Ether celulózy na morfologii raného ettringitu

Účinky etheru hydroxyethylmethylcelulózy a éteru methylcelulózy na morfologii ettringitu v rané cementové kaši byly studovány pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM). Výsledky ukazují, že poměr délky a průměru krystalů ettringitu v suspenzi modifikované etherem hydroxyethylmethylcelulózy je menší než v běžné suspenzi a morfologie krystalů ettringitu je podobná krátké tyčince. Poměr délky a průměru krystalů ettringitu v suspenzi modifikované etherem methylcelulózy je větší než v běžné suspenzi a morfologie krystalů ettringitu je jehličkovitá. Krystaly ettringitu v běžných cementových suspenzích mají poměr stran někde mezi. Z výše uvedené experimentální studie je dále zřejmé, že rozdíl molekulové hmotnosti dvou druhů etheru celulózy je nejdůležitějším faktorem ovlivňujícím morfologii ettringitu.

klíčová slova:ettringit; Poměr délky a průměru; ether methylcelulózy; ether hydroxyethylmethylcelulózy; morfologie

Ettringit, jako mírně expandovaný hydratační produkt, má významný vliv na vlastnosti cementového betonu a vždy byl centrem výzkumu materiálů na bázi cementu. Ettringit je druh hydrátu hlinitanu vápenatého typu trisulfidu, jeho chemický vzorec je [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, nebo může být zapsán jako 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, často zkracován jako AFt . V systému portlandského cementu vzniká ettringit hlavně reakcí sádry s hlinitanovými nebo železitohlinitými minerály, což hraje roli zpomalení hydratace a rané pevnosti cementu. Tvorbu a morfologii ettringitu ovlivňuje mnoho faktorů, jako je teplota, hodnota pH a koncentrace iontů. Již v roce 1976 Metha a spol. použili skenovací elektronovou mikroskopii ke studiu morfologických charakteristik AFt a zjistili, že morfologie takových mírně expandovaných hydratačních produktů byla mírně odlišná, když byl růstový prostor dostatečně velký a když byl prostor omezený. První byly většinou štíhlé jehlicovité koule, zatímco druhé byly většinou krátké tyčinkovité hranoly. Výzkum Yang Wenyana zjistil, že formy AFt se liší v různých prostředích vytvrzování. Vlhké prostředí by zpomalilo tvorbu AFt v expanzním betonu a zvýšilo možnost bobtnání a praskání betonu. Různá prostředí ovlivňují nejen vznik a mikrostrukturu AFt, ale také jeho objemovou stabilitu. Chen Huxing a kol. zjistili, že dlouhodobá stabilita AFt se snižovala se zvyšováním obsahu C3A. Clark a Monteiro a kol. zjistili, že se zvýšením tlaku prostředí se krystalová struktura AFt změnila z řádu na neuspořádanost. Balonis a Glasser zhodnotili změny hustoty AFm a AFt. Renaudin a kol. studovali strukturální změny AFt před a po ponoření do roztoku a strukturní parametry AFt v Ramanově spektru. Kunther a kol. studovali vliv interakce mezi poměrem vápníku a křemíku CSH gelu a síranovým iontem na krystalizační tlak AFt pomocí NMR. Zároveň na základě aplikace AFt v materiálech na bázi cementu Wenk et al. studoval AFt krystalovou orientaci betonového průřezu pomocí technologie úpravy rentgenové difrakce tvrdého synchrotronového záření. Byla zkoumána tvorba AFt ve směsném cementu a výzkumný hotspot ettringitu. Na základě opožděné reakce ettringitu provedli někteří vědci mnoho výzkumů o příčině fáze AFt.

