Vliv éteru celulózy na hydratační teplo různých cementů a jednotlivých rud

účinky éteru celulózy na hydratační teplo portlandského cementu, sulfoaluminátového cementu, trikalciumsilikátu a trikalciumhlinitanu za 72 h byly porovnány izotermickým kalorimetrickým testem. Výsledky ukazují, že éter celulózy může významně snížit rychlost hydratace a uvolňování tepla portlandského cementu a trikalciumsilikátu a snížení vlivu na rychlost hydratace a uvolňování tepla trikalciumsilikátu je významnější. Vliv éteru celulózy na snížení rychlosti uvolňování tepla hydratace sulfoaluminátového cementu je velmi slabý, ale má slabý vliv na zlepšení rychlosti uvolňování tepla hydratace trikalciumhlinitanu. Éter celulózy bude adsorbován některými hydratačními produkty, čímž se zpomalí krystalizace hydratačních produktů a následně ovlivní rychlost uvolňování hydratačního tepla cementu a jednotlivé rudy.

klíčová slova:ether celulózy; Cement; Jediná ruda; Hydratační teplo; adsorpce

1. Úvod

Éter celulózy je důležitým zahušťovadlem a prostředkem zadržujícím vodu v suché míchané maltě, samozhutnitelném betonu a dalších nových materiálech na bázi cementu. Éter celulózy však také zpomalí hydrataci cementu, což vede ke zlepšení provozní doby materiálů na bázi cementu, zlepšení konzistence malty a ztrátě doby sednutí betonu, ale také může zpomalit postup výstavby. Zejména bude mít nepříznivé účinky na maltu a beton používané v podmínkách prostředí s nízkou teplotou. Proto je velmi důležité porozumět zákonu éteru celulózy o kinetice hydratace cementu.

OU a Pourchez systematicky studovali účinky molekulárních parametrů, jako je molekulová hmotnost éteru celulózy, typ substituentu nebo stupeň substituce na kinetiku hydratace cementu, a vyvodili mnoho důležitých závěrů: Schopnost éteru hydroxyethylcelulózy (HEC) zpomalit hydrataci cement je obvykle pevnější než ether methylcelulózy (HPMC), éter hydroxymethylethylcelulózy (HEMC) a éter methylcelulózy (MC). V etheru celulózy obsahující methyl platí, že čím nižší je obsah methylu, tím silnější je schopnost zpomalit hydrataci cementu; Čím nižší je molekulová hmotnost éteru celulózy, tím silnější je schopnost zpomalit hydrataci cementu. Tyto závěry poskytují vědecký základ pro správný výběr éteru celulózy.

U různých složek cementu je vliv éteru celulózy na kinetiku hydratace cementu také velmi znepokojivým problémem v technických aplikacích. V tomto ohledu však neexistuje žádný výzkum. V tomto článku byl studován vliv etheru celulózy na hydratační kinetiku běžného portlandského cementu, C3S (trikalciumsilikát), C3A (trikalcium aluminát) a sulfoaluminátového cementu (SAC) pomocí izotermického kalorimetrického testu, aby bylo možné dále porozumět interakci a vnitřní mechanismus mezi éterem celulózy a produkty hydratace cementu. Poskytuje další vědecký základ pro racionální použití éteru celulózy v materiálech na bázi cementu a také poskytuje výzkumnou základnu pro interakci mezi dalšími přísadami a produkty hydratace cementu.

2. Test

2.1 Suroviny

(1) obyčejný portlandský cement (P·0). Vyrobeno společností Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., specifikace je P·042.5 (GB 175-2007), stanoveno rentgenovým fluorescenčním spektrometrem disperzního typu vlnové délky (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Podle analýzy softwaru JADE 5.0 mezi cementové suroviny patří kromě minerálů cementového slínku C3S, C2s, C3A, C4AF a sádry také uhličitan vápenatý.

(2) sulfoaluminátový cement (SAC). Rychlý tvrdý sulfoaluminátový cement vyráběný společností Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. je R.Star 42,5 (GB 20472-2006). Jeho hlavními skupinami jsou sulfoaluminát vápenatý a dikalciumsilikát.

