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 laeveld kernmagnetiese resonansie en termiese ontleder. Die resultate het getoon dat dit na die byvoeging van sellulose-eter water tussen die flokkulasiestrukture geadsorbeer het, wat gekenmerk is as die derde ontspanningspiek in die transversale ontspanningstyd (T2) spektrum, en die hoeveelheid geadsorbeerde water was positief gekorreleer met die dosis. Boonop het sellulose-eter die wateruitruiling tussen die binne- en intervlokstrukture van CSA-vlokkies aansienlik vergemaklik. Alhoewel die byvoeging van sellulose-eter geen effek op die tipes hidrasieprodukte van sulfoaluminaatsement het nie, sal dit die hoeveelheid hidrasieprodukte van 'n spesifieke ouderdom beïnvloed.

Sleutelwoorde:sellulose-eter; sulfoaluminaat sement; water; hidrasie produkte

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 metielsellulose (MC), etielsellulose (HEC) en hidroksieletielmetielsellulose (HEMC) word wyd gebruik in medisyne, konstruksie en ander nywerhede. As HEMC as voorbeeld geneem word, kan dit die waterretensie en konsekwentheid van Portland-sement aansienlik verbeter, maar die stolling van sement vertraag. Op mikroskopiese vlak het HEMC ook 'n beduidende effek op die mikrostruktuur en poriestruktuur van sementpasta. Byvoorbeeld, die hidrasieproduk ettringiet (AFt) is meer geneig om kort staafvormig te wees, en sy aspekverhouding is laer; terselfdertyd word 'n groot aantal geslote porieë in die sementpasta ingebring, wat die aantal kommunikerende porieë verminder.

Die meeste van die bestaande studies oor die invloed van sellulose-eters op sement-gebaseerde materiale fokus op Portland sement. Sulfoaluminaat sement (CSA) is 'n lae-koolstof sement wat onafhanklik ontwikkel is in my land in die 20ste eeu, met watervrye kalsium sulfoaluminaat as die belangrikste mineraal. Omdat 'n groot hoeveelheid AFt na hidrasie gegenereer kan word, het CSA die voordele van vroeë sterkte, hoë ondeurdringbaarheid en korrosiebestandheid, en word wyd gebruik in die velde van beton 3D-drukwerk, mariene ingenieurskonstruksie en vinnige herstel in lae-temperatuur omgewings . In onlangse jare het Li Jian et al. die invloed van HEMC op CSA mortel ontleed vanuit die perspektiewe van druksterkte en nat digtheid; Wu Kai et al. het die effek van HEMC op die vroeë hidrasieproses van CSA sement bestudeer, maar die water in die gemodifiseerde CSA sement Die wet van evolusie van komponente en floddersamestelling is onbekend. Gebaseer hierop, fokus hierdie werk op die verspreiding van transversale ontspanningstyd (T2) in die CSA sementmis voor en na die byvoeging van HEMC deur 'n laeveld kernmagnetiese resonansie-instrument te gebruik, en ontleed verder die migrasie- en veranderingswet van water in die mis. Die samestellingsverandering van sementpasta is bestudeer.

1. Eksperimenteer

1.1 Grondstowwe

Twee kommersieel beskikbare sulfoaluminaatsemente is gebruik, aangedui as CSA1 en CSA2, met 'n verlies aan ontbranding (LOI) van minder as 0.5% (massafraksie).

Drie verskillende hidroksielmetielselluloses word gebruik, wat onderskeidelik as MC1, MC2 en MC3 aangedui word. MC3 word verkry deur 5% (massafraksie) poliakrielamied (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% (massafraksie, dieselfde hieronder). Die vaste water-sement verhouding is 0,6, en die water-sement verhouding van die water-sement verhouding het goeie werkbaarheid en geen bloeding deur die waterverbruik toets van die standaard konsekwentheid.

