Уплыў эфіру цэлюлозы на цеплыню гідратацыі розных цэментаў і асобных руд

уплыў эфіру цэлюлозы на цеплыню гідратацыі портландцемента, сульфоалюминатного цэменту, трехкальциевого сіліката і трехкальциевого алюмінату за 72 гадзіны параўноўвалі пры дапамозе ізатэрмічнай каларыметрыі. Вынікі паказваюць, што эфір цэлюлозы можа значна знізіць хуткасць гідратацыі і цеплавыдзялення портландцемента і трохкальцыевага сіліката, а зніжэнне эфекту на гідратацыю і хуткасць цеплавыдзялення трохкальцыевага сіліката больш значнае. Уплыў эфіру цэлюлозы на зніжэнне хуткасці цеплавыдзялення пры гідратацыі сульфалюмінатнага цэменту вельмі слабы, але ён аказвае слабы ўплыў на паляпшэнне хуткасці цеплавыдзялення пры гідратацыі трохкальцыевага алюмінату. Эфір цэлюлозы будзе адсарбаваны некаторымі прадуктамі гідратацыі, такім чынам, затрымліваючы крышталізацыю прадуктаў гідратацыі, а затым уплывае на хуткасць гідратацыйнага цеплавыдзялення цэменту і асобнай руды.

Ключавыя словы:эфір цэлюлозы; Цэмент; Адзіная руда; Цеплыня гідратацыі; адсорбцыі

1. Уводзіны

Эфір цэлюлозы з'яўляецца важным загушчальнікам і ўтрымліваючым ваду агентам у сухіх растворах, самаўшчыльняльным бетоне і іншых новых матэрыялах на аснове цэменту. Аднак эфір цэлюлозы таксама затрымлівае гідратацыю цэменту, што спрыяе паляпшэнню эксплуатацыйнага часу матэрыялаў на аснове цэменту, паляпшэнню кансістэнцыі раствора і страце часу асадкі бетону, але таксама можа затрымаць ход будаўніцтва. У прыватнасці, гэта будзе мець негатыўнае ўздзеянне на будаўнічы раствор і бетон, якія выкарыстоўваюцца ва ўмовах нізкай тэмпературы. Такім чынам, вельмі важна разумець закон эфіру цэлюлозы на кінэтыку гідратацыі цэменту.

OU і Pourchez сістэматычна вывучалі ўплыў малекулярных параметраў, такіх як малекулярная маса эфіру цэлюлозы, тып замяшчальніка або ступень замяшчэння, на кінэтыку гідратацыі цэменту і зрабілі шмат важных высноў: здольнасць эфіру гідраксіэтылацэлюлозы (HEC) затрымліваць гідратацыю цэмент звычайна мацней, чым просты эфір метылавай цэлюлозы (HPMC), просты эфір гидроксиметилэтилцеллюлозы (HEMC) і просты эфір метылавай цэлюлозы (MC). У эфіры цэлюлозы, які змяшчае пазначаў, чым ніжэй ўтрыманне пазначаў, тым мацней здольнасць затрымліваць гідратацыю цэменту; Чым ніжэй малекулярная маса эфіру цэлюлозы, тым мацней здольнасць цэменту затрымліваць гідратацыю. Гэтыя высновы з'яўляюцца навуковай асновай для правільнага выбару эфіру цэлюлозы.

Для розных кампанентаў цэменту ўплыў эфіру цэлюлозы на кінэтыку гідратацыі цэменту таксама з'яўляецца сур'ёзнай праблемай у машынабудаванні. Аднак даследаванняў па гэтым аспекце няма. У гэтым артыкуле ўплыў эфіру цэлюлозы на кінэтыку гідратацыі звычайнага портландцэменту, C3S (трохкальцыевага сіліката), C3A (трохкальцыевага алюмінату) і сульфаалюмінатнага цэменту (SAC) вывучаўся з дапамогай ізатэрмічнага каларыметрычнага тэсту, каб далей зразумець узаемадзеянне і ўнутраны механізм паміж эфірам цэлюлозы і прадуктамі гідратацыі цэменту. Гэта забяспечвае далейшую навуковую аснову для рацыянальнага выкарыстання эфіру цэлюлозы ў матэрыялах на аснове цэменту, а таксама забяспечвае даследчую аснову для ўзаемадзеяння паміж іншымі дабаўкамі і прадуктамі гідратацыі цэменту.

