Éter de celulosa sobre la morfología de la etringita temprana.

Los efectos del éter de hidroxietilmetilcelulosa y del éter de metilcelulosa sobre la morfología de la etringita en las primeras lechadas de cemento se estudiaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Los resultados muestran que la relación longitud-diámetro de los cristales de etringita en una suspensión modificada con éter de hidroxietilmetilcelulosa es menor que en la suspensión ordinaria, y la morfología de los cristales de etringita es similar a una varilla corta. La relación longitud-diámetro de los cristales de etringita en una suspensión modificada con éter de metilcelulosa es mayor que en la suspensión ordinaria, y la morfología de los cristales de etringita es en forma de varilla. Los cristales de etringita en las lechadas de cemento ordinarias tienen una relación de aspecto intermedia. A través del estudio experimental anterior, queda claro que la diferencia de peso molecular de dos tipos de éter de celulosa es el factor más importante que afecta la morfología de la etringita.

Palabras clave:etringita; Relación longitud-diámetro; Éter de metilcelulosa; Éter de hidroxietilmetilcelulosa; morfología

La etringita, como producto de hidratación ligeramente expandido, tiene un efecto significativo en el rendimiento del hormigón de cemento y siempre ha sido el punto de investigación de los materiales a base de cemento. La etringita es un tipo de aluminato de calcio hidratado de tipo trisulfuro, su fórmula química es [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, o puede escribirse como 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, a menudo abreviado como AFt. . En el sistema de cemento Portland, la etringita se forma principalmente por la reacción del yeso con minerales de aluminato o aluminato férrico, que desempeña el papel de retrasar la hidratación y la resistencia temprana del cemento. La formación y morfología de la etringita se ven afectadas por muchos factores como la temperatura, el valor del pH y la concentración de iones. Ya en 1976, Metha et al. utilizaron microscopía electrónica de barrido para estudiar las características morfológicas de AFt y descubrieron que la morfología de dichos productos de hidratación ligeramente expandidos era ligeramente diferente cuando el espacio de crecimiento era lo suficientemente grande y cuando el espacio era limitado. Las primeras eran en su mayoría esférulas delgadas en forma de varilla de aguja, mientras que las segundas eran en su mayoría prismas cortos en forma de varilla. La investigación de Yang Wenyan encontró que las formas de AFt eran diferentes según los diferentes entornos de curado. Los ambientes húmedos retrasarían la generación de AFt en el concreto dopado con expansión y aumentarían la posibilidad de que el concreto se hinche y se agriete. Los diferentes entornos afectan no sólo la formación y la microestructura de AFt, sino también su estabilidad de volumen. Chen Huxing et al. encontraron que la estabilidad a largo plazo de AFt disminuyó con el aumento del contenido de C3A. Clark y Monteiro et al. Descubrió que con el aumento de la presión ambiental, la estructura cristalina de AFt cambiaba del orden al desorden. Balonis y Glasser revisaron los cambios de densidad de AFm y AFt. Renaudin et al. estudió los cambios estructurales de AFt antes y después de la inmersión en solución y los parámetros estructurales de AFt en el espectro Raman. Kunther et al. estudiaron el efecto de la interacción entre la relación calcio-silicio del gel CSH y el ion sulfato sobre la presión de cristalización de AFt mediante RMN. Al mismo tiempo, basándose en la aplicación de AFt en materiales a base de cemento, Wenk et al. Estudió la orientación del cristal AFt de una sección de concreto mediante tecnología de acabado de difracción de rayos X con radiación de sincrotrón duro. Se exploró la formación de AFt en cemento mixto y el punto crítico de investigación de la etringita. Basándose en la reacción retardada de la etringita, algunos académicos han realizado muchas investigaciones sobre la causa de la fase AFt.

