تأثير إيثر السليلوز على حرارة تميه أنواع مختلفة من الأسمنت والخام المفرد

تمت مقارنة تأثيرات اثير السليولوز على حرارة تميه الاسمنت البورتلاندي، واسمنت السلفوألومينات، وسيليكات ثلاثي الكالسيوم وألومينات ثلاثي الكالسيوم في 72 ساعة بواسطة اختبار قياس السعرات الحرارية متساوي الحرارة. أظهرت النتائج أن إيثر السليلوز يمكن أن يقلل بشكل كبير من معدل الترطيب وإطلاق الحرارة للأسمنت البورتلاندي وسيليكات ثلاثي الكالسيوم، كما أن تأثير الانخفاض على معدل الترطيب وإطلاق الحرارة لسيليكات ثلاثي الكالسيوم أكثر أهمية. إن تأثير إيثر السليلوز في تقليل معدل إطلاق الحرارة لترطيب أسمنت سلفو ألومينات ضعيف جداً، لكن له تأثير ضعيف على تحسين معدل إطلاق الحرارة لترطيب ألومينات ثلاثي الكالسيوم. سيتم امتصاص إيثر السليلوز بواسطة بعض منتجات الترطيب، وبالتالي تأخير تبلور منتجات الترطيب، ومن ثم التأثير على معدل إطلاق حرارة الترطيب للأسمنت والخام المنفرد.

الكلمات الرئيسية:الأثير السليلوز. أسمنت؛ خام واحد حرارة الماء الامتزاز

1. مقدمة

يعد إيثر السليلوز عامل سماكة مهم وعامل الاحتفاظ بالمياه في الملاط المخلوط الجاف والخرسانة ذاتية الضغط وغيرها من المواد الجديدة المعتمدة على الأسمنت. ومع ذلك، فإن إيثر السليلوز سيؤخر أيضًا ترطيب الأسمنت، مما يؤدي إلى تحسين وقت تشغيل المواد القائمة على الأسمنت، وتحسين اتساق الملاط وفقدان وقت ركود الخرسانة، ولكنه قد يؤدي أيضًا إلى تأخير تقدم البناء. على وجه الخصوص، سيكون له آثار ضارة على الملاط والخرسانة المستخدمة في ظروف البيئة ذات درجات الحرارة المنخفضة. لذلك، من المهم جدًا فهم قانون إيثر السليلوز على حركية تميه الأسمنت.

قام OU وPourchez بدراسة آثار العوامل الجزيئية بشكل منهجي مثل الوزن الجزيئي لإيثر السليلوز، ونوع البديل أو درجة الاستبدال على حركية ترطيب الأسمنت، وتوصلا إلى العديد من الاستنتاجات المهمة: قدرة إيثر هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC) على تأخير ترطيب الأسمنت. عادة ما يكون الأسمنت أقوى من إيثر سليلوز الميثيل (HPMC)، وإيثر هيدروكسي ميثيل إيثيل سليلوز (HEMC)، وإيثر سليلوز الميثيل (MC). في إيثر السليلوز المحتوي على الميثيل، كلما انخفض محتوى الميثيل، زادت القدرة على تأخير ترطيب الأسمنت؛ كلما انخفض الوزن الجزيئي لإيثر السليلوز، زادت القدرة على تأخير تميه الأسمنت. توفر هذه الاستنتاجات أساسًا علميًا لاختيار أثير السليلوز بشكل صحيح.

بالنسبة للمكونات المختلفة للأسمنت، فإن تأثير إيثر السليلوز على حركية ترطيب الأسمنت يعد أيضًا مشكلة مثيرة للقلق للغاية في التطبيقات الهندسية. ومع ذلك، لا يوجد بحث في هذا الجانب. في هذا البحث، تمت دراسة تأثير إيثر السليلوز على حركية تميه الأسمنت البورتلاندي العادي، C3S (سيليكات ثلاثي الكالسيوم)، C3A (ألومينات ثلاثي الكالسيوم) وأسمنت السلفوألومينات (SAC) من خلال اختبار قياس السعرات الحرارية متساوي الحرارة، وذلك لفهم التفاعل والتأثير بشكل أكبر. الآلية الداخلية بين إيثر السليلوز ومنتجات ترطيب الأسمنت. إنه يوفر أساسًا علميًا إضافيًا للاستخدام الرشيد لإيثر السليلوز في المواد المعتمدة على الأسمنت ويوفر أيضًا أساسًا بحثيًا للتفاعل بين الخلطات الأخرى ومنتجات ترطيب الأسمنت.