2. Тэст

2.1 Сыравіна

(1) звычайны портландцемент (Р·0). Вырабляецца кампаніяй Wuhan Huaxin Cement Co., LTD. Спецыфікацыя P· 042.5 (GB 175-2007), вызначаная з дапамогай рэнтгенаўскага флуарэсцэнтнага спектрометра з дысперсіяй даўжыні хвалі (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Згодна з аналізам праграмнага забеспячэння JADE 5.0, акрамя мінералаў цэментавага клінкеру C3S, C2s, C3A, C4AF і гіпсу, цэментная сыравіна таксама ўключае карбанат кальцыя.

(2) сульфоалюминатный цэмент (САК). Хуткі цвёрды сульфаалюмінатны цэмент вытворчасці Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. - R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Яго асноўныя групы - сульфоалюминат кальцыя і двукальциевый сілікат.

(3) трехкальциевый сілікат (C3S). Прэс Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 і H2O пры 3:1:0,08: масавыя суадносіны 10 змешваюць раўнамерна і прэсуюць пад пастаянным ціскам 60 МПа, каб атрымаць цыліндрычную зялёную нарыхтоўку. Нарыхтоўку абпальвалі пры 1400 ℃ на працягу 1,5 ~ 2 гадзін у высокатэмпературнай электрычнай печы з крэмніева-малібдэнавым стрыжнем, а затым перамяшчалі ў мікрахвалевую печ для далейшага мікрахвалевага нагрэву на працягу 40 хвілін. Пасля вымання нарыхтоўкі яе рэзка астуджалі і шматразова разбівалі і абпальвалі да таго часу, пакуль утрыманне вольнага СаО ў гатовым прадукце не стане менш за 1,0%

(4) трехкальциевый алюмінат (c3A). CaO і A12O3 раўнамерна змешваюць, абпальваюць пры 1450 ℃ на працягу 4 гадзін у электрычнай печы з крэмніева-малібдэнавым стрыжнем, здрабняюць у парашок і неаднаразова абпальваюць, пакуль утрыманне вольнага CaO не стане менш за 1,0 %, і не будуць дасягнуты пікі C12A7 і CA. ігнаруецца.

(5) эфір цэлюлозы. У папярэдняй працы параўноўваўся ўплыў 16 відаў простых эфіраў цэлюлозы на хуткасць гідратацыі і цеплавыдзялення звычайнага портландцэменту і было выяўлена, што розныя віды простых эфіраў цэлюлозы маюць істотныя адрозненні ў законе гідратацыі і цеплавыдзялення цэменту, і прааналізаваны ўнутраны механізм гэтай істотнай розніцы. Па выніках папярэдняга даследавання былі выбраны тры віды эфіру цэлюлозы, якія валодаюць відавочным запавольваючым дзеяннем на звычайны портландцемент. Сюды ўваходзяць эфір гідраксіэтылцэлюлозы (HEC), эфір гидроксипропилметилцеллюлозы (HPMC) і эфір гидроксиэтилметилцеллюлозы (HEMC). Глейкасць эфіру цэлюлозы вымяралася ротарным вісказіметрам з доследнай канцэнтрацыяй 2%, тэмпературай 20 ℃ і хуткасцю кручэння 12 аб/мін. Глейкасць эфіру цэлюлозы вымяралася ротарным вісказіметрам з доследнай канцэнтрацыяй 2%, тэмпературай 20 ℃ і хуткасцю кручэння 12 аб/мін. Малярная ступень замяшчэння эфіру цэлюлозы прадастаўляецца вытворцам.

(6) Вада. Выкарыстоўвайце другасную дыстыляваную ваду.

