Virkning af celluloseether på hydreringsvarme af forskellig cement og enkelt malm

virkningerne af celluloseether på hydratiseringsvarmen af ​​Portlandcement, sulfoaluminatcement, tricalciumsilicat og tricalciumaluminat i 72 timer blev sammenlignet ved isotermisk kalorimetritest. Resultaterne viser, at celluloseether betydeligt kan reducere hydrerings- og varmeafgivelseshastigheden af ​​Portlandcement og tricalciumsilicat, og den faldende virkning på tricalciumsilicats hydratisering og varmeafgivelseshastighed er mere signifikant. Virkningen af ​​celluloseether på at reducere varmeafgivelseshastigheden af ​​hydratiseringen af ​​sulfoaluminatcement er meget svag, men den har en svag effekt på at forbedre varmeafgivelseshastigheden af ​​hydreringen af ​​tricalciumaluminat. Celluloseether vil blive adsorberet af nogle hydratiseringsprodukter, hvilket forsinker krystallisationen af ​​hydratiseringsprodukter og påvirker derefter hydratiseringens varmeafgivelseshastighed af cement og enkelt malm.

Nøgleord:cellulose ether; Cement; Enkelt malm; Hydratiseringsvarme; adsorption

1. Introduktion

Celluloseether er et vigtigt fortykningsmiddel og vandtilbageholdende middel i tørblandet mørtel, selvkomprimerende beton og andre nye cementbaserede materialer. Celluloseether vil dog også forsinke cementhydrering, hvilket er befordrende for at forbedre driftstiden for cementbaserede materialer, forbedre mørtelkonsistensen og tidstab af betonnedgang, men kan også forsinke konstruktionens fremskridt. Det vil især have negative virkninger på mørtel og beton, der anvendes i miljøforhold med lav temperatur. Derfor er det meget vigtigt at forstå loven om celluloseether om cementhydratiseringskinetik.

OU og Pourchez undersøgte systematisk virkningerne af molekylære parametre såsom molekylvægt af celluloseether, type substituent eller substitutionsgrad på cementhydratiseringskinetik og trak mange vigtige konklusioner: Hydroxyethylcelluloseethers (HEC) evne til at forsinke hydreringen af cement er normalt stærkere end methylcelluloseether (HPMC), hydroxymethylethylcelluloseether (HEMC) og methylcelluloseether (MC). I celluloseetheren indeholdende methyl, jo lavere methylindholdet er, jo stærkere er evnen til at forsinke hydratiseringen af ​​cement; Jo lavere molekylvægten af ​​celluloseether er, jo stærkere er evnen til at forsinke hydratiseringen af ​​cement. Disse konklusioner giver et videnskabeligt grundlag for at vælge celluloseether korrekt.

For forskellige komponenter af cement er virkningen af ​​celluloseether på cementhydratiseringskinetik også et meget bekymret problem i tekniske applikationer. Der er dog ingen forskning i dette aspekt. I dette papir blev indflydelsen af ​​celluloseether på hydreringskinetikken af ​​almindelig Portlandcement, C3S(tricalciumsilikat), C3A(tricalciumaluminat) og sulfoaluminatcement (SAC) undersøgt gennem isotermisk kalorimetritest, for yderligere at forstå interaktionen og indre mekanisme mellem celluloseether og cementhydreringsprodukter. Det giver yderligere videnskabeligt grundlag for rationel anvendelse af celluloseether i cementbaserede materialer og giver også forskningsgrundlag for samspillet mellem andre tilsætningsstoffer og cementhydreringsprodukter.

2. Test

2.1 Råvarer

(1) almindelig Portland cement (P·0). Fremstillet af Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., specifikationen er P·042.5 (GB 175-2007), bestemt af bølgelængde-dispersion-type røntgenfluorescensspektrometer (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Ifølge analysen af ​​JADE 5.0-software omfatter cementråmaterialer foruden cementklinkermineralerne C3S, C2s, C3A, C4AF og gips også calciumcarbonat.

(2) sulfoaluminatcement (SAC). Den hurtige hårde sulfoaluminatcement produceret af Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. er R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Dens hovedgrupper er calciumsulfoaluminat og dicalciumsilikat.

