Целулозен етер върху морфологията на ранния етрингит

Ефектите на хидроксиетил метилцелулозен етер и метилцелулозен етер върху морфологията на етрингит в ранна циментова суспензия бяха изследвани чрез сканираща електронна микроскопия (SEM). Резултатите показват, че съотношението дължина-диаметър на етрингитните кристали в суспензията, модифицирана с хидроксиетил метил целулозен етер, е по-малка от тази в обикновената суспензия, а морфологията на етрингитните кристали е къса пръчковидна. Съотношението дължина-диаметър на етрингитните кристали в суспензията, модифицирана с метил целулозен етер, е по-голяма от тази в обикновената суспензия и морфологията на етрингитните кристали е игловидна. Кристалите етрингит в обикновените циментови суспензии имат аспектно съотношение някъде по средата. Чрез горното експериментално изследване е допълнително ясно, че разликата в молекулното тегло на два вида целулозен етер е най-важният фактор, влияещ върху морфологията на етрингита.

Ключови думи:етрингит; Съотношение дължина-диаметър; Метилцелулозен етер; Хидроксиетил метилцелулозен етер; морфология

Етрингитът, като леко разширен хидратиращ продукт, има значителен ефект върху експлоатационните характеристики на циментовия бетон и винаги е бил гореща точка за изследване на материали на циментова основа. Етрингитът е вид трисулфиден тип калциев алуминатен хидрат, неговата химична формула е [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O или може да бъде написана като 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, често съкратено като AFt . В системата на Портланд цимент етрингитът се образува главно от реакцията на гипс с алуминатни или железни алуминатни минерали, което играе ролята на забавяне на хидратацията и ранна здравина на цимента. Образуването и морфологията на етрингита се влияят от много фактори като температура, рН стойност и концентрация на йони. Още през 1976 г. Metha et al. използва сканираща електронна микроскопия за изследване на морфологичните характеристики на AFt и установи, че морфологията на такива леко разширени продукти на хидратация е малко по-различна, когато пространството за растеж е достатъчно голямо и когато пространството е ограничено. Първата беше предимно тънка сфера с форма на игла, докато втората беше предимно къса призма с форма на пръчка. Изследването на Yang Wenyan установи, че формите на AFt са различни при различни среди на втвърдяване. Влажната среда би забавила генерирането на AFt в бетон, легиран с разширение, и би увеличила възможността за подуване и напукване на бетона. Различните среди влияят не само на образуването и микроструктурата на AFt, но и на неговата обемна стабилност. Chen Huxing и др. установиха, че дългосрочната стабилност на AFt намалява с увеличаването на съдържанието на C3A. Кларк и Монтейро и др. установи, че с увеличаването на натиска на околната среда, кристалната структура на AFt се променя от ред към безпорядък. Balonis и Glasser прегледаха промените в плътността на AFm и AFt. Renaudin и др. изследва структурните промени на AFt преди и след потапяне в разтвор и структурните параметри на AFt в рамановия спектър. Kunther и др. изследва ефекта на взаимодействието между съотношението CSH гел калций-силиций и сулфатен йон върху налягането на кристализация на AFt чрез NMR. В същото време, въз основа на приложението на AFt в материали на циментова основа, Wenk et al. изследва AFt кристалната ориентация на бетонна секция чрез довършителна технология с рентгенова дифракция на твърдо синхротронно лъчение. Изследвани са образуването на AFt в смесен цимент и изследователската гореща точка на етрингит. Въз основа на забавена етрингитна реакция, някои учени са провели много изследвания за причината за AFt фазата.