2. الاختبار

2.1 المواد الخام

(1) أسمنت بورتلاند عادي (P·0). تم تصنيعها بواسطة شركة Wuhan Huaxin Cement Co., LTD.، والمواصفات هي P · 042.5 (GB 175-2007)، ويتم تحديدها بواسطة مطياف مضان الأشعة السينية من النوع المشتت على الطول الموجي (AXIOS Advanced، PANalytical Co., LTD.). وفقًا لتحليل برنامج JADE 5.0، بالإضافة إلى معادن الكلنكر الأسمنتية C3S وC2s وC3A وC4AF والجبس، تشتمل المواد الخام للأسمنت أيضًا على كربونات الكالسيوم.

(2) أسمنت السلفوألومينات (SAC). إن أسمنت السلفولومينات الصلب السريع الذي تنتجه شركة Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. هو R.Star 42.5 (GB 20472-2006). مجموعاتها الرئيسية هي سلفوألومينات الكالسيوم وسيليكات ثنائي الكالسيوم.

(3) سيليكات ثلاثي الكالسيوم (C3S). اضغط على Ca(OH)2 وSiO2 وCo2O3 وH2O عند 3:1:0.08: تم خلط نسبة كتلة قدرها 10 بالتساوي وضغطها تحت ضغط ثابت قدره 60 ميجا باسكال لصنع قطعة خام خضراء أسطوانية. تم تحميص البليت عند 1400 درجة مئوية لمدة 1.5 ~ 2 ساعة في فرن كهربائي ذو درجة حرارة عالية بقضيب السيليكون والموليبدينوم، ثم تم نقله إلى فرن ميكروويف لمزيد من التسخين بالميكروويف لمدة 40 دقيقة. بعد إخراج قطعة الخام، تم تبريدها فجأة وتكسيرها وتكليسها بشكل متكرر حتى أصبح محتوى CaO الحر في المنتج النهائي أقل من 1.0%

(4) ألومينات ثلاثي الكالسيوم (c3A). تم خلط CaO وA12O3 بالتساوي، وتم تحميصهما عند درجة حرارة 1450 درجة مئوية لمدة 4 ساعات في فرن كهربائي بقضيب السيليكون والموليبدينوم، ثم طحنهما إلى مسحوق، وتم تحميصهما بشكل متكرر حتى أصبح محتوى CaO الحر أقل من 1.0%، وكانت قمم C12A7 وCA تم تجاهله.

(5) الأثير السليلوز. قارن العمل السابق تأثيرات 16 نوعًا من إثيرات السليلوز على معدل الترطيب وإطلاق الحرارة للأسمنت البورتلاندي العادي، ووجد أن الأنواع المختلفة من إثيرات السليلوز لها اختلافات كبيرة في قانون الترطيب وإطلاق الحرارة للأسمنت، كما تم تحليل الآلية الداخلية. من هذا الفارق الكبير. بناء على نتائج الدراسة السابقة تم اختيار ثلاثة أنواع من إيثر السليولوز والتي لها تأثير مثبط واضح على الأسمنت البورتلاندي العادي. وتشمل هذه إيثر هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC)، وإيثر هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC)، وإيثر هيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز (HEMC). تم قياس لزوجة إيثر السليولوز بواسطة مقياس اللزوجة الدوار بتركيز اختبار 2%، ودرجة حرارة 20 درجة مئوية وسرعة دوران 12 دورة/دقيقة. تم قياس لزوجة إيثر السليولوز بواسطة مقياس اللزوجة الدوار بتركيز اختبار 2%، ودرجة حرارة 20 درجة مئوية وسرعة دوران 12 دورة/دقيقة. يتم توفير درجة الاستبدال المولي لإثير السليلوز من قبل الشركة المصنعة.

(6) الماء. استخدم الماء المقطر الثانوي.

