Einfluss von Celluloseether auf die Hydratationswärme verschiedener Zemente und einzelner Erze

Die Auswirkungen von Celluloseether auf die Hydratationswärme von Portlandzement, Sulfoaluminatzement, Tricalciumsilikat und Tricalciumaluminat in 72 Stunden wurden durch einen isothermen Kalorimetrietest verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass Celluloseether die Hydratations- und Wärmefreisetzungsrate von Portlandzement und Tricalciumsilikat erheblich reduzieren kann, wobei der Verringerungseffekt auf die Hydratations- und Wärmefreisetzungsrate von Tricalciumsilikat noch signifikanter ist. Die Wirkung von Celluloseether auf die Verringerung der Wärmefreisetzungsrate der Hydratation von Sulfoaluminatzement ist sehr schwach, er hat jedoch eine schwache Wirkung auf die Verbesserung der Wärmefreisetzungsrate der Hydratation von Tricalciumaluminat. Celluloseether wird von einigen Hydratationsprodukten adsorbiert, wodurch die Kristallisation der Hydratationsprodukte verzögert wird und sich dann auf die Hydratationswärmefreisetzungsrate von Zement und Einzelerz auswirkt.

Schlüsselwörter:Celluloseether; Zement; Einzelnes Erz; Hydratationswärme; Adsorption

1. Einführung

Celluloseether ist ein wichtiges Verdickungsmittel und Wasserrückhaltemittel in Trockenmörtel, selbstverdichtendem Beton und anderen neuen zementbasierten Materialien. Celluloseether verzögert jedoch auch die Hydratation des Zements, was sich positiv auf die Verbesserung der Betriebszeit zementbasierter Materialien, die Mörtelkonsistenz und den Betonabsackzeitverlust auswirkt, aber auch den Baufortschritt verzögern kann. Insbesondere hat es negative Auswirkungen auf Mörtel und Beton, die in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen verwendet werden. Daher ist es sehr wichtig, das Gesetz von Celluloseether auf die Hydratationskinetik von Zement zu verstehen.

OU und Pourchez untersuchten systematisch die Auswirkungen molekularer Parameter wie Molekulargewicht von Celluloseether, Art des Substituenten oder Substitutionsgrad auf die Hydratationskinetik von Zement und zogen viele wichtige Schlussfolgerungen: Die Fähigkeit von Hydroxyethylcelluloseether (HEC), die Hydratation von zu verzögern Zement ist normalerweise stärker als der von Methylzelluloseether (HPMC), Hydroxymethylethylzelluloseether (HEMC) und Methylzelluloseether (MC). Im methylhaltigen Celluloseether ist die Fähigkeit, die Hydratation des Zements zu verzögern, umso stärker, je niedriger der Methylgehalt ist. Je niedriger das Molekulargewicht von Celluloseether ist, desto stärker ist die Fähigkeit, die Hydratation von Zement zu verzögern. Diese Schlussfolgerungen liefern eine wissenschaftliche Grundlage für die richtige Auswahl von Celluloseether.

Bei verschiedenen Zementbestandteilen ist die Wirkung von Celluloseether auf die Hydratationskinetik des Zements auch bei technischen Anwendungen ein sehr besorgniserregendes Problem. Es gibt jedoch keine Forschung zu diesem Aspekt. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von Celluloseether auf die Hydratationskinetik von gewöhnlichem Portlandzement, C3S (Tricalciumsilikat), C3A (Tricalciumaluminat) und Sulfoaluminatzement (SAC) durch einen isothermen Kalorimetrietest untersucht, um die Wechselwirkungen besser zu verstehen interner Mechanismus zwischen Celluloseether und Zementhydratationsprodukten. Es liefert eine weitere wissenschaftliche Grundlage für die rationelle Verwendung von Celluloseether in zementbasierten Materialien und bietet außerdem eine Forschungsgrundlage für die Wechselwirkung zwischen anderen Zusatzmitteln und Zementhydratationsprodukten.

