Efecte de l'èter de cel·lulosa sobre la calor d'hidratació de diferents ciments i minerals

Es van comparar els efectes de l'èter de cel·lulosa sobre la calor d'hidratació del ciment Portland, el ciment sulfoaluminat, el silicat tricàlcic i l'aluminat tricálcic en 72 h mitjançant una prova de calorimetria isotèrmica. Els resultats mostren que l'èter de cel·lulosa pot reduir significativament la taxa d'hidratació i alliberament de calor del ciment Portland i el silicat tricàlcic, i l'efecte de disminució de la taxa d'hidratació i alliberament de calor del silicat tricálcic és més significatiu. L'efecte de l'èter de cel·lulosa en la reducció de la taxa d'alliberament de calor de la hidratació del ciment sulfoaluminat és molt feble, però té un efecte feble en la millora de la velocitat d'alliberament de calor de la hidratació de l'aluminat tricálcic. L'èter de cel·lulosa serà adsorbit per alguns productes d'hidratació, retardant així la cristal·lització dels productes d'hidratació i, a continuació, afectarà la taxa d'alliberament de calor d'hidratació del ciment i del mineral únic.

Paraules clau:èter de cel·lulosa; ciment; mineral únic; Calor d'hidratació; adsorció

1. Introducció

L'èter de cel·lulosa és un important agent espessidor i agent de retenció d'aigua en morter sec, formigó autocompactant i altres nous materials a base de ciment. No obstant això, l'èter de cel·lulosa també retardarà la hidratació del ciment, cosa que ajuda a millorar el temps de funcionament dels materials a base de ciment, millorar la consistència del morter i la pèrdua de temps d'enfonsament del formigó, però també pot retardar el progrés de la construcció. En particular, tindrà efectes adversos sobre el morter i el formigó utilitzats en condicions ambientals de baixa temperatura. Per tant, és molt important entendre la llei de l'èter de cel·lulosa sobre la cinètica d'hidratació del ciment.

OU i Pourchez van estudiar sistemàticament els efectes de paràmetres moleculars com el pes molecular de l'èter de cel·lulosa, el tipus de substituent o el grau de substitució sobre la cinètica d'hidratació del ciment, i van treure moltes conclusions importants: La capacitat de l'èter d'hidroxietil cel·lulosa (HEC) per retardar la hidratació de el ciment sol ser més fort que el de l'èter de metil cel·lulosa (HPMC), l'èter d'hidroximetil etil cel·lulosa (HEMC) i l'èter de metil cel·lulosa (MC). En l'èter de cel·lulosa que conté metil, com més baix sigui el contingut de metil, més forta serà la capacitat de retardar la hidratació del ciment; Com més baix sigui el pes molecular de l'èter de cel·lulosa, més forta serà la capacitat de retardar la hidratació del ciment. Aquestes conclusions proporcionen una base científica per seleccionar correctament l'èter de cel·lulosa.

Per a diferents components del ciment, l'efecte de l'èter de cel·lulosa sobre la cinètica d'hidratació del ciment també és un problema molt preocupat en aplicacions d'enginyeria. No obstant això, no hi ha cap investigació sobre aquest aspecte. En aquest article, es va estudiar la influència de l'èter de cel·lulosa en la cinètica d'hidratació del ciment Portland ordinari, C3S (silicat tricálcic), C3A (aluminat tricálcic) i ciment sulfoaluminat (SAC) mitjançant una prova de calorimetria isotèrmica, per tal d'entendre millor la interacció i mecanisme intern entre l'èter de cel·lulosa i els productes d'hidratació del ciment. Proporciona una base científica addicional per a l'ús racional de l'èter de cel·lulosa en materials a base de ciment i també proporciona una base d'investigació per a la interacció entre altres additius i productes d'hidratació del ciment.

2. Prova

2.1 Matèries primeres

(1) ciment Portland ordinari (P·0). Fabricat per Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., l'especificació és P· 042.5 (GB 175-2007), determinada per un espectròmetre de fluorescència de raigs X de tipus dispersió de longitud d'ona (AXIOS avançat, PANalytical Co., LTD.). Segons l'anàlisi del programari JADE 5.0, a més dels minerals de clínquer de ciment C3S, C2s, C3A, C4AF i guix, les matèries primeres de ciment també inclouen carbonat de calci.

(2) ciment sulfoaluminat (SAC). El ciment de sulfoaluminat dur ràpid produït per Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. és R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Els seus principals grups són el sulfoaluminat de calci i el silicat dicàlcic.

