Effekte van sellulose -eters op die evolusie van waterkomponente en hidrasieprodukte van sulfoaluminaat sementpasta

Die waterkomponente en mikrostruktuur-evolusie in sellulose-eter-gemodifiseerde sulfoaluminaat sement (CSA) suspensie is bestudeer deur middel van kernmagnetiese resonansie met 'n lae veld en termiese ontleder. Die resultate het getoon dat dit na die toevoeging van sellulose -eter water geadsorbeerde water tussen die flokkulasiestrukture geadsorbeer het, wat gekenmerk is as die derde ontspanningspiek in die transversale ontspanningstyd (T2) spektrum, en die hoeveelheid geadsorbeerde water is positief gekorreleer met die dosis. Daarbenewens het sellulose-eter die waterwisseling tussen die binne- en inter-floc-strukture van CsA-FLOC's aansienlik vergemaklik. Alhoewel die toevoeging van sellulose -eter geen invloed op die soorte hidrasieprodukte van sulfhoaluminaat sement het nie, sal dit die hoeveelheid hidrasieprodukte van 'n spesifieke ouderdom beïnvloed.

Sleutelwoorde:sellulose -eter; sulfoaluminaat sement; water; Hidrasieprodukte

0、Voorwoord

Sellulose -eter, wat deur 'n reeks prosesse van natuurlike sellulose verwerk word, is 'n hernubare en groen chemiese mengsel. Algemene sellulose -eters soos metielcellulose (MC), etielcellulose (HEC) en hydroxyethylmethylcellulose (HEMC) word wyd gebruik in medisyne, konstruksie en ander bedrywe. As u HEMC as voorbeeld neem, kan dit die waterretensie en konsekwentheid van Portland -sement aansienlik verbeter, maar die instelling van sement vertraag. Op mikroskopiese vlak het HEMC ook 'n beduidende effek op die mikrostruktuur en die poriestruktuur van sementpasta. Byvoorbeeld, die hidrasieproduk ettringiet (AFT) is meer geneig om kortstafvormig te wees, en die aspekverhouding daarvan is laer; Terselfdertyd word 'n groot aantal geslote porieë in die sementpasta ingevoer, wat die aantal kommunikasietore verminder.

Die meeste van die bestaande studies oor die invloed van sellulose-eters op sementgebaseerde materiale fokus op Portland-sement. Sulfoaluminaat sement (CSA) is 'n sement met 'n lae koolstof wat onafhanklik in my land in die 20ste eeu ontwikkel is, met watervrye kalsiumsulfoaluminaat as die belangrikste mineraal. Aangesien 'n groot hoeveelheid AFT na hidrasie gegenereer kan word, het CSA die voordele van vroeë sterkte, hoë ondeurdringbaarheid en korrosiebestandheid, en word dit wyd gebruik in die velde van beton 3D -druk, mariene ingenieurskonstruksie en vinnige herstel in lae temperatuuromgewings . In onlangse jare het Li Jian et al. het die invloed van HEMC op CSA -mortier ontleed vanuit die perspektiewe van druksterkte en nat digtheid; Wu Kai et al. bestudeer die effek van HEMC op die vroeë hidrasieproses van CsA -sement, maar die water in die gewysigde CSA -sement Die wet van evolusie van komponente en suspensamestelling is onbekend. Op grond hiervan fokus hierdie werk op die verspreiding van dwarsverslappingstyd (T2) in die CSA-sementbesmetting voor en na die toevoeging van semc deur 'n lae-veld kernmagnetiese resonansinstrument te gebruik, en ontleed dit die migrasie en verander die wet van water in die slurry. Die samestellingsverandering van sementpasta is bestudeer.

1. Eksperiment

1.1 Grondstowwe

Twee kommersieel beskikbare sulfoaluminaat -semente is gebruik, aangedui as CSA1 en CSA2, met 'n verlies aan ontsteking (LOI) van minder as 0,5% (massa -fraksie).

Drie verskillende hidroksietielmetielcelluloses word gebruik, wat onderskeidelik as MC1, MC2 en MC3 aangedui word. MC3 word verkry deur 5% (massa -fraksie) polyacrylamide (PAM) in MC2 te meng.