2. Testen

2.1 Rohstoffe

(1) gewöhnlicher Portlandzement (P·0). Hergestellt von Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., die Spezifikation ist P· 042.5 (GB 175-2007), bestimmt mit einem Röntgenfluoreszenzspektrometer vom Wellenlängendispersionstyp (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Laut der Analyse der Software JADE 5.0 umfassen die Zementrohstoffe neben den Zementklinkermineralien C3S, C2s, C3A, C4AF und Gips auch Calciumcarbonat.

(2) Sulfoaluminatzement (SAC). Der von Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. hergestellte schnelle harte Sulfoaluminatzement ist R.Star 42,5 (GB 20472-2006). Seine Hauptgruppen sind Calciumsulfoaluminat und Dicalciumsilikat.

(3) Tricalciumsilikat (C3S). Pressen Sie Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 und H2O im Verhältnis 3:1:0,08: Ein Massenverhältnis von 10 wurde gleichmäßig gemischt und unter einem konstanten Druck von 60 MPa gepresst, um einen zylindrischen Rohling herzustellen. Der Barren wurde 1,5 bis 2 Stunden lang bei 1400 °C in einem Hochtemperatur-Elektroofen mit Silizium-Molybdän-Stab kalziniert und dann zur weiteren Mikrowellenerwärmung 40 Minuten lang in einen Mikrowellenofen überführt. Nach dem Herausnehmen des Knüppels wurde dieser abrupt abgekühlt und wiederholt gebrochen und kalziniert, bis der Gehalt an freiem CaO im fertigen Produkt weniger als 1,0 % betrug.

(4) Tricalciumaluminat (c3A). CaO und A12O3 wurden gleichmäßig gemischt, 4 Stunden lang bei 1450 °C in einem Silizium-Molybdän-Stab-Elektroofen kalziniert, zu Pulver gemahlen und wiederholt kalziniert, bis der Gehalt an freiem CaO weniger als 1,0 % betrug und die Peaks von C12A7 und CA erreicht wurden ignoriert.

(5) Celluloseether. Die vorherige Arbeit verglich die Auswirkungen von 16 Arten von Celluloseethern auf die Hydratations- und Wärmefreisetzungsrate von gewöhnlichem Portlandzement und stellte fest, dass verschiedene Arten von Celluloseethern signifikante Unterschiede im Hydratations- und Wärmefreisetzungsgesetz von Zement aufweisen, und analysierte den internen Mechanismus von diesem signifikanten Unterschied. Den Ergebnissen früherer Studien zufolge wurden drei Arten von Celluloseethern ausgewählt, die offensichtlich eine verzögernde Wirkung auf gewöhnlichen Portlandzement haben. Dazu gehören Hydroxyethylcelluloseether (HEC), Hydroxypropylmethylcelluloseether (HPMC) und Hydroxyethylmethylcelluloseether (HEMC). Die Viskosität von Celluloseether wurde mit einem Rotationsviskosimeter bei einer Testkonzentration von 2 %, einer Temperatur von 20 °C und einer Rotationsgeschwindigkeit von 12 U/min gemessen. Die Viskosität von Celluloseether wurde mit einem Rotationsviskosimeter bei einer Testkonzentration von 2 %, einer Temperatur von 20 °C und einer Rotationsgeschwindigkeit von 12 U/min gemessen. Der molare Substitutionsgrad von Celluloseether wird vom Hersteller angegeben.

(6) Wasser. Verwenden Sie sekundär destilliertes Wasser.

