Αιθέρας κυτταρίνης στη μορφολογία του πρώιμου ετρινγκίτη

Οι επιδράσεις του αιθέρα υδροξυαιθυλο μεθυλοκυτταρίνης και του αιθέρα μεθυλοκυτταρίνης στη μορφολογία του ετρινγκίτη σε πρώιμο πολτό τσιμέντου μελετήθηκαν με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM). Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η αναλογία μήκους-διαμέτρου των κρυστάλλων ετρινγκίτη σε ιλύ τροποποιημένης με αιθέρα υδροξυαιθυλο μεθυλ κυτταρίνης είναι μικρότερη από αυτή του συνηθισμένου πολτού και η μορφολογία των κρυστάλλων ετρινγκίτη είναι κοντή ράβδος. Ο λόγος μήκους-διαμέτρου των κρυστάλλων ετρινγκίτη στον πολτό τροποποιημένο με αιθέρα μεθυλοκυτταρίνης είναι μεγαλύτερος από αυτόν στον συνηθισμένο πολτό και η μορφολογία των κρυστάλλων ετρινγκίτη είναι βελόνα-ράβδος. Οι κρύσταλλοι εττριγγίτη σε συνηθισμένους πολτούς τσιμέντου έχουν μια αναλογία διαστάσεων κάπου στο ενδιάμεσο. Μέσα από την παραπάνω πειραματική μελέτη, είναι περαιτέρω σαφές ότι η διαφορά μοριακού βάρους δύο ειδών αιθέρα κυτταρίνης είναι ο σημαντικότερος παράγοντας που επηρεάζει τη μορφολογία του ετρινγκίτη.

Λέξεις κλειδιά:Etringite? Λόγος μήκους-διαμέτρου; Αιθέρας μεθυλοκυτταρίνης; Αιθέρας υδροξυαιθυλο μεθυλοκυτταρίνης. μορφολογία

Ο εττριγγίτης, ως ένα ελαφρώς διογκωμένο προϊόν ενυδάτωσης, έχει σημαντική επίδραση στην απόδοση του τσιμεντοσκυροδέματος και ήταν πάντα το hotspot έρευνας για υλικά με βάση το τσιμέντο. Ο ετρινγκίτης είναι ένα είδος ένυδρου αργιλικού ασβεστίου τύπου τρισουλφιδίου, ο χημικός του τύπος είναι [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, ή μπορεί να γραφεί ως 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, συχνά συντομογραφείται ως AFt . Στο σύστημα τσιμέντου Πόρτλαντ, ο ετρινγκίτης σχηματίζεται κυρίως από την αντίδραση του γύψου με αργιλικά ή αργιλικά ορυκτά σιδήρου, το οποίο παίζει το ρόλο της καθυστέρησης της ενυδάτωσης και της πρώιμης αντοχής του τσιμέντου. Ο σχηματισμός και η μορφολογία του ετρινγκίτη επηρεάζονται από πολλούς παράγοντες όπως η θερμοκρασία, η τιμή του pH και η συγκέντρωση ιόντων. Ήδη από το 1976, οι Metha et al. χρησιμοποίησε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης για να μελετήσει τα μορφολογικά χαρακτηριστικά του AFt και διαπίστωσε ότι η μορφολογία τέτοιων ελαφρώς διευρυμένων προϊόντων ενυδάτωσης ήταν ελαφρώς διαφορετική όταν ο χώρος ανάπτυξης ήταν αρκετά μεγάλος και όταν ο χώρος ήταν περιορισμένος. Το πρώτο ήταν ως επί το πλείστον λεπτές βελονοειδείς σφαίρες, ενώ το δεύτερο ήταν ως επί το πλείστον κοντό πρίσμα σε σχήμα ράβδου. Η έρευνα του Yang Wenyan διαπίστωσε ότι οι μορφές AFt ήταν διαφορετικές με διαφορετικά περιβάλλοντα σκλήρυνσης. Τα υγρά περιβάλλοντα θα καθυστερούσαν την παραγωγή AFt σε σκυρόδεμα με διογκωμένο σκυρόδεμα και θα αύξαναν την πιθανότητα διόγκωσης και ρωγμών του σκυροδέματος. Διαφορετικά περιβάλλοντα επηρεάζουν όχι μόνο τον σχηματισμό και τη μικροδομή του AFt, αλλά και τη σταθερότητα όγκου του. Οι Chen Huxing et al. διαπίστωσε ότι η μακροπρόθεσμη σταθερότητα του AFt μειώθηκε με την αύξηση της περιεκτικότητας σε C3A. Οι Clark και Monteiro et al. διαπίστωσε ότι με την αύξηση της περιβαλλοντικής πίεσης, η κρυσταλλική δομή AFt άλλαξε από τάξη σε αταξία. Οι Balonis και Glasser εξέτασαν τις αλλαγές πυκνότητας των AFm και AFt. Οι Renaudin et al. μελέτησε τις δομικές αλλαγές του AFt πριν και μετά τη βύθιση σε διάλυμα και τις δομικές παραμέτρους του AFt στο φάσμα Raman. Οι Kunther et al. μελέτησε την επίδραση της αλληλεπίδρασης μεταξύ της αναλογίας γέλης CSH ασβεστίου-πυριτίου και θειικού ιόντος στην πίεση κρυστάλλωσης AFt με NMR. Παράλληλα, με βάση την εφαρμογή του AFt σε υλικά με βάση το τσιμέντο, οι Wenk et al. μελέτησε τον προσανατολισμό κρυστάλλου AFt της τομής σκυροδέματος μέσω της τεχνολογίας φινιρίσματος περίθλασης ακτίνων Χ ακτινοβολίας σκληρού σύγχροτρον. Διερευνήθηκε ο σχηματισμός AFt σε μικτό τσιμέντο και το ερευνητικό hotspot του ετρινγκίτη. Με βάση την καθυστερημένη αντίδραση ετρινγκίτη, ορισμένοι μελετητές έχουν διεξαγάγει πολλές έρευνες σχετικά με την αιτία της φάσης AFt.