Увеличаването на обема, причинено от образуването на етрингит, понякога е благоприятно и може да действа като „разширяване“, подобно на агента за разширяване на магнезиев оксид, за да поддържа стабилността на обема на материали на циментова основа. Добавянето на полимерна емулсия и редиспергируем емулсионен прах променя макроскопските свойства на материалите на циментова основа поради значителното им въздействие върху микроструктурата на материалите на циментова основа. Въпреки това, за разлика от редиспергиращата емулсия на прах, която основно подобрява свързващите свойства на втвърдения хоросан, водоразтворимият полимерцелулозен етер (CE) дава на новосмесения хоросан добро задържане на вода и сгъстяващ ефект, като по този начин подобрява работните характеристики. Обикновено се използва нейонен CE, включително метил целулоза (MC), хидроксиетил целулоза (HEC), хидроксипропил метил целулоза (HPMC),хидроксиетил метил целулоза (HEMC)и т.н., а CE играе роля в новосмесения разтвор, но също така влияе върху процеса на хидратация на циментовата суспензия. Проучванията показват, че HEMC променя количеството AFt, произведено като продукт за хидратация. Въпреки това, нито едно проучване не е систематично сравнявало ефекта на CE върху микроскопичната морфология на AFt, така че тази статия изследва разликата в ефекта на HEMC и MC върху микроскопската морфология на ettringham в ранна (1-дневна) циментова суспензия чрез анализ на изображения и сравнение.

1. Експериментирайте

1.1 Суровини

P·II 52.5R Портланд цимент, произведен от Anhui Conch Cement Co., LTD, беше избран като цимент в експеримента. Двата целулозни етера са съответно хидроксиетил метилцелулоза (HEMC) и метилцелулоза (метилцелулоза, Shanghai Sinopath Group). MC); Водата за смесване е чешмяна вода.

1.2 Експериментални методи

Съотношението вода-цимент на пробата от циментова паста е 0,4 (масовото съотношение вода към цимент), а съдържанието на целулозен етер е 1% от масата на цимента. Подготовката на образеца е извършена съгласно GB1346-2011 „Метод за изпитване на потребление на вода, време на втвърдяване и стабилност на стандартната консистенция на цимента“. След оформянето на образеца върху повърхността на матрицата се капсулира пластмасов филм, за да се предотврати изпаряването на повърхностната вода и карбонизацията, и образецът се поставя в стая за втвърдяване с температура (20±2)℃ и относителна влажност (60±5 ) %. След 1 ден матрицата се отстранява и образецът се счупва, след което се взема малка проба от средата и се накисва в безводен етанол, за да се прекрати хидратацията, и пробата се изважда и изсушава преди тестването. Изсушените проби бяха залепени към масата за проби с проводящо двустранно лепило и слой от златен филм беше напръскан върху повърхността от Cressington 108auto автоматичен йонен разпръскващ инструмент. Токът на разпръскване беше 20 mA и времето на разпръскване беше 60 s. FEI QUANTAFEG 650 екологичен сканиращ електронен микроскоп (ESEM) беше използван за наблюдение на морфологичните характеристики на AFt върху среза на пробата. Високовакуумният вторичен електронен режим беше използван за наблюдение на AFT. Напрежението на ускорението беше 15 kV, диаметърът на петното на лъча беше 3.0 nm, а работното разстояние беше контролирано на около 10 mm.

2. Резултати и обсъждане

SEM изображения на етрингит във втвърдена HEMC-модифицирана циментова суспензия показаха, че растежът на ориентацията на наслоения Ca (OH)2(CH) е очевиден, а AFt показа неравномерно натрупване на къси пръчковидни AFt и някои къси пръчковидни AFT бяха покрити с HEMC мембранна структура. Zhang Dongfang и др. също така се открива къс прътовиден AFt при наблюдение на промените в микроструктурата на HEMC модифицирана циментова суспензия чрез ESEM. Те вярват, че обикновената циментова суспензия реагира бързо след среща с вода, така че кристалът AFt е тънък и удължаването на възрастта на хидратация води до непрекъснато увеличаване на съотношението дължина-диаметър. Въпреки това, HEMC увеличи вискозитета на разтвора, намали скоростта на свързване на йони в разтвора и забави пристигането на вода върху повърхността на частиците на клинкера, така че съотношението дължина-диаметър на AFt се увеличи в слаба тенденция и неговите морфологични характеристики показаха къса прътовидна форма. В сравнение с AFt в обикновена циментова суспензия от същата възраст, тази теория е частично потвърдена, но не е приложима за обяснение на морфологичните промени на AFt в MC модифицирана циментова суспензия. SEM изображения на етридит в 1-дневна втвърдена MC модифицирана циментова суспензия също показаха ориентиран растеж на наслоен Ca(OH)2, някои AFt повърхности също бяха покрити с филмова структура на MC и AFt показа морфологични характеристики на растеж на клъстери. Въпреки това, за сравнение, AFt кристал в MC модифицирана циментова суспензия има по-голямо съотношение дължина-диаметър и по-тънка морфология, показваща типична игловидна морфология.