2.2 Testmethode

Feuchtigkeitswärme. Das von TA Instrument Company hergestellte isotherme Kalorimeter TAM Air mit 8 Kanälen wurde übernommen. Alle Rohstoffe wurden vor dem Experiment auf einer konstanten Temperatur auf Testtemperatur (z. B. (20 ± 0,5) ℃) gehalten. Zunächst wurden 3 g Zement und 18 mg Celluloseetherpulver in das Kalorimeter gegeben (Massenverhältnis von Celluloseether zu zellbildendem Material betrug 0,6 %). Nach dem vollständigen Mischen wurde Mischwasser (sekundär destilliertes Wasser) entsprechend dem angegebenen Wasser-Zement-Verhältnis hinzugefügt und gleichmäßig gerührt. Dann wurde es schnell zum Testen in das Kalorimeter gegeben. Das Wasser-Bindemittel-Verhältnis von c3A beträgt 1,1 und das Wasser-Bindemittel-Verhältnis der anderen drei zementhaltigen Materialien beträgt 0,45.

3. Ergebnisse und Diskussion

3.1 Testergebnisse

Die Auswirkungen von HEC, HPMC und HEMC auf die Hydratationswärmefreisetzungsrate und die kumulative Wärmefreisetzungsrate von gewöhnlichem Portlandzement, C3S und C3A innerhalb von 72 Stunden sowie die Auswirkungen von HEC auf die Hydratationswärmefreisetzungsrate und die kumulative Wärmefreisetzungsrate von Sulfoaluminatzement Innerhalb von 72 Stunden ist HEC der Celluloseether mit der stärksten Verzögerungswirkung auf die Hydratation anderer Zemente und einzelner Erze. Durch die Kombination der beiden Effekte kann festgestellt werden, dass Celluloseether bei Änderung der Zusammensetzung des zementären Materials unterschiedliche Auswirkungen auf die Hydratationswärmefreisetzungsrate und die kumulative Wärmefreisetzung hat. Der ausgewählte Celluloseether kann die Hydratations- und Wärmefreisetzungsrate von gewöhnlichem Portlandzement und C, S erheblich reduzieren, hauptsächlich die Induktionsperiode verlängern und das Auftreten von Hydratations- und Wärmefreisetzungsspitzen verzögern, darunter der Celluloseether zur C, S-Hydratation und Die Verzögerung der Wärmefreisetzungsrate ist offensichtlicher als die Verzögerung der Hydratation und Wärmefreisetzungsrate bei gewöhnlichem Portlandzement. Celluloseether kann auch die Wärmefreisetzungsrate der Hydratation von Sulfoaluminatzement verzögern, aber die Verzögerungsfähigkeit ist sehr schwach und verzögert hauptsächlich die Hydratation nach 2 Stunden; Hinsichtlich der Wärmefreisetzungsrate der C3A-Hydratation weist Celluloseether eine schwache Beschleunigungsfähigkeit auf.

3.2 Analyse und Diskussion

Der Mechanismus des Zelluloseethers verzögert die Hydratation des Zements. Silva et al. stellten die Hypothese auf, dass Zelluloseether die Viskosität der Porenlösung erhöhte und die Geschwindigkeit der Ionenbewegung behinderte, wodurch die Zementhydratation verzögert wurde. Allerdings wird diese Annahme in vielen Fachliteratur angezweifelt, da ihre Experimente gezeigt haben, dass Celluloseether mit niedrigerer Viskosität eine stärkere Fähigkeit haben, die Zementhydratation zu verzögern. Tatsächlich ist die Zeit der Ionenbewegung oder -migration so kurz, dass sie offensichtlich nicht mit der Zeit der Verzögerung der Zementhydratation vergleichbar ist. Als eigentlicher Grund für die Verzögerung der Zementhydratation durch Celluloseether wird die Adsorption zwischen Celluloseether und Zementhydratationsprodukten angesehen. Celluloseether wird leicht an der Oberfläche von Hydratationsprodukten wie Calciumhydroxid, CSH-Gel und Calciumaluminathydrat adsorbiert, lässt sich jedoch nicht leicht von Ettringit und der nicht hydratisierten Phase adsorbieren, und die Adsorptionskapazität von Celluloseether an Calciumhydroxid ist höher als das von CSH-Gel. Daher weist Celluloseether bei gewöhnlichen Portlandzement-Hydratationsprodukten die stärkste Verzögerung bei Calciumhydroxid, die stärkste Verzögerung bei Calcium, die zweite Verzögerung bei CSH-Gel und die schwächste Verzögerung bei Ettringit auf.