La expansión de volumen causada por la formación de etringita es a veces favorable y puede actuar como una "expansión" similar al agente de expansión de óxido de magnesio para mantener la estabilidad del volumen de los materiales a base de cemento. La adición de emulsión de polímero y polvo de emulsión redispersable cambia las propiedades macroscópicas de los materiales a base de cemento debido a sus efectos significativos sobre la microestructura de los materiales a base de cemento. Sin embargo, a diferencia del polvo de emulsión redispersable que mejora principalmente la propiedad de unión del mortero endurecido, el polímero éter de celulosa (CE) soluble en agua le da al mortero recién mezclado una buena retención de agua y un efecto espesante, mejorando así el rendimiento de trabajo. Comúnmente se utiliza CE no iónico, que incluye metilcelulosa (MC), hidroxietilcelulosa (HEC), hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC),hidroxietilmetilcelulosa (HEMC), etc., y CE juega un papel en el mortero recién mezclado pero también afecta el proceso de hidratación de la lechada de cemento. Los estudios han demostrado que HEMC cambia la cantidad de AFt producida como producto de hidratación. Sin embargo, ningún estudio ha comparado sistemáticamente el efecto de CE en la morfología microscópica de AFt, por lo que este artículo explora la diferencia del efecto de HEMC y MC en la morfología microscópica de Ettringham en lechada de cemento temprana (1 día) a través de análisis de imágenes y comparación.

1. Experimentar

1.1 Materias primas

Se seleccionó como cemento en el experimento el cemento Portland P·II 52.5R producido por Anhui Conch Cement Co., LTD. Los dos éteres de celulosa son hidroxietilmetilcelulosa (HEMC) y metilcelulosa (metilcelulosa, Shanghai Sinopath Group), respectivamente. MC); El agua de mezcla es agua del grifo.

1.2 Métodos experimentales

La relación agua-cemento de la muestra de pasta de cemento fue 0,4 (la relación másica de agua a cemento) y el contenido de éter de celulosa fue 1% de la masa de cemento. La preparación de la muestra se llevó a cabo de acuerdo con GB1346-2011 “Método de prueba para el consumo de agua, tiempo de fraguado y estabilidad de la consistencia estándar del cemento”. Después de formar la muestra, se encapsuló una película plástica sobre la superficie del molde para evitar la evaporación y carbonización del agua superficial, y la muestra se colocó en una sala de curado con una temperatura de (20 ± 2) ℃ y una humedad relativa de (60 ± 5 ) %. Después de 1 día, se retiró el molde y se rompió la muestra, luego se tomó una pequeña muestra del medio y se empapó en etanol anhidro para terminar la hidratación, y la muestra se sacó y se secó antes de realizar la prueba. Las muestras secas se pegaron a la mesa de muestras con adhesivo conductor de doble cara y se roció una capa de película de oro sobre la superficie mediante el instrumento automático de pulverización iónica Cressington 108auto. La corriente de pulverización fue de 20 mA y el tiempo de pulverización fue de 60 s. Se utilizó un microscopio electrónico de barrido ambiental (ESEM) FEI QUANTAFEG 650 para observar las características morfológicas de AFt en la sección de muestra. Se utilizó el modo de electrones secundarios de alto vacío para observar la AFT. El voltaje de aceleración fue de 15 kV, el diámetro del punto del haz fue de 3,0 nm y la distancia de trabajo se controló en aproximadamente 10 mm.

2. Resultados y discusión

Las imágenes SEM de etringita en una lechada de cemento endurecido modificado con HEMC mostraron que el crecimiento de orientación de Ca (OH)2(CH) en capas era obvio, y AFt mostró una acumulación irregular de AFt en forma de varilla corta, y se cubrió algo de AFT en forma de varilla corta. con estructura de membrana HEMC. Zhang Dongfang et al. También encontraron AFt cortos en forma de varilla al observar los cambios de microestructura de la lechada de cemento modificado con HEMC a través de ESEM. Creían que la lechada de cemento ordinaria reaccionaba rápidamente después de encontrar agua, por lo que el cristal de AFt era delgado y la extensión de la edad de hidratación conducía al aumento continuo de la relación longitud-diámetro. Sin embargo, HEMC aumentó la viscosidad de la solución, redujo la tasa de unión de los iones en la solución y retrasó la llegada de agua a la superficie de las partículas de clinker, por lo que la relación longitud-diámetro de AFt aumentó con una tendencia débil y sus características morfológicas mostraron forma de varilla corta. En comparación con la AFt en lechada de cemento ordinaria de la misma edad, esta teoría se ha verificado parcialmente, pero no es aplicable para explicar los cambios morfológicos de la AFt en la lechada de cemento modificada con MC. Las imágenes SEM de ettridita en lechada de cemento modificado con MC endurecido durante 1 día también mostraron un crecimiento orientado de Ca (OH) 2 en capas, algunas superficies de AFt también estaban cubiertas con una estructura de película de MC y AFt mostraron características morfológicas de crecimiento de racimos. Sin embargo, en comparación, el cristal de AFt en la lechada de cemento modificado con MC tiene una relación longitud-diámetro mayor y una morfología más delgada, mostrando una morfología acicular típica.

