Ефект на целулозен етер върху топлината на хидратация на различен цимент и единична руда

ефектите на целулозен етер върху топлината на хидратация на портландцимент, сулфоалуминатен цимент, трикалциев силикат и трикалциев алуминат за 72 часа бяха сравнени чрез изотермичен калориметричен тест. Резултатите показват, че целулозен етер може значително да намали скоростта на хидратация и отделяне на топлина на Портланд цимент и трикалциев силикат, а ефектът на намаляване на скоростта на хидратация и отделяне на топлина на трикалциев силикат е по-значителен. Ефектът на целулозния етер върху намаляването на скоростта на отделяне на топлина при хидратацията на сулфоалуминатен цимент е много слаб, но има слаб ефект върху подобряването на скоростта на отделяне на топлина при хидратацията на трикалциев алуминат. Целулозният етер ще бъде адсорбиран от някои продукти на хидратация, като по този начин ще забави кристализацията на продуктите на хидратация и след това ще повлияе на скоростта на отделяне на топлина от хидратация на цимента и единичната руда.

Ключови думи:целулозен етер; цимент; Единична руда; Топлина на хидратация; адсорбция

1. Въведение

Целулозният етер е важен сгъстител и водозадържащ агент в сух смесен хоросан, самоуплътняващ се бетон и други нови материали на циментова основа. Целулозният етер обаче също ще забави хидратацията на цимента, което е благоприятно за подобряване на експлоатационното време на материалите на основата на цимент, подобряване на консистенцията на хоросана и загубата на време за слягане на бетона, но също така може да забави напредъка на строителството. По-специално, това ще има неблагоприятни ефекти върху хоросан и бетон, използвани в условия на ниска температура. Следователно е много важно да се разбере законът на целулозния етер върху кинетиката на хидратация на цимента.

OU и Pourchez систематично проучват ефектите на молекулните параметри като молекулно тегло на целулозен етер, тип заместител или степен на заместване върху кинетиката на хидратиране на цимента и правят много важни заключения: Способността на хидроксиетилцелулозен етер (HEC) да забавя хидратацията на циментът обикновено е по-здрав от този на метилцелулозен етер (НРМС), хидроксиметил етил целулозен етер (HEMC) и метилцелулозен етер (МС). В целулозния етер, съдържащ метил, колкото по-ниско е съдържанието на метил, толкова по-силна е способността за забавяне на хидратацията на цимента; Колкото по-ниско е молекулното тегло на целулозния етер, толкова по-силна е способността за забавяне на хидратацията на цимента. Тези заключения осигуряват научна основа за правилния избор на целулозен етер.

За различните компоненти на цимента, ефектът на целулозен етер върху кинетиката на хидратация на цимента също е много загрижен проблем в инженерните приложения. Въпреки това, няма изследвания по този аспект. В тази статия влиянието на целулозен етер върху кинетиката на хидратация на обикновен портланд цимент, C3S (трикалциев силикат), C3A (трикалциев алуминат) и сулфоалуминатен цимент (SAC) е изследвано чрез изотермичен калориметричен тест, така че да се разбере по-нататък взаимодействието и вътрешен механизъм между целулозен етер и продукти на хидратация на цимента. Той осигурява допълнителна научна основа за рационално използване на целулозен етер в материали на основата на цимент и също така осигурява изследователска основа за взаимодействието между други добавки и продукти за хидратиране на цимента.

2. Тест

2.1 Суровини

(1) обикновен портланд цимент (P·0). Произведен от Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., спецификацията е P· 042.5 (GB 175-2007), определена от рентгенов флуоресцентен спектрометър с дисперсия на дължината на вълната (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Според анализа на софтуера JADE 5.0, в допълнение към циментовите клинкерни минерали C3S, C2s, C3A, C4AF и гипс, циментовите суровини включват и калциев карбонат.

(2) сулфоалуминатен цимент (SAC). Бързият твърд сулфоалуминатен цимент, произведен от Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd., е R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Основните му групи са калциев сулфоалуминат и дикалциев силикат.

