Celluloseether om morfologien af ​​tidlig ettringit

Virkningerne af hydroxyethylmethylcelluloseether og methylcelluloseether på morfologien af ​​ettringit i tidlig cementopslæmning blev undersøgt ved scanningelektronmikroskopi (SEM). Resultaterne viser, at længde-diameterforholdet mellem ettringitkrystaller i hydroxyethylmethylcelluloseethermodificeret opslæmning er mindre end i almindelig opslæmning, og morfologien af ​​ettringitkrystaller er kortstavlignende. Længde-diameterforholdet af ettringitkrystaller i methylcelluloseethermodificeret opslæmning er større end i almindelig opslæmning, og morfologien af ​​ettringitkrystaller er nålestang. Ettringitkrystallerne i almindelige cementopslæmninger har et billedformat et sted midt imellem. Gennem ovenstående eksperimentelle undersøgelse er det yderligere klart, at forskellen i molekylvægt af to slags celluloseether er den vigtigste faktor, der påvirker ettringits morfologi.

Nøgleord:ettringit; Længde-diameter forhold; Methylcelluloseether; Hydroxyethylmethylcelluloseether; morfologi

Ettringit, som et let udvidet hydreringsprodukt, har en betydelig effekt på cementbetons ydeevne og har altid været forskningshotspot for cementbaserede materialer. Ettringit er en slags trisulfid-type calciumaluminathydrat, dens kemiske formel er [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, eller kan skrives som 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, ofte forkortet som AFt . I Portland cementsystem dannes ettringit hovedsageligt ved reaktionen af ​​gips med aluminat- eller ferri-aluminatmineraler, som spiller rollen som forsinkelse af hydrering og tidlig styrke af cement. Dannelsen og morfologien af ​​ettringit påvirkes af mange faktorer såsom temperatur, pH-værdi og ionkoncentration. Allerede i 1976 skrev Metha et al. brugte scanningselektronmikroskopi til at studere AFts morfologiske karakteristika og fandt ud af, at morfologien af ​​sådanne let udvidede hydreringsprodukter var lidt anderledes, når vækstrummet var stort nok, og når pladsen var begrænset. Førstnævnte var for det meste slanke nålestavformede kugler, mens sidstnævnte for det meste var korte stavformede prismer. Yang Wenyans forskning viste, at AFt-former var forskellige med forskellige hærdningsmiljøer. Våde miljøer vil forsinke AFt-generering i ekspansionsdoteret beton og øge muligheden for, at betonen hæver og revner. Forskellige miljøer påvirker ikke kun dannelsen og mikrostrukturen af ​​AFt, men også dens volumenstabilitet. Chen Huxing et al. fandt, at den langsigtede stabilitet af AFt faldt med stigningen i C3A-indholdet. Clark og Monteiro et al. fandt, at med stigningen i miljøtrykket ændrede AFt krystalstruktur sig fra orden til uorden. Balonis og Glasser gennemgik tæthedsændringerne af AFm og AFt. Renaudin et al. undersøgte de strukturelle ændringer af AFt før og efter nedsænkning i opløsning og de strukturelle parametre for AFt i Raman-spektrum. Kunther et al. undersøgte virkningen af ​​interaktionen mellem CSH gel calcium-silicium forhold og sulfation på AFt krystallisationstryk ved NMR. Samtidig har Wenk et al., baseret på anvendelsen af ​​AFt i cementbaserede materialer. studeret AFt-krystalorientering af betonsektion gennem hård synkrotronstråling røntgendiffraktionsbehandlingsteknologi. Dannelsen af ​​AFt i blandet cement og forskningshotspot af ettringit blev undersøgt. Baseret på forsinket ettringitreaktion har nogle forskere udført en masse forskning om årsagen til AFt-fasen.