Както HEMC, така и MC забавят процеса на ранна хидратация на цимента и повишават вискозитета на разтвора, но разликите в морфологичните характеристики на AFt, причинени от тях, все още са значителни. Горните явления могат да бъдат допълнително разработени от гледна точка на молекулярната структура на целулозния етер и кристалната структура на AFt. Renaudin и др. накисва синтезирания AFt в приготвения алкален разтвор, за да получи „мокър AFt“, и частично го отстранява и го изсушава върху повърхността на наситен разтвор на CaCl2 (35% относителна влажност), за да получи „сух AFt“. След проучване за усъвършенстване на структурата чрез раманова спектроскопия и рентгенова прахова дифракция беше установено, че няма разлика между двете структури, само посоката на кристално образуване на клетките се променя в процеса на сушене, тоест в процеса на околната среда промяна от „мокро“ на „сухо“, кристалите AFt образуват клетки по нормалната посока на постепенно нарастване. Кристалите AFt по нормалната посока c стават все по-малко. Най-основната единица на триизмерното пространство се състои от нормална линия, b нормална линия и c нормална линия, които са перпендикулярни една на друга. В случай, че b нормалите са фиксирани, кристалите AFt се групират по нормали, което води до разширено напречно сечение на клетката в равнината на ab нормали. По този начин, ако HEMC „съхранява“ повече вода от MC, може да възникне „суха“ среда в локализирана област, насърчавайки странично агрегиране и растеж на AFt кристали. Patural и др. установи, че за самия CE, колкото по-висока е степента на полимеризация (или колкото по-голямо е молекулното тегло), толкова по-голям е вискозитетът на CE и толкова по-добра е ефективността на задържане на вода. Молекулярната структура на HEMC и MCS подкрепя тази хипотеза, като хидроксиетиловата група има много по-голямо молекулно тегло от водородната група.

Като цяло кристалите AFt ще се образуват и ще се утаят само когато съответните йони достигнат определено насищане в системата от разтвори. Следователно фактори като йонна концентрация, температура, рН стойност и пространство за образуване в реакционния разтвор могат значително да повлияят на морфологията на AFt кристалите, а промените в условията на изкуствен синтез могат да променят морфологията на AFt кристалите. Следователно, съотношението на AFt кристалите в обикновената циментова суспензия между двете може да бъде причинено от единствения фактор на потреблението на вода при ранната хидратация на цимента. Въпреки това, разликата в кристалната морфология на AFt, причинена от HEMC и MC, трябва да се дължи главно на техния специален механизъм за задържане на вода. Hemcs и MCS създават „затворен цикъл“ на водния транспорт в рамките на микрозоната на прясната циментова суспензия, позволявайки „кратък период“, в който водата е „лесна за влизане и трудна за излизане“. Въпреки това, през този период средата на течната фаза в и близо до микрозоната също се променя. Фактори като концентрация на йони, рН и др. Промяната на средата на растеж се отразява допълнително в морфологичните характеристики на AFt кристалите. Този „затворен цикъл“ на водния транспорт е подобен на механизма на действие, описан от Pourchez et al. HPMC играе роля в задържането на вода.

3. Заключение

(1) Добавянето на хидроксиетил метил целулозен етер (HEMC) и метил целулозен етер (MC) може значително да промени морфологията на етрингит в ранна (1 ден) обикновена циментова суспензия.

(2) Дължината и диаметърът на етрингитния кристал в HEMC модифицираната циментова суспензия са малки и с къса прътовидна форма; Съотношението на дължината и диаметъра на етрингитните кристали в MC модифицираната циментова суспензия е голямо, което е с форма на игла. Етрингитните кристали в обикновените циментови суспензии имат аспектно съотношение между тези две.

(3) Различните ефекти на два целулозни етера върху морфологията на етрингита се дължат основно на разликата в молекулното тегло.