Η διόγκωση του όγκου που προκαλείται από το σχηματισμό του ετρινγκίτη είναι μερικές φορές ευνοϊκή και μπορεί να λειτουργήσει ως «διαστολή» παρόμοιο με τον παράγοντα διόγκωσης του οξειδίου του μαγνησίου για τη διατήρηση της σταθερότητας όγκου των υλικών με βάση το τσιμέντο. Η προσθήκη πολυμερούς γαλακτώματος και επαναδιασπειρόμενης σκόνης γαλακτώματος αλλάζει τις μακροσκοπικές ιδιότητες των υλικών με βάση το τσιμέντο λόγω των σημαντικών επιπτώσεών τους στη μικροδομή των υλικών με βάση το τσιμέντο. Ωστόσο, σε αντίθεση με την επαναδιασπειρόμενη σκόνη γαλακτώματος που ενισχύει κυρίως την ιδιότητα συγκόλλησης του σκληρυμένου κονιάματος, ο υδατοδιαλυτός πολυμερής αιθέρας κυτταρίνης (CE) δίνει στο πρόσφατα αναμεμειγμένο κονίαμα καλή συγκράτηση νερού και πυκνωτικό αποτέλεσμα, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση εργασίας. Χρησιμοποιείται συνήθως μη ιονικό CE, συμπεριλαμβανομένης της μεθυλοκυτταρίνης (MC), της υδροξυαιθυλοκυτταρίνης (HEC), της υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης (HPMC),υδροξυαιθυλο μεθυλοκυτταρίνη (HEMC), κ.λπ., και το CE παίζει ρόλο στο νεοαναμειγμένο κονίαμα αλλά επηρεάζει επίσης τη διαδικασία ενυδάτωσης του τσιμεντοπολτού. Μελέτες έχουν δείξει ότι το HEMC αλλάζει την ποσότητα του AFt που παράγεται ως προϊόν ενυδάτωσης. Ωστόσο, καμία μελέτη δεν έχει συγκρίνει συστηματικά την επίδραση του CE στη μικροσκοπική μορφολογία του AFt, επομένως αυτό το άρθρο διερευνά τη διαφορά της επίδρασης του HEMC και του MC στη μικροσκοπική μορφολογία του etringham σε πρώιμο πολτό τσιμέντου (1 ημέρας) μέσω ανάλυσης εικόνας και σύγκριση.