(3) silicat tricálcic (C3S). Premeu Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 i H2O a 3:1:0,08: es va barrejar uniformement una proporció de massa de 10 i es va pressionar sota una pressió constant de 60MPa per fer totxo verd cilíndric. La palangana es va calcinar a 1400 ℃ durant 1,5 ~ 2 h en un forn elèctric d'alta temperatura de varetes de silici i molibdè i després es va traslladar a un forn de microones per escalfar-lo durant 40 minuts. Després de treure la palangana, es va refredar bruscament i es va trencar i calcinar repetidament fins que el contingut de CaO lliure en el producte acabat va ser inferior a l'1,0%

(4) aluminat tricálcic (c3A). CaO i A12O3 es van barrejar uniformement, es van calcinar a 1450 ℃ durant 4 h en un forn elèctric de varetes de silici-molibdè, es van triturar en pols i es van calcinar repetidament fins que el contingut de CaO lliure va ser inferior a l'1,0% i els pics de C12A7 i CA van ser. ignorat.

(5) èter de cel·lulosa. El treball anterior va comparar els efectes de 16 tipus d'èters de cel·lulosa sobre la taxa d'hidratació i alliberament de calor del ciment Portland normal i va trobar que diferents tipus d'èters de cel·lulosa tenen diferències significatives en la llei d'hidratació i alliberament de calor del ciment, i va analitzar el mecanisme intern. d'aquesta important diferència. Segons els resultats de l'estudi anterior, es van seleccionar tres tipus d'èter de cel·lulosa que tenen un efecte retardador evident sobre el ciment Portland normal. Aquests inclouen l'èter d'hidroxietil cel·lulosa (HEC), l'èter d'hidroxipropil metil cel·lulosa (HPMC) i l'èter d'hidroxietil metil cel·lulosa (HEMC). La viscositat de l'èter de cel·lulosa es va mesurar mitjançant un viscosímetre rotatiu amb una concentració de prova del 2%, una temperatura de 20 ℃ i una velocitat de rotació de 12 r/min. La viscositat de l'èter de cel·lulosa es va mesurar mitjançant un viscosímetre rotatiu amb una concentració de prova del 2%, una temperatura de 20 ℃ i una velocitat de rotació de 12 r/min. El grau de substitució molar de l'èter de cel·lulosa el proporciona el fabricant.

(6) Aigua. Utilitzeu aigua destil·lada secundària.

2.2 Mètode de prova

Calor d'hidratació. Es va adoptar el calorímetre isotèrmic de 8 canals TAM Air produït per TA Instrument Company. Totes les matèries primeres es van mantenir a temperatura constant per provar la temperatura (com (20 ± 0,5) ℃) abans de l'experiment. En primer lloc, es van afegir 3 g de ciment i 18 mg de pols d'èter de cel·lulosa al calorímetre (la relació de massa entre èter de cel·lulosa i material cemel·latiu era del 0,6%). Després de la barreja completa, es va afegir aigua barrejada (aigua destil·lada secundària) segons la relació aigua-ciment especificada i es va agitar uniformement. Després, es va posar ràpidament al calorímetre per a la prova. La relació d'aglutinant d'aigua de c3A és 1,1 i la relació d'aglutinant d'aigua dels altres tres materials de ciment és de 0,45.

3. Resultats i discussió

3.1 Resultats de la prova

Els efectes de HEC, HPMC i HEMC sobre la taxa d'alliberament de calor d'hidratació i la taxa d'alliberament de calor acumulada del ciment Portland normal, C3S i C3A en 72 hores, i els efectes de l'HEC sobre la taxa d'alliberament de calor d'hidratació i la taxa d'alliberament de calor acumulada del ciment sulfoaluminat en 72 h, HEC és l'èter de cel·lulosa amb l'efecte de retard més fort en la hidratació d'altres ciments i minerals individuals. Combinant els dos efectes, es pot trobar que amb el canvi de composició del material cimentós, l'èter de cel·lulosa té diferents efectes sobre la velocitat d'alliberament de calor d'hidratació i l'alliberament de calor acumulat. L'èter de cel·lulosa seleccionat pot reduir significativament la taxa d'hidratació i alliberament de calor del ciment Portland normal i C, S, principalment perllonga el temps d'inducció, retarda l'aparició de la hidratació i el pic d'alliberament de calor, entre els quals l'èter de cel·lulosa a la hidratació C, S i El retard de la velocitat d'alliberament de calor és més evident que la hidratació normal del ciment Portland i el retard de la velocitat d'alliberament de calor; L'èter de cel·lulosa també pot retardar la taxa d'alliberament de calor de la hidratació del ciment sulfoaluminat, però la capacitat de retard és molt feble i retarda principalment la hidratació després de 2 h; Per a la velocitat d'alliberament de calor de la hidratació C3A, l'èter de cel·lulosa té una capacitat d'acceleració feble.