(3) трикалциев силикат (C3S). Преса Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 и H2O при 3:1:0,08: Масово съотношение 10 се смесва равномерно и се пресова при постоянно налягане от 60MPa, за да се получи цилиндрична зелена заготовка. Заготовката се калцинира при 1400 ℃ за 1,5 ~ 2 часа във високотемпературна електрическа пещ от силициево-молибденов прът и след това се премества в микровълнова фурна за допълнително микровълново нагряване за 40 минути. След изваждане на заготовката, тя беше рязко охладена и многократно начупена и калцинирана, докато съдържанието на свободен CaO в крайния продукт беше по-малко от 1,0%

(4) трикалциев алуминат (c3A). CaO и A12O3 се смесват равномерно, калцинират се при 1450 ℃ в продължение на 4 часа в електрическа пещ със силициево-молибденов прът, стриват се на прах и многократно се калцинират, докато съдържанието на свободен CaO стане по-малко от 1,0%, и пиковете на C12A7 и CA се определят игнориран.

(5) целулозен етер. Предишната работа сравнява ефектите на 16 вида целулозни етери върху скоростта на хидратация и отделяне на топлина на обикновен портланд цимент и установи, че различните видове целулозни етери имат значителни разлики в закона за хидратация и освобождаване на топлина на цимента и анализира вътрешния механизъм от тази значителна разлика. Според резултатите от предишно проучване бяха избрани три вида целулозен етер, които имат очевидно забавящ ефект върху обикновения портланд цимент. Те включват хидроксиетил целулозен етер (HEC), хидроксипропил метил целулозен етер (HPMC) и хидроксиетил метил целулозен етер (HEMC). Вискозитетът на целулозен етер се измерва с ротационен вискозиметър с тестова концентрация 2%, температура 20 ℃ и скорост на въртене 12 r/min. Вискозитетът на целулозен етер се измерва с ротационен вискозиметър с тестова концентрация 2%, температура 20 ℃ и скорост на въртене 12 r/min. Моларната степен на заместване на целулозния етер се предоставя от производителя.

(6) Вода. Използвайте вторична дестилирана вода.

2.2 Метод на изпитване

Топлина на хидратация. Приет е 8-канален изотермичен калориметър TAM Air, произведен от TA Instrument Company. Всички суровини се поддържат при постоянна температура до тестова температура (като (20±0,5)℃) преди експеримента. Първо, 3 g цимент и 18 mg целулозен етер на прах бяха добавени в калориметъра (масовото съотношение на целулозния етер към цемелативния материал беше 0,6%). След пълно смесване се добавя смесена вода (вторично дестилирана вода) в съответствие с определеното съотношение вода-цимент и се разбърква равномерно. След това бързо беше поставен в калориметъра за тестване. Съотношението вода-свързващо вещество на c3A е 1,1, а съотношението вода-свързващо вещество на другите три циментови материала е 0,45.

3. Резултати и обсъждане

3.1 Резултати от теста

Ефектите на HEC, HPMC и HEMC върху скоростта на отделяне на топлина при хидратиране и скоростта на кумулативно отделяне на топлина на обикновен портланд цимент, C3S и C3A в рамките на 72 часа и ефектите на HEC върху скоростта на отделяне на топлина при хидратиране и скоростта на кумулативно отделяне на топлина на сулфоалуминатен цимент в рамките на 72 часа, HEC е целулозен етер с най-силен забавящ ефект върху хидратацията на друг цимент и единична руда. Комбинирайки двата ефекта, може да се установи, че с промяната на състава на циментовия материал, целулозен етер има различни ефекти върху скоростта на отделяне на топлина при хидратация и кумулативното освобождаване на топлина. Избраният целулозен етер може значително да намали хидратацията и скоростта на отделяне на топлина на обикновения портланд цимент и C, S, главно удължава времето на индукционния период, забавя появата на пика на хидратация и отделяне на топлина, сред които целулозният етер до C, S хидратация и забавянето на скоростта на отделяне на топлина е по-очевидно от обикновената хидратация на портланд цимент и забавянето на скоростта на отделяне на топлина; Целулозният етер може също да забави скоростта на отделяне на топлина при хидратиране на сулфоалуминатен цимент, но способността за забавяне е много слаба и основно забавя хидратацията след 2 часа; За скоростта на отделяне на топлина при хидратация на C3A целулозният етер има слаба ускоряваща способност.

