Eter celuloze o morfologiji ranog etringita

Učinci hidroksietil metil celuloze etera i metil celuloze etera na morfologiju etringita u ranoj cementnoj suspenziji proučavani su skenirajućim elektronskim mikroskopom (SEM). Rezultati pokazuju da je omjer dužine i promjera kristala etringita u suspenziji modificiranoj hidroksietil metil celulozom eterom manji od onog u običnoj suspenziji, a morfologija kristala etringita je kratka šipkasta. Odnos dužine i promjera kristala etringita u suspenziji modificiranoj metil celulozom eterom je veći od onog u običnoj suspenziji, a morfologija kristala etringita je iglasta. Kristali etringita u običnim cementnim suspenzijama imaju omjer stranica negdje između. Kroz gornju eksperimentalnu studiju, dalje je jasno da je razlika molekularne težine dvije vrste celuloznog etera najvažniji faktor koji utiče na morfologiju etringita.

Ključne riječi:etringit; Odnos dužine i prečnika; Metil celulozni eter; Hidroksietil metil celuloze eter; morfologija

Etringit, kao blago ekspandirani proizvod hidratacije, ima značajan utjecaj na performanse cementnog betona i oduvijek je bio žarište istraživanja materijala na bazi cementa. Etringit je vrsta trisulfidnog tipa kalcijum aluminat hidrata, njegova hemijska formula je [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, ili se može napisati kao 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, često skraćeno kao AFt . U sistemu portland cementa, etringit uglavnom nastaje reakcijom gipsa sa aluminatnim ili željeznim aluminatnim mineralima, koji igra ulogu odlaganja hidratacije i rane čvrstoće cementa. Na formiranje i morfologiju etringita utiču mnogi faktori kao što su temperatura, pH vrednost i koncentracija jona. Već 1976. Metha et al. koristio je skenirajuću elektronsku mikroskopiju za proučavanje morfoloških karakteristika AFt i otkrio da je morfologija tako blago proširenih hidratacijskih proizvoda bila malo drugačija kada je prostor za rast bio dovoljno velik i kada je prostor bio ograničen. Prvi su uglavnom bili tanke sferule u obliku šipke, dok je drugi bio uglavnom kratka prizma u obliku šipke. Istraživanje Yang Wenyana otkrilo je da su AFt oblici različiti u različitim okruženjima očvršćavanja. Vlažna sredina bi odgodila stvaranje AFt u betonu dopiranom ekspanzijom i povećala bi mogućnost bubrenja i pucanja betona. Različite sredine utiču ne samo na formiranje i mikrostrukturu AFt, već i na njegovu zapreminsku stabilnost. Chen Huxing et al. otkrili su da se dugoročna stabilnost AFt smanjuje s povećanjem sadržaja C3A. Clark i Monteiro et al. otkrili da se s povećanjem pritiska okoline, AFt kristalna struktura mijenja iz reda u nered. Balonis i Glasser su pregledali promjene gustine AFm i AFt. Renaudin et al. proučavali strukturne promjene AFt prije i nakon potapanja u otopinu i strukturne parametre AFt u Ramanovom spektru. Kunther et al. proučavao je efekat interakcije između CSH gela kalcijum-silicijum omjera i sulfatnog jona na pritisak kristalizacije AFt NMR. Istovremeno, na osnovu primjene AFt u materijalima na bazi cementa, Wenk et al. proučavao AFt kristalnu orijentaciju betonskog presjeka kroz tehnologiju završne obrade rendgenskom difrakcijom tvrdog sinhrotronskog zračenja. Istraživano je formiranje AFt u miješanom cementu i žarište istraživanja etringita. Na osnovu odgođene reakcije etringita, neki naučnici su sproveli mnoga istraživanja o uzroku AFt faze.

