Účinek hydroxyethylcelulózového etheru na časnou hydrataci cementu CSA

ÚčinkyHydroxyethylcelulóza (HEC)a vysoká nebo nízká substituce hydroxyethylmethyl celulózy (H HMEC, L HEMC) na procesu časného hydratace a hydratační produkty sulfoaluminátu (CSA) cementu. Výsledky ukázaly, že odlišný obsah L -HEMC by mohl podpořit hydrataci cementu CSA za 45,0 min ~ 10,0 h. Všechny tři celulózové ethery zpožděly hydrataci rozpuštění cementu a fáze transformace CSA nejprve a poté podporovaly hydrataci během 2,0 ~ 10,0 h. Zavedení methylové skupiny zvýšilo podporující účinek hydroxyethyllulózového etheru na hydrataci cementu CSA a L HEMC měl nejsilnější podporující účinek; Účinek celulózového etheru s různými substituenty a stupněm substituce na hydratační produkty do 12,0 hodin před hydratací se výrazně liší. HEMC má silnější propagační účinek na hydratační produkty než HEC. L HEMC modifikovaná cementová kaše CSA produkuje nejvíce vanadita vápníku a hliníkovou gumu po 2,0 a 4,0 h hydrataci.
Klíčová slova: sulfoaluminátový cement; Celulóza ether; Nahrazení; Stupeň substituce; Hydratační proces; Hydratační produkt

Cement sulfoaluminátu (CSA) s bezvodým sulfoaluminátem vápenatým (C4A3) a Boheme (C2S) jako hlavního slínkovaného minerálu je s výhodami rychlého ztužení a včasné síly, anti-mráz a propustné propustnosti, nízká alkalita a teplota tepla v Proces výroby, se snadným broušením slínku. Obecně se používá při opravě spěchu, anti-propustnosti a dalších projektech. Celulózový ether (CE) se široce používá při modifikaci malty kvůli jeho vlastnostem zadržování vody a zesílení. Hydratační reakce CSA cementu je složitá, období indukce je velmi krátká, období zrychlení je vícestupňové a její hydratace je citlivá na vliv teploty přiměřené a vytvrzování. Zhang et al. zjistili, že HEMC dokáže prodloužit indukční období hydratace cementu CSA a vytvořit hlavní pík zpoždění uvolňování hydratačního tepla. Sun Zhenping et al. zjistili, že účinek absorpce vody HEMC ovlivnil včasnou hydrataci kaše cementu. Wu Kai et al. věřil, že slabá adsorpce HEMC na povrchu cementu CSA nestačila k ovlivnění rychlosti uvolňování tepla cementové hydratace. Výsledky výzkumu na vliv HEMC na hydrataci cementu CSA nebyly jednotné, což může být způsobeno různými složkami použitého cementového slínku. Wan et al. Zjistili, že zadržování HEMC vody bylo lepší než u zadržení hydroxyethylcelulózy (HEC) a dynamická viskozita a povrchové napětí roztoku díry modifikované CSA cementové kaše s vysokým substitučním stupněm byly větší. Li Jian et al. Monitorovali včasné změny vnitřní teploty HEMC-modifikovaných CSA cementových malty při pevné tekutosti a zjistily, že vliv HEMC s různými stupni substituce byl odlišný.
Srovnávací studie o účincích CE však s různými substituenty a stupněm substituce na časnou hydrataci cementu CSA nestačí. V tomto článku byly studovány účinky hydroxyethyllulózového etheru s různým obsahem, substituentními skupinami a stupněm substituce na časnou hydrataci cementu CSA. Zákon o uvolňování tepla v hydratačním teplu 12H modifikovaný cement CSA s hydroxyethyllulózovým etherem byl důrazně analyzován a hydratační produkty byly kvantitativně analyzovány.

1. Test
1.1 Suroviny
Cement je 42,5 stupně rychlého kalení CSA cementu, počáteční a konečná doba nastavení je 28 minut a 50 minut. Jeho chemické složení a složení minerálů (hmotnostní frakce, poměr dávkování a cementu vody uvedené v tomto článku jsou hmotnostní frakce nebo poměr hmoty) Modifikátor CE zahrnuje 3 hydroxyethylcelulózové ethery s podobnou viskozitou: hydroxyethyllulóza (HEC), vysoký stupeň substituční hydroxyethyl Methylcelulóza (H HEMC), nízký stupeň substituce hydroxyethyl methyl fibrin (L HEMC), viskozita 32, 37, 36 Pa · s, stupeň substituce 2,5, 1,9, 1,6 míchání vody pro deionizovanou vodu.