2.2 Метад выпрабаванняў

Цяпло гідратацыі. Прыняты на ўзбраенне 8-канальны ізатэрмічны каларыметр TAM Air вытворчасці кампаніі TA Instrument Company. Перад эксперыментам усю сыравіну падтрымлівалі пры пастаяннай тэмпературы да тэставай тэмпературы (напрыклад, (20±0,5)℃). Па-першае, 3 г цэменту і 18 мг парашка эфіру цэлюлозы былі дададзены ў каларыметр (масавае стаўленне эфіру цэлюлозы да цэмелятыўнага матэрыялу было 0,6%). Пасля поўнага мяшання дабаўляюць змешаную ваду (другасную дыстыляваную ваду) у адпаведнасці з указаным водоцементным суадносінамі і раўнамерна змешваюць. Затым яго хутка змясцілі ў каларыметр для тэставання. Вода-звязальны каэфіцыент c3A складае 1,1, а вада-звязальны каэфіцыент астатніх трох цэментавых матэрыялаў складае 0,45.

3. Вынікі і абмеркаванне

3.1 Вынікі выпрабаванняў

Уплыў HEC, HPMC і HEMC на хуткасць гідратацыйнага цеплавыдзялення і кумулятыўны хуткасць цеплавыдзялення звычайнага портландцэменту, C3S і C3A на працягу 72 гадзін, а таксама ўплыў HEC на гідратацыйную цеплавыдзяленне і кумулятыўную хуткасць цеплавыдзялення сульфаалюмінатнага цэменту. на працягу 72 гадзін ГЭЦ з'яўляецца эфірам цэлюлозы з самым моцным эфектам затрымкі гідратацыі іншага цэменту і адной руды. Камбінуючы два эфекты, можна выявіць, што са зменай складу цэментавага матэрыялу эфір цэлюлозы па-рознаму ўплывае на хуткасць гідратацыйнага цеплавыдзялення і кумулятыўнае цеплавыдзяленне. Абраны эфір цэлюлозы можа значна знізіць гідратацыю і хуткасць цеплавыдзялення звычайнага портландцемента і C, S, у асноўным падаўжае час індукцыйнага перыяду, затрымлівае з'яўленне гідратацыі і піка цеплавыдзялення, сярод якіх эфір цэлюлозы да гідратацыі C, S і затрымка хуткасці цеплавыдзялення больш відавочная, чым звычайная гідратацыя портландцемента і затрымка хуткасці цеплавыдзялення; Эфір цэлюлозы можа таксама затрымаць хуткасць цеплавыдзялення гідратацыі сульфоалюминатного цэменту, але здольнасць да затрымкі вельмі слабая, і ў асноўным затрымлівае гідратацыю праз 2 гадзіны; Для хуткасці цеплавыдзялення пры гідратацыі C3A эфір цэлюлозы мае слабую паскаральную здольнасць.

3.2 Аналіз і абмеркаванне

Механізм цэлюлознага эфіру затрымлівае гідратацыю цэменту. Сільва і інш. выказаў здагадку, што цэлюлозны эфір павялічвае глейкасць поравага раствора і перашкаджае хуткасці руху іёнаў, такім чынам, затрымліваючы гідратацыю цэменту. Аднак значная частка літаратуры ставіла пад сумнеў гэтую здагадку, паколькі іх эксперыменты паказалі, што простыя эфіры цэлюлозы з меншай глейкасцю валодаюць большай здольнасцю затрымліваць гідратацыю цэменту. Фактычна, час руху або міграцыі іёнаў настолькі кароткі, што, відавочна, не параўнальны з часам затрымкі гідратацыі цэменту. Адсорбцыя паміж эфірам цэлюлозы і прадуктамі гідратацыі цэменту лічыцца сапраўднай прычынай затрымкі гідратацыі цэменту эфірам цэлюлозы. Эфір цэлюлозы лёгка адсарбуецца на паверхні прадуктаў гідратацыі, такіх як гідраксід кальцыя, гель CSH і гідрат алюмінату кальцыя, але яго няпроста адсарбаваць этрынгітам і негідратаванай фазай, а адсарбцыйная здольнасць эфіру цэлюлозы на гідраксідзе кальцыя вышэй, чым у што геля CSH. Такім чынам, для звычайных прадуктаў гідратацыі портландцэменту эфір цэлюлозы мае самую моцную затрымку на гідраксід кальцыя, самую моцную затрымку на кальцый, другую затрымку на гелі CSH і самую слабую на этрынгіт.

