Utjecaj etera celuloze na toplinu hidratacije različitih cementa i pojedinačne rude

Učinci celuloznog etera na toplotu hidratacije portland cementa, sulfoaluminatnog cementa, trikalcijum silikata i trikalcijum aluminata u toku 72h upoređivani su testom izotermne kalorimetrije. Rezultati pokazuju da celulozni eter može značajno smanjiti brzinu hidratacije i oslobađanja topline portland cementa i trikalcij silikata, a značajniji je učinak smanjenja na brzinu hidratacije i oslobađanja topline trikalcij silikata. Učinak celuloznog etera na smanjenje brzine oslobađanja topline hidratacije sulfoaluminatnog cementa je vrlo slab, ali ima slab učinak na poboljšanje brzine oslobađanja topline hidratacije trikalcij aluminata. Eter celuloze će biti adsorbiran od strane nekih hidratacijskih proizvoda, odgađajući tako kristalizaciju proizvoda hidratacije, a zatim će utjecati na brzinu oslobađanja hidratacijske topline cementa i pojedinačne rude.

Ključne riječi:celulozni eter; Cement; Pojedinačna ruda; Toplina hidratacije; adsorpcija

1. Uvod

Eter celuloze je važno sredstvo za zgušnjavanje i sredstvo za zadržavanje vode u suhom miješanom malteru, samozbijajućem betonu i drugim novim materijalima na bazi cementa. Međutim, celulozni eter će također odgoditi hidrataciju cementa, što doprinosi poboljšanju radnog vremena materijala na bazi cementa, poboljšanju konzistencije maltera i gubitku vremena slijeganja betona, ali također može odgoditi napredak izgradnje. Naročito će imati štetne efekte na malter i beton koji se koristi u uslovima niske temperature. Stoga je vrlo važno razumjeti zakon celuloznog etera o kinetici hidratacije cementa.

OU i Pourchez su sistematski proučavali efekte molekularnih parametara kao što su molekulska težina celuloznog etra, tip supstituenta ili stepen supstitucije na kinetiku hidratacije cementa i izveli mnoge važne zaključke: Sposobnost hidroksietil celuloznog etera (HEC) da odloži hidrataciju cement je obično jači od etera metil celuloze (HPMC), etera hidroksimetil etil celuloze (HEMC) i etera metil celuloze (MC). U celuloznom eteru koji sadrži metil, što je niži sadržaj metila, to je jača sposobnost odlaganja hidratacije cementa; Što je manja molekularna težina celuloznog etera, to je jača sposobnost odlaganja hidratacije cementa. Ovi zaključci daju naučnu osnovu za ispravan odabir celuloznog etra.

Za različite komponente cementa, učinak celuloznog etera na kinetiku hidratacije cementa također je vrlo zabrinut problem u inženjerskim aplikacijama. Međutim, nema istraživanja o ovom aspektu. U ovom radu proučavan je utjecaj celuloznog etera na kinetiku hidratacije običnog portland cementa, C3S (trikalcij silikata), C3A (trikalcij aluminata) i sulfoaluminatnog cementa (SAC) kroz izotermni kalorimetrijski test, kako bi se dodatno razumjela interakcija i unutrašnji mehanizam između celuloznog etera i proizvoda hidratacije cementa. Pruža daljnju naučnu osnovu za racionalnu upotrebu etera celuloze u materijalima na bazi cementa, a također pruža istraživačku osnovu za interakciju između ostalih dodataka i proizvoda hidratacije cementa.

2. Test

2.1 Sirovine

(1) obični portland cement (P·0). Proizveden od strane Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., specifikacija je P·042.5 (GB 175-2007), određena rendgenskim fluorescentnim spektrometrom disperzije talasne dužine (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Prema analizi softvera JADE 5.0, pored minerala cementnog klinkera C3S, C2s, C3A, C4AF i gipsa, cementne sirovine uključuju i kalcijum karbonat.

(2) sulfoaluminatni cement (SAC). Brzi tvrdi sulfoaluminatni cement koji proizvodi Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. je R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Njegove glavne grupe su kalcijum sulfoaluminat i dikalcijum silikat.

