托贝莫来石的晶体的结构基本图[9]

从托贝莫来石的晶体结构还可以看出，本族矿物的结构与硅灰石结构相差较大，但在高温下托贝莫来石要转变成硅灰石（β—CaSiO3)，晶体结构发生较大的重整反应，引起巨大的体积收缩和变形；再者，当托贝莫来石结晶不良时，层间水含量不稳定，甚至还含有一部分凝胶吸附水，这些水分极易失去造成体积收缩变形。所以，托贝莫来石型硅酸钙制品使用温度应控制在650℃以下。

1.3.2  托贝莫来石的合成及研究

相比于硬硅钙石来说，托贝莫来石较易合成，对原料的要求及纯度也不如硬硅钙石严格。通常合成托贝莫来石型保温制品的主要原料有硅质原料、钙质原料、增强纤维、水以及外加剂，常用的生产工艺主要有静态压蒸制法、三菱化成合法工艺及活性料浆法[10]。本课题采用废砂加气为主要原料，再以硅藻土、锆渣等为硅质原料，采用分析纯的生石灰作为钙质原料，加入一定量的纸纤维、水、硅油、水玻璃等外加剂，制成硅酸钙原料。

日本的久保和彦、柴原数雄进行研究认为:采用动态法与静态法制备的托贝莫来石，结晶状态、结晶程度和制品性能有很大不同。动态活性料浆法水热合成托贝莫来石料浆中，板状结晶相互叠加，形成5一70μm的近似网架状微颗粒，使得该状态的制品具有高强度、高耐热性及很低的热收缩变形；而静态法常压膨化、高温蒸养的方法制成的托贝莫来石型硅酸钙制品，则容重难以降低，耐热性难以提高。原料的的密度和粒度对于在高温高压水热合成反应中制取结晶良好的托贝莫来石制品也有很大的影响。一般要求硅质原料的含硅量须大于65%，有害杂质含量不高于2%，平均粒径75μm以下。钙质原料消化后的沉降容积应在5ml以上。

S.ShaW[11]等人进行动态水热法合成水化硅酸钙研究后认为，在低温及大量Al存在的条件下有利于托贝莫来石的稳定存在，而高温及少量AI的条件利于硬硅钙石的稳定存在。

刘凤梅[12]等人用高炉水淬渣合成了托贝莫来石。他们发现高炉水淬渣组分中Ca/(Si十Al)比为0.75~0.80时反应生成的是托贝莫来石和水铝榴石的混合物，Ca/(Si+Al)比为0.80~0.90时生成的是托贝莫来石。

黄翔等人[13]利用Ca2+和SiO32－的溶液以EDTA为鳌合剂，用普通高压釜在200℃时经5h水热反应后首次制备了直径和长度分别为0.1μm~1μm和40μm~60μm的托贝莫来石晶须。

Fumio Saitoa等人[14]在室温下以Ca(OH)2与SiO2为原料，用行星式球磨机研磨可以合成托贝莫来石。他们认为原料中水的含量对最终生成何种水化硅酸钙产物有重要的影响。

1.4 废加气混凝土

本课题主要是利用废加气混凝土作为硅质原料，辅以锆渣、硅藻土等含硅材料，形成不同的原材料配比，通过一次静态水热合成法制备硅酸钙绝热材料。废加气混凝土的主要物相为托贝莫来石，其中也同时含有未完全反应的石英晶体和其它少量杂质。托贝莫来石是硅酸钙水化物中Al/Si置换能力最强的一种物质，天然形成的托贝莫来石结晶中Al/Si置换比约为10 %，而人工合成的晶体可以达到15 %左右。晶体中Al3+置换出Si4+，导致托贝莫莱石晶体中自由度较高的四面体架状结构的架桥部分的倾斜角发生变化，因此晶体的C轴变长，晶格体积增大，于是片状结构的托贝莫来石稳定性增强，从而阻碍其向硬硅钙石的转变，抑制了硬硅钙石的形成。大量的研究发现，当Al/(Ca+Si）摩尔比过高时，无论是延长反应时间还是提高反应温度，托贝莫来石均不能转变为硬硅钙石，而当Al/(Ca+Si）摩尔比较低时，则不会影响硬硅钙石的形成。另一方面，由于废加气混凝土中Al2O3含量较高，所以不适合用来作为生产硬硅钙石型的硅酸钙材料的原料，只能生产托贝莫来石晶型的硅酸钙绝热材料，因此，本实验按照托贝莫来石的分子结构（5CaO·6SiO2·5H2O），确定实验钙硅摩尔比的最佳值0.83。实验工艺条件为升温速率2 ℃/min，至210 ℃保温10 h。