1.2 Mengverhouding

Drie soorte sellulose -eters is onderskeidelik in die sulfoaluminaat -sement gemeng, die dosisse was 0,1%, 0,2% en 0,3% (massa -fraksie, dieselfde hieronder). Die vaste water-sementverhouding is 0,6, en die water-sementverhouding van die water-sementverhouding het goeie werkbaarheid en geen bloeding deur die waterverbruikstoets van die standaardkonsistensie nie.

1.3 Metode

Die lae-veld NMR-toerusting wat in die eksperiment gebruik word, is die PQ⁃001 NMR Analyzer van Shanghai Numei Analytical Instrument Co., Ltd. Die magnetiese veldsterkte van die permanente magneet is 0,49t, die protonresonansfrekwensie is 21MHz, en die temperatuur van die magneet word konstant gehou op 32.0°C. Tydens die toets is die klein glasbottel wat die silindriese monster bevat, in die sonde -spoel van die instrument geplaas, en die CPMG -volgorde is gebruik om die ontspanningsein van die sementpasta te versamel. Na inversie deur die korrelasie -analise -sagteware, is die T2 -inversiekurwe verkry met behulp van die SIRT -omkeringsalgoritme. Water met verskillende grade van vryheid in die suspensie sal gekenmerk word deur verskillende ontspanningspieke in die dwarsverslapspektrum, en die gebied van die ontspanningspiek is positief gekorreleer met die hoeveelheid water, gebaseer op die tipe en inhoud van water in die suspensie kan ontleed word. Om kernmagnetiese resonansie te genereer, is dit nodig om te verseker dat die sentrumfrekwensie O1 (eenheid: KHz) van die radiofrekwensie ooreenstem met die frekwensie van die magneet, en O1 word elke dag tydens die toets gekalibreer.

Die monsters is deur TG? DSC met STA 449C gekombineerde termiese ontleder van Netzsch, Duitsland, geanaliseer. N2 is as die beskermende atmosfeer gebruik, die verwarmingstempo was 10°C/min, en die skandeetemperatuurbereik was 30-800°C.

2. Resultate en bespreking

2.1 Evolusie van waterkomponente

2.1.1 Ongeopende sellulose -eter

Twee ontspanningspieke (gedefinieer as die eerste en tweede ontspanningspieke) kan duidelik waargeneem word in die dwarsverslappingstyd (T2) spektra van die twee sulfoaluminaat -sement. Die eerste ontspanningspiek is afkomstig van die binnekant van die flokkulasiestruktuur, wat 'n lae mate van vryheid en 'n kort dwarsverslappingstyd het; Die tweede ontspanningspiek is afkomstig van tussen die flokkulasiestrukture, wat 'n groot mate van vryheid en 'n lang dwarsverslappingstyd het. In teenstelling hiermee is die T2 wat ooreenstem met die eerste ontspanningspiek van die twee semente vergelykbaar, terwyl die tweede ontspanningspiek van CSA1 later verskyn. Die twee ontspanningspieke van CSA1 en CSA2, wat van sulfoaluminaat-sementklinker en selfgemaakte sement, oorvleuel, oorvleuel vanaf die aanvanklike toestand. Met die vordering van hidrasie, is die eerste ontspanningspiek geleidelik onafhanklik, die gebied neem geleidelik af, en dit verdwyn ongeveer 90 minute. Dit wys dat daar 'n sekere mate van waterwisseling tussen die flokkulasiestruktuur en die flokkulasiestruktuur van die twee sementpasta is.

Die verandering van die piekarea van die tweede ontspanningspiek en die verandering van die T2 -waarde wat ooreenstem met die toppunt van die piek onderskeidelik, kenmerk die verandering van vrye water en fisies gebonde waterinhoud en die verandering van die mate van vryheid van water in die mis . Die kombinasie van die twee kan die hidrasieproses van die mis weer weerspieël. Met die vordering van hidrasie neem die piekarea geleidelik af, en die verskuiwing van T2 -waarde na links neem geleidelik toe, en daar is 'n sekere ooreenstemmende verhouding tussen hulle.