3.2 Anàlisi i discussió

El mecanisme de l'èter cel·lulòsic retarda la hidratació del ciment. Silva et al. va plantejar la hipòtesi que l'èter cel·lulòsic augmentava la viscositat de la solució de porus i dificultava la velocitat de moviment iònic, retardant així la hidratació del ciment. No obstant això, molta literatura ha posat en dubte aquesta suposició, ja que els seus experiments han trobat que els èters de cel·lulosa amb una viscositat més baixa tenen una capacitat més forta per retardar la hidratació del ciment. De fet, el temps de moviment o migració dels ions és tan curt que òbviament no és comparable amb el temps de retard de la hidratació del ciment. Es considera que l'adsorció entre l'èter de cel·lulosa i els productes d'hidratació del ciment és el motiu real del retard de la hidratació del ciment per l'èter de cel·lulosa. L'èter de cel·lulosa s'adsorbeix fàcilment a la superfície de productes d'hidratació com l'hidròxid de calci, el gel de CSH i l'hidrat d'aluminat de calci, però no és fàcil ser adsorbit per l'etringita i la fase no hidratada, i la capacitat d'adsorció de l'èter de cel·lulosa sobre l'hidròxid de calci és superior a la el del gel de CSH. Per tant, per als productes d'hidratació de ciment Portland ordinaris, l'èter de cel·lulosa té el retard més fort en l'hidròxid de calci, el retard més fort en el calci, el segon retard en el gel CSH i el retard més feble en l'etringita.

Estudis anteriors han demostrat que l'adsorció entre el polisacàrid no iònic i la fase mineral inclou principalment enllaços d'hidrogen i complexació química, i aquests dos efectes es produeixen entre el grup hidroxil del polisacàrid i l'hidròxid metàl·lic a la superfície del mineral. Liu et al. A més, va classificar l'adsorció entre polisacàrids i hidròxids metàl·lics com a interacció àcid-base, amb polisacàrids com àcids i hidròxids metàl·lics com a bases. Per a un polisacàrid determinat, l'alcalinitat de la superfície del mineral determina la força de la interacció entre els polisacàrids i els minerals. Entre els quatre components gelificants estudiats en aquest article, els principals elements metàl·lics o no metàl·lics inclouen Ca, Al i Si. Segons l'ordre d'activitat del metall, l'alcalinitat dels seus hidròxids és Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. De fet, la solució de Si(OH)4 és àcida i no adsorbeix l'èter de cel·lulosa. Per tant, el contingut de Ca(OH)2 a la superfície dels productes d'hidratació del ciment determina la capacitat d'adsorció dels productes d'hidratació i l'èter de cel·lulosa, ja que l'hidròxid de calci, el gel de CSH (3CaO·2SiO2·3H20), l'etringita (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). i l'hidrat d'aluminat de calci (3CaO·Al2O3·6H2O) en el contingut d'òxids inorgànics de CaO és del 100%, 58,33%, 49,56% i 62,2%. Per tant, l'ordre de la seva capacitat d'adsorció amb èter de cel·lulosa és hidròxid de calci > calci aluminat > gel CSH > ettringita, que és coherent amb els resultats de la literatura.

Els productes d'hidratació de c3S inclouen principalment gel de Ca (OH) i csH, i l'èter de cel·lulosa té un bon efecte de retard sobre ells. Per tant, l'èter de cel·lulosa té un retard molt evident en la hidratació de C3. A més de c3S, el ciment Portland ordinari també inclou una hidratació C2s més lenta, cosa que fa que l'efecte retard de l'èter de cel·lulosa no sigui evident en la fase inicial. Els productes d'hidratació del silicat normal també inclouen ettringita i l'efecte retard de l'èter de cel·lulosa és pobre. Per tant, la capacitat de retard de l'èter de cel·lulosa a c3s és més forta que la del ciment Portland normal observat a la prova.