1,2 poměr mixu
Poměr pevného cementu 0,54, obsah L HEMC (obsah tohoto článku se počítá kvalitou bahna vody) WL = 0%, 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, HEC a Obsah h hemc 0,5%. V tomto článku: L HEMC 0,1 WL = 0,1% L HEMC změní cement CSA atd.; CSA je čistý CSA cement; HEC modifikovaný CSA Cement, L HEMC modifikovaný CSA cement, H HEMC modifikovaný CSA cement, se označují jako HCSA, LHCSA, HHCSA.
1.3 Testovací metoda
K testování tepla hydratace byl použit osmikanálový izotermální mikrometr s rozsahem měření 600 MW. Před testem byl přístroj stabilizován při (20 ± 2) ℃ a relativní vlhkosti rh = (60 ± 5) % po dobu 6,0 ~ 8,0 h. Cement CSA, CE a míchací voda byly smíchány podle poměru mixu a elektrické míchání bylo prováděno po dobu 1 minuty rychlostí 600 r/min. Okamžitě vážte (10,0 ± 0,1) G kaše do ampule, vložte ampule do nástroje a zahájte test časování. Hydratační teplota byla 20 ℃ a data byla zaznamenána každých 1 minuty a test trval až do 12,0 h.
Termogravimetrická (TG) Analýza: Cementová kaše byla připravena podle cementu ISO 9597-2008-Testovací metody-stanovení doby nastavení a spolehlivosti. Smíšená cementová kaše byla vložena do testovací formy 20 mm x 20 mm x 20 mm a po umělé vibraci po dobu 10krát byl umístěn pod (20 ± 2) ℃ a RH = (60 ± 5) % pro vytvrzování. Vzorky byly odebrány ve věku T = 2,0, 4,0 a 12,0 h. Po odstranění povrchové vrstvy vzorku (≥1 mm) byla rozdělena na malé kousky a namočeno do isopropylalkoholu. Isopropylalkohol byl nahrazen každý 1d po dobu po sobě jdoucích 7 dnů, aby se zajistilo úplné suspenze hydratační reakce, a sušena při 40 ℃ na konstantní hmotnost. Zvažte (75 ± 2) mg vzorků do kelímku, zahřejte vzorky z 30 ℃ do 1000 ℃ při teplotní rychlosti 20 ℃/min v atmosféře dusíku za adiabatického stavu. Tepelný rozklad hydratačních produktů CSA se vyskytuje hlavně při 50 ~ 550 ℃ a obsah chemicky vázané vody lze získat výpočtem míry ztráty hmotnosti vzorků v tomto rozmezí. AFT ztratil 20 krystalických vod a AH3 ztratil 3 krystalické vody během tepelného rozkladu při 50-180 ℃. Obsah každého hydratačního produktu lze vypočítat podle křivky TG.

2. výsledky a diskuse
2.1 Analýza procesu hydratace
2.1.1 Vliv obsahu CE na proces hydratace
Podle hydratačních a exotermických křivek různých obsahu L HEMC modifikovaných CSA cementových kalu jsou na hydrataci a exotermické křivky čisté kaše cementu CSA (WL = 0%) 4 exotermické píky. Proces hydratace lze rozdělit do fáze rozpouštění (0 ~ 15,0 minut), fázi transformace (15,0 ~ 45,0 min) a fáze zrychlení (45,0 minut) ~ 54,0 minut), fázi zpomalení (54,0 minut ~ 2,0 h), dynamické rovnovážné fáze ( 2,0 ~ 4,0 h), fáze reaccelerace (4,0 ~ 5,0 h), fáze vymazání (5,0 ~ 10,0 h) a stabilizační fáze (10,0 h ~). V 15,0 minutách před hydratací se cementový minerál rychle rozpustil a první a druhá hydratační exotermická píky v tomto stádiu a 15,0-45,0 minut odpovídala tvorbě metastabilní fáze AFT a jeho transformaci na monosulfid vápník aluminátový hydrát (AFM). Třetí exotermální vrchol při 54,0 minutách hydratace byl použit k rozdělení hydratačních zrychlení a fáze zpomalení a míry generování AFT a AH3 to vzaly jako inflexní bod, od boomu k poklesu, a poté vstoupila do dynamické rovnovážné fáze, která trvá 2,0 H. . Když byla hydratace 4,0 h, hydratace opět vstoupila do stadia zrychlení, C4A3 je rychlé rozpuštění a generování hydratačních produktů a za 5,0 h, objevil se vrchol exotermického tepla hydratace a poté znovu vstoupil do stádia zpomalení. Hydratace se stabilizovala po asi 10,0 h.