(3) tricalciumsilicat (C3S). Pres Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 og H2O ved 3:1:0,08: Et masseforhold på 10 blev blandet jævnt og presset under et konstant tryk på 60 MPa til cylindrisk grøn billet. Emnet blev calcineret ved 1400 ℃ i 1,5 ~ 2 timer i en silicium-molybdænstav højtemperatur elektrisk ovn og derefter flyttet ind i en mikrobølgeovn til yderligere mikrobølgeopvarmning i 40 minutter. Efter udtagning af barren blev den brat afkølet og gentagne gange brækket og kalcineret, indtil indholdet af frit CaO i det færdige produkt var mindre end 1,0 %

(4) tricalciumaluminat (c3A). CaO og A12O3 blev blandet jævnt, calcineret ved 1450 ℃ i 4 timer i en silicium-molybdæn stav elektrisk ovn, malet til pulver og gentagne gange calcineret, indtil indholdet af fri CaO var mindre end 1,0%, og toppene af C12A7 og CA var ignoreret.

(5) celluloseether. Det tidligere arbejde sammenlignede virkningerne af 16 slags celluloseethere på hydrerings- og varmeafgivelseshastigheden af ​​almindelig Portland-cement og fandt ud af, at forskellige slags celluloseethere har betydelige forskelle på cementens hydrerings- og varmeafgivelseslov, og analyserede den interne mekanisme. af denne væsentlige forskel. Ifølge resultaterne af tidligere undersøgelse blev der udvalgt tre slags celluloseether, som har en tydelig hæmmende effekt på almindelig Portlandcement. Disse omfatter hydroxyethylcelluloseether (HEC), hydroxypropylmethylcelluloseether (HPMC) og hydroxyethylmethylcelluloseether (HEMC). Viskositeten af ​​celluloseether blev målt med et roterende viskosimeter med en testkoncentration på 2%, en temperatur på 20°C og en rotationshastighed på 12 r/min. Viskositeten af ​​celluloseether blev målt med et roterende viskosimeter med en testkoncentration på 2%, en temperatur på 20°C og en rotationshastighed på 12 r/min. Den molære substitutionsgrad af celluloseether er angivet af producenten.

(6) Vand. Brug sekundært destilleret vand.

2.2 Testmetode

Hydratiseringsvarme. TAM Air 8-kanals isotermisk kalorimeter produceret af TA Instrument Company blev vedtaget. Alle råmaterialer blev holdt konstant temperatur til testtemperatur (såsom (20± 0,5) ℃) før eksperimentet. Først blev 3 g cement og 18 mg celluloseetherpulver tilsat til kalorimeteret (masseforholdet mellem celluloseether og cemellativt materiale var 0,6%). Efter fuld blanding blev blandet vand (sekundært destilleret vand) tilsat i henhold til det specificerede vand-cementforhold og omrørt jævnt. Derefter blev det hurtigt sat ind i kalorimeteret til test. Vandbindemiddelforholdet for c3A er 1,1, og vandbindemiddelforholdet for de tre andre cementholdige materialer er 0,45.

3. Resultater og diskussion

3.1 Testresultater

Virkningerne af HEC, HPMC og HEMC på hydreringsvarmeafgivelseshastigheden og kumulativ varmeafgivelseshastighed af almindelig Portlandcement, C3S og C3A inden for 72 timer, og virkningerne af HEC på hydreringsvarmeafgivelseshastigheden og kumulativ varmeafgivelseshastighed af sulfoaluminatcement inden for 72 timer er HEC den celluloseether med den stærkeste forsinkelseseffekt på hydrering af anden cement og enkeltmalm. Ved at kombinere de to effekter kan det konstateres, at med ændringen af ​​cementmaterialesammensætningen har celluloseether forskellige virkninger på hydreringsvarmeafgivelseshastigheden og kumulativ varmeafgivelse. Den valgte celluloseether kan væsentligt reducere hydrerings- og varmeafgivelseshastigheden af ​​almindelig Portlandcement og C, S, forlænger hovedsageligt induktionsperioden, forsinker forekomsten af ​​hydrering og varmeafgivelsesspids, blandt hvilke celluloseetheren til C, S hydrering og forsinkelse af varmeafgivelseshastighed er mere indlysende end almindelig Portland-cementhydrering og forsinkelse af varmeafgivelseshastighed; Celluloseether kan også forsinke varmeafgivelseshastigheden af ​​sulfoaluminatcementhydratisering, men forsinkelsesevnen er meget svag og forsinker hovedsageligt hydreringen efter 2 timer; For varmeafgivelseshastigheden for C3A-hydrering har celluloseether en svag accelerationsevne.