1. Πειραματιστείτε

1.1 Πρώτες Ύλες

Το τσιμέντο Portland P·II 52.5R που παράγεται από την Anhui Conch Cement Co., LTD επιλέχθηκε ως το τσιμέντο στο πείραμα. Οι δύο αιθέρες κυτταρίνης είναι η υδροξυαιθυλομεθυλοκυτταρίνη (HEMC) και η μεθυλοκυτταρίνη (μεθυλοκυτταρίνη, Ομάδα Sinopath Shanghai) αντίστοιχα. MC); Το νερό ανάμιξης είναι νερό βρύσης.

1.2 Πειραματικές μέθοδοι

Η αναλογία νερού-τσιμέντου του δείγματος τσιμεντοπολτού ήταν 0,4 (η αναλογία μάζας νερού προς τσιμέντο) και η περιεκτικότητα σε αιθέρα κυτταρίνης ήταν 1% της μάζας του τσιμέντου. Η προετοιμασία του δείγματος πραγματοποιήθηκε σύμφωνα με το GB1346-2011 «Μέθοδος δοκιμής για κατανάλωση νερού, χρόνος πήξης και σταθερότητα τυπικής συνοχής τσιμέντου». Μετά το σχηματισμό του δείγματος, η πλαστική μεμβράνη ενθυλακώθηκε στην επιφάνεια του καλουπιού για να αποτραπεί η εξάτμιση και η ενανθράκωση του επιφανειακού νερού και το δείγμα τοποθετήθηκε σε δωμάτιο σκλήρυνσης με θερμοκρασία (20±2)℃ και σχετική υγρασία (60±5). ) %. Μετά από 1 ημέρα, το καλούπι αφαιρέθηκε και το δείγμα έσπασε, στη συνέχεια ελήφθη ένα μικρό δείγμα από τη μέση και εμποτίστηκε σε άνυδρη αιθανόλη για να τερματιστεί η ενυδάτωση και το δείγμα αφαιρέθηκε και στέγνωσε πριν από τη δοκιμή. Τα αποξηραμένα δείγματα κολλήθηκαν στον πίνακα δειγμάτων με αγώγιμη κόλλα διπλής όψης και ένα στρώμα χρυσού φιλμ ψεκάστηκε στην επιφάνεια με το αυτόματο όργανο αυτόματης διασκορπισμού ιόντων Cressington 108. Το ρεύμα εκτόξευσης ήταν 20 mA και ο χρόνος εκτόξευσης ήταν 60 δευτερόλεπτα. FEI QUANTAFEG 650 Περιβαλλοντικό ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (ESEM) χρησιμοποιήθηκε για την παρατήρηση των μορφολογικών χαρακτηριστικών του AFt στο τμήμα δείγματος. Η λειτουργία δευτερεύοντος ηλεκτρονίου υψηλού κενού χρησιμοποιήθηκε για την παρατήρηση του AFT. Η τάση επιτάχυνσης ήταν 15 kV, η διάμετρος κηλίδας δέσμης ήταν 3,0 nm και η απόσταση εργασίας ελεγχόταν περίπου στα 10 mm.