(3) trikalciumsilikát (C3S). Lis Ca(OH)2, Si02, Co203 a H20 v poměru 3:1:0,08: Hmotnostní poměr 10 byl rovnoměrně promíchán a slisován za konstantního tlaku 60 MPa, aby vznikl válcový zelený blok. Sochor byl kalcinován při 1400 °C po dobu 1,5 ~ 2 h ve vysokoteplotní elektrické peci na bázi křemíku a molybdenu a poté přemístěn do mikrovlnné trouby pro další mikrovlnný ohřev po dobu 40 minut. Po vyjmutí byl předvalek prudce ochlazen a opakovaně lámán a kalcinován, dokud obsah volného CaO v hotovém výrobku nebyl nižší než 1,0 %.

(4) hlinitan vápenatý (c3A). CaO a A12O3 byly rovnoměrně smíchány, kalcinovány při 1450 °C po dobu 4 hodin v křemíkové-molybdenové tyčové elektrické peci, rozemlety na prášek a opakovaně kalcinovány, dokud nebyl obsah volného CaO nižší než 1,0 % a nebyly dosaženy píky C12A7 a CA. ignoroval.

(5) ether celulózy. Předchozí práce porovnávala účinky 16 druhů éterů celulózy na hydrataci a rychlost uvolňování tepla běžného portlandského cementu a zjistila, že různé druhy éterů celulózy mají významné rozdíly v zákoně hydratace a uvolňování tepla cementu, a analyzovala vnitřní mechanismus. tohoto významného rozdílu. Podle výsledků předchozí studie byly vybrány tři druhy éterů celulózy, které mají zjevný retardační účinek na běžný portlandský cement. Mezi ně patří ether hydroxyethylcelulózy (HEC), ether hydroxypropylmethylcelulózy (HPMC) a ether hydroxyethylmethylcelulózy (HEMC). Viskozita etheru celulózy byla měřena rotačním viskozimetrem s testovací koncentrací 2 %, teplotou 20 °C a rychlostí otáčení 12 ot./min. Viskozita etheru celulózy byla měřena rotačním viskozimetrem s testovací koncentrací 2 %, teplotou 20 °C a rychlostí otáčení 12 ot./min. Stupeň molární substituce etheru celulózy udává výrobce.

(6) Voda. Použijte sekundární destilovanou vodu.

2.2 Zkušební metoda

Teplo hydratace. Byl přijat 8kanálový izotermický kalorimetr TAM Air vyrobený společností TA Instrument Company. Všechny suroviny byly před experimentem udržovány na konstantní teplotě až do testovací teploty (jako je (20 ± 0,5) °C). Nejprve byly do kalorimetru přidány 3 g cementu a 18 mg prášku éteru celulózy (hmotnostní poměr éteru celulózy k cemelativnímu materiálu byl 0,6 %). Po úplném promíchání byla přidána smíchaná voda (sekundární destilovaná voda) podle specifikovaného poměru voda-cement a rovnoměrně promíchána. Poté byl rychle vložen do kalorimetru pro testování. Poměr voda-pojivo u c3A je 1,1 a poměr voda-pojivo u ostatních tří cementových materiálů je 0,45.

3. Výsledky a diskuse

3.1 Výsledky zkoušek

Účinky HEC, HPMC a HEMC na rychlost uvolňování hydratačního tepla a kumulativní rychlost uvolňování tepla běžného portlandského cementu, C3S a C3A během 72 hodin, a účinky HEC na rychlost uvolňování hydratačního tepla a kumulativní rychlost uvolňování tepla sulfoaluminátového cementu do 72 h je HEC éter celulózy s nejsilnějším zpožďovacím účinkem na hydrataci ostatních cementů a jednotlivých rud. Kombinací těchto dvou účinků lze zjistit, že se změnou složení cementového materiálu má éter celulózy různé účinky na rychlost uvolňování hydratačního tepla a kumulativní uvolňování tepla. Zvolený éter celulózy může výrazně snížit rychlost hydratace a uvolňování tepla běžného portlandského cementu a C, S, hlavně prodlužuje dobu indukční periody, oddaluje výskyt hydratace a vrcholu uvolňování tepla, mezi které patří éter celulózy k hydrataci C, S a zpoždění rychlosti uvolňování tepla je zjevnější než hydratace běžného portlandského cementu a zpoždění rychlosti uvolňování tepla; Ether celulózy může také zpomalit rychlost uvolňování tepla hydratace sulfoaluminátového cementu, ale schopnost zpoždění je velmi slabá a hlavně zpomaluje hydrataci po 2 hodinách; Pro rychlost uvolňování tepla hydratace C3A má éter celulózy slabou akcelerační schopnost.