Vliv obsahu HEMC na rozpuštění hydratace cementu CSAa fáze přeměny je odlišná: Když je obsah L HEMC nízký, L HEMC modifikovaný cementový cementový vložení druhého vrcholu uvolňování tepla v hydrataci se objevil o něco dříve, rychlost uvolňování tepla a maximální hodnota uvolňování tepla je výrazně vyšší než čistá CSA cementová pasta; Se zvýšením obsahu HEMC L HEMC se rychlost uvolňování tepla LEMC modifikovaná cementová kaše CSA postupně snižovala a nižší než čistá kaše cementu CSA. Počet exotermických píků v hydratační exotermické křivce L HEMC 0,1 je stejný jako u čisté cementové pasty CSA, ale 3. a 4. hydratační exotermické píky jsou postoupeny na 42,0 minut a 2,3 h a porovnány s 33,5 a 9.0 MW/G čisté cementové pasty CSA, jejich exotermické píky jsou zvýšeny na 36,9 a 10,5 mW/g. To ukazuje, že 0,1% L HEMC zrychluje a zvyšuje hydrataci L HEMC modifikovaného cementu CSA v odpovídající fázi. A obsah HEMC L je 0,2%~ 0,5%, L HEMC modifikované zrychlení cementu CSA a fáze zpomalení postupně kombinované, tj. Čtvrtý exotermický vrchol předem a kombinovaný s třetím exotermickým vrcholem, uprostřed fáze dynamické rovnováhy se již neobjeví , L HEMC na účinku podpory hydratace cementu CSA je významnější.
L HEMC významně podporoval hydrataci cementu CSA za 45,0 min ~ 10,0 h. Za 45,0 minut ~ 5,0 h má 0,1%L HEMC malý vliv na hydrataci cementu CSA, ale když se obsah L HEMC zvýší na 0,2%~ 0,5%, účinek není významný. To se zcela liší od účinku CE na hydrataci portlandského cementu. Studie literatury ukázaly, že CE obsahující velké množství hydroxylových skupin v molekule bude adsorbováno na povrchu cementových částic a hydratačních produktů v důsledku interakce s kyselinou základnou, čímž se oddálí včasnou hydrataci portlandského cementu a silnější adsorpci, adsorpce,, a silně čím jasnější je zpoždění. V literatuře však bylo zjištěno, že adsorpční kapacita CE na povrchu na zadní straně byla slabší než kapacita na gel silikátového hydrátu vápenatého (C -S -H), Ca (OH) 2 a hydrátový povrch vápníku, zatímco adsorpční kapacita HEMC na cementových částicích CSA byl také slabší než HEM na částicech cementu Portlandu. Kromě toho může atom kyslíku na molekule CE napravit volnou vodu ve formě vodíkové vazby jako adsorbovanou vodu, změnit stav odpařitelné vody v cementové kalu a poté ovlivnit hydrataci cementu. Slabá adsorpce a absorpce CE však postupně oslabují s prodloužením doby hydratace. Po určité době bude uvolněna adsorbovaná voda a dále reaguje s nehydratovanými cementovými částicemi. Kromě toho může efekt CE také poskytnout dlouhý prostor pro hydratační výrobky. To může být důvod, proč L HEMC podporuje hydrataci cementu CSA po 45,0 minuty hydratace.