Volumenudvidelsen forårsaget af dannelsen af ​​ettringit er nogle gange gunstig, og den kan fungere som en "ekspansion" svarende til magnesiumoxidekspansionsmiddel for at opretholde volumenstabiliteten af ​​cementbaserede materialer. Tilsætningen af ​​polymeremulsion og redispergerbart emulsionspulver ændrer de makroskopiske egenskaber af cementbaserede materialer på grund af deres betydelige virkninger på mikrostrukturen af ​​cementbaserede materialer. I modsætning til det redispergerbare emulsionspulver, som hovedsageligt forbedrer hærdet mørtels bindingsegenskaber, giver den vandopløselige polymercelluloseether (CE) den nyligt blandede mørtel en god vandretention og fortykningseffekt, hvilket forbedrer arbejdsydelsen. Ikke-ionisk CE er almindeligt anvendt, herunder methylcellulose (MC), hydroxyethylcellulose (HEC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC),hydroxyethylmethylcellulose (HEMC), osv., og CE spiller en rolle i nyblandet mørtel, men påvirker også hydratiseringsprocessen af ​​cementgylle. Undersøgelser har vist, at HEMC ændrer mængden af ​​AFt produceret som et hydreringsprodukt. Ingen undersøgelser har imidlertid systematisk sammenlignet effekten af ​​CE på den mikroskopiske morfologi af AFt, så dette papir undersøger forskellen mellem effekten af ​​HEMC og MC på den mikroskopiske morfologi af ettringham i tidlig (1-dages) cementopslæmning gennem billedanalyse og sammenligning.

1. Eksperiment

1.1 Råvarer

P·II 52.5R Portland cement produceret af Anhui Conch Cement Co., LTD blev valgt som cement i eksperimentet. De to celluloseethere er henholdsvis hydroxyethylmethylcellulose (HEMC) og methylcellulose (methylcellulose, Shanghai Sinopath Group). MC); Blandevandet er postevand.

1.2 Eksperimentelle metoder

Vand-cementforholdet i cementpastaprøven var 0,4 (masseforholdet mellem vand og cement), og indholdet af celluloseether var 1 % af cementmassen. Forberedelsen af ​​prøven blev udført i henhold til GB1346-2011 "Testmetode for vandforbrug, hærdningstid og stabilitet af cementstandardkonsistens". Efter dannelse af prøven blev plastfilm indkapslet på overfladen af ​​formen for at forhindre fordampning af overfladevand og karbonisering, og prøven blev anbragt i et hærderum med en temperatur på (20±2)℃ og en relativ luftfugtighed på (60±5). ) %. Efter 1 dag blev formen fjernet, og prøven blev brudt, derefter blev en lille prøve taget fra midten og gennemblødt i vandfri ethanol for at afslutte hydreringen, og prøven blev taget ud og tørret før testning. De tørrede prøver blev limet til prøvebordet med ledende dobbeltsidet klæbemiddel, og et lag guldfilm blev sprøjtet på overfladen med Cressington 108auto automatisk ionforstøvningsinstrument. Sputterstrømmen var 20 mA, og sputtertiden var 60 s. FEI QUANTAFEG 650 miljøskanningelektronmikroskop (ESEM) blev brugt til at observere de morfologiske karakteristika af AFt på prøvesektionen. Højvakuum sekundær elektrontilstand blev brugt til at observere AFT. Accelerationsspændingen var 15 kV, strålepletdiameteren var 3,0 nm, og arbejdsafstanden blev kontrolleret til ca. 10 mm.

2. Resultater og diskussion

SEM-billeder af ettringit i hærdet HEMC-modificeret cementopslæmning viste, at orienteringsvæksten af ​​lagdelt Ca (OH)2(CH) var tydelig, og AFt viste uregelmæssig ophobning af kort stavlignende AFt, og noget kort stavlignende AFT var dækket med HEMC membranstruktur. Zhang Dongfang et al. fandt også kort stanglignende AFt, når man observerede mikrostrukturændringerne af HEMC-modificeret cementopslæmning gennem ESEM. De mente, at almindelig cementopslæmning reagerede hurtigt efter at have stødt på vand, så AFt-krystal var slankt, og forlængelsen af ​​hydreringsalderen førte til den kontinuerlige stigning i længde-diameter-forholdet. Imidlertid øgede HEMC opløsningens viskositet, reducerede bindingshastigheden af ​​ioner i opløsningen og forsinkede ankomsten af ​​vand på overfladen af ​​klinkerpartikler, så længde-diameter-forholdet af AFt steg i en svag tendens, og dets morfologiske karakteristika viste kort stanglignende form. Sammenlignet med AFt i almindelig cementgylle af samme alder er denne teori blevet delvist verificeret, men den er ikke anvendelig til at forklare de morfologiske ændringer af AFt i MC modificeret cementgylle. SEM-billeder af ettridit i 1-dages hærdet MC-modificeret cementopslæmning viste også orienteret vækst af lagdelt Ca(OH)2, nogle AFt-overflader var også dækket med filmstruktur af MC, og AFt viste morfologiske karakteristika for klyngevækst. Til sammenligning har AFt-krystal i MC-modificeret cementopslæmning imidlertid et større længde-diameter-forhold og en mere slank morfologi, hvilket viser en typisk nåleformet morfologi.