1.3 Metode

Die laeveld KMR-toerusting wat in die eksperiment gebruik word, is die PQ⁃001 KMR-ontleder van Shanghai Numei Analytical Instrument Co., Ltd. Die magnetiese veldsterkte van die permanente magneet is 0,49T, die protonresonansiefrekwensie is 21MHz, en die temperatuur van die magneet word konstant gehou op 32,0°C. Tydens die toets is die klein glasbotteltjie wat die silindriese monster bevat in die sondespoel van die instrument gesit, en die CPMG-volgorde is gebruik om die ontspanningsein van die sementpasta te versamel. Na inversie deur die korrelasie analise sagteware, is die T2 inversie kurwe verkry deur die Sirt inversie algoritme te gebruik. Water met verskillende grade van vryheid in die flodder sal gekenmerk word deur verskillende ontspanningspieke in die transversale ontspanningsspektrum, en die area van die ontspanningspiek is positief gekorreleer met die hoeveelheid water, gebaseer op die tipe en inhoud van water in die flodder. ontleed kan word. Om kernmagnetiese resonansie te genereer, is dit nodig om te verseker dat die middelfrekwensie 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 ontleed deur TG?DSC met STA 449C gekombineerde termiese ontleder van NETZSCH, Duitsland. N2 is as die beskermende atmosfeer gebruik, die verhittingstempo was 10°C/min, en die skanderingstemperatuurreeks was 30-800°C.

2. Resultate en bespreking

2.1 Evolusie van waterkomponente

2.1.1 Ongedopeerde sellulose-eter

Twee ontspanningspieke (gedefinieer as die eerste en tweede ontspanningspieke) kan duidelik waargeneem word in die transversale ontspanningstyd (T2) spektra van die twee sulfoaluminaat sement slurries. Die eerste ontspanningspiek kom van die binnekant van die flokkulasiestruktuur af, wat 'n lae mate van vryheid en 'n kort transversale ontspanningstyd het; die tweede ontspanningspiek ontstaan ​​tussen die flokkulasiestrukture, wat 'n groot mate van vryheid en 'n lang transversale ontspanningstyd het. Daarteenoor is die T2 wat ooreenstem met die eerste ontspanningspiek van die twee semente vergelykbaar, terwyl die tweede ontspanningspiek van CSA1 later verskyn. Anders as sulfoaluminaat sementklinker en selfgemaakte sement, oorvleuel die twee ontspanningspieke van CSA1 en CSA2 gedeeltelik vanaf die aanvanklike toestand. Met die vordering van hidrasie neig die eerste ontspanningspiek geleidelik om onafhanklik te wees, die area verminder geleidelik en verdwyn heeltemal na 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 kenmerk onderskeidelik die verandering van vry water en fisies gebonde waterinhoud en die verandering van die vryheidsgraad van water in die flodder . Die kombinasie van die twee kan meer omvattend die Die hidrasieproses van die flodder 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 Bygevoegde sellulose-eter

Deur CSA2 gemeng met 0.3% MC2 as voorbeeld te neem, kan die T2-verslappingsspektrum van sulfoaluminaat sement na byvoeging van sellulose-eter gesien word. Na die byvoeging van sellulose-eter, het die derde ontspanningspiek wat die adsorpsie van water deur sellulose-eter verteenwoordig op die posisie verskyn waar die transversale ontspanningstyd groter as 100ms was, 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 binne die flokkulasiestruktuur en die wateradsorpsie van sellulose-eter. Daarom hou die hoeveelheid water tussen die flokkulasiestrukture verband met die interne poriestruktuur van die suspensie en die wateradsorpsievermoë van sellulose-eter. Die area van die tweede ontspanningspiek wissel met Die inhoud van sellulose-eter wissel met verskillende tipes sement. Die area van die tweede ontspanningspiek van CSA1-slib het voortdurend afgeneem met die toename in sellulose-eterinhoud, en was die kleinste by 0.3% inhoud. In teenstelling hiermee neem die tweede ontspanningspiekarea van CSA2-slib voortdurend toe met die toename in sellulose-eterinhoud.