(3) trikalcijum silikat (C3S). Pres Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 i H2O u omjeru 3:1:0,08: Maseni omjer 10 je ravnomjerno pomiješan i presovan pod konstantnim pritiskom od 60 MPa da bi se dobila cilindrična zelena gredica. Gredica je kalcinirana na 1400 ℃ 1,5 ~ 2 h u visokotemperaturnoj električnoj peći silicijum-molibdena, a zatim prebačena u mikrotalasnu pećnicu za dalje zagrevanje u mikrotalasnoj pećnici 40 minuta. Nakon vađenja gredica, naglo je hlađena i više puta lomljena i kalcinirana sve dok sadržaj slobodnog CaO u gotovom proizvodu nije bio manji od 1,0%

(4) trikalcijum aluminat (c3A). CaO i A12O3 su pomešani ravnomerno, kalcinisani na 1450℃ 4 h u električnoj peći sa silicijum-molibdenom, mleveni u prah i više puta kalcinisani sve dok sadržaj slobodnog CaO nije bio manji od 1,0%, a pikovi C12A7 i CA nisu bili ignorisano.

(5) celulozni etar. Prethodni rad uporedio je efekte 16 vrsta celuloznih etera na hidrataciju i brzinu oslobađanja toplote običnog portland cementa i otkrio da različite vrste celuloznih etera imaju značajne razlike u zakonu hidratacije i oslobađanja toplote cementa i analizirao unutrašnji mehanizam. ove značajne razlike. Prema rezultatima prethodnog istraživanja, odabrane su tri vrste celuloznog etera koje imaju očito usporavanje na obični portland cement. To uključuje etar hidroksietil celuloze (HEC), etar hidroksipropil metil celuloze (HPMC) i etar hidroksietil metil celuloze (HEMC). Viskoznost celuloznog etera mjerena je rotacionim viskozimetrom sa ispitnom koncentracijom od 2%, temperaturom od 20℃ i brzinom rotacije od 12 o/min. Viskoznost celuloznog etera mjerena je rotacionim viskozimetrom sa ispitnom koncentracijom od 2%, temperaturom od 20℃ i brzinom rotacije od 12 o/min. Stepen molarne supstitucije celuloznog etra daje proizvođač.

(6) Voda. Koristite sekundarnu destilovanu vodu.

2.2 Metoda ispitivanja

Toplota hidratacije. Usvojen je 8-kanalni izotermni kalorimetar TAM Air kompanije TA Instrument. Sve sirovine su održavane na konstantnoj temperaturi do temperature testiranja (kao što je (20±0,5)℃) prije eksperimenta. Prvo je u kalorimetar dodato 3 g cementa i 18 mg praha celuloznog etera (maseni omjer celuloznog etera i cemelativnog materijala bio je 0,6%). Nakon potpunog miješanja dodana je miješana voda (sekundarna destilovana voda) prema navedenom odnosu voda-cement i ravnomjerno promiješana. Zatim je brzo stavljen u kalorimetar radi testiranja. Omjer vezivanja vode c3A je 1,1, a omjer veziva vode za ostala tri cementna materijala je 0,45.

3. Rezultati i diskusija

3.1 Rezultati ispitivanja

Učinci HEC, HPMC i HEMC na brzinu oslobađanja hidratacijske topline i kumulativnu brzinu oslobađanja topline običnog portland cementa, C3S i C3A unutar 72 h, te efekti HEC na brzinu oslobađanja hidratacijske topline i kumulativnu brzinu oslobađanja topline sulfoaluminatnog cementa u roku od 72 h, HEC je eter celuloze sa najjačim efektom odlaganja na hidrataciju ostalih cementa i pojedinačne rude. Kombinirajući ova dva efekta, može se otkriti da s promjenom sastava cementnog materijala, celulozni eter ima različite efekte na brzinu oslobađanja topline hidratacije i kumulativno oslobađanje topline. Odabrani celulozni eter može značajno smanjiti hidrataciju i brzinu oslobađanja topline običnog portland cementa i C, S, uglavnom produžava vrijeme indukcijskog perioda, odgađa pojavu hidratacije i vrha oslobađanja topline, među kojima eter celuloze do C, S hidratacije i kašnjenje brzine oslobađanja topline je očiglednije od obične hidratacije portland cementa i kašnjenja brzine oslobađanja topline; Eter celuloze također može odgoditi brzinu oslobađanja topline hidratacije sulfoaluminatnog cementa, ali sposobnost odlaganja je vrlo slaba, i uglavnom odlaže hidrataciju nakon 2 h; Za brzinu oslobađanja toplote hidratacije C3A, celulozni eter ima slabu sposobnost ubrzavanja.