Frühere Studien haben gezeigt, dass die Adsorption zwischen nichtionischem Polysaccharid und der Mineralphase hauptsächlich Wasserstoffbrückenbindungen und chemische Komplexierung umfasst und diese beiden Effekte zwischen der Hydroxylgruppe des Polysaccharids und dem Metallhydroxid auf der Mineraloberfläche auftreten. Liu et al. Die Adsorption zwischen Polysacchariden und Metallhydroxiden wurde außerdem als Säure-Base-Wechselwirkung klassifiziert, wobei Polysaccharide als Säuren und Metallhydroxide als Basen fungieren. Für ein bestimmtes Polysaccharid bestimmt die Alkalität der Mineraloberfläche die Stärke der Wechselwirkung zwischen Polysacchariden und Mineralien. Zu den vier in dieser Arbeit untersuchten Gelierkomponenten gehören Ca, Al und Si zu den wichtigsten metallischen oder nichtmetallischen Elementen. Gemäß der Reihenfolge der Metallaktivität ist die Alkalität ihrer Hydroxide Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Tatsächlich ist die Si(OH)4-Lösung sauer und adsorbiert keinen Celluloseether. Daher gilt: Der Gehalt an Ca(OH)2 auf der Oberfläche von Zementhydratationsprodukten bestimmt die Adsorptionsfähigkeit von Hydratationsprodukten und Celluloseether. Denn Calciumhydroxid, CSH-Gel (3CaO·2SiO2·3H20), Ettringit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). und Calciumaluminathydrat (3CaO·Al2O3·6H2O) im Gehalt an anorganischen Oxiden von CaO beträgt 100 %, 58,33 %, 49,56 % und 62,2 %. Daher ist die Reihenfolge ihrer Adsorptionskapazität mit Celluloseether Calciumhydroxid > Calcium Aluminat > CSH-Gel > Ettringit, was mit den Ergebnissen in der Literatur übereinstimmt.

Zu den Hydratationsprodukten von c3S gehören hauptsächlich Ca(OH) und csH-Gel, auf die Celluloseether eine gute Verzögerungswirkung hat. Daher verzögert Celluloseether die C3-Hydratation deutlich. Neben c3S enthält gewöhnlicher Portlandzement auch C2s-Hydratation, die langsamer ist, wodurch der Verzögerungseffekt von Celluloseether im Frühstadium nicht offensichtlich ist. Zu den Hydratationsprodukten von gewöhnlichem Silikat gehört auch Ettringit, und die Verzögerungswirkung von Celluloseether ist gering. Daher ist die Verzögerungsfähigkeit von Celluloseether gegenüber c3s stärker als die von gewöhnlichem Portlandzement, die im Test beobachtet wurde.

C3A löst sich schnell auf und hydratisiert, wenn es auf Wasser trifft. Die Hydratationsprodukte sind normalerweise C2AH8 und c4AH13, und die Hydratationswärme wird freigesetzt. Wenn die Lösung von C2AH8 und c4AH13 die Sättigung erreicht, kommt es zur Kristallisation von hexagonalem Schichthydrat C2AH8 und C4AH13, und gleichzeitig werden die Reaktionsgeschwindigkeit und die Hydratationswärme verringert. Aufgrund der Adsorption von Celluloseether an der Oberfläche von Calciumaluminathydrat (CxAHy) würde die Anwesenheit von Celluloseether die Kristallisation von C2AH8- und C4AH13-Hexagonalplattenhydrat verzögern, was zu einer Verringerung der Reaktionsgeschwindigkeit und der Hydratationswärmefreisetzungsrate führt von reinem C3A, was zeigt, dass Celluloseether die C3A-Hydratisierung nur schwach beschleunigt. Es ist erwähnenswert, dass Celluloseether in diesem Test die Hydratation von reinem c3A nur schwach beschleunigt. Da c3A jedoch in gewöhnlichem Portlandzement mit Gips unter Bildung von Ettringit reagiert, verzögert Celluloseether aufgrund des Einflusses des Ca2+-Gleichgewichts in der Aufschlämmungslösung die Bildung von Ettringit und damit die Hydratation von c3A.