Tanto HEMC como MC retrasaron el proceso de hidratación temprana del cemento y aumentaron la viscosidad de la solución, pero las diferencias en las características morfológicas de AFt causadas por ellos aún eran significativas. Los fenómenos anteriores pueden desarrollarse más desde la perspectiva de la estructura molecular del éter de celulosa y la estructura cristalina de AFt. Renaudin et al. Empapó el AFt sintetizado en la solución alcalina preparada para obtener "AFt húmedo", y lo eliminó parcialmente y lo secó en la superficie de una solución saturada de CaCl2 (35% de humedad relativa) para obtener "AFt seco". Después del estudio de refinamiento de la estructura mediante espectroscopia Raman y difracción de rayos X en polvo, se encontró que no había diferencia entre las dos estructuras, solo la dirección de formación de cristales de las células cambiaba en el proceso de secado, es decir, en el proceso de exposición ambiental. Al cambiar de “húmedo” a “seco”, los cristales de AFt formaron células a lo largo de la dirección normal de un aumento gradual. Los cristales de AFt a lo largo de la dirección normal c se hicieron cada vez menos. La unidad más básica del espacio tridimensional se compone de una línea normal, una línea normal b y una línea normal c que son perpendiculares entre sí. En el caso de que las normales b estuvieran fijadas, los cristales de AFt se agrupaban a lo largo de las normales a, lo que daba como resultado una sección transversal celular ampliada en el plano de las normales ab. Por lo tanto, si el HEMC "almacena" más agua que el MC, puede ocurrir un ambiente "seco" en un área localizada, fomentando la agregación lateral y el crecimiento de cristales de AFt. Patural et al. Descubrió que para el propio CE, cuanto mayor era el grado de polimerización (o mayor era el peso molecular), mayor era la viscosidad del CE y mejor era el rendimiento de retención de agua. La estructura molecular de los HEMC y MCS respalda esta hipótesis, ya que el grupo hidroxietilo tiene un peso molecular mucho mayor que el grupo hidrógeno.

Generalmente, los cristales de AFt se formarán y precipitarán sólo cuando los iones relevantes alcancen una cierta saturación en el sistema de solución. Por lo tanto, factores como la concentración de iones, la temperatura, el valor de pH y el espacio de formación en la solución de reacción pueden afectar significativamente la morfología de los cristales de AFt, y los cambios en las condiciones de síntesis artificial pueden cambiar la morfología de los cristales de AFt. Por lo tanto, la proporción de cristales de AFt en la lechada de cemento ordinaria entre los dos puede deberse al único factor del consumo de agua en la hidratación temprana del cemento. Sin embargo, la diferencia en la morfología de los cristales de AFt causada por HEMC y MC debería deberse principalmente a su mecanismo especial de retención de agua. Hemcs y MCS crean un "circuito cerrado" de transporte de agua dentro de la microzona de la lechada de cemento fresco, lo que permite un "período corto" en el que el agua es "fácil de entrar y difícil de salir". Sin embargo, durante este período, el entorno de la fase líquida en y cerca de la microzona también cambia. Factores como la concentración de iones, el pH, etc., el cambio del entorno de crecimiento se reflejan aún más en las características morfológicas de los cristales de AFt. Este “circuito cerrado” de transporte de agua es similar al mecanismo de acción descrito por Pourchez et al. HPMC desempeña un papel en la retención de agua.

3. Conclusión

(1) La adición de éter de hidroxietilmetilcelulosa (HEMC) y éter de metilcelulosa (MC) puede cambiar significativamente la morfología de la etringita en la lechada de cemento ordinaria temprana (1 día).

(2) La longitud y el diámetro del cristal de etringita en la lechada de cemento modificado con HEMC son pequeños y tienen forma de varilla corta; La relación de longitud y diámetro de los cristales de etringita en la lechada de cemento modificado con MC es grande y tiene forma de varilla de aguja. Los cristales de etringita en las lechadas de cemento ordinarias tienen una relación de aspecto entre estos dos.

(3) Los diferentes efectos de dos éteres de celulosa sobre la morfología de la etringita se deben esencialmente a la diferencia de peso molecular.