3.2 Analiza i diskusija

Mehanizam celuloznog etera odlaže hidrataciju cementa. Silva et al. pretpostavio je da celulozni eter povećava viskoznost rastvora pora i ometa brzinu jonskog kretanja, čime odlaže hidrataciju cementa. Međutim, mnoga literatura sumnja u ovu pretpostavku, jer su njihovi eksperimenti otkrili da eteri celuloze nižeg viskoziteta imaju jaču sposobnost odlaganja hidratacije cementa. U stvari, vrijeme kretanja ili migracije jona je toliko kratko da se očito ne može usporediti s vremenom kašnjenja hidratacije cementa. Smatra se da je adsorpcija između celuloznog etera i produkata hidratacije cementa pravi razlog kašnjenja hidratacije cementa celuloznim eterom. Eter celuloze se lako adsorbuje na površinu proizvoda hidratacije kao što su kalcijum hidroksid, CSH gel i kalcijum aluminat hidrat, ali ga nije lako adsorbovati etringitom i nehidratizovanom fazom, a kapacitet adsorpcije celuloznog etera na kalcijum hidroksidu je veći od ono od CSH gela. Stoga, za obične proizvode za hidrataciju portland cementa, celulozni eter ima najjače kašnjenje na kalcijum hidroksidu, najjače kašnjenje na kalcij, drugo kašnjenje na CSH gelu i najslabije kašnjenje na etringit.

Prethodne studije su pokazale da adsorpcija između nejonskog polisaharida i mineralne faze uglavnom uključuje vodoničnu vezu i hemijsko kompleksiranje, a ova dva efekta se javljaju između hidroksilne grupe polisaharida i metalnog hidroksida na površini minerala. Liu et al. dalje klasifikovao adsorpciju između polisaharida i metalnih hidroksida kao kiselo-bazne interakcije, sa polisaharidima kao kiselinama i metalnim hidroksidima kao bazama. Za dati polisaharid, alkalnost površine minerala određuje jačinu interakcije između polisaharida i minerala. Među četiri komponente za želiranje koje su proučavane u ovom radu, glavni metalni ili nemetalni elementi uključuju Ca, Al i Si. Prema redosledu aktivnosti metala, alkalnost njihovih hidroksida je Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. U stvari, rastvor Si(OH)4 je kisel i ne adsorbuje etar celuloze. sadržaj Ca(OH)2 na površini proizvoda hidratacije cementa određuje adsorpcioni kapacitet produkata hidratacije i celuloznog etra. Zbog kalcijum hidroksida, CSH gela (3CaO·2SiO2·3H20), etringita (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). i kalcijum aluminat hidrata (3CaO·Al2O3·6H2O) u sadržaju neorganskih oksida CaO iznosi 100%, 58,33%, 49,56% i 62,2% Prema tome, redosled njihovog adsorpcionog kapaciteta sa celuloznim eterom je kalcijum hidroksid >%. aluminat >CSH gel > etringit, što je u skladu sa rezultatima u literaturi.

Produkti hidratacije c3S uglavnom uključuju Ca(OH) i csH gel, a celulozni eter ima dobar efekat odlaganja na njih. Stoga, celulozni etar ima vrlo očito kašnjenje u hidrataciji C3s. Pored c3S, obični portland cement uključuje i hidrataciju C2s koja je sporija, zbog čega efekat kašnjenja celuloznog etra nije očigledan u ranoj fazi. Produkti hidratacije običnog silikata također uključuju etringit, a efekat odlaganja celuloznog etera je slab. Stoga je sposobnost kašnjenja etera celuloze na c3s jača od one kod običnog portland cementa uočenog u testu.