2.1.2 Sellulose -eter bygevoeg

Die T2 -ontspanningsspektrum van sulfoaluminaat sement na die toevoeging van sellulose -eter kan gesien word. Nadat die sellulose -eter bygevoeg is, het die derde ontspanningspiek wat die adsorpsie van water deur sellulose -eter verteenwoordig, verskyn op die posisie waar die dwarsverslappingstyd groter was as 100 m, en die piekarea het geleidelik toegeneem met die toename in sellulose -eterinhoud.

Die hoeveelheid water tussen die flokkulasiestrukture word beïnvloed deur die migrasie van water in die flokkulasiestruktuur en die wateradsorpsie van sellulose -eter. Daarom hou die hoeveelheid water tussen die flokkulasiestrukture verband met die interne poriestruktuur van die mis en die wateradsorpsievermoë van sellulose -eter. Die area van die tweede ontspanningspiek wissel met die inhoud van sellulose -eter, wissel met verskillende soorte sement. Die area van die tweede ontspanningspiek van CsA1 -mis het voortdurend afgeneem met die toename in sellulose -eterinhoud, en was die kleinste met 0,3% inhoud. In teenstelling hiermee neem die tweede ontspanningspiekarea van CsA2 -suspensie voortdurend toe met die toename in sellulose -eterinhoud.

Lys die verandering van die gebied van die derde ontspanningspiek met die toename in die inhoud van sellulose -eter. Aangesien die piekarea beïnvloed word deur die kwaliteit van die monster, is dit moeilik om te verseker dat die kwaliteit van die bygevoegde monster dieselfde is as u die monster laai. Daarom word die area -verhouding gebruik om die seinhoeveelheid van die derde ontspanningspiek in verskillende monsters te karakteriseer. Vanaf die verandering van die gebied van die derde ontspanningspiek met die toename in die inhoud van sellulose -eter, kan daar gesien word dat met die toename in die inhoud van sellulose -eter die gebied van die derde ontspanningspiek basies 'n toenemende neiging toon (in in CsA1, toe die inhoud van MC1 0,3%was, was dit meer die oppervlakte van die derde ontspanningspiek effens daal by 0,2%), wat daarop dui dat die toegeneemte van die inhoud van sellulose -eter ook geleidelik toeneem. Onder CSA1 -slurries het MC1 beter waterabsorpsie gehad as MC2 en MC3; Terwyl hy onder CSA2 -slurries was, het MC2 die beste wateropname gehad.

Dit kan gesien word uit die verandering van die oppervlakte van die derde ontspanningspiek per eenheidsmassa van die CsA2 -suspensie mettertyd by die inhoud van 0,3% sellulose -eter dat die oppervlakte van die derde ontspanningspiek per eenheidsmassa voortdurend met die hidrasie afneem, wat aandui Aangesien die hidrasietempo van CsA2 vinniger is as dié van klinker en selfgemaakte sement, het sellulose-eter geen tyd vir verdere wateradsorpsie nie, en stel die geadsorbeerde water vry as gevolg van die vinnige toename in die vloeistoffase-konsentrasie in die mis. Daarbenewens is die wateradsorpsie van MC2 sterker as dié van MC1 en MC3, wat ooreenstem met die vorige gevolgtrekkings. Dit kan gesien word uit die verandering van die piekarea per eenheidsmassa van die derde ontspanningspiek van CsA1 met tyd by verskillende 0,3% dosisse sellulose -eters dat die veranderingsreël van die derde ontspanningspiek van CSA1 verskil van dié van CSA2, en Die gebied van CsA1 neem kortliks toe in die vroeë stadium van hidrasie. Nadat dit vinnig toegeneem het, het dit afgeneem om te verdwyn, wat moontlik te wyte is aan die langer stollingstyd van CSA1. Daarbenewens bevat CsA2 meer gips, hidrasie is maklik om meer AFT te vorm (3CAO AL2O3 3CASO4 32H2O), verbruik baie vrye water, en die tempo van waterverbruik is die tempo van wateradsorpsie deur sellulose -eter, wat tot die Die oppervlakte van die derde ontspanningspiek van CSA2 -suspensie het steeds gedaal.