2. Αποτελέσματα και συζήτηση

Οι εικόνες SEM του ετρινγκίτη σε σκληρυμένο πολτό τσιμέντου τροποποιημένο με HEMC έδειξαν ότι η ανάπτυξη προσανατολισμού του στρωμένου Ca (OH)2(CH) ήταν προφανής και το AFt έδειξε ακανόνιστη συσσώρευση AFt που μοιάζει με κοντή ράβδο και καλύφθηκε κάποια κοντή ράβδος AFT με δομή μεμβράνης HEMC. Οι Zhang Dongfang et al. βρήκε επίσης AFt με κοντή ράβδο κατά την παρατήρηση των αλλαγών της μικροδομής του τροποποιημένου αιωρήματος τσιμέντου με HEMC μέσω του ESEM. Πίστευαν ότι ο συνηθισμένος πολτός τσιμέντου αντιδρούσε γρήγορα αφού συναντούσε νερό, έτσι ο κρύσταλλος AFt ήταν λεπτός και η επέκταση της ηλικίας ενυδάτωσης οδήγησε στη συνεχή αύξηση του λόγου μήκους-διαμέτρου. Ωστόσο, το HEMC αύξησε το ιξώδες του διαλύματος, μείωσε τον ρυθμό δέσμευσης των ιόντων στο διάλυμα και καθυστέρησε την άφιξη του νερού στην επιφάνεια των σωματιδίων κλίνκερ, έτσι ο λόγος μήκους-διαμέτρου του AFt αυξήθηκε με ασθενή τάση και τα μορφολογικά του χαρακτηριστικά έδειξαν κοντό σχήμα που μοιάζει με ράβδο. Σε σύγκριση με το AFt σε συνηθισμένο πολτό τσιμέντου της ίδιας ηλικίας, αυτή η θεωρία έχει επαληθευτεί εν μέρει, αλλά δεν είναι εφαρμόσιμη για να εξηγήσει τις μορφολογικές αλλαγές του AFt σε πολτό τσιμέντου τροποποιημένου με MC. Οι εικόνες SEM του ετριδίτη σε σκληρυμένο πολτό τσιμέντου 1 ημέρας τροποποιημένο με MC έδειξαν επίσης προσανατολισμένη ανάπτυξη στρωματοποιημένου Ca(OH)2, ορισμένες επιφάνειες AFt καλύφθηκαν επίσης με δομή φιλμ MC και το AFt έδειξε μορφολογικά χαρακτηριστικά ανάπτυξης συστάδων. Ωστόσο, συγκριτικά, ο κρύσταλλος AFt σε πολτό τσιμέντου τροποποιημένου με MC έχει μεγαλύτερη αναλογία μήκους-διαμέτρου και πιο λεπτή μορφολογία, που δείχνει μια τυπική βελονοειδή μορφολογία.

Τόσο το HEMC όσο και το MC καθυστέρησαν την πρώιμη διαδικασία ενυδάτωσης του τσιμέντου και αύξησαν το ιξώδες του διαλύματος, αλλά οι διαφορές στα μορφολογικά χαρακτηριστικά AFt που προκλήθηκαν από αυτά ήταν ακόμα σημαντικές. Τα παραπάνω φαινόμενα μπορούν να αναπτυχθούν περαιτέρω από την άποψη της μοριακής δομής του αιθέρα κυτταρίνης και της κρυσταλλικής δομής AFt. Οι Renaudin et al. μούλιασε το συντιθέμενο AFt στο παρασκευασμένο αλκαλικό διάλυμα για να πάρει «υγρό AFt» και το αφαίρεσε εν μέρει και το στέγνωσε στην επιφάνεια κορεσμένου διαλύματος CaCl2 (σχετική υγρασία 35%) για να πάρει «ξηρό AFt». Μετά τη μελέτη βελτίωσης της δομής με φασματοσκοπία Raman και περίθλαση σκόνης ακτίνων Χ, διαπιστώθηκε ότι δεν υπήρχε διαφορά μεταξύ των δύο δομών, μόνο η κατεύθυνση σχηματισμού κρυστάλλων των κυττάρων άλλαξε στη διαδικασία ξήρανσης, δηλαδή στη διαδικασία της περιβαλλοντικής αλλαγή από «υγρό» σε «ξηρό», οι κρύσταλλοι AFt σχημάτισαν κύτταρα κατά την κανονική κατεύθυνση μιας σταδιακά αυξανόμενης. Οι κρύσταλλοι AFt κατά μήκος της κανονικής κατεύθυνσης c έγιναν όλο και λιγότεροι. Η πιο βασική μονάδα του τρισδιάστατου χώρου αποτελείται από μια κανονική γραμμή, b κανονική γραμμή και c κανονική γραμμή που είναι κάθετες μεταξύ τους. Στην περίπτωση που τα b κανονικά ήταν σταθερά, οι κρύσταλλοι AFt συγκεντρώθηκαν κατά μήκος ενός κανονικού, με αποτέλεσμα μια διευρυμένη κυτταρική διατομή στο επίπεδο των κανονικών ab. Έτσι, εάν το HEMC «αποθηκεύει» περισσότερο νερό από το MC, μπορεί να εμφανιστεί ένα «ξηρό» περιβάλλον σε μια εντοπισμένη περιοχή, ενθαρρύνοντας την πλευρική συσσωμάτωση και την ανάπτυξη των κρυστάλλων AFt. Patural et al. διαπίστωσε ότι για το ίδιο το CE, όσο υψηλότερος είναι ο βαθμός πολυμερισμού (ή όσο μεγαλύτερο είναι το μοριακό βάρος), τόσο μεγαλύτερο είναι το ιξώδες του CE και τόσο καλύτερη είναι η απόδοση κατακράτησης νερού. Η μοριακή δομή των HEMCs και MCS υποστηρίζει αυτή την υπόθεση, με την ομάδα υδροξυαιθυλίου να έχει πολύ μεγαλύτερο μοριακό βάρος από την ομάδα του υδρογόνου.