3.2 Анализ и дискусия

Механизмът на целулозния етер забавя хидратацията на цимента. Силва и др. предположиха, че целулозният етер повишава вискозитета на разтвора на порите и възпрепятства скоростта на движение на йони, като по този начин забавя хидратацията на цимента. Много литература обаче поставя под съмнение това предположение, тъй като техните експерименти са установили, че целулозните етери с по-нисък вискозитет имат по-силна способност да забавят хидратацията на цимента. Всъщност времето на движение или миграция на йони е толкова кратко, че очевидно не е сравнимо с времето на забавяне на хидратацията на цимента. Адсорбцията между целулозния етер и продуктите за хидратиране на цимента се счита за истинската причина за забавянето на хидратацията на цимента от целулозния етер. Целулозният етер лесно се адсорбира върху повърхността на хидратиращи продукти като калциев хидроксид, CSH гел и калциев алуминатен хидрат, но не е лесно да се адсорбира от етрингит и нехидратирана фаза, а адсорбционният капацитет на целулозен етер върху калциевия хидроксид е по-висок от този на CSH гел. Следователно, за обикновени продукти за хидратиране на портланд цимент, целулозен етер има най-силно забавяне на калциев хидроксид, най-силно забавяне на калций, второ забавяне на CSH гел и най-слабо забавяне на етрингит.

Предишни проучвания показват, че адсорбцията между нейонен полизахарид и минерална фаза включва главно водородно свързване и химическо комплексообразуване и тези два ефекта възникват между хидроксилната група на полизахарида и металния хидроксид върху минералната повърхност. Liu и др. допълнително класифицира адсорбцията между полизахариди и метални хидроксиди като киселинно-основно взаимодействие, с полизахаридите като киселини и металните хидроксиди като основи. За даден полизахарид алкалността на минералната повърхност определя силата на взаимодействието между полизахаридите и минералите. Сред четирите желиращи компонента, изследвани в тази статия, основните метални или неметални елементи включват Ca, Al и Si. Според реда на металната активност, алкалността на техните хидроксиди е Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Всъщност разтворът на Si(OH)4 е кисел и не адсорбира целулозен етер. Следователно, съдържанието на Ca(OH)2 на повърхността на продуктите на хидратация на цимента определя адсорбционния капацитет на продуктите на хидратация и целулозния етер Тъй като калциевият хидроксид, CSH гел (3CaO·2SiO2·3H20), етрингит (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). и калциев алуминат хидрат (3CaO·Al2O3·6H2O) в съдържанието на неорганични оксиди на CaO е 100%, 58,33%, 49,56% и 62,2%. Следователно редът на тяхната адсорбционна способност с целулозен етер е калциев хидроксид > калций алуминат >CSH гел > етрингит, което е в съответствие с резултатите в литературата.

Продуктите на хидратация на c3S включват главно Ca (OH) и csH гел, а целулозен етер има добър забавящ ефект върху тях. Следователно, целулозният етер има много очевидно забавяне на C3s хидратацията. Освен c3S, обикновеният портланд цимент също включва C2s хидратация, която е по-бавна, което прави ефекта на забавяне на целулозния етер неочевиден в ранния етап. Продуктите на хидратация на обикновения силикат също включват етрингит, а забавящият ефект на целулозния етер е слаб. Следователно способността за забавяне на целулозния етер спрямо c3s е по-силна от тази на обикновения портланд цимент, наблюдавана при теста.