Na die inkorporering van sellulose -eter, het die eerste en tweede ontspanningspieke ook tot 'n sekere mate verander. Dit kan gesien word vanaf die piekwydte van die tweede ontspanningspiek van die twee soorte sementbesmetting en die vars suspensie nadat die sellulose -eter bygevoeg is dat die piekwydte van die tweede ontspanningspiek van die vars suspensie anders is nadat die sellulose -eter bygevoeg is. verhoog, die piekvorm is geneig om diffus te wees. Dit toon aan dat die inkorporering van sellulose -eter die agglomerasie van sementdeeltjies in 'n sekere mate voorkom, die flokkulasiestruktuur relatief los maak, die bindingsgraad van water verswak en die mate van vryheid van water tussen die flokkulasiestrukture verhoog. Met die toename in die dosis is die toename in die piekwydte egter nie voor die hand liggend nie, en die piekwydte van sommige monsters neem selfs af. Dit kan wees dat die toename in die dosis die viskositeit van die vloeistoffase van die suspensie verhoog, en terselfdertyd word die adsorpsie van sellulose -eter aan die sementdeeltjies verbeter om flokkulasie te veroorsaak. Die mate van vryheid van vog tussen die strukture word verminder.

Resolusie kan gebruik word om die mate van skeiding tussen die eerste en tweede ontspanningspieke te beskryf. Die mate van skeiding kan bereken word volgens die mate van resolusie = (eerste-komponent-asaddle)/die eerste komponent, waar die eerste komponent en Asaddle die maksimum amplitude van die eerste ontspanningspiek en die amplitude van die laagste punt tussen die twee pieke voorstel, verteenwoordig, onderskeidelik. Die mate van skeiding kan gebruik word om die mate van waterwisseling tussen die struktuur van die slurry en die flokkulasiestruktuur te karakteriseer, en die waarde is oor die algemeen 0-1. 'N Hoër waarde vir skeiding dui aan dat die twee dele water moeiliker is om te ruil, en 'n waarde gelyk aan 1 dui aan dat die twee dele water glad nie kan ruil nie.

Dit kan gesien word uit die berekeningsresultate van die skeidingsgraad dat die skeidingsgraad van die twee semente sonder om sellulose -eter by te voeg, gelyk is, albei is ongeveer 0,64, en die skeidingsgraad word aansienlik verminder nadat die sellulose -eter bygevoeg is. Aan die een kant neem die resolusie verder af met die toename in die dosis, en die resolusie van die twee pieke daal selfs tot 0 in die CsA2 gemeng met 0,3% MC3, wat daarop dui dat sellulose eter die uitruil van water binne en tussen die flokkulasiestrukture. Op grond van die feit dat die inkorporering van sellulose -eter basies geen invloed op die posisie en oppervlakte van die eerste ontspanningspiek het nie, kan daar bespiegel word dat die afname in resolusie deels te wyte is aan die toename in die breedte van die tweede ontspanningspiek en Die los flokkulasiestruktuur maak die waterwisseling tussen binne en die buitekant makliker. Daarbenewens verbeter die oorvleueling van sellulose -eter in die misstruktuur die mate van waterwisseling tussen die binne en buite die flokkulasiestruktuur verder. Aan die ander kant is die resolusieverminderingseffek van sellulose -eter op CsA2 sterker as dié van CsA1, wat kan wees as gevolg van die kleiner spesifieke oppervlakte en groter deeltjiegrootte van CsA2, wat meer sensitief is vir die verspreidingseffek van sellulose -eter na inlywing.

2.2 Veranderings in die samestelling van die mis

Vanaf die TG-DTG-spektra van CSA1 en CSA2-slurries vir 90 minute, 150 minute en 1 dag, kan gesien word dat die soorte hidrasieprodukte nie verander het voor en na die toevoeging van sellulose-eter nie, en AFT, AFM en AH3 was almal gevorm. Die literatuur wys daarop dat die ontbindingsreeks van AFT 50-120 is°C; Die ontbindingsreeks van AFM is 160-220°C; Die ontbindingsreeks van AH3 is 220-300°C. Met die vordering van hidrasie, het die gewigsverlies van die monster geleidelik toegeneem, en die kenmerkende DTG -pieke van AFT, AFM en AH3 het geleidelik duidelik geword, wat daarop dui dat die vorming van die drie hidrasieprodukte geleidelik toegeneem het.