Volumensko proširenje uzrokovano stvaranjem etringita je ponekad povoljno i može djelovati kao "ekspanzija" slično ekspanzionom sredstvu magnezijevog oksida kako bi se održala volumna stabilnost materijala na bazi cementa. Dodatak polimerne emulzije i redisperzibilne emulzije u prahu mijenja makroskopska svojstva materijala na bazi cementa zbog njihovog značajnog djelovanja na mikrostrukturu materijala na bazi cementa. Međutim, za razliku od redisperzibilnog emulzijskog praha koji uglavnom poboljšava svojstva vezivanja stvrdnutog maltera, vodotopivi polimer celulozni eter (CE) daje novoumiješanom malteru dobro zadržavanje vode i efekat zgušnjavanja, čime se poboljšava radni učinak. Nejonski CE se obično koristi, uključujući metil celulozu (MC), hidroksietil celulozu (HEC), hidroksipropil metil celulozu (HPMC),hidroksietil metil celuloza (HEMC)itd., a CE igra ulogu u novoumiješanom malteru, ali također utječe na proces hidratacije cementne suspenzije. Studije su pokazale da HEMC mijenja količinu AFt proizvedenog kao hidratantnog proizvoda. Međutim, nijedna studija nije sistematski uspoređivala učinak CE na mikroskopsku morfologiju AFt, tako da ovaj rad istražuje razliku između utjecaja HEMC i MC na mikroskopsku morfologiju etringhama u ranoj (1-dnevnoj) cementnoj smjesi kroz analizu slike i poređenje.

1. Eksperimentirajte

1.1 Sirovine

Kao cement u eksperimentu odabran je portland cement P·II 52.5R proizvođača Anhui Conch Cement Co., LTD. Dva etera celuloze su hidroksietil metilceluloza (HEMC) i metilceluloza (metilceluloza, Shanghai Sinopath Group) respektivno. MC); Voda za miješanje je voda iz slavine.

1.2 Eksperimentalne metode

Vodocementni omjer uzorka cementne paste bio je 0,4 (maseni omjer vode i cementa), a sadržaj celuloznog etera 1% mase cementa. Priprema uzorka je izvršena prema GB1346-2011 „Metoda ispitivanja potrošnje vode, vremena vezivanja i stabilnosti standardne konzistencije cementa“. Nakon formiranja uzorka, plastična folija je kapsulirana na površini kalupa kako bi se spriječilo isparavanje površinske vode i karbonizacija, a uzorak je stavljen u prostoriju za sušenje na temperaturi od (20±2)℃ i relativnoj vlažnosti (60±5) ) %. Nakon 1 dana kalup je uklonjen, a uzorak razbijen, zatim je iz sredine uzet mali uzorak i natopljen bezvodnim etanolom kako bi se prekinula hidratacija, a uzorak je izvađen i osušen prije ispitivanja. Osušeni uzorci su zalijepljeni na sto za uzorke provodljivim dvostranim ljepilom, a sloj zlatnog filma je poprskan na površinu pomoću Cressington 108auto automatskog instrumenta za ionsko raspršivanje. Struja raspršivanja bila je 20 mA, a vrijeme raspršivanja 60 s. FEI QUANTAFEG 650 ekološki skenirajući elektronski mikroskop (ESEM) je korišćen za posmatranje morfoloških karakteristika AFt na preseku uzorka. Za posmatranje AFT-a korišćen je režim sekundarnog elektrona visokog vakuuma. Napon ubrzanja bio je 15 kV, prečnik tačke snopa bio je 3,0 nm, a radna udaljenost je kontrolisana na oko 10 mm.

2. Rezultati i diskusija

SEM slike etringita u stvrdnutom HEMC-modificiranom cementnom suspenziju pokazale su da je orijentacijski rast slojevitog Ca (OH)2(CH) bio očigledan, a AFt je pokazao nepravilnu akumulaciju kratkog AFt u obliku šipke, a neki kratki AFT u obliku šipke je bio prekriven. sa HEMC membranskom strukturom. Zhang Dongfang i dr. također je pronađen kratki AFt u obliku šipke kada se promatraju promjene mikrostrukture HEMC modificirane cementne suspenzije kroz ESEM. Vjerovali su da obična cementna suspenzija brzo reagira nakon susreta s vodom, tako da je AFt kristal bio tanak, a produženje starosti hidratacije dovelo je do kontinuiranog povećanja omjera dužine i promjera. Međutim, HEMC je povećao viskozitet rastvora, smanjio brzinu vezivanja jona u rastvoru i odložio dolazak vode na površinu čestica klinkera, pa je odnos dužine i prečnika AFt rastao u slabom trendu i njegove morfološke karakteristike su pokazale kratki oblik u obliku štapa. U usporedbi s AFt u običnoj cementnoj smjesi iste starosti, ova teorija je djelomično potvrđena, ali nije primjenjiva za objašnjenje morfoloških promjena AFt u MC modificiranoj cementnoj suspenziji. SEM slike ettridita u 1-dnevno stvrdnutom MC modificiranom cementnom suspenziju također su pokazale usmjereni rast slojevitog Ca(OH)2, neke AFt površine su također bile prekrivene filmskom strukturom MC, a AFt je pokazao morfološke karakteristike rasta klastera. Međutim, za usporedbu, AFt kristal u MC modificiranoj cementnoj suspenziji ima veći omjer dužine i promjera i vitkiju morfologiju, pokazujući tipičnu igličastu morfologiju.