Både HEMC og MC forsinkede den tidlige hydreringsproces af cement og øgede viskositeten af ​​opløsningen, men forskellene i AFt morfologiske egenskaber forårsaget af dem var stadig signifikante. Ovenstående fænomener kan uddybes yderligere ud fra perspektivet af molekylær struktur af celluloseether og AFt-krystalstruktur. Renaudin et al. gennemblødt den syntetiserede AFt i den forberedte alkaliopløsning for at få "våd AFt", og fjernede den delvist og tørrede den på overfladen af ​​mættet CaCl2-opløsning (35 % relativ fugtighed) for at få "tør AFt". Efter strukturforfiningsstudiet ved Raman-spektroskopi og røntgenpulverdiffraktion blev det konstateret, at der ikke var nogen forskel mellem de to strukturer, kun retningen for krystaldannelse af celler ændrede sig i tørringsprocessen, det vil sige i miljøprocessen. skifte fra "våd" til "tør", AFt-krystaller dannede celler langs den normale retning af en gradvist øget. AFt-krystallerne langs den c normale retning blev mindre og mindre. Den mest grundlæggende enhed af tredimensionelt rum er sammensat af en normallinje, b normallinje og c normallinje, som er vinkelrette på hinanden. I det tilfælde, hvor b-normaler var fikseret, klumrede AFt-krystaller sig langs en normaler, hvilket resulterede i et forstørret celletværsnit i ab-normalplanet. Så hvis HEMC "lagrer" mere vand end MC, kan et "tørt" miljø forekomme i et lokaliseret område, hvilket tilskynder til lateral aggregering og vækst af AFt-krystaller. Patural et al. fandt, at for CE selv, jo højere grad af polymerisation (eller jo større molekylvægt), jo større viskositet af CE og jo bedre vandtilbageholdelsesevne. Den molekylære struktur af HEMC'er og MCS understøtter denne hypotese, hvor hydroxyethylgruppen har en meget større molekylvægt end hydrogengruppen.

Generelt vil AFt-krystaller kun dannes og udfældes, når relevante ioner når en vis mætning i opløsningssystemet. Derfor kan faktorer som ionkoncentration, temperatur, pH-værdi og dannelsesrum i reaktionsopløsningen signifikant påvirke morfologien af ​​AFt-krystaller, og ændringer i kunstige syntesebetingelser kan ændre morfologien af ​​AFt-krystaller. Derfor kan forholdet mellem AFt-krystaller i almindelig cementopslæmning mellem de to være forårsaget af den enkelte faktor for vandforbrug i den tidlige hydrering af cement. Forskellen i AFt-krystalmorfologi forårsaget af HEMC og MC bør dog hovedsageligt skyldes deres specielle vandretentionsmekanisme. Hemcs og MCS skaber et "lukket kredsløb" af vandtransport inden for mikrozonen af ​​den friske cementopslæmning, hvilket giver mulighed for en "kort periode", hvor vandet er "let at komme ind og svært at komme ud." Men i denne periode ændres væskefasemiljøet i og nær mikrozonen også. Faktorer som ionkoncentration, pH osv. Ændringen af ​​vækstmiljø afspejles yderligere i AFt-krystallers morfologiske karakteristika. Denne "lukkede sløjfe" af vandtransport svarer til virkningsmekanismen beskrevet af Pourchez et al. HPMC spiller en rolle i vandretention.

3. Konklusion

(1) Tilsætningen af ​​hydroxyethylmethylcelluloseether (HEMC) og methylcelluloseether (MC) kan væsentligt ændre morfologien af ​​ettringit i tidlig (1 dag) almindelig cementopslæmning.

(2) Længden og diameteren af ​​ettringitkrystal i HEMC-modificeret cementopslæmning er små og korte stavformede; Længde- og diameterforholdet mellem ettringitkrystaller i MC-modificeret cementopslæmning er stort, hvilket har en nålestangsform. Ettringitkrystallerne i almindelige cementopslæmninger har et aspektforhold mellem disse to.

(3) De forskellige virkninger af to celluloseethere på morfologien af ​​ettringit skyldes i det væsentlige forskellen i molekylvægt.