随着国家的快速发展，城市建设的快速推进使水泥的使用量日益增大。由于水泥的生产需要使用的钙质原材料的主要成分多为碳酸钙，在生产过程中碳酸钙会分解产生大量的二氧化碳，而二氧化碳为温室气体，大量的二氧化碳排放会加重温室效应。温室效应的加重将会导致全球持续变暖，进而引发严重的环境问题。如何降低水泥生产中的CO₂排放，或者如何生产出可以吸收CO₂的建筑材料成为了一个重要的课题。

在硅酸盐水泥熟料的矿物相中C₃S是主要矿物相，其含量通常为50%左右，有时甚至高达60%。相较于水泥中另一主要矿物相C₂S而言，C₃S需要更多的钙质原材料，也就会产生更高的CO₂ 排放。如果能减少C₃S的含量，就可以有效的降低水泥生产过程中的CO₂排放。但C₃S水化较快，早期强度高，且后期强度增进率较大，而C₂S水化较慢，凝结硬化缓慢，早期强度较低。如果单纯的减少水泥中C₃S的含量，将显著影响水泥的可塑性等施工性能和强度等物理性能。为了达到在水泥生产中减少二氧化碳的排放同时又不影响水泥的使用的目的，人们将目光投向了C₂S。

C₂S具有五种晶型，分别为α、β、γ、α^，和α_HP型。由于γ-C₂S水化活性低，几乎无水硬性，而β-C₂S可以通过缓慢的水化反应来增强水泥的后期强度。所以在水泥生产过程中，常常采取急冷的方式来抑制γ-C₂S向β-C₂S的转变，这导致对γ-C₂S研究较少。有研究发现，γ-C₂S对二氧化碳具有很高的反应活性，通过对γ-C₂S的碳化可以生成碳酸钙和二氧化硅凝胶，可以获得较为可观的强度。由于γ-C₂S对二氧化碳的捕获作用，γ-C₂S现在逐渐成为一种全新的低碳建筑材料。Higuchi等通过使用γ-C₂S和煤灰代替水泥，获得了可以吸收二氧化碳的混凝土，通过碳化养护，其可以达到甚至超过一般混凝土的强度。如果将这种混凝土用于一些排放二氧化碳较多的工业生产中，将会有效降低二氧化碳的排放。如果γ-C₂S碳化制品能有很高的强度和韧性，那它将会在低碳材料的应用中发挥巨大的作用。

在水泥和陶瓷等无机非金属材料的实际使用过程中有些有机物可以起到增强增韧的作用。苏有文等的研究表明有机高分子聚合物如固体类聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素等在透水混凝土中凝聚，两者相互穿插，形成高黏结力网状结构，增大水泥浆与骨料间界面过渡区面积，提高密实性。同时，聚合物的加入可以提高骨料和胶凝材料间的胶结力来提高抗折强度。碳化制品组成为碳酸钙和二氧化硅凝胶，和水泥水化产物有一定的相似之处，那么对水泥能起到增强增韧作用的高分子聚合物可能对γ-C₂S碳化制品也有着类似的作用。如果这些高分子有机物能在γ-C₂S碳化制品中也能形成网状结构，那么它们也能对γ-C₂S碳化制品起着增强增韧作用。在自然界中也有很多无机有机复合增强赠韧的例子，例如贝壳珍珠层中的结构为95%左右的无机相与5%左右的有机相复合，其断裂韧性是单一相300倍，有机大分子在其中不仅起到增强增韧的效果，更可以调控晶型的作用。而碳化产物以碳酸钙为主与贝壳的无机相组成相似，引入有机大分子对碳化体进行增强增韧是一条可行途径

在医学制造中，在片剂等固体药品的制备中，常常要使用粘结剂，微晶纤维素就是一种常见的添加剂。由于微晶纤维素分子之间存在氢键，受压时氢键缔合，故具有高度的可压性，常被用作于黏合剂；压制的片剂遇到液体后，水分迅速进入含有微晶纤维素的片剂内部,氢键即刻断裂, 所以可作为崩解剂。因此, 它是片剂生产中广泛使用的一种辅料, 能够提高片剂的硬度。黄春龙等人的研究表明，纳米微晶纤维素能吸附在水泥水化合物的表明形成网状结构，从而增加水泥的屈服强度。在复合材料的改性中，微晶纤维素表现出较好的增强增韧作用，张效林等人的研究表明微晶纤维素的加入使PHBV晶型结构更加精细。朱明等人的研究表明γ-C₂S碳化后主要产物为折片状，通过XRD发现其多为方解石。微晶纤维素可能对晶型结构有所改善，其容易键和的特性也有可能对γ-C₂S碳化制品起着改性作用。

本次实验目的在于寻求几种水溶性或非水溶性的有机物对γ-C₂S碳化制品进行改性，并研究其改性机理，从而获得具有较高强度和较好韧性的硅酸盐碳化制品。具有更高强度和更好韧性的硅酸盐碳化制品可以更好的用于的低碳工程建设，将有利于降低二氧化碳的排放，缓解温室效应。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

本次毕业设计研究以固定配比的氢氧化钙和二氧化硅为原材料制备纯净的γ-C₂S来进行碳化处理。通过在成型前添加水溶性和非水溶性的有机物来达到改性的目的，以制备出高强度，高韧性的γ-C₂S碳化制品。

2.2 技术方案

1.生料制备