tuán)聚也會(huì)影響納米CaCO3在水泥基材料中的分散，使新拌水泥砂漿產(chǎn)生過(guò)多的微小氣泡，增加硬化后的水泥漿體有害孔的數(shù)量，導(dǎo)致強(qiáng)度下降.

　　2.4納米CaCO3對(duì)水泥基材料性能與結(jié)構(gòu)的影響

　　機(jī)理

　　2.4.1XRD分析

　　按表3配合比制備水泥凈漿，其3 d和28 d的XRD圖譜見(jiàn)圖7和圖8.由圖7可知，在3 d齡期內(nèi)，納米CaCO3并沒(méi)有改變水泥的水化產(chǎn)物組成.2組試樣的水化產(chǎn)物基本相同，均含有Ca(OH)2，鈣礬石(AFt)相，未水化的硅酸三鈣(C3S)和硅酸二鈣(C2S)，以及摻入的和因碳化而生成的CaCO3.分析2組試樣的C3S和C2S的特征衍射峰(2θ=32.3°)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組中C3S和C2S的特征衍射峰比基準(zhǔn)組中低;而對(duì)照組中鈣礬石的特征衍射峰(2θ=23.1°)比基準(zhǔn)組中高;對(duì)照組中Ca(OH)2的特征峰(2θ=34.2°)略比基準(zhǔn)組強(qiáng)，說(shuō)明前者Ca(OH)2含量略高于后者，這是由納米CaCO3加速硅酸三鈣的水化所致，使其水化產(chǎn)生更多的Ca(OH)2.上述分析說(shuō)明納米CaCO3可以促進(jìn)水泥的早期水化.

　　由圖8可見(jiàn)，在28 d齡期內(nèi)水泥的水化產(chǎn)物中出現(xiàn)了水化碳鋁酸鈣(C3A?CaCO3?11H2O)，這與李固華等[12]的試驗(yàn)結(jié)果類似，即表明納米CaCO3參與了水泥的水化反應(yīng)，與水及鋁酸三鈣反應(yīng)生成了水化碳鋁酸鈣.對(duì)比2個(gè)樣品的C3S，C2S的特征衍射峰發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組中C3S，C2S的特征衍射峰要比基準(zhǔn)組中低;而對(duì)照組中Ca(OH)2的特征峰略比基準(zhǔn)組低，根據(jù)前人的研究[15]，這是由于Ca(OH)2和CaCO3作用生成了堿式碳酸鈣，這種堿式碳酸鈣可以增強(qiáng)界面區(qū)的粘結(jié).納米CaCO3的這種效應(yīng)使得水化產(chǎn)物Ca(OH)2在更大程度上被消耗，因此其衍射峰強(qiáng)度低于基準(zhǔn)組.上述分析表明在3 d到28 d的齡期內(nèi)，納米CaCO3仍促進(jìn)水泥的水化，產(chǎn)生新的水化產(chǎn)物相并從宏觀上導(dǎo)致水泥基材料強(qiáng)度提高，內(nèi)部界面區(qū)增強(qiáng)粘結(jié)能力更好，XRD圖譜從微觀方面解釋了28 d摻入納米CaCO3其力學(xué)性能優(yōu)于基準(zhǔn)組的原因.

　　2.4.2SEM分析

　　按表3成型的水泥砂漿試樣的3 d和28 d SEM圖片見(jiàn)圖9和圖10.圖9顯示了4組試樣水化3 d的微觀形貌結(jié)構(gòu).分析發(fā)現(xiàn)：試樣(a)已有一定程度的水化，發(fā)現(xiàn)有針狀的AFt晶體和水化硅酸鈣凝膠，但整體結(jié)構(gòu)不太密實(shí)，存在較多的空隙，在過(guò)渡區(qū)處水泥石與集料的結(jié)合不太緊密.摻入納米CaCO3后對(duì)于界面過(guò)渡區(qū)來(lái)說(shuō)有明顯的改善，水泥石更加密實(shí).試樣(b)和(c)已有明顯的水化，水化產(chǎn)物水化硅酸鈣凝膠增多，形成網(wǎng)絡(luò)狀和絮凝狀的凝膠填充未水化顆粒之間的空隙，使整體結(jié)構(gòu)更加致密[16].由圖可知，隨著摻量的提高，當(dāng)納米CaCO3摻量為膠凝材料質(zhì)量的1.5%(試樣c)時(shí)，其對(duì)界面的改善效果最好，水泥石結(jié)構(gòu)也更加致密，在界面過(guò)渡區(qū)幾乎看不到水泥石與集料之間的間隙，說(shuō)明連接很緊密，與上述力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果相符.