I HEMC i MC su odgodili rani proces hidratacije cementa i povećali viskozitet otopine, ali su razlike u AFt morfološkim karakteristikama uzrokovane njima i dalje bile značajne. Gore navedeni fenomeni mogu se dalje razraditi iz perspektive molekularne strukture celuloznog etra i AFt kristalne strukture. Renaudin et al. sintetizovani AFt namočio u pripremljenu alkalnu otopinu da dobije „mokri AFt“, te ga djelimično uklonio i osušio na površini zasićenog rastvora CaCl2 (35% relativne vlažnosti) da bi se dobio „suvi AFt“. Nakon proučavanja rafiniranja strukture Ramanovom spektroskopijom i difrakcijom rendgenskih zraka na prahu, ustanovljeno je da nema razlike između ove dvije strukture, već se mijenja samo smjer formiranja kristala ćelija u procesu sušenja, odnosno u procesu okoliša. mijenjaju se iz “mokrog” u “suvo”, AFt kristali formiraju ćelije duž normalnog smjera postupno povećavaju. Kristali AFt duž c-normalnog smjera postajali su sve manji i manji. Najosnovniju jedinicu trodimenzionalnog prostora čine normalna linija, b normalna linija i c normalna linija koje su okomite jedna na drugu. U slučaju da su b normale bile fiksirane, AFt kristali su se skupljali duž normale, što je rezultiralo povećanim poprečnim presjekom ćelije u ravni ab normala. Dakle, ako HEMC „skladišti“ više vode od MC, „suvo“ okruženje može nastati u lokalizovanom području, podstičući bočnu agregaciju i rast AFt kristala. Patural et al. otkrili su da je za sam CE veći stepen polimerizacije (ili veća molekularna težina), veći je viskozitet CE i bolje performanse zadržavanja vode. Molekularna struktura HEMC i MCS podržava ovu hipotezu, s tim da hidroksietilna grupa ima mnogo veću molekulsku masu od grupe vodika.

Generalno, AFt kristali će se formirati i taložiti samo kada relevantni joni dostignu određeno zasićenje u sistemu rastvora. Stoga faktori kao što su koncentracija jona, temperatura, pH vrijednost i prostor za formiranje u reakcijskoj otopini mogu značajno utjecati na morfologiju AFt kristala, a promjene u uvjetima umjetne sinteze mogu promijeniti morfologiju AFt kristala. Stoga, odnos AFt kristala u običnoj cementnoj suspenziji između njih može biti uzrokovan jednim faktorom potrošnje vode u ranoj hidrataciji cementa. Međutim, razlika u morfologiji AFt kristala uzrokovana HEMC i MC bi trebala biti uglavnom zbog njihovog posebnog mehanizma zadržavanja vode. Hemcs i MCS stvaraju “zatvorenu petlju” transporta vode unutar mikrozone svježe cementne smjese, omogućavajući “kratki period” u kojem se voda “lako ulazi, a teško izlazi”. Međutim, tokom ovog perioda, okruženje tečne faze u i blizu mikrozone se takođe menja. Faktori kao što su koncentracija jona, pH, itd., Promjena sredine rasta se dalje odražava na morfološke karakteristike AFt kristala. Ova “zatvorena petlja” transporta vode je slična mehanizmu djelovanja koji su opisali Pourchez et al. HPMC igra ulogu u zadržavanju vode.

3. Zaključak

(1) Dodatak hidroksietil metil celuloze (HEMC) i metil celuloze (MC) može značajno promijeniti morfologiju etringita u ranoj (1 dan) običnoj cementnoj suspenziji.

(2) Dužina i promjer kristala etringita u HEMC modificiranoj cementnoj suspenziji su mali i kratki u obliku šipke; Odnos dužine i promjera kristala etringita u MC modificiranoj cementnoj suspenziji je velik, što je igličastog oblika. Kristali etringita u običnim cementnim suspenzijama imaju omjer između ova dva.

(3) Različiti efekti dva etera celuloze na morfologiju etringita su u suštini posljedica razlike u molekularnoj težini.