3.2 Analýza a diskuse

Mechanismus celulózového éteru zpomaluje hydrataci cementu. Silva a kol. předpokládali, že éter celulózy zvyšuje viskozitu roztoku pórů a brání rychlosti pohybu iontů, čímž zpomaluje hydrataci cementu. Mnoho literatury však tento předpoklad zpochybňuje, protože jejich experimenty zjistily, že ethery celulózy s nižší viskozitou mají silnější schopnost zpomalit hydrataci cementu. Ve skutečnosti je doba pohybu nebo migrace iontů tak krátká, že zjevně není srovnatelná s dobou zpoždění hydratace cementu. Adsorpce mezi éterem celulózy a produkty hydratace cementu je považována za skutečný důvod zpoždění hydratace cementu éterem celulózy. Ether celulózy se snadno adsorbuje na povrch hydratačních produktů, jako je hydroxid vápenatý, gel CSH a hydrát hlinitanu vápenatého, ale není snadné jej adsorbovat ettringitem a nehydratovanou fází a adsorpční kapacita etheru celulózy na hydroxidu vápenatém je vyšší než gelu CSH. Proto u běžných produktů hydratace portlandského cementu má éter celulózy nejsilnější zpoždění na hydroxidu vápenatém, nejsilnější zpoždění na vápník, druhé zpoždění na CSH gel a nejslabší zpoždění na ettringit.

Předchozí studie ukázaly, že adsorpce mezi neiontovým polysacharidem a minerální fází zahrnuje hlavně vodíkové vazby a chemickou komplexaci a tyto dva efekty se vyskytují mezi hydroxylovou skupinou polysacharidu a hydroxidem kovu na minerálním povrchu. Liu a kol. dále klasifikoval adsorpci mezi polysacharidy a hydroxidy kovů jako acidobazickou interakci, s polysacharidy jako kyseliny a hydroxidy kovů jako zásady. Pro daný polysacharid určuje alkalita minerálního povrchu sílu interakce mezi polysacharidy a minerály. Mezi čtyřmi gelujícími složkami studovanými v tomto článku patří mezi hlavní kovové nebo nekovové prvky Ca, Al a Si. Podle pořadí aktivity kovů je alkalita jejich hydroxidů Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4.Ve skutečnosti je roztok Si(OH)4 kyselý a neadsorbuje éter celulózy. obsah Ca(OH)2 na povrchu produktů hydratace cementu určuje adsorpční kapacitu produktů hydratace a éteru celulózy Protože hydroxid vápenatý, CSH gel (3CaO·2SiO2·3H20), ettringit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) a hydrát hlinitanu vápenatého (3CaO·Al2O3·6H2O) v obsahu anorganických oxidů CaO je 100 %, 58,33 %, 49,56 % a 62,2 %. Proto je pořadí jejich adsorpční kapacity s etherem celulózy hydroxid vápenatý > vápník hlinitan >CSH gel > ettringit, což je v souladu s výsledky v literatuře.

Hydratační produkty c3S zahrnují především Ca(OH) a cH gel a éter celulózy na ně má dobrý zpožďovací účinek. Proto má ether celulózy velmi zjevné zpoždění hydratace C3s. Kromě c3S obsahuje běžný portlandský cement také hydrataci C2s, která je pomalejší, což způsobuje, že zpožďovací účinek éteru celulózy není v raném stádiu zřejmý. Hydratační produkty běžného silikátu také zahrnují ettringit a zpožďovací účinek etheru celulózy je slabý. Proto je schopnost zpožďování éteru celulózy vůči c3s silnější než schopnost běžného portlandského cementu pozorovaná v testu.