3.2 Analyse og diskussion

Mekanismen for celluloseether forsinker cementhydrering. Silva et al. hypotese, at celluloseether øgede viskositeten af ​​poreopløsningen og hindrede ionisk bevægelseshastighed og dermed forsinket cementhydrering. Meget litteratur har dog tvivlet på denne antagelse, da deres eksperimenter har fundet ud af, at celluloseethere med lavere viskositet har en stærkere evne til at forsinke cementhydrering. Faktisk er tidspunktet for ionbevægelse eller migration så kort, at det åbenbart ikke kan sammenlignes med tidspunktet for cementhydratiseringsforsinkelse. Adsorptionen mellem celluloseether og cementhydratiseringsprodukter anses for at være den egentlige årsag til forsinkelsen af ​​cementhydratisering med celluloseether. Celluloseether adsorberes let til overfladen af ​​hydratiseringsprodukter såsom calciumhydroxid, CSH gel og calciumaluminathydrat, men det er ikke let at blive adsorberet af ettringit og uhydratiseret fase, og adsorptionskapaciteten af ​​celluloseether på calciumhydroxid er højere end det af CSH gel. For almindelige Portland cement-hydreringsprodukter har celluloseether derfor den stærkeste forsinkelse på calciumhydroxid, den stærkeste forsinkelse på calcium, den anden forsinkelse på CSH gel og den svageste forsinkelse på ettringit.

Tidligere undersøgelser har vist, at adsorptionen mellem ikke-ionisk polysaccharid og mineralfase hovedsageligt omfatter hydrogenbinding og kemisk kompleksdannelse, og disse to effekter opstår mellem polysaccharidets hydroxylgruppe og metalhydroxidet på mineraloverfladen. Liu et al. yderligere klassificerede adsorptionen mellem polysaccharider og metalhydroxider som syre-base interaktion, med polysaccharider som syrer og metalhydroxider som baser. For et givet polysaccharid bestemmer mineraloverfladens alkalinitet styrken af ​​interaktionen mellem polysaccharider og mineraler. Blandt de fire geleringskomponenter, der er undersøgt i dette papir, omfatter de vigtigste metal- eller ikke-metalelementer Ca, Al og Si. I henhold til rækkefølgen af ​​metalaktivitet er alkaliniteten af ​​deres hydroxider Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Faktisk er Si(OH)4-opløsning sur og adsorberer ikke celluloseether. Derfor, indholdet af Ca(OH)2 på overfladen af ​​cementhydratiseringsprodukter bestemmer adsorptionskapaciteten af ​​hydratiseringsprodukter og celluloseether, fordi calciumhydroxid, CSH gel (3CaO·2SiO2·3H20), ettringit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). og calciumaluminathydrat (3CaO·Al2O3·6H2O) i indholdet af uorganiske oxider af CaO er 100%, 58,33%, 49,56% og 62,2%. Derfor er rækkefølgen af ​​deres adsorptionskapacitet med celluloseether calciumhydroxid > calcium aluminat >CSH gel > ettringit, hvilket stemmer overens med resultaterne i litteraturen.

Hydratiseringsprodukterne af c3S omfatter hovedsageligt Ca(OH) og csH gel, og celluloseether har en god forsinkelseseffekt på dem. Derfor har celluloseether en meget tydelig forsinkelse på C3s hydrering. Udover c3S indeholder almindelig Portlandcement også C2s-hydrering, som er langsommere, hvilket gør celluloseetherens forsinkelseseffekt ikke tydelig i det tidlige stadie. Hydratiseringsprodukterne af almindeligt silikat omfatter også ettringit, og celluloseetherens forsinkelseseffekt er ringe. Derfor er celluloseetherens forsinkelsesevne til c3s stærkere end den for almindelig Portlandcement observeret i testen.