C3A es dissol i s'hidrata ràpidament quan es troba amb aigua, i els productes d'hidratació solen ser C2AH8 i c4AH13, i s'alliberarà la calor d'hidratació. Quan la solució de C2AH8 i c4AH13 assoleixi la saturació, es formarà la cristal·lització de l'hidrat de làmina hexagonal C2AH8 i C4AH13 i es reduiran alhora la velocitat de reacció i la calor d'hidratació. A causa de l'adsorció de l'èter de cel·lulosa a la superfície de l'hidrat d'aluminat de calci (CxAHy), la presència d'èter de cel·lulosa retardaria la cristal·lització de l'hidrat de placa hexagonal C2AH8 i C4AH13, donant lloc a una disminució de la velocitat de reacció i la velocitat d'alliberament de calor d'hidratació. de C3A pur, que demostra que l'èter de cel·lulosa té una feble capacitat d'acceleració a la hidratació de C3A. Val la pena assenyalar que en aquesta prova, l'èter de cel·lulosa té una dèbil capacitat d'acceleració per a la hidratació de c3A pur. Tanmateix, en el ciment Portland normal, com que c3A reaccionarà amb el guix per formar ettringita, a causa de la influència de l'equilibri de ca2+ en la solució de purins, l'èter de cel·lulosa retardarà la formació d'etringita, retardant així la hidratació de c3A.

A partir dels efectes d'HEC, HPMC i HEMC sobre la taxa d'hidratació i alliberament de calor i l'alliberament de calor acumulat del ciment Portland normal, C3S i C3A en 72 hores, i els efectes de l'HEC sobre la taxa d'hidratació i alliberament de calor i l'alliberament de calor acumulat de sulfoaluminat ciment en 72 h, es pot veure que entre els tres èters de cel·lulosa seleccionats, la capacitat d'hidratació retardada de c3s i ciment Portland va ser més forta en HEC, seguida de HEMC i més feble en HPMC. Pel que fa a C3A, la capacitat dels tres èters de cel·lulosa per accelerar la hidratació també està en el mateix ordre, és a dir, HEC és el més fort, HEMC és el segon, HPMC és el més feble i fort. Això va confirmar mútuament que l'èter de cel·lulosa ha retardat la formació de productes d'hidratació dels materials gelificants.

Els principals productes d'hidratació del ciment sulfoaluminat són l'etringita i el gel d'Al(OH)3. El C2S del ciment sulfoaluminat també s'hidratarà per separat per formar gel de Ca(OH)2 i cSH. Com que l'adsorció de l'èter de cel·lulosa i l'etringita es pot ignorar, i la hidratació del sulfoaluminat és massa ràpida, per tant, en les primeres fases d'hidratació, l'èter de cel·lulosa té poc efecte sobre la taxa d'alliberament de calor d'hidratació del ciment sulfoaluminat. Però fins a un cert temps d'hidratació, com que el c2s s'hidratarà per separat per generar gel de Ca(OH)2 i CSH, aquests dos productes d'hidratació es retardaran per l'èter de cel·lulosa. Per tant, es va observar que l'èter de cel·lulosa retardava la hidratació del ciment sulfoaluminat després de 2 h.

4. Conclusió

En aquest article, mitjançant una prova de calorimetria isotèrmica, es va comparar la llei d'influència i el mecanisme de formació de l'èter de cel·lulosa sobre la calor d'hidratació del ciment Portland normal, c3s, c3A, ciment sulfoaluminat i altres components diferents i mineral únic en 72 h. Les principals conclusions són les següents:

(1) L'èter de cel·lulosa pot reduir significativament la taxa d'alliberament de calor d'hidratació del ciment Portland normal i el silicat tricàlcic, i l'efecte de reduir la taxa d'alliberament de calor d'hidratació del silicat tricálcic és més significatiu; L'efecte de l'èter de cel·lulosa en la reducció de la velocitat d'alliberament de calor del ciment sulfoaluminat és molt feble, però té un efecte feble en la millora de la velocitat d'alliberament de calor de l'aluminat tricálcic.

(2) L'èter de cel·lulosa serà adsorbit per alguns productes d'hidratació, retardant així la cristal·lització dels productes d'hidratació, afectant la velocitat d'alliberament de calor de la hidratació del ciment. El tipus i la quantitat de productes d'hidratació són diferents per als diferents components del mineral de ciment, de manera que l'efecte de l'èter de cel·lulosa sobre la seva calor d'hidratació no és el mateix.