比表面積

1、比表面積（specific surface area）,比表面積是指單位質(zhì)量的物料所具有的總面積。分為外表面積、內(nèi)表面積兩類。國際單位m2/g。理想的非孔性物料只具有外表面積，有孔和多孔材料的比表面積通常指的是材料的外表面積和孔的內(nèi)表面積之和。此外多孔材料的孔隙構(gòu)型并不是規(guī)則的，其孔穴尺寸在不同方向上存在著差異。,介孔材料：（1）對(duì)于有序介孔材料，其固體孔型可分3 類： a.定向排列的柱形(通道)孔； b.平行排列

2、的層狀孔； c.三維規(guī)則排列的多面體孔(三維相互連通)；（2）無序介孔材料中的孔型，形狀復(fù)雜、不規(guī)則并且互為連通，孔型常用墨水瓶形狀來近似描述，細(xì)頸處相當(dāng)于孔間通道。,從水泥化學(xué)的觀點(diǎn)來看，水泥水化的凝膠產(chǎn)物具有巨大的比表面積，所以漿體比表面積的增長是水泥水化反應(yīng)的必然結(jié)果，同時(shí)，比面積增長的速率可以反映水化反應(yīng)的快慢。水化早期孔比表面積的動(dòng)態(tài)增長：,比表面積隨水化時(shí)間的變化按照增長的速率可以清晰地分為３個(gè)階段，每一個(gè)階段的

3、增長變化可以結(jié)合水泥的水化進(jìn)程進(jìn)行解釋。第１階段（０～３ｈ）：漿體比表面積的增長緩慢，維持在10 m2/g左右，這一階段相當(dāng)于水泥水化的初始期和誘導(dǎo)期。水泥顆粒經(jīng)過初始的快速溶解反應(yīng)后，在水泥顆粒表面形成一個(gè)保護(hù)層，阻礙了反應(yīng)向內(nèi)進(jìn)行，水化進(jìn)程變得緩慢，此時(shí)生成的水化產(chǎn)物少因而比表面積增長也相應(yīng)緩慢。,第２階段（３～４５ｈ）：這對(duì)應(yīng)于水泥水化的中期（加速期和減速期）。隨著包裹在水泥顆粒表面保護(hù)層的破裂，新的表面得以跟水進(jìn)一步加速反應(yīng)。

4、在此階段水化產(chǎn)物大量生成，特別是凝膠產(chǎn) 物的生成極大地增長了漿體的比表面積。第３階段（大于４５ｈ）：從圖１中可見，比表面積到達(dá)一個(gè)最大值后不再增長反而下降。一般而言，水泥水化２ｄ后盡管水化速率會(huì)下降，但是水化產(chǎn)物仍在繼續(xù)生成，漿體的比表面積應(yīng)當(dāng)繼續(xù)增長但是增長的速率可能會(huì)放緩。圖中的反常結(jié)果應(yīng)歸因于核磁共振方法的特點(diǎn)。,凝膠孔：C-S-H中的層間空間，其寬度約為1.8nm,在固體C-S-H中孔隙率約為26%-28%。凝膠孔最初被水所充

5、滿,這種水稱為凝膠水。但以后可以像毛細(xì)孔水那樣,隨相對(duì)壓力的降低而蒸發(fā)出去。毛細(xì)孔：是在水泥漿體中原為水所填空的空間(這種水稱為毛細(xì)孔水)硬化蒸發(fā)之后所殘留的孔。過渡孔：介于凝膠孔和毛細(xì)孔之間。是晶體結(jié)構(gòu)中新生成物連生晶體之間的孔。分為微晶間孔和微晶內(nèi)孔。一般認(rèn)為，1～4 nm 的空隙是 C–S–H 夾層中顆粒間的空隙。尺寸在 5～30nm 的孔屬于凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一部分，而稍大些的毛細(xì)孔和大孔，則是漿體初始水化時(shí)充水空間尚未被水化

6、產(chǎn)物填充時(shí)留下的。600～3000 nm 的孔隙來自 C–S–H 顆粒聚集體、Ca(OH)2和低硫的硫鋁酸鈣六方晶體之間的孔。,水泥漿體毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)的類型如圖所示在水泥水化初期，所有孔隙基本是連通的，漿體中主要是連通孔，隨著水泥水化的進(jìn)行，孔的連通性降低，離子的傳輸性能也隨之降低。由此，可將毛細(xì)孔分為3種：瓶頸效應(yīng)的收縮孔、曲折效應(yīng)的曲折孔和孔被水化產(chǎn)物阻斷的非連通孔。,水泥基材料是具有復(fù)雜孔結(jié)構(gòu)的多孔材料，其孔隙尺度跨越了納米、微米、

7、毫米３個(gè)不同層次的數(shù)量級(jí)。這些大小不同的孔隙對(duì)材料的物化特性和耐久性有著重要的影響，因此相關(guān)的研究一直是關(guān)注的熱點(diǎn)。通常，孔隙率、孔分布和孔比表面積是描述孔結(jié)構(gòu)３個(gè)方面的指標(biāo)，因此，各種分析測試方法也是圍繞這３個(gè)方面的內(nèi)容展開。目前常用的測孔方法有光學(xué)法、壓汞法、等溫吸附法、核磁共振、X射線小角度衍射等。但每一種方法都有其局限性。,最常用確定孔徑分布的方法是BET和MIP,兩者的測試結(jié)果往往得到不同的分布,這是因?yàn)閴汗y量處理的是

8、孔喉直徑,而不是孔隙本身。壓汞法通常需在 200MPa 以下進(jìn)行,壓強(qiáng)不能過高,因而限制了孔徑的測量下限，一般壓汞法可測 400um-1.8nm 范圍較寬的孔分布。而實(shí)際上，壓汞法對(duì)納米級(jí)孔的測定是不準(zhǔn)確的，因?yàn)闉榱说玫叫〕叽缈椎臄?shù)據(jù)，需耍極大地提高測試壓力，這往往可能損害試樣內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，以至于變形甚至壓塌，使結(jié)果偏離理論值。,氣體吸附法測定比表面積利用的是多層吸附的原理。物質(zhì)表面在低溫下發(fā)生物理吸附,假定固體表面是均勻的,所

9、有毛細(xì)管具有相同的直徑;吸附質(zhì)分子間無相互作用力；可以有多分子層吸附且氣體在吸附劑的微孔和毛細(xì)管里會(huì)進(jìn)行冷凝。氣體吸附法測定孔徑分布利用的是毛細(xì)冷凝現(xiàn)象和體積等效交換原理,即將被測孔中充滿的液氮量等效為孔的體積。所以吸附法測得的表面積實(shí)質(zhì)上是吸附質(zhì)分子所能達(dá)到的材料的外表面和內(nèi)部通孔的內(nèi)表面之和。,而氣體吸附法在測大孔時(shí)誤差較大,因?yàn)榭自酱笪綒怏w越難飽和,也就越難達(dá)到平衡。其測量孔徑的極限大約為100 nm左右。因此，一般的中、