Aus den Auswirkungen von HEC, HPMC und HEMC auf die Hydratations- und Wärmefreisetzungsrate und die kumulative Wärmefreisetzung von gewöhnlichem Portlandzement, C3S und C3A innerhalb von 72 Stunden und den Auswirkungen von HEC auf die Hydratations- und Wärmefreisetzungsrate und die kumulative Wärmefreisetzung von Sulfoaluminat Es ist ersichtlich, dass unter den drei ausgewählten Celluloseethern die Fähigkeit zur verzögerten Hydratation von c3s und Portlandzement bei HEC am stärksten war, gefolgt von HEMC, und bei HPMC am schwächsten. Was C3A betrifft, ist die Fähigkeit der drei Celluloseether, die Hydratation zu beschleunigen, ebenfalls in der gleichen Reihenfolge, d. h. HEC ist am stärksten, HEMC ist an zweiter Stelle, HPMC ist am schwächsten und am stärksten. Dies bestätigte gegenseitig, dass Celluloseether die Bildung von Hydratationsprodukten gelierender Materialien verzögerte.

Die Haupthydratationsprodukte von Sulfoaluminatzement sind Ettringit und Al(OH)3-Gel. Das C2S im Sulfoaluminatzement hydratisiert auch separat und bildet Ca(OH)2 und cSH-Gel. Da die Adsorption von Celluloseether und Ettringit vernachlässigt werden kann und die Hydratation von Sulfoaluminat zu schnell erfolgt, hat Celluloseether im frühen Stadium der Hydratation nur einen geringen Einfluss auf die Hydratationswärmefreisetzungsrate von Sulfoaluminatzement. Aber bis zu einer bestimmten Hydratationszeit werden diese beiden Hydratationsprodukte durch Celluloseether verzögert, da c2s separat hydratisiert, um Ca(OH)2 und CSH-Gel zu erzeugen. Daher wurde beobachtet, dass Celluloseether die Hydratation von Sulfoaluminatzement nach 2 Stunden verzögerte.

4. Fazit

In dieser Arbeit wurden durch einen isothermen Kalorimetrietest das Einflussgesetz und der Bildungsmechanismus von Celluloseether auf die Hydratationswärme von gewöhnlichem Portlandzement, C3s, C3A, Sulfoaluminatzement und anderen verschiedenen Komponenten sowie einzelnem Erz in 72 Stunden verglichen. Die wichtigsten Schlussfolgerungen lauten wie folgt:

(1) Celluloseether kann die Hydratationswärmefreisetzungsrate von gewöhnlichem Portlandzement und Tricalciumsilicat erheblich reduzieren, und der Effekt der Reduzierung der Hydratationswärmefreisetzungsrate von Tricalciumsilicat ist signifikanter; Die Wirkung von Celluloseether auf die Verringerung der Wärmefreisetzungsrate von Sulfoaluminatzement ist sehr schwach, die Wirkung auf die Verbesserung der Wärmefreisetzungsrate von Tricalciumaluminat ist jedoch schwach.

(2) Celluloseether wird von einigen Hydratationsprodukten adsorbiert, wodurch die Kristallisation der Hydratationsprodukte verzögert wird und die Wärmefreisetzungsrate der Zementhydratation beeinträchtigt wird. Die Art und Menge der Hydratationsprodukte ist für verschiedene Bestandteile des Zementbarrenerzes unterschiedlich, sodass die Wirkung von Celluloseether auf deren Hydratationswärme nicht gleich ist.