C3A ще се разтвори и хидратира бързо, когато срещне вода, а продуктите на хидратация обикновено са C2AH8 и c4AH13 и топлината на хидратация ще бъде освободена. Когато разтворът на C2AH8 и c4AH13 достигне насищане, ще се образува кристализация на C2AH8 и C4AH13 хексагонален листов хидрат и скоростта на реакцията и топлината на хидратация ще бъдат намалени в същото време. Поради адсорбцията на целулозен етер към повърхността на калциев алуминат хидрат (CxAHy), присъствието на целулозен етер би забавило кристализацията на C2AH8 и C4AH13 хидрат с шестоъгълна плоча, което води до намаляване на скоростта на реакцията и скоростта на отделяне на топлина при хидратация от тази на чист C3A, което показва, че целулозен етер има слаба способност за ускоряване на C3A хидратация. Струва си да се отбележи, че в този тест целулозен етер има слаба ускоряваща способност за хидратиране на чист c3A. Въпреки това, в обикновения портланд цимент, тъй като c3A ще реагира с гипса, за да образува етрингит, поради влиянието на баланса на Ca2+ в суспензионния разтвор, целулозен етер ще забави образуването на етрингит, като по този начин забавя хидратацията на c3A.

От ефектите на HEC, HPMC и HEMC върху скоростта на хидратация и топлоотделяне и кумулативното топлоотделяне на обикновен портланд цимент, C3S и C3A в рамките на 72 часа и ефектите на HEC върху хидратацията и скоростта на топлоотделяне и кумулативното топлоотделяне на сулфоалуминат цимент в рамките на 72 часа, може да се види, че сред трите избрани целулозни етера, способността за забавена хидратация на c3s и портландцимент е най-силна в HEC, следвана от HEMC и най-слаба в HPMC. Що се отнася до C3A, способността на трите целулозни етера да ускоряват хидратацията също е в същия ред, тоест HEC е най-силен, HEMC е вторият, HPMC е най-слабият и най-силен. Това взаимно потвърждава, че целулозният етер е забавил образуването на продукти на хидратация на желиращи материали.

Основните хидратиращи продукти на сулфоалуминатния цимент са етрингит и Al(OH)3 гел. C2S в сулфоалуминатния цимент също ще се хидратира отделно, за да образува Ca(OH)2 и cSH гел. Тъй като адсорбцията на целулозен етер и етрингит може да бъде пренебрегната и хидратацията на сулфоалумината е твърде бърза, следователно в ранния етап на хидратация целулозен етер има малък ефект върху скоростта на отделяне на топлина при хидратиране на сулфоалуминатен цимент. Но до определено време на хидратация, тъй като c2s ще се хидратират отделно, за да генерират Ca(OH)2 и CSH гел, тези два продукта на хидратация ще бъдат забавени от целулозен етер. Следователно беше наблюдавано, че целулозен етер забавя хидратацията на сулфоалуминатен цимент след 2 часа.

4. Заключение

В тази статия чрез изотермичен калориметричен тест бяха сравнени законът за влияние и механизмът на образуване на целулозен етер върху топлината на хидратация на обикновен портланд цимент, c3s, c3A, сулфоалуминатен цимент и други различни компоненти и единична руда за 72 часа. Основните изводи са следните:

(1) Целулозният етер може значително да намали скоростта на отделяне на топлина от хидратация на обикновен портланд цимент и трикалциев силикат, а ефектът от намаляване на скоростта на отделяне на топлина от хидратация на трикалциев силикат е по-значим; Ефектът на целулозния етер върху намаляването на скоростта на отделяне на топлина от сулфоалуминатния цимент е много слаб, но има слаб ефект върху подобряването на скоростта на отделяне на топлина на трикалциевия алуминат.

(2) целулозен етер ще бъде адсорбиран от някои продукти на хидратация, като по този начин забавя кристализацията на продуктите на хидратация, засягайки скоростта на отделяне на топлина при хидратиране на цимента. Видът и количеството на хидратиращите продукти са различни за различните компоненти на циментовата руда, така че ефектът на целулозния етер върху тяхната хидратираща топлина не е еднакъв.