Vanuit die massa -fraksie van elke hidrasieproduk in die monster op verskillende hidrasie -ouderdomme, kan gesien word dat die AFT -generasie van die leë monster op 1D -ouderdom meer is as die van die monster gemeng met sellulose -eter, wat daarop dui dat sellulose -eter 'n groot invloed op het op Die hidrasie van die mis na stolling. Daar is 'n sekere vertragingseffek. Op 90 minute het die AFM -produksie van die drie monsters dieselfde gebly; Op 90-150 minute was die produksie van AFM in die leë monster aansienlik stadiger as dié van die ander twee groepe monsters; Na 1 dag was die inhoud van AFM in die leë monster dieselfde as dié van die monster gemeng met MC1, en die AFM -inhoud van die MC2 -monster was aansienlik laer in ander monsters. Wat die hidrasieproduk AH3 betref, was die opwekkingstempo van die CSA1 -leë monster na hidrasie vir 90 minute aansienlik stadiger as die van die sellulose -eter, maar die opwekkingstempo was aansienlik vinniger na 90 minute, en die AH3 -produksiebedrag van die drie monsters was gelykstaande aan 1 dag.

Nadat die CsA2 -suspensie vir 90min en 150min gehidreer is, was die hoeveelheid AFT wat in die monster gemeng met sellulose -eter geproduseer is, aansienlik minder as dié van die leë monster, wat daarop dui dat sellulose -eter ook 'n sekere vertragende effek op die CSA2 -suspensie gehad het. In die monsters op 1D -ouderdom is gevind dat die agterste inhoud van die leë monster steeds hoër was as die van die monster gemeng met sellulose -eter, wat daarop dui dat sellulose -eter steeds 'n sekere vertragingseffek op die hidrasie van CSA2 gehad het na die finale instelling, en die mate van vertraging op MC2 was groter as die van die monster wat by sellulose eter bygevoeg is. MC1. Op 90 minute was die hoeveelheid AH3 wat deur die leë monster geproduseer is, effens minder as die van die monster gemeng met sellulose -eter; Op 150 minute het die AH3 wat deur die leë monster geproduseer word, oorskry dié van die monster gemeng met sellulose -eter; Op 1 dag was die AH3 wat deur die drie monsters geproduseer is, gelykstaande.

3. Gevolgtrekking

(1) Sellulose -eter kan die waterwisseling tussen die flokkulasiestruktuur en die flokkulasiestruktuur aansienlik bevorder. Na die inkorporering van sellulose -eter, adsorbeer die sellulose -eter die water in die mis, wat gekenmerk word as die derde ontspanningspiek in die transversale ontspanningstyd (T2) spektrum. Met die toename in die inhoud van sellulose -eter, neem die wateropname van sellulose -eter toe, en die oppervlakte van die derde ontspanningspiek neem toe. Die water wat deur sellulose -eter opgeneem word, word geleidelik in die flokkulasiestruktuur vrygestel met die hidrasie van die mis.

(2) die inkorporering van sellulose -eter voorkom die agglomerasie van sementdeeltjies in 'n sekere mate, wat die flokkulasiestruktuur relatief los maak; En met die toename in die inhoud neem die vloeistoffase -viskositeit van die mis, en die sellulose -eter het 'n groter effek op die sementdeeltjies. Die verbeterde adsorpsie -effek verminder die mate van vryheid van water tussen die geflokuleerde strukture.

(3) voor en na die byvoeging van sellulose -eter, het die soorte hidrasieprodukte in die sulfoaluminaat -sementbesmetting nie verander nie, en AFT, AFM en aluminiumgom is gevorm; Maar sellulose -eter het die vorming van die effek van hidrasieprodukte effens vertraag.