[前言]

水泥材料含有大量的硅酸三钙(C₃S)、硅酸二钙(β-C₂S) 和一部分铝酸三钙(C₃A )、铁铝酸四钙(C₄AF)及硫酸钙(CaSO₄) 。水泥和水的水化反应是一个复杂的化学反应过程。参与反应的主要物质是水泥熟料矿物(C₃S、β-C₂S、C₃A、C₄AF) 和硫酸钙, 在水化过程中必定逐渐减少。最终生成的主要产物是CaSO₄ 、水化硅酸钙(C -S -H ) 和钙矾石(3C₃A#183;3CaSO₄#183;32H₂O)及其他水化物, 其量逐渐增加。其中硅酸三钙水化反应的产物主要是水化硅酸钙(C -S -H )和Ca(OH)₂ 。

水泥熟料矿物组成直接决定着水泥水化性能，实现其定量分析，才能准确预测和评价水泥的水化性能，为工程应用提供科学而有效的指导。阿利特是影响水泥强度主要矿物，对于纯硅酸盐水泥而言，提高是阿利特含量，可以提高水泥的强度。因此，对水泥熟料中阿利特的研究显得尤为重要。近些年来，国内外学者已经对阿利特做了大量的研究，并取得了很大成果[2]。水泥熟料中矿物相的水化是提供强度的前提和基础。本论文重点介绍利用原位XRD技术对阿利特水化的研究，并通过Rietveld定量分析测定水化程度。希望为水泥熟料的水化研究提供一定的理论参考。

[粉末X-射线衍射技术应用于阿利特水化的研究]

阿利特是含有少量氧化镁、氧化铝、氧化铁等的硅酸三钙固溶体。阿利特的组成，由于其他氧化物的含量及其在硅酸三钙中固溶程度的不同而变化较大，不同研究者所得结果也有所差异。电子探针分析表明，在阿利特中除了含氧化镁和氧化铝外，还含有少量的氧化铁、碱、氧化钛、氧化磷等，但其成分仍然接近于纯硅酸三钙。

传统的水泥物相定量有三种方法：Bogue法、利用光学显微镜(OM)或扫描电子显微镜加能谱仪(SEM EDX)、X-射线粉末衍射法(XRD)。其中X-射线粉末衍射法是唯一能够直接提供熟料物相的分析方法。

目前, 粉末X-射线衍射技术( XRD )已发展成为最重要的材料分析测试技术之一 , 它具有操作简便、迅速、信息全面、对样品无损害、无污染、衍射强度准确等优点。所谓粉末衍射是相对于单晶体衍射来说的, 在单晶体衍射中, 被分析样品是单晶体, 而在粉末衍射中被分析样品是一堆细小的单晶体粉末。大多数固态物质(以及某些液体)都是晶态或者准晶态物质, 它们常以细粒或者微细的晶粒聚集体形式存在, 即使是大颗粒的晶体, 也可以得到它们的粉末状样品, 所以粉末X-射线衍射分析的应用非常广泛 。随着科技的发展, 衍射仪不断改进, 使物相分析从定性发展到定量, 进一步研究晶粒尺寸大小、外形和分布, 以及存在于晶粒内的微应变、缺陷和堆垛层错等。利用Rietveld全谱拟合技术, 还可用粉末X-射线衍射得到的数据了解晶体结构。

采用Rietveld方法精修得到的阿利特的体积参数值(V/Z)，可以用来预测熟料中MgO 的含量及阿利特晶型。当数值在0.1203nm-0.1210nm时，应该包含多达1%质量分数的MgO，且阿利特晶型为T3型；当数值小于0.119 8nm时，熟料中应该包含有2.1%质量分数的MgO，且阿利特为晶型为M3型。当MgO含量介于二者之间时，阿利特的两种晶型共存。更进一步地，根据不同离子复合掺杂所致的晶型及晶胞参数的改变与C3S 水化活性改变之间的相互关系，还可以实现利用XRD 数据来预测水泥活性。

[影响阿利特水化性能的因素]

Al₂O₃与多种离子复合掺杂对阿利特结构及活性的影响:当有多种离子复合掺杂时，离子对阿利特结构及性能的影响产生复合效应。借助X-射线衍射分析和Rietveld定量分析方法，通过在硅酸三钙中引入一定量的Na/K/Mg/Fe/S/P等熟料中常见固溶组分，研究了Al₂O₃与多种离子复合掺杂对阿利特晶体结构、缺陷特征及水化活性的影响，分析三者间关系。结果表明：在多种离子的复合作用下，少量Al₂O₃的引入可以稳定阿利特的M3型，且其晶格常数随Al₂O₃固溶量变化基本符合Vegard固溶体定律；阿利特的水化活性与其热释光性呈现较好的一致性。