2.1.2 Vliv nahraného CE a jeho stupeň na proces hydratace
To je vidět z hydratačních křivek uvolňování tepla tří CS modifikovaných CSA kalu. Ve srovnání s L HEMC mají hydratační rychlost uvolňování tepla HEC a H HEMC modifikované CSA kaly také čtyři píky uvolňování tepla v hydrataci. Všechny tři CE mají zpožděné účinky na fáze rozpouštění a konverze hydratace cementu CSA a HEC a H HEMC mají silnější zpožděné účinky, což oddálí vznik zrychlené hydratační fáze. Přidání HEC a H -HEMC mírně zpozdilo 3. hydratační exotermický pík, významně pokročilo 4. hydratační exotermický pík a zvýšilo vrchol 4. hydratačního exotermického píku. Závěrem lze říci, že uvolňování hydratačního tepla tří modifikovaných CSA kalu modifikovaných CE je větší než u čistých CSA kalu v období hydratace 2,0 ~ 10,0 h, což naznačuje, že všechny tři CE podporují hydrataci cementu CSA v této fázi. V době hydratace 2,0 ~ 5,0 h je největší teplota CSA s hydratací LEMC modifikovaný CSA největší a Hemc a HEC jsou druhou, což naznačuje, že propagační účinek nízké substituční HEMC na hydrataci cementu CSA je silnější . Katalytický účinek HEMC byl silnější než účinek HEC, což naznačuje, že zavedení methylové skupiny zvýšilo katalytický účinek CE na hydrataci cementu CSA. Chemická struktura CE má velký vliv na jeho adsorpci na povrchu cementových částic, zejména stupně substituce a typu substituentu.
Sterická překážka CE se liší u různých substituentů. HEC má pouze hydroxyethyl v postranním řetězci, který je menší než HEMC obsahující methylovou skupinu. Proto má HEC nejsilnější adsorpční účinek na částice cementu CSA a největší vliv na kontaktní reakci mezi částicemi cementu a vodou, takže má nejviditelnější účinek zpoždění na třetí exotermický pík. Absorpce HEMC s vysokou substitucí je výrazně silnější než vstřebávání HEMC s nízkou substitucí. Výsledkem je, že volná voda zapojená do hydratační reakce mezi flokulovanými strukturami je snížena, což má velký vliv na počáteční hydrataci modifikovaného cementu CSA. Z tohoto důvodu je třetí hydrotermální pík zpožděn. HEMC s nízkou substitucí mají slabé absorpci vody a krátkou dobu působení, což má za následek včasné uvolňování adsorbentové vody a další hydrataci velkého počtu nehydratovaných cementových částic. Slabá adsorpce a absorpce vody mají různé zpožděné účinky na rozpuštění hydratace a fázi transformace cementu CSA, což má za následek rozdíl v podpoře hydratace cementu v pozdějším stádiu CE.
2.2 Analýza hydratačních produktů
2.2.1 Vliv obsahu CE na hydratační produkty
Změňte křivku TG DTG vodní kaše CSA různým obsahem L HEMC; Obsah chemicky vázaných vodních WW a hydratačních produktů AFT a AH3 Waft a WAH3 byly vypočteny podle křivek TG. Vypočítané výsledky ukázaly, že DTG křivky čisté cementové pasty CSA vykazovaly tři píky při 50 ~ 180 ℃, 230 ~ 300 ℃ a 642 ~ 975 ℃. Odpovídající rozkladu AH3 a dolomitu. Při hydrataci 2,0 h je odlišné křivky TG s kaše modifikovaného CSA L HEMC. Když hydratační reakce dosáhne 12,0 h, není žádný významný rozdíl v křivkách. Při hydrataci 2,0H byl obsah chemické vázací vody ve WL = 0%, 0,1%, 0,5%L HEMC modifikovanou cementovou pasta CSA 14,9%, 16,2%, 17,0%a obsah AFT byl 32,8%, 35,2%, 36,7%. respektive. Obsah AH3 byl 3,1%, 3,5%, respektive 3,7%, což naznačuje, že začlenění L HEMC zlepšilo stupeň hydratace hydratace cementu po dobu 2,0 h a zvýšil produkci hydratačních produktů a AH3, tj. Propagované, to, povýšené Hydratace cementu CSA. Může to být proto, že HEMC obsahuje hydrofobní skupinu methyl a hydrofilní skupiny hydroxyethyl, který má vysokou povrchovou aktivitu a může významně snížit povrchové napětí kapalné fáze v cementové kaši. Současně má za následek inspiraci vzduchu, aby se usnadnilo tvorbu cementových hydratačních produktů. Po 12,0 h hydratační, AFT a AH3 obsah v L HEMC modifikované CSA cementové kaše a čisté CSA cementové kaše neměly významný rozdíl.