2.2 طريقة الاختبار

حرارة الترطيب. تم اعتماد مقياس السعرات الحرارية متساوي الحرارة TAM Air ذو 8 قنوات من إنتاج شركة TA Instrument. تم الحفاظ على درجة حرارة ثابتة لجميع المواد الخام لاختبار درجة الحرارة (مثل (20 ± 0.5) درجة مئوية) قبل التجربة. أولاً، تمت إضافة 3 جم من الأسمنت و18 مجم من مسحوق إيثر السليلوز إلى المسعر (كانت نسبة كتلة إيثر السليلوز إلى المادة التجميلية 0.6%). بعد الخلط الكامل، تمت إضافة الماء المختلط (الماء المقطر الثانوي) وفقًا لنسبة الماء إلى الأسمنت المحددة وتم التقليب بالتساوي. ثم تم وضعه بسرعة في المسعر للاختبار. تبلغ نسبة الرابط المائي لـ c3A 1.1، ونسبة الرابط المائي للمواد الأسمنتية الثلاثة الأخرى هي 0.45.

3. النتائج والمناقشة

3.1 نتائج الاختبار

تأثيرات HEC وHPMC وHEMC على معدل إطلاق حرارة الماء ومعدل إطلاق الحرارة التراكمي للأسمنت البورتلاندي العادي وC3S وC3A خلال 72 ساعة، وتأثيرات HEC على معدل إطلاق حرارة الماء ومعدل إطلاق الحرارة التراكمي لأسمنت السلفوألومينات في غضون 72 ساعة، يكون HEC هو إيثر السليلوز الذي يتمتع بأقوى تأثير تأخير على ترطيب الأسمنت الآخر والخام المنفرد. من خلال الجمع بين التأثيرين، يمكن العثور على أنه مع تغير تركيبة المادة الأسمنتية، يكون لإثير السليلوز تأثيرات مختلفة على معدل إطلاق حرارة الماء وإطلاق الحرارة التراكمية. يمكن لإيثر السليلوز المحدد أن يقلل بشكل كبير من معدل الترطيب وإطلاق الحرارة للأسمنت البورتلاندي العادي وC، S، ويطيل بشكل أساسي فترة فترة الحث، ويؤخر ظهور ذروة الترطيب وإطلاق الحرارة، ومن بينها إيثر السليلوز إلى ترطيب C وS و يعد تأخير معدل إطلاق الحرارة أكثر وضوحًا من تأخير معدل إطلاق الحرارة وترطيب الأسمنت البورتلاندي العادي؛ يمكن أن يؤدي إيثر السليلوز أيضًا إلى تأخير معدل إطلاق الحرارة لترطيب أسمنت السلفوألومينات، لكن قدرة التأخير ضعيفة جدًا، وتؤخر الترطيب بشكل أساسي بعد ساعتين؛ بالنسبة لمعدل إطلاق الحرارة لترطيب C3A، فإن إيثر السليلوز لديه قدرة تسريع ضعيفة.

3.2 التحليل والمناقشة

آلية الأثير السليولوزي تأخير ترطيب الأسمنت. سيلفا وآخرون. افترض أن الأثير السليولوزي يزيد من لزوجة المحلول المسامي ويعوق معدل الحركة الأيونية، وبالتالي يؤخر تميه الأسمنت. ومع ذلك، فقد شككت الكثير من الأدبيات في هذا الافتراض، حيث وجدت تجاربهم أن إثيرات السليلوز ذات اللزوجة المنخفضة لديها قدرة أقوى على تأخير تميه الأسمنت. في الواقع، فإن وقت حركة الأيونات أو هجرتها قصير جدًا لدرجة أنه من الواضح أنه لا يمكن مقارنته بوقت تأخير ترطيب الأسمنت. يعتبر الامتزاز بين اثير السليلوز ومنتجات ترطيب الاسمنت هو السبب الحقيقي لتأخير ترطيب الاسمنت بواسطة اثير السليلوز. يتم امتصاص إيثر السليلوز بسهولة على سطح منتجات الترطيب مثل هيدروكسيد الكالسيوم وهلام CSH وهيدرات ألومينات الكالسيوم، ولكن ليس من السهل أن يتم امتصاصه بواسطة الإترينجيت والطور غير المائي، كما أن قدرة امتصاص إيثر السليلوز على هيدروكسيد الكالسيوم أعلى من أن هلام CSH. ولذلك، بالنسبة لمنتجات ترطيب الأسمنت البورتلاندي العادي، فإن إيثر السليلوز لديه أقوى تأخير في هيدروكسيد الكالسيوم، وأقوى تأخير في الكالسيوم، والتأخير الثاني في جل CSH، وأضعف تأخير في الإترينجيت.