Objemová expanze způsobená tvorbou ettringitu je někdy příznivá a může působit jako „expanze“ podobně jako expanzní činidlo na bázi oxidu hořečnatého k udržení objemové stability materiálů na bázi cementu. Přídavek polymerní emulze a redispergovatelného emulzního prášku mění makroskopické vlastnosti materiálů na bázi cementu díky jejich významným vlivům na mikrostrukturu materiálů na bázi cementu. Avšak na rozdíl od redispergovatelného emulzního prášku, který zvyšuje hlavně pojivové vlastnosti vytvrzené malty, ve vodě rozpustný polymer ether celulózy (CE) dává nově namíchané maltě dobrý účinek zadržování vody a zahušťování, čímž zlepšuje pracovní výkon. Běžně se používá neionogenní CE, včetně methylcelulózy (MC), hydroxyethylcelulózy (HEC), hydroxypropylmethylcelulózy (HPMC),hydroxyethylmethylcelulóza (HEMC)atd. a CE hraje roli v nově namíchané maltě, ale také ovlivňuje proces hydratace cementové kaše. Studie ukázaly, že HEMC mění množství AFt produkovaného jako hydratační produkt. Žádné studie však systematicky neporovnávaly účinek CE na mikroskopickou morfologii AFt, takže tato práce zkoumá rozdíl mezi účinkem HEMC a MC na mikroskopickou morfologii ettringhamu v rané (1denní) cementové kaši prostřednictvím analýzy obrazu a srovnání.

1. Experiment

1.1 Suroviny

Jako cement v experimentu byl vybrán portlandský cement P·II 52,5R vyráběný společností Anhui Conch Cement Co., LTD. Tyto dva ethery celulózy jsou hydroxyethylmethylcelulóza (HEMC) a methylcelulóza (methylcelulóza, Shanghai Sinopath Group). MC); Záměsová voda je voda z vodovodu.

1.2 Experimentální metody

Poměr voda-cement ve vzorku cementové pasty byl 0,4 (hmotnostní poměr vody k cementu) a obsah éteru celulózy byl 1 % hmotnosti cementu. Příprava vzorku byla provedena podle GB1346-2011 „Zkušební metoda pro spotřebu vody, dobu tuhnutí a stabilitu standardní konzistence cementu“. Po vytvoření vzorku byla na povrch formy zapouzdřena plastová fólie, aby se zabránilo odpařování povrchové vody a karbonizaci, a vzorek byl umístěn do vytvrzovací místnosti s teplotou (20±2)℃ a relativní vlhkostí (60±5). ) %. Po 1 dni byla forma odstraněna a vzorek byl rozbit, poté byl odebrán malý vzorek ze středu a namočený v bezvodém ethanolu pro ukončení hydratace a vzorek byl vyjmut a vysušen před testováním. Vysušené vzorky byly nalepeny na vzorkovou desku vodivým oboustranným lepidlem a na povrch byla nastříkána vrstva zlatého filmu automatickým iontovým naprašovacím přístrojem Cressington 108auto. Rozprašovací proud byl 20 mA a doba rozprašování byla 60 s. K pozorování morfologických charakteristik AFt na řezu vzorku byl použit environmentální rastrovací elektronový mikroskop FEI QUANTAFEG 650 (ESEM). K pozorování AFT byl použit vysokovakuový sekundární elektronový režim. Urychlovací napětí bylo 15 kV, průměr bodu paprsku byl 3,0 nm a pracovní vzdálenost byla řízena na přibližně 10 mm.

2. Výsledky a diskuse

SEM snímky ettringitu ve vytvrzené cementové kaši modifikované HEMC ukázaly, že orientační růst vrstveného Ca (OH)2(CH) byl zřejmý a AFt vykazoval nepravidelnou akumulaci krátké tyčinkovité AFt a některé krátké tyčinkovité AFT ​​byly pokryty s membránovou strukturou HEMC. Zhang Dongfang a kol. při pozorování změn mikrostruktury HEMC modifikované cementové kaše prostřednictvím ESEM také našli krátkou tyčinkovitou AFt. Věřili, že běžná cementová kaše po kontaktu s vodou rychle reaguje, takže krystal AFt byl štíhlý a prodloužení hydratačního věku vedlo k neustálému zvyšování poměru délky a průměru. HEMC však zvýšilo viskozitu roztoku, snížilo vazebnou rychlost iontů v roztoku a zpozdilo příchod vody na povrch částic slínku, takže poměr délky a průměru AFt rostl ve slabém trendu a jeho morfologické charakteristiky vykazovaly krátký tyčovitý tvar. Ve srovnání s AFt v běžné cementové kaši stejného stáří byla tato teorie částečně ověřena, ale není použitelná pro vysvětlení morfologických změn AFt v MC modifikované cementové kaši. SEM snímky ettriditu v 1-denní vytvrzené cementové suspenzi modifikované MC také ukázaly orientovaný růst vrstveného Ca(OH)2, některé AFt povrchy byly také pokryty filmovou strukturou MC a AFt vykazoval morfologické charakteristiky růstu shluků. Avšak pro srovnání, krystal AFt v cementové suspenzi modifikované MC má větší poměr délky k průměru a štíhlejší morfologii, vykazující typickou jehličkovitou morfologii.