Lys die verandering van die area van die derde ontspanningspiek met die toename in die inhoud van sellulose-eter. Aangesien die piekarea deur die kwaliteit van die monster beïnvloed word, is dit moeilik om te verseker dat die kwaliteit van die bygevoegde monster dieselfde is wanneer die monster gelaai word. Daarom word die oppervlakteverhouding gebruik om die seinhoeveelheid van die derde ontspanningspiek in verskillende monsters te karakteriseer. Uit die verandering van die area van die derde ontspanningspiek met die verhoging van die inhoud van sellulose-eter, kan gesien word dat met die verhoging van die inhoud van sellulose-eter, die oppervlakte van die derde ontspanningspiek basies 'n toenemende neiging getoon het (in CSA1, toe die inhoud van MC1 0.3% was, was dit meer Die area van die derde ontspanningspiek neem effens af teen 0.2%), wat aandui dat met die toename van die inhoud van sellulose-eter, die geadsorbeerde water ook geleidelik toeneem. Onder CSA1-flodders het MC1 beter waterabsorpsie gehad as MC2 en MC3; terwyl onder CSA2-flodders, MC2 die beste waterabsorpsie gehad het.

Dit kan gesien word uit die verandering van die area van die derde ontspanningspiek per massa-eenheid van die CSA2-flodder met tyd by die inhoud van 0.3% sellulose-eter dat die oppervlakte van die derde ontspanningspiek per massa-eenheid voortdurend afneem met die hidrasie, wat aandui dat Aangesien die hidrasietempo van CSA2 vinniger is as dié van klinker en selfgemaakte sement, het sellulose-eter nie tyd vir verdere wateradsorpsie nie, en stel die geadsorbeerde water vry as gevolg van die vinnige toename van die vloeistoffasekonsentrasie in die flodder. 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 piekoppervlakte per eenheid massa 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 area van CSA1 neem kortliks toe in die vroeë stadium van hidrasie. Nadat dit vinnig toegeneem het, het dit afgeneem om te verdwyn, wat kan wees as gevolg van die langer stollingstyd van CSA1. Daarbenewens bevat CSA2 meer gips, hidrasie is maklik om meer AFt te vorm (3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O), verbruik baie gratis water, en die tempo van waterverbruik oorskry die tempo van wateradsorpsie deur sellulose-eter, wat kan lei tot die area van die derde ontspanningspiek van CSA2-flodder het aanhou afneem.

Na inkorporering van sellulose-eter het die eerste en tweede ontspanningspieke ook in 'n mate verander. Dit kan gesien word uit die piekwydte van die tweede ontspanningspiek van die twee soorte sementmis en die vars flodder na die byvoeging van sellulose-eter dat die piekwydte van die tweede ontspanningspiek van die vars flodder verskil na die byvoeging van sellulose-eter. toeneem, is die piekvorm geneig om diffuus te wees. Dit wys dat die inkorporering van sellulose-eter die agglomerasie van sementdeeltjies tot 'n sekere mate voorkom, die flokkulasiestruktuur relatief los maak, die bindingsgraad van water verswak en die vryheidsgraad van water tussen die flokkulasiestrukture verhoog. Met die verhoging van die dosis is die toename van die piekwydte egter nie duidelik nie, en die piekwydte van sommige monsters neem selfs af. Dit mag wees dat die verhoging van 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 graad van resolusie = (Eerste komponent-Asaddle)/Eerste komponent, waar Eerste komponent en Asaddle die maksimum amplitude van die eerste ontspanningspiek en die amplitude van die laagste punt tussen die twee pieke verteenwoordig, onderskeidelik. Die graad van skeiding kan gebruik word om die mate van wateruitruiling tussen die flokkulasiestruktuur 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 uit te ruil, en 'n waarde gelyk aan 1 dui aan dat die twee dele water glad nie kan uitruil nie.