C3A će se brzo otopiti i hidratizirati kada se susreće s vodom, a proizvodi hidratacije su obično C2AH8 i c4AH13, a toplina hidratacije će se osloboditi. Kada otopina C2AH8 i c4AH13 dostigne zasićenje, formirat će se kristalizacija C2AH8 i C4AH13 heksagonalnog hidrata, a brzina reakcije i toplina hidratacije će se istovremeno smanjiti. Zbog adsorpcije etera celuloze na površinu kalcijum aluminat hidrata (CxAHy), prisutnost celuloznog etera bi odgodila kristalizaciju hidrata sa heksagonalnim pločama C2AH8 i C4AH13, što bi rezultiralo smanjenjem brzine reakcije i brzine oslobađanja topline hidratacije od one čistog C3A, što pokazuje da eter celuloze ima slabu sposobnost ubrzanja hidratacije C3A. Vrijedi napomenuti da u ovom testu celulozni eter ima slabu sposobnost ubrzavanja hidratacije čistog c3A. Međutim, u običnom portland cementu, pošto će c3A reagovati sa gipsom i formirati etringit, zbog uticaja ravnoteže ca2+ u rastvoru kaše, celulozni eter će odgoditi formiranje etringita, odgađajući tako hidrataciju c3A.

Iz učinaka HEC, HPMC i HEMC na hidrataciju i brzinu oslobađanja topline i kumulativno oslobađanje topline običnog portland cementa, C3S i C3A unutar 72 h, te učinaka HEC na brzinu hidratacije i oslobađanja topline i kumulativno oslobađanje topline sulfoaluminata cementa u roku od 72 h, može se vidjeti da je među tri odabrana etera celuloze Sposobnost odložene hidratacije c3s i Portland cementa bila najjača u HEC, zatim HEMC, a najslabija u HPMC. Što se tiče C3A, sposobnost tri etera celuloze da ubrzaju hidrataciju je također istog reda, odnosno HEC je najjači, HEMC je drugi, HPMC je najslabiji i najjači. To je obostrano potvrdilo da je eter celuloze odgodio stvaranje hidratacijskih produkata želirajućih materijala.

Glavni proizvodi hidratacije sulfoaluminatnog cementa su etringit i Al(OH)3 gel. C2S u sulfoaluminatnom cementu će također odvojeno hidratizirati i formirati Ca(OH)2 i cSH gel. Budući da se adsorpcija celuloznog etera i etringita može zanemariti, a hidratacija sulfoaluminata je prebrza, stoga, u ranoj fazi hidratacije, celulozni eter ima mali utjecaj na brzinu oslobađanja topline hidratacije sulfoaluminatnog cementa. Ali do određenog vremena hidratacije, jer će c2s odvojeno hidratizirati da bi stvorio Ca(OH)2 i CSH gel, ova dva proizvoda hidratacije će biti odgođena celuloznim eterom. Stoga je uočeno da celulozni eter odlaže hidrataciju sulfoaluminatnog cementa nakon 2 h.

4. Zaključak

U ovom radu, testom izotermne kalorimetrije, upoređen je zakon uticaja i mehanizam formiranja celuloznog etera na toplotu hidratacije običnog portland cementa, c3s, c3A, sulfoaluminatnog cementa i drugih različitih komponenti i pojedinačne rude za 72 h. Glavni zaključci su sljedeći:

(1) Eter celuloze može značajno smanjiti brzinu oslobađanja hidratacijske topline običnog portland cementa i trikalcij silikata, a učinak smanjenja brzine oslobađanja hidratacijske topline trikalcij silikata je značajniji; Učinak celuloznog etera na smanjenje brzine oslobađanja topline sulfoaluminatnog cementa je vrlo slab, ali ima slab učinak na poboljšanje brzine oslobađanja topline trikalcij aluminata.

(2) eter celuloze će biti adsorbiran od strane nekih hidratacijskih proizvoda, odgađajući tako kristalizaciju hidratacijskih proizvoda, utječući na brzinu oslobađanja topline hidratacije cementa. Vrsta i količina hidratacijskih produkata su različiti za različite komponente rude cementa, tako da učinak celuloznog etera na njihovu hidratacijsku toplinu nije isti.