Jak HEMC, tak MC zpozdily proces časné hydratace cementu a zvýšily viskozitu roztoku, ale rozdíly v morfologických charakteristikách AFt jimi způsobené byly stále významné. Výše uvedené jevy lze dále rozvést z pohledu molekulární struktury etheru celulózy a krystalové struktury AFt. Renaudin a kol. namočil syntetizovaný AFt do připraveného alkalického roztoku, aby získal „mokrý AFt“, a částečně jej odstranil a vysušil na povrchu nasyceného roztoku CaCl2 (35% relativní vlhkost), aby získal „suchý AFt“. Po studii zjemnění struktury pomocí Ramanovy spektroskopie a rentgenové práškové difrakce bylo zjištěno, že mezi těmito dvěma strukturami není žádný rozdíl, pouze se změnil směr tvorby krystalů buněk v procesu sušení, tj. změna z „mokrého“ na „suchý“, AFt krystaly tvořily buňky podél normálního směru postupně zvětšené. Krystalů AFt podél c normálního směru bylo stále méně a méně. Nejzákladnější jednotka trojrozměrného prostoru se skládá z normální čáry, b normální čáry ac normální čáry, které jsou na sebe kolmé. V případě, že b normály byly fixní, AFt krystaly se shlukly podél normál, což vedlo ke zvětšenému buněčnému průřezu v rovině ab normál. Pokud tedy HEMC „skladuje“ více vody než MC, může se v lokalizované oblasti objevit „suché“ prostředí, které podporuje laterální agregaci a růst krystalů AFt. Patural a kol. zjistili, že pro samotný CE platí, že čím vyšší je stupeň polymerace (nebo čím větší je molekulová hmotnost), tím větší je viskozita CE a tím lepší je schopnost zadržovat vodu. Molekulární struktura HEMC a MCS tuto hypotézu podporuje, přičemž hydroxyethylová skupina má mnohem větší molekulovou hmotnost než vodíková skupina.

Obecně se krystaly AFt vytvoří a vysrážejí pouze tehdy, když příslušné ionty dosáhnou určitého nasycení v systému roztoku. Proto faktory, jako je koncentrace iontů, teplota, hodnota pH a prostor tvorby v reakčním roztoku, mohou významně ovlivnit morfologii krystalů AFt a změny podmínek umělé syntézy mohou změnit morfologii krystalů AFt. Poměr krystalů AFt v běžné cementové kaši mezi těmito dvěma může být tedy způsoben jediným faktorem spotřeby vody v časné hydrataci cementu. Rozdíl v morfologii krystalů AFt způsobený HEMC a MC by však měl být způsoben především jejich speciálním mechanismem zadržování vody. Hemcs a MCS vytvářejí „uzavřenou smyčku“ transportu vody v mikrozóně čerstvé cementové kaše, což umožňuje „krátké období“, ve kterém se voda „snadno dostává dovnitř a obtížně se dostává ven“. Během tohoto období se však také mění prostředí kapalné fáze v mikrozóně a v její blízkosti. Faktory jako koncentrace iontů, pH atd. Změna růstového prostředí se dále odráží v morfologických charakteristikách krystalů AFt. Tato „uzavřená smyčka“ transportu vody je podobná mechanismu účinku popsanému Pourchezem et al. HPMC hraje roli při zadržování vody.

3. Závěr

(1) Přídavek éteru hydroxyethylmethylcelulózy (HEMC) a éteru methylcelulózy (MC) může významně změnit morfologii ettringitu v rané (1denní) běžné cementové kaši.

(2) Délka a průměr krystalu ettringitu v cementové suspenzi modifikované HEMC jsou malé a mají tvar krátké tyčinky; Poměr délky a průměru krystalů ettringitu v MC modifikované cementové suspenzi je velký, což je jehličkovitý tvar. Krystaly ettringitu v běžných cementových suspenzích mají poměr stran mezi těmito dvěma.

(3) Rozdílné účinky dvou etherů celulózy na morfologii ettringitu jsou v podstatě způsobeny rozdílem v molekulové hmotnosti.