Папярэднія даследаванні паказалі, што адсорбцыя паміж неіённымі поліцукрыдамі і мінеральнай фазай у асноўным уключае ўтварэнне вадародных сувязяў і хімічнае комплексаўтварэнне, і гэтыя два эфекты ўзнікаюць паміж гідраксільнай групай поліцукрыду і гідраксідам металу на паверхні мінерала. Лю і інш. далей класіфікаваў адсорбцыю паміж поліцукрыдамі і гідраксідамі металаў як кіслотна-асноўнае ўзаемадзеянне, з поліцукрыдамі як кіслотамі і гідраксідамі металаў як асновамі. Для дадзенага поліцукрыду шчолачнасць мінеральнай паверхні вызначае сілу ўзаемадзеяння паміж поліцукрыдамі і мінераламі. Сярод чатырох гелеобразующих кампанентаў, вывучаных у гэтай працы, асноўныя металічныя і неметалічныя элементы ўключаюць Ca, Al і Si. Па парадку актыўнасці металаў шчолачнасць іх гідраксідаў Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Фактычна раствор Si(OH)4 кіслы і не адсарбуе эфір цэлюлозы. Такім чынам, утрыманне Ca(OH)2 на паверхні прадуктаў гідратацыі цэменту вызначае адсорбцыйную здольнасць прадуктаў гідратацыі і эфіру цэлюлозы, паколькі гідраксід кальцыя, гель CSH (3CaO·2SiO2·3H20), этрынгіт (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). і гідрату алюмінату кальцыя (3CaO·Al2O3·6H2O) утрыманне неарганічных аксідаў CaO складае 100%, 58,33%, 49,56% і 62,2%. алюмінат >CSH гель >этрынгіт, што адпавядае вынікам у літаратуры.

Прадукты гідратацыі c3S у асноўным уключаюць гель Ca(OH) і csH, а эфір цэлюлозы аказвае на іх добры эфект затрымкі. Такім чынам, эфір цэлюлозы мае вельмі відавочную затрымку гідратацыі C3s. Акрамя c3S, звычайны портландцемент таксама ўключае гідратацыю C2s, якая адбываецца больш павольна, што робіць эфект затрымкі эфіру цэлюлозы не відавочным на ранняй стадыі. Прадукты гідратацыі звычайнага сіліката таксама ўключаюць этрынгіт, а эфект затрымкі эфіру цэлюлозы дрэнны. Такім чынам, здольнасць эфіру цэлюлозы да затрымкі c3s мацнейшая, чым у звычайнага портландцемента, назіраная ў выпрабаванні.

C3A хутка раствараецца і ўвільгатняецца пры сустрэчы з вадой, а прадуктамі гідратацыі звычайна з'яўляюцца C2AH8 і c4AH13, і вылучаецца цяпло гідратацыі. Калі раствор C2AH8 і c4AH13 дасягае насычэння, утвараецца крышталізацыя шасцікутнага пластовага гідрату C2AH8 і C4AH13, і адначасова зніжаюцца хуткасць рэакцыі і цеплыня гідратацыі. З-за адсорбцыі эфіру цэлюлозы на паверхні гідрата алюмінату кальцыя (CxAHy) прысутнасць эфіру цэлюлозы затрымала б крышталізацыю гідрата гексагональных пласцін C2AH8 і C4AH13, што прывяло б да зніжэння хуткасці рэакцыі і хуткасці гідратацыйнага цеплавыдзялення. чыстага C3A, які паказвае, што эфір цэлюлозы мае слабую здольнасць да паскарэння гідратацыі C3A. Варта адзначыць, што ў гэтым тэсце эфір цэлюлозы мае слабую паскаральную здольнасць да гідратацыі чыстага c3A. Аднак у звычайным портландцэменце, паколькі c3A будзе рэагаваць з гіпсам з утварэннем этрынгіту, з-за ўплыву балансу Ca2+ у растворы суспензіі эфір цэлюлозы затрымае ўтварэнне этрынгіту, затрымліваючы, такім чынам, гідратацыю c3A.