أظهرت الدراسات السابقة أن الامتزاز بين السكاريد غير الأيوني والمرحلة المعدنية يشمل بشكل أساسي الترابط الهيدروجيني والتركيب الكيميائي، ويحدث هذان التأثيران بين مجموعة الهيدروكسيل من السكاريد وهيدروكسيد المعدن على السطح المعدني. ليو وآخرون. كما صنف الامتزاز بين السكريات وهيدروكسيدات المعادن كتفاعل حمض-قاعدة، مع السكريات كأحماض وهيدروكسيدات المعادن كقواعد. بالنسبة لعديد السكاريد المحدد، تحدد قلوية السطح المعدني قوة التفاعل بين السكريات والمعادن. من بين مكونات التبلور الأربعة التي تمت دراستها في هذا البحث، تشمل العناصر المعدنية أو غير المعدنية الرئيسية Ca وAl وSi. وفقًا لترتيب نشاط المعادن، فإن قلوية هيدروكسيداتها هي Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. في الواقع، محلول Si(OH)4 حمضي ولا يمتص إيثر السليلوز. يحدد محتوى Ca(OH)2 على سطح منتجات ترطيب الأسمنت قدرة امتصاص منتجات الترطيب وإيثر السليلوز لأن هيدروكسيد الكالسيوم، هلام CSH (3CaO·2SiO2·3H20)، الإترينجيت (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). وهيدرات ألومينات الكالسيوم (3CaO·Al2O3·6H2O) في محتوى الأكاسيد غير العضوية لـ CaO هي 100%، 58.33%، 49.56% و62.2%، وبالتالي فإن ترتيب قدرتها على الامتزاز مع إيثر السليلوز هو هيدروكسيد الكالسيوم > الكالسيوم ألومينات > جل CSH > إترينجيت، وهو ما يتوافق مع النتائج الواردة في الأدبيات.

تشتمل منتجات الترطيب لـ c3S بشكل أساسي على هلام Ca(OH) وcsH، كما أن إيثر السليلوز له تأثير تأخير جيد عليها. ولذلك، فإن إيثر السليلوز لديه تأخير واضح جدًا في ترطيب C3s. إلى جانب c3S، يتضمن الأسمنت البورتلاندي العادي أيضًا ترطيب C2s وهو أبطأ، مما يجعل تأثير التأخير لإثير السليلوز غير واضح في المرحلة المبكرة. تشتمل منتجات ترطيب السيليكات العادية أيضًا على الإترينجيت، ويكون تأثير التأخير لإثير السليلوز ضعيفًا. لذلك، فإن قدرة تأخير إيثر السليلوز إلى c3s أقوى من قدرة الأسمنت البورتلاندي العادي الذي لوحظ في الاختبار.

سوف يذوب C3A ويرطب بسرعة عندما يلتقي بالماء، وتكون منتجات الترطيب عادةً C2AH8 وc4AH13، وسيتم إطلاق حرارة الترطيب. عندما يصل محلول C2AH8 وc4AH13 إلى التشبع، سيتم تشكيل تبلور هيدرات الصفائح السداسية C2AH8 وC4AH13، وسيتم تقليل معدل التفاعل وحرارة الترطيب في نفس الوقت. نظرًا لامتصاص إيثر السليلوز على سطح هيدرات ألومينات الكالسيوم (CxAHy)، فإن وجود إيثر السليلوز من شأنه أن يؤخر تبلور هيدرات اللوحة السداسية C2AH8 وC4AH13، مما يؤدي إلى انخفاض معدل التفاعل ومعدل إطلاق حرارة الترطيب أكثر من ذلك. من C3A النقي، مما يدل على أن الأثير السليلوز لديه قدرة ضعيفة على تسريع ترطيب C3A. ومن الجدير بالذكر أنه في هذا الاختبار، يتمتع إيثر السليلوز بقدرة تسريع ضعيفة لترطيب c3A النقي. ومع ذلك، في الأسمنت البورتلاندي العادي، نظرًا لأن c3A سوف يتفاعل مع الجبس لتكوين الإترينجيت، بسبب تأثير توازن ca2+ في محلول الملاط، فإن إيثر السليلوز سوف يؤخر تكوين الإترينجيت، وبالتالي يؤخر ترطيب c3A.