2.2.2 Vliv substituentů CE a jejich stupně nahrazení za hydratační výrobky
Křivka TG DTG CSA cementové kaše modifikovaná třemi CE (obsah CE je 0,5%); Odpovídající výsledky výpočtu WW, WAFT a WAH3 jsou následující: při hydrataci 2.0 a 4,0 h, tg křivky různých cementových kalů se výrazně liší. Když hydratace dosáhne 12,0 h, křivky TG různých cementových kalů nemají významný rozdíl. Při 2,0 h hydrataci je chemicky vázaný obsah vody v čistém kalu CSA cementu a HEC, L HEMC, H HEMC modifikované cementové kaše CSA 14,9%, 15,2%, 17,0%, 14,1%. Po 4,0 hodinách hydratace se křivka TG čisté kaše cementu CSA nejméně snížila. Hydratační stupeň tří modifikovaných CSA CSA byl větší než u čistých kalů CSA a obsah chemicky vázané vody HEC modifikovaných kalí CSA byl větší než obsah HEC modifikovaných kalu CSA. L HEMC modifikovaný CSA cementový kaše Chemická vázací obsah vody je největší. Závěrem lze říci, že CE s různými substituenty a stupni substituce má významné rozdíly na počátečních hydratačních produktech cementu CSA a L -HEMC má největší propagační účinek na tvorbu hydratačních produktů. Při 12,0 h hydrataci nebyl významný rozdíl mezi mírou hmotnosti ztráty tří modifikovaných CSA cementu a mírou čistých CSA cementových slurpů, což bylo v souladu s kumulativními výsledky uvolňování tepla, což naznačuje, že CE významně ovlivnila hydrataci pouze hydrataci. CSA cement do 12,0 h.
Je také vidět, že AFT a AH3 charakteristická síla píku L HEMC modifikované kaše CSA jsou největší při hydrataci 2,0 a 4,0 h. AFT obsah čisté kaše CSA a HEC, L HEMC, H HEMC modifikované kaše CSA byly 32,8%, 33,3%, 36,7%a 31,0%při 2,0 h hydrataci. Obsah AH3 byl 3,1%, 3,0%, 3,6%a 2,7%. Po 4,0 hodinách hydratace byl obsah AFT 34,9%, 37,1%, 41,5%a 39,4%a obsah AH3 byl 3,3%, 3,5%, 4,1%, respektive 3,6%. Je vidět, že L HEMC má nejsilnější podporu na tvorbu hydratačních produktů CSA cementu a podporující účinek HEMC je silnější než účinek HEC. Ve srovnání s L -HEMC zlepšila H -HEMC významněji dynamickou viskozitu roztoku pórů, což ovlivnilo vodní transport, což vedlo ke snížení míry penetrace kalu a v tuto chvíli ovlivnilo produkci hydratačního produktu. Ve srovnání s HEMC je účinek vazby vodíku v molekulách HEC zřetelnější a účinek absorpce vody je silnější a déle trvající. V této době již není zřejmý účinek absorpce vody HEMC s vysokou substitucí a HEMC s nízkou substitucí. Kromě toho CE tvoří „uzavřenou smyčku“ vodního transportu v mikro-zóně uvnitř cementové kaše a voda uvolněná pomalu pomocí CE může dále reagovat přímo s okolními cementovými částicemi. Po 12,0 h hydrataci již nebyly účinky CE na AH3 a AH3 produkci kaše cementu CSA významné.

3. závěr
(1) Hydratace sulfoaluminátového (CSA) kalu za 45,0 min ~ 10,0 h lze podpořit s různou dávkou nízkého hydroxyethylmethyl fibrinu (L HEMC).
(2) Hydroxyethylcelulóza (HEC), vysoká substituční hydroxyethylmethylcelulóza (H HEMC), L HEMC HEMC, tyto tři hydroxyethylcelulózové ether (CE) zpozdily hydrataci hydratace 2,0 ~ ~ ~ ~ ~ 10,0 h.
(3) Zavedení methylu v hydroxyethyl CE může významně zvýšit jeho propagační účinek na hydrataci cementu CSA za 2,0 ~ 5,0 h a propagační účinek L HEMC na hydrataci cementu CSA je silnější než H HEMC.
(4) Pokud je obsah CE 0,5%, je nejvyšší množství kalu na HEMC modifikované LEMC modifikovanou L HEMC při hydrataci 2,0 a 4,0 h a účinek podpory hydratace je nejvýznamnější; HEMC a HEC modifikované kaly CSA produkovaly vyšší obsah Ah3 a AH3 než čisté kaly CSA pouze po 4,0 hodinách hydratace. Po 12,0 h hydrataci již nebyly účinky 3 CE na hydratační produkty cementu CSA významné.