C3A se rychle rozpustí a hydratuje, když se setká s vodou, a hydratačními produkty jsou obvykle C2AH8 a c4AH13 a uvolní se hydratační teplo. Když roztok C2AH8 a c4AH13 dosáhne nasycení, dojde ke krystalizaci hydrátu hexagonálního listu C2AH8 a C4AH13 a současně se sníží reakční rychlost a hydratační teplo. V důsledku adsorpce etheru celulózy na povrch hydrátu hlinitanu vápenatého (CxAHy) by přítomnost etheru celulózy zpomalila krystalizaci hydrátu šestihranných desek C2AH8 a C4AH13, což by mělo za následek snížení rychlosti reakce a rychlosti uvolňování hydratačního tepla. čistého C3A, což ukazuje, že ether celulózy má slabou akcelerační schopnost k hydrataci C3A. Stojí za zmínku, že v tomto testu má éter celulózy slabou schopnost urychlovat hydrataci čistého c3A. Avšak v běžném portlandském cementu, protože c3A bude reagovat se sádrou za vzniku ettringitu, v důsledku vlivu rovnováhy ca2+ v suspenzním roztoku, éter celulózy zpomalí tvorbu ettringitu, a tím zpomalí hydrataci c3A.

Z účinků HEC, HPMC a HEMC na rychlost hydratace a uvolňování tepla a kumulativní uvolňování tepla běžného portlandského cementu, C3S a C3A během 72 hodin, a účinky HEC na rychlost hydratace a uvolňování tepla a kumulativní uvolňování tepla sulfoaluminátu cementu během 72 h, lze vidět, že ze tří vybraných etherů celulózy byla schopnost zpožděné hydratace c3s a portlandského cementu nejsilnější u HEC, následovaná HEMC a nejslabší u HPMC. Pokud jde o C3A, schopnost tří etherů celulózy urychlit hydrataci je také ve stejném pořadí, to znamená, že HEC je nejsilnější, HEMC je druhý, HPMC je nejslabší a nejsilnější. To vzájemně potvrdilo, že éter celulózy zpomalil tvorbu hydratačních produktů gelujících materiálů.

Hlavními hydratačními produkty sulfoaluminátového cementu jsou ettringit a Al(OH)3 gel. C2S v sulfoaluminátovém cementu bude také hydratovat odděleně za vzniku Ca(OH)2 a cSH gelu. Protože adsorpci etheru celulózy a ettringitu lze ignorovat a hydratace sulfoaluminátu je příliš rychlá, má ether celulózy v rané fázi hydratace malý vliv na rychlost uvolňování hydratačního tepla sulfoaluminátového cementu. Ale do určité doby hydratace, protože c2s budou hydratovat odděleně za vzniku Ca(OH)2 a CSH gelu, budou tyto dva hydratační produkty zpožděny éterem celulózy. Proto bylo pozorováno, že ether celulózy zpomaluje hydrataci sulfoaluminátového cementu po 2 hodinách.

4. Závěr

V tomto článku byl pomocí testu izotermické kalorimetrie porovnán zákon vlivu a mechanismus tvorby etheru celulózy na hydratační teplo běžného portlandského cementu, c3s, c3A, sulfoaluminátového cementu a dalších různých složek a jednotlivé rudy za 72 hodin. Hlavní závěry jsou následující:

(1) Ether celulózy může významně snížit rychlost uvolňování hydratačního tepla běžného portlandského cementu a trikalciumsilikátu a účinek snížení rychlosti uvolňování hydratačního tepla trikalciumsilikátu je významnější; Vliv éteru celulózy na snížení rychlosti uvolňování tepla sulfoaluminátového cementu je velmi slabý, ale má slabý vliv na zlepšení rychlosti uvolňování tepla trikalciumhlinitanu.

(2) éter celulózy bude adsorbován některými hydratačními produkty, čímž se zpomalí krystalizace hydratačních produktů, což ovlivní rychlost uvolňování tepla při hydrataci cementu. Typ a množství hydratačních produktů jsou různé pro různé složky cementové rudy, takže vliv éteru celulózy na jejich hydratační teplo není stejný.