من تأثيرات HEC وHPMC وHEMC على معدل الترطيب وإطلاق الحرارة وإطلاق الحرارة التراكمي للأسمنت البورتلاندي العادي وC3S وC3A خلال 72 ساعة، وتأثيرات HEC على معدل الترطيب وإطلاق الحرارة وإطلاق الحرارة التراكمي للسلفوألومينات الأسمنت خلال 72 ساعة، يمكن ملاحظة أنه من بين إيثرات السليلوز الثلاثة المختارة، كانت قدرة الترطيب المتأخر لـ c3s والأسمنت البورتلاندي هي الأقوى في HEC، تليها HEMC، والأضعف في HPMC. بقدر ما يتعلق الأمر بـ C3A، فإن قدرة إيثرات السليلوز الثلاثة على تسريع عملية الترطيب هي أيضًا بنفس الترتيب، أي أن HEC هي الأقوى، وHEMC هي الثانية، وHPMC هي الأضعف والأقوى. أكد هذا بشكل متبادل أن إيثر السليلوز قد أخر تكوين منتجات ترطيب المواد التبلورية.

منتجات الترطيب الرئيسية لأسمنت السلفوألومينات هي الإترينجيت وهلام Al(OH)3. سوف يتم أيضًا ترطيب C2S الموجود في أسمنت السلفوألومينات بشكل منفصل لتكوين هلام Ca(OH)2 وcSH. نظرًا لأنه يمكن تجاهل امتزاز إيثر السليلوز والإترينجيت، كما أن ترطيب السلفوألومينات سريع جدًا، لذلك، في المرحلة المبكرة من الترطيب، يكون لإيثر السليلوز تأثير ضئيل على معدل إطلاق حرارة الترطيب لأسمنت السلفوألومينات. ولكن إلى وقت معين من الترطيب، لأن c2s سوف ترطب بشكل منفصل لتوليد Ca(OH)2 وCSH gel، فإن هذين المنتجين الترطيبيين سوف يتأخران بواسطة إيثر السليلوز. لذلك، لوحظ أن إيثر السليلوز يؤخر ترطيب أسمنت السلفوألومينات بعد ساعتين.

4. الاستنتاج

في هذا البحث، من خلال اختبار المسعرات الحرارية، تمت مقارنة قانون التأثير وآلية تكوين إيثر السليلوز على حرارة التميه للأسمنت البورتلاندي العادي، c3s، c3A، أسمنت السلفوألومينات ومكونات مختلفة أخرى وخام منفرد خلال 72 ساعة. الاستنتاجات الرئيسية هي كما يلي:

(1) يمكن أن يقلل إيثر السليلوز بشكل كبير من معدل إطلاق حرارة الترطيب للأسمنت البورتلاندي العادي وسيليكات ثلاثي الكالسيوم، ويكون تأثير تقليل معدل إطلاق حرارة الترطيب لسيليكات ثلاثي الكالسيوم أكثر أهمية؛ إن تأثير إيثر السليلوز في تقليل معدل إطلاق الحرارة لأسمنت السلفوألومينات ضعيف جداً، إلا أن له تأثير ضعيف على تحسين معدل إطلاق الحرارة لألومينات ثلاثي الكالسيوم.

(2) سيتم امتصاص إيثر السليلوز بواسطة بعض منتجات الترطيب، وبالتالي تأخير تبلور منتجات الترطيب، مما يؤثر على معدل إطلاق الحرارة لترطيب الأسمنت. يختلف نوع وكمية منتجات الترطيب باختلاف مكونات خام فاتورة الأسمنت، وبالتالي فإن تأثير إيثر السليلوز على حرارة الترطيب ليس هو نفسه.