Γενικά, οι κρύσταλλοι AFt θα σχηματιστούν και θα καθιζάνουν μόνο όταν τα σχετικά ιόντα φτάσουν σε έναν ορισμένο κορεσμό στο σύστημα διαλύματος. Επομένως, παράγοντες όπως η συγκέντρωση ιόντων, η θερμοκρασία, η τιμή του pH και ο χώρος σχηματισμού στο διάλυμα αντίδρασης μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τη μορφολογία των κρυστάλλων AFt και οι αλλαγές στις συνθήκες τεχνητής σύνθεσης μπορούν να αλλάξουν τη μορφολογία των κρυστάλλων AFt. Ως εκ τούτου, η αναλογία των κρυστάλλων AFt στον κοινό πολτό τσιμέντου μεταξύ των δύο μπορεί να προκαλείται από τον μοναδικό παράγοντα κατανάλωσης νερού στην πρώιμη ενυδάτωση του τσιμέντου. Ωστόσο, η διαφορά στη μορφολογία των κρυστάλλων AFt που προκαλείται από τα HEMC και MC θα πρέπει να οφείλεται κυρίως στον ειδικό μηχανισμό κατακράτησης νερού τους. Το Hemcs και το MCS δημιουργούν έναν «κλειστό βρόχο» μεταφοράς νερού εντός της μικροζώνης του πολτού φρέσκου τσιμέντου, επιτρέποντας μια «μικρή περίοδο» κατά την οποία το νερό «είναι εύκολο να εισέλθει και δύσκολο να βγει». Ωστόσο, κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το περιβάλλον υγρής φάσης μέσα και κοντά στη μικροζώνη αλλάζει επίσης. Παράγοντες όπως συγκέντρωση ιόντων, pH κ.λπ., Η αλλαγή του περιβάλλοντος ανάπτυξης αντανακλάται περαιτέρω στα μορφολογικά χαρακτηριστικά των κρυστάλλων AFt. Αυτός ο «κλειστός βρόχος» μεταφοράς νερού είναι παρόμοιος με τον μηχανισμό δράσης που περιγράφεται από τους Pourchez et al. Το HPMC παίζει ρόλο στην κατακράτηση νερού.

3. Συμπέρασμα

(1) Η προσθήκη αιθέρα υδροξυαιθυλο μεθυλοκυτταρίνης (HEMC) και αιθέρα μεθυλοκυτταρίνης (MC) μπορεί να αλλάξει σημαντικά τη μορφολογία του ετρινγκίτη σε πρώιμο (1 ημέρα) πολτό συνηθισμένου τσιμέντου.

(2) Το μήκος και η διάμετρος του κρυστάλλου ετρινγκίτη στον πολτό τσιμέντου τροποποιημένου HEMC είναι μικρής και βραχείας ράβδου. Ο λόγος μήκους και διαμέτρου των κρυστάλλων ετρινγκίτη στον πολτό τσιμέντου τροποποιημένου με MC είναι μεγάλος, το οποίο έχει σχήμα βελόνας. Οι κρύσταλλοι ετρινγκίτη σε συνηθισμένους πολτούς τσιμέντου έχουν μια αναλογία διαστάσεων μεταξύ αυτών των δύο.

(3) Οι διαφορετικές επιδράσεις δύο αιθέρων κυτταρίνης στη μορφολογία του ετρινγκίτη οφείλονται ουσιαστικά στη διαφορά στο μοριακό βάρος.