Uit die berekeningsresultate van die skeidingsgraad kan gesien word dat die skeidingsgraad van die twee semente sonder die byvoeging van sellulose-eter ekwivalent is, beide is ongeveer 0,64, en die skeidingsgraad word aansienlik verminder na die byvoeging van sellulose-eter. Aan die een kant neem die resolusie verder af met die verhoging van die dosis, en die resolusie van die twee pieke daal selfs tot 0 in die CSA2 gemeng met 0.3% MC3, wat aandui dat sellulose-eter die uitruil van water binne en tussen die flokkulasie strukture. Gebaseer op die feit dat die inkorporering van sellulose-eter basies geen effek op die posisie en area van die eerste ontspanningspiek het nie, kan daar gespekuleer 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 buite makliker. Daarbenewens verbeter die oorvleueling van sellulose-eter in die flodderstruktuur die graad van wateruitruiling tussen die binne- en buitekant van die flokkulasiestruktuur verder. Aan die ander kant is die resolusieverminderingseffek van sellulose-eter op CSA2 sterker as dié van CSA1, wat te wyte kan wees aan die kleiner spesifieke oppervlakarea en groter deeltjiegrootte van CSA2, wat meer sensitief is vir die dispersie-effek van sellulose-eter na inlywing.

2.2 Veranderinge in floddersamestelling

Uit die TG-DTG-spektra van CSA1- en CSA2-flodders wat vir 90 min, 150 min en 1 dag gehidreer is, kan gesien word dat die tipes hidrasieprodukte nie verander het voor en na die byvoeging 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 aandui dat die vorming van die drie hidrasieprodukte geleidelik toegeneem het.

Uit die massafraksie van elke hidrasieproduk in die monster op verskillende hidrasie-ouderdomme, kan gesien word dat die AFt-generasie van die blanko monster op 1d ouderdom die van die monster gemeng met sellulose-eter oorskry, wat aandui dat sellulose-eter 'n groot invloed het op die hidrasie van die flodder 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 blanko monster aansienlik stadiger as dié van die ander twee groepe monsters; na 1 dag was die inhoud van AFm in die blanko 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 generasietempo van die CSA1 blanko monster na hidrasie vir 90 minute aansienlik stadiger as dié van die sellulose-eter, maar die generasietempo was aansienlik vinniger na 90 minute, en die AH3-produksiehoeveelheid van die drie monsters was gelykstaande op 1 dag.

Nadat die CSA2-slib vir 90min en 150min gehidreer is, was die hoeveelheid AFT geproduseer in die monster gemeng met sellulose-eter aansienlik minder as dié van die blanko-monster, wat aandui dat sellulose-eter ook 'n sekere vertraagde effek op die CSA2-slib gehad het. In die monsters op 1d ouderdom is gevind dat die AFt-inhoud van die blanko monster steeds hoër was as dié van die monster gemeng met sellulose-eter, wat aandui dat sellulose-eter steeds 'n sekere vertraagde effek op die hidrasie van CSA2 gehad het na finale stolling, en die graad van vertraging op MC2 was groter as dié van die monster wat met sellulose-eter bygevoeg is. MC1. Op 90 minute was die hoeveelheid AH3 geproduseer deur die blanko monster effens minder as dié van die monster gemeng met sellulose-eter; op 150 minute het die AH3 wat deur die blanko monster geproduseer is, dié van die monster gemeng met sellulose-eter oorskry; op 1 dag was die AH3 geproduseer deur die drie monsters ekwivalent.

3. Gevolgtrekking

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

(2) Die inkorporering van sellulose-eter voorkom die agglomerasie van sementdeeltjies tot 'n sekere mate, wat die flokkulasiestruktuur relatief los maak; en met die verhoging van die inhoud, verhoog die vloeistoffase-viskositeit van die suspensie, en die sellulose-eter het 'n groter effek op die sementdeeltjies. Die verbeterde adsorpsie-effek verminder die mate van vryheid van water tussen die geflokkuleerde strukture.

(3) Voor en na die byvoeging van sellulose-eter het die tipes hidrasieprodukte in die sulfoaluminaat-sementmis nie verander nie, en AFt, AFm en aluminiumgom is gevorm; maar sellulose-eter effens vertraag die vorming van hidrasie produkte effek.