熱分析-TGDTA 熱分析技術-TG/DTA水泥進料檢測

新聞提供:科邁斯集團發表日:2012/10/30
關鍵字: 問題提問

水泥,普遍在我們的生活中出現,無論是鐵路

        水泥,普遍在我們的生活中出現,無論是鐵路、電力、道路、橋樑、軍事及一般土木建築工程都會使用到水泥,是屬於膠結性材料。依照性質的不同,可區分為水硬性水泥非水硬性水泥;種類則是非常繁多,大致可分為矽酸鹽水泥、硫水泥、氧氯水泥、高鋁水泥及瀝青水泥等。以下我們使用矽酸鹽類水泥來做實驗介紹。
   水泥的製造水泥的製造: 煅燒+研磨
 ▲ 適當比例的石灰岩+黏土原料
 ▲ 磨細混合後高溫煅燒成熟料
 ▲ 熟料+石膏加以研磨成粉,即為水泥
        水泥的原料在生產過程中經過高溫時會產生脫水、脫酸等現象,經由液化溫度而生成熟料。不同種類的水泥在水化過程中得到的水化產物是不同的,即使是同種水泥,由於原料比例、生產或水化過程的環境等條件不同,所得到的液化產物品種及數量也大不相同。不同比例調成的水泥產物會直接影響在加熱過程中脫水、分解的溫度,以下為TG/DTA曲線上矽酸鹽類水泥在不同溫度中的吸熱峰及反應熱:
        我們可以從TG/DTA圖中了解,在113.1℃出現吸熱峰,並從TG圖中可看出同時出現0.7%的熱重損失,這是液化樣本脫水的過程。持續對樣本加熱,在442.3℃會出現氫氧化鈣脫水生成氧化鈣(Ca(OH)2→CaO + H2O)667.9℃碳酸鈣開始分解,矽酸鹽水泥在加熱過程當中都伴隨著不同程度的熱重損失。679.2℃的吸熱峰應是發生晶型轉變的吸熱峰,從TG圖中我們可以看出,在發生晶型轉變的時候,並未有明顯的重量損失。
 
        矽酸鹽類水泥中可分為五種主要的複合物: 矽酸三鈣、矽酸二鈣、鋁酸三鈣、鋁鐵酸四鈣、石膏。矽酸鹽水泥一旦調成水後,石灰會迅速溶解在水中,C3AC4AFC3S會很快的液化,而C2S會較慢水化。
 
矽酸鹽類水泥水化ㄧ般反應式如下:
C3A3 CH226H → C3A3CH32
C3A3CH322C3A4H → 3C3ACH12
C4AFxCH2y4H → 鈣釩石+單硫型鋁酸鈣
       ㄧ般矽酸鹽類水泥水化的主要產物是液化矽酸鈣、氫氧化鈣、水化硫鋁()酸鈣固熔體和水化鋁()酸鈣固熔體。近年的水泥研究發現,如增加C3S 則水化熱較多,而初起強度發展增快;增加C2S會使得水化反應變慢,但較利於水泥的晚期強度。
        另ㄧ方面,相同批號的原料我們也可進行進料檢測,隨著原料加熱,可藉由TG/DTA曲線觀測出原料的反應熱變化,進而做進料檢驗,以下用普通矽酸鹽類水泥做說明:
水泥原料-1:
水泥原料-2:
        由以上兩張不同天數後的水泥料低溫TG/DTA圖可發現,反應熱範圍假設在95~130℃,水泥-第一天進料總反應熱為29.1uV/mg;水泥-第二天進料總反應熱為30.3uV/mg,即使是相同批號原料,隨著水化時間不同,都會有著略微不同的反應熱產生,隨著水化時間延長,此吸熱峰會更明顯,反應熱也會增大,可能影響內部穩定性及水化後產物。故水泥內水蒸氣的蒸發促進熟料逐步水化,吸熱反應的多寡關係直接影響到水化時間,反應熱會影響到抗壓強度,我們可藉此依據做為水泥進料的檢驗。
 
        總合以上所述,藉由DTA曲線及TG曲線,我們了解反應熱狀況。如擁有不同原料比例的水泥,來觀測材料加熱變化,確定樣品的熱穩定性,進而改良水泥狀況。
熱重和熱示差分析方法是可以用於確定水泥的水化產物種類,水化後的產物在加熱過程中轉變的溫度範圍、熱效應以及研究水泥水化的過程、水化速率等等。熱分析方法在水泥進料及檢驗上可得到愈來愈多的應用與功效。
 
熱重/熱式差分析技術研究水化溫度及進料改良
TG/DTA7300        各種熟料礦物和水泥的水化速度可以使用水、水化熱或水化深度等方法來做測驗,無論是水化溫度觀測或原料檢測等,使用SII- TG/DTA 7000 series熱重/熱差示分析儀是一種相當有效益的方法。SII-TG/DTA 7000熱分析儀採用雙臂水平式設計,環境的震動可藉由參考天平臂扣除,故此種設計的基線必定較為穩定,對於微小的重量變化也可以偵測到且不會被基線遮蔽。另外也可由雙秤臂下方熱電偶感測器的溫度差來測出DSC訊號,此設計目的在於降低氣體擾動及環境震動的影響,並且可以同時取得 TGA-熱重及DSC-熱示差的訊號。
 
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