　　但未明顯發(fā)現(xiàn)有Ca(OH)2晶體，這可能是因?yàn)镃a(OH)2晶體被大量的水化硅酸鈣凝膠所覆蓋.隨著摻量的繼續(xù)提高，從試樣(d)中可看出，水泥石的孔隙變多，結(jié)構(gòu)變得不密實(shí).在界面過(guò)渡區(qū)處水泥石與集料之間存在間隙并發(fā)現(xiàn)了針狀鈣礬石晶體和六方片狀的Ca(OH)2晶體，水化產(chǎn)物水化硅酸鈣凝膠也隨之減少.這是由于納米CaCO3摻量過(guò)多，分散不均勻形成團(tuán)聚引起的.水泥石結(jié)構(gòu)的致密程度以及水泥石和集料的界面過(guò)渡區(qū)的結(jié)合緊密程度都會(huì)影響水泥基材料的強(qiáng)度，上述分析從微觀角度解釋了水泥基材料力學(xué)性能變化的原因.

　　圖10顯示了4種試樣水化28 d后的微觀形貌結(jié)構(gòu).分析發(fā)現(xiàn)：隨著水化的進(jìn)行，在28 d齡期內(nèi)各組試樣中的水化產(chǎn)物都較3 d增多，水泥石結(jié)構(gòu)也更加致密，水泥石與集料的在界面過(guò)渡區(qū)處的結(jié)合也更加緊密.但在試樣(a)和試樣(d)中集料與水泥石的界面過(guò)渡區(qū)處的結(jié)合仍不是很緊密，且存在一定的縫隙，水泥石自身結(jié)構(gòu)也存在一定的空隙，不是十分致密，而在試樣(b)和試樣(c)中則發(fā)現(xiàn)集料與水泥石的界面過(guò)渡區(qū)處的結(jié)合更為緊密，水泥石中存在大量的凝膠狀的水化產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)密實(shí).

　　尤其在試樣(c)中，界面過(guò)渡區(qū)處找不到連接的間隙，水泥石中都是凝膠狀水化產(chǎn)物幾乎沒(méi)有孔隙，這些水化產(chǎn)物并不獨(dú)立分散，而是呈現(xiàn)整體化結(jié)構(gòu).上述現(xiàn)象說(shuō)明適宜摻量的納米CaCO3可以促進(jìn)水泥基材料早期的水化，使水泥熟料顆粒水化產(chǎn)生更多的水化硅酸鈣凝膠.同時(shí)，納米CaCO3可以增加水化硅酸鈣凝膠在界面處的含量，可以改善Ca(OH)2晶體的定向排列性能，使得界面位置的水化結(jié)構(gòu)由平面排列向空間結(jié)構(gòu)過(guò)渡，所以適宜的摻量可以改善界面的綜合性能.
　　3結(jié)論

　　1)納米CaCO3的摻入增加了水泥漿體的表觀密度，降低了水泥基材料的流動(dòng)度，摻入適量的納米CaCO3有助于水泥砂漿3 d和28 d齡期強(qiáng)度的提高，但摻量不宜過(guò)大.

　　2)摻入適量的納米CaCO3可以促進(jìn)水泥水化反應(yīng)的進(jìn)行，增加水化產(chǎn)物的生成量.在3 d的齡期內(nèi)，納米CaCO3并沒(méi)有改變水泥的水化產(chǎn)物組成;在28 d的齡期內(nèi)，在水泥的水化產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了新的水化產(chǎn)物――水化碳鋁酸鈣.摻入適量的納米CaCO3還可以改善水泥基材料的界面結(jié)構(gòu)和水泥石的結(jié)構(gòu)，使集料與基體結(jié)合的更加緊密，水泥石更加密實(shí).