Ад уздзеяння HEC, HPMC і HEMC на гідратацыю і хуткасць цеплавыдзялення і кумулятыўнае цеплавылучэнне звычайнага портландцемента, C3S і C3A на працягу 72 гадзін, а таксама ўздзеянне HEC на гідратацыю і хуткасць цеплавыдзялення і кумулятыўнае цеплавылучэнне сульфаалюмінату. цэменту на працягу 72 гадзін, відаць, што сярод трох абраных простых эфіраў цэлюлозы здольнасць c3s і портландцемента да адтэрмінаванай гідратацыі была самай моцнай у HEC, за якой ішоў HEMC, і самай слабой у HPMC. Што тычыцца C3A, здольнасць трох эфіраў цэлюлозы паскараць гідратацыю таксама знаходзіцца ў такім жа парадку, гэта значыць HEC з'яўляецца самым моцным, HEMC з'яўляецца другім, HPMC з'яўляецца самым слабым і самым моцным. Гэта ўзаемна пацвярджае, што эфір цэлюлозы затрымлівае адукацыю прадуктаў гідратацыі жэліруючых матэрыялаў.

Асноўнымі прадуктамі гідратацыі сульфаалюмінатнага цэменту з'яўляюцца этрынгіт і гель Al(OH)3. C2S у сульфаалюмінатным цэменце таксама будзе гідратаваць асобна з адукацыяй Ca(OH)2 і геля cSH. Паколькі адсорбцыю эфіру цэлюлозы і этрынгіту можна не ўлічваць, а гідратацыя сульфаалюмінату адбываецца занадта хутка, таму на ранняй стадыі гідратацыі эфір цэлюлозы мала ўплывае на хуткасць гідратацыйнага цеплавыдзялення сульфаалюмінатнага цэменту. Але да пэўнага часу гідратацыі, таму што c2s будзе асобна гідратаваць для атрымання Ca(OH)2 і геля CSH, гэтыя два прадукты гідратацыі будуць затрымлівацца эфірам цэлюлозы. Такім чынам, было заўважана, што эфір цэлюлозы затрымлівае гідратацыю сульфоалюминатного цэменту праз 2 гадзіны.

4. Заключэнне

У гэтым артыкуле з дапамогай ізатэрмічнага каларыметрычнага тэсту параўноўваліся закон уплыву і механізм утварэння эфіру цэлюлозы на цеплыню гідратацыі звычайнага портландцэменту, c3s, c3A, сульфаалюмінатнага цэменту і іншых розных кампанентаў і адной руды за 72 гадзіны. Асноўныя высновы наступныя:

(1) Эфір цэлюлозы можа значна знізіць хуткасць гідратацыйнага цеплавыдзялення звычайнага портландцемента і трохкальцыевага сіліката, а эфект зніжэння гідратацыйнага цеплавыдзялення трохкальцыевага сіліката больш значны; Уплыў эфіру цэлюлозы на зніжэнне хуткасці цеплавыдзялення сульфоалюминатного цэменту вельмі слабы, але ён аказвае слабы ўплыў на паляпшэнне хуткасці цеплавыдзялення трехкальциевого алюмінату.

(2) эфір цэлюлозы будзе адсарбаваны некаторымі прадуктамі гідратацыі, такім чынам затрымліваючы крышталізацыю прадуктаў гідратацыі, уплываючы на ​​хуткасць цеплавыдзялення гідратацыі цэменту. Тып і колькасць прадуктаў гідратацыі розныя для розных кампанентаў цэментавай руды, таму ўплыў эфіру цэлюлозы на іх цеплыню гідратацыі неаднолькавы.