C3A vil opløses og hydrere hurtigt, når det møder vand, og hydreringsprodukterne er normalt C2AH8 og c4AH13, og hydreringsvarmen vil blive frigivet. Når opløsningen af ​​C2AH8 og c4AH13 når mætning, vil krystallisationen af ​​C2AH8 og C4AH13 hexagonal sheet hydrat blive dannet, og reaktionshastigheden og hydratiseringsvarmen vil blive reduceret på samme tid. På grund af adsorptionen af ​​celluloseether til overfladen af ​​calciumaluminathydrat (CxAHy), ville tilstedeværelsen af ​​celluloseether forsinke krystallisationen af ​​C2AH8 og C4AH13 hexagonal-plade-hydrat, hvilket resulterer i et fald i reaktionshastigheden og hydratiseringens varmeafgivelseshastighed end det af ren C3A, hvilket viser, at celluloseether har en svag accelerationsevne til C3A-hydrering. Det er værd at bemærke, at i denne test har celluloseether en svag accelererende evne til hydrering af ren c3A. Men i almindelig Portland cement, fordi c3A vil reagere med gips til dannelse af ettringit, på grund af indflydelsen af ​​ca2+ balance i opslæmningsopløsning, vil celluloseether forsinke dannelsen af ​​ettringit og dermed forsinke hydratiseringen af ​​c3A.

Fra virkningerne af HEC, HPMC og HEMC på hydrerings- og varmeafgivelseshastigheden og kumulativ varmeafgivelse af almindelig Portlandcement, C3S og C3A inden for 72 timer, og virkningerne af HEC på hydrerings- og varmeafgivelseshastigheden og kumulativ varmeafgivelse af sulfoaluminat cement inden for 72 timer, kan det ses, at blandt de tre udvalgte celluloseethere var evnen til forsinket hydrering af c3s og Portland cement stærkest i HEC, efterfulgt af HEMC, og svagest i HPMC. Hvad angår C3A, er de tre celluloseetheres evne til at accelerere hydrering også i samme rækkefølge, det vil sige, at HEC er den stærkeste, HEMC er den anden, HPMC er den svageste og stærkeste. Dette bekræftede gensidigt, at celluloseether har forsinket dannelsen af ​​hydratiseringsprodukter af geleringsmaterialer.

De vigtigste hydratiseringsprodukter af sulfoaluminatcement er ettringit og Al(OH)3-gel. C2S i sulfoaluminatcement vil også hydrere separat for at danne Ca(OH)2 og cSH-gel. Fordi adsorptionen af ​​celluloseether og ettringit kan ignoreres, og hydratiseringen af ​​sulfoaluminat er for hurtig, har celluloseether derfor på det tidlige stadie af hydratiseringen ringe effekt på hydreringsvarmefrigivelseshastigheden af ​​sulfoaluminatcement. Men til en vis hydratiseringstid, fordi c2'er separat vil hydratisere for at generere Ca(OH)2 og CSH gel, vil disse to hydratiseringsprodukter blive forsinket af celluloseether. Derfor blev det observeret, at celluloseether forsinkede hydreringen af ​​sulfoaluminatcement efter 2 timer.

4. Konklusion

I dette papir, gennem isotermisk kalorimetri test, blev indflydelsesloven og dannelsesmekanismen af ​​celluloseether på hydreringsvarme af almindelig Portland cement, c3s, c3A, sulfoaluminatcement og andre forskellige komponenter og enkelt malm i 72 timer sammenlignet. Hovedkonklusionerne er som følger:

(1) Celluloseether kan reducere hydreringsvarmeafgivelseshastigheden for almindelig Portlandcement og tricalciumsilikat betydeligt, og effekten af ​​at reducere hydreringsvarmefrigivelseshastigheden for tricalciumsilicat er mere signifikant; Virkningen af ​​celluloseether på at reducere varmeafgivelseshastigheden af ​​sulfoaluminatcement er meget svag, men den har en svag effekt på at forbedre varmeafgivelseshastigheden af ​​tricalciumaluminat.

(2) celluloseether vil blive adsorberet af nogle hydratiseringsprodukter, hvilket forsinker krystallisationen af ​​hydratiseringsprodukter, hvilket påvirker varmeafgivelseshastigheden for cementhydratisering. Typen og mængden af ​​hydratiseringsprodukter er forskellige for forskellige komponenter i cementsneglmalm, så virkningen af ​​celluloseether på deres hydreringsvarme er ikke den samme.