Efecto del éter de celulosa sobre el calor de hidratación de diferentes cementos y minerales individuales.

Se compararon los efectos del éter de celulosa sobre el calor de hidratación del cemento Portland, cemento de sulfoaluminato, silicato tricálcico y aluminato tricálcico en 72 h mediante prueba de calorimetría isotérmica. Los resultados muestran que el éter de celulosa puede reducir significativamente la tasa de hidratación y liberación de calor del cemento Portland y el silicato tricálcico, y el efecto de disminución sobre la tasa de hidratación y liberación de calor del silicato tricálcico es más significativo. El efecto del éter de celulosa para reducir la tasa de liberación de calor de la hidratación del cemento de sulfoaluminato es muy débil, pero tiene un efecto débil para mejorar la tasa de liberación de calor de la hidratación del aluminato tricálcico. El éter de celulosa será absorbido por algunos productos de hidratación, lo que retrasará la cristalización de los productos de hidratación y luego afectará la tasa de liberación de calor de hidratación del cemento y el mineral individual.

Palabras clave:éter de celulosa; Cemento; Mineral único; Calor de hidratación; adsorción

1. Introducción

El éter de celulosa es un importante agente espesante y retenedor de agua en morteros mixtos secos, hormigón autocompactante y otros materiales nuevos a base de cemento. Sin embargo, el éter de celulosa también retrasará la hidratación del cemento, lo que favorece el tiempo operativo de los materiales a base de cemento, mejora la consistencia del mortero y la pérdida de tiempo de asentamiento del concreto, pero también puede retrasar el progreso de la construcción. En particular, tendrá efectos adversos sobre el mortero y el hormigón utilizados en condiciones ambientales de baja temperatura. Por tanto, es muy importante comprender la ley del éter de celulosa sobre la cinética de hidratación del cemento.

OU y Pourchez estudiaron sistemáticamente los efectos de parámetros moleculares como el peso molecular del éter de celulosa, el tipo de sustituyente o el grado de sustitución en la cinética de hidratación del cemento y sacaron muchas conclusiones importantes: La capacidad del éter de hidroxietilcelulosa (HEC) para retrasar la hidratación del El cemento suele ser más fuerte que el del éter de metilcelulosa (HPMC), el éter de hidroximetiletilcelulosa (HEMC) y el éter de metilcelulosa (MC). En el éter de celulosa que contiene metilo, cuanto menor es el contenido de metilo, mayor es la capacidad de retrasar la hidratación del cemento; Cuanto menor sea el peso molecular del éter de celulosa, mayor será la capacidad de retrasar la hidratación del cemento. Estas conclusiones proporcionan una base científica para seleccionar correctamente el éter de celulosa.

Para diferentes componentes del cemento, el efecto del éter de celulosa sobre la cinética de hidratación del cemento también es un problema muy preocupante en aplicaciones de ingeniería. Sin embargo, no hay investigaciones sobre este aspecto. En este artículo, se estudió la influencia del éter de celulosa en la cinética de hidratación del cemento Portland ordinario, C3S (silicato tricálcico), C3A (aluminato tricálcico) y cemento de sulfoaluminato (SAC) mediante pruebas de calorimetría isotérmica, con el fin de comprender mejor la interacción y Mecanismo interno entre el éter de celulosa y los productos de hidratación del cemento. Proporciona una base científica adicional para el uso racional del éter de celulosa en materiales a base de cemento y también proporciona una base de investigación para la interacción entre otros aditivos y productos de hidratación del cemento.

2. Prueba

2.1 Materias primas

(1) cemento Portland ordinario (P·0). Fabricado por Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., la especificación es P· 042.5 (GB 175-2007), determinada mediante un espectrómetro de fluorescencia de rayos X de dispersión de longitud de onda (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Según el análisis del software JADE 5.0, además de los minerales de clinker de cemento C3S, C2s, C3A, C4AF y yeso, las materias primas del cemento también incluyen carbonato de calcio.

(2) cemento de sulfoaluminato (SAC). El cemento de sulfoaluminato rápido y duro producido por Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. es R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Sus principales grupos son el sulfoaluminato de calcio y el silicato dicálcico.

(3) silicato tricálcico (C3S). Presione Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 y H2O a 3:1:0,08: se mezcló uniformemente una proporción de masa de 10 y se presionó bajo una presión constante de 60 MPa para obtener un tocho verde cilíndrico. El tocho se calcinó a 1400 ℃ durante 1,5 ~ 2 h en un horno eléctrico de alta temperatura con varillas de silicio-molibdeno y luego se trasladó a un horno de microondas para calentarlo adicionalmente con microondas durante 40 minutos. Después de sacar el tocho, se enfrió abruptamente y se rompió y calcinó repetidamente hasta que el contenido de CaO libre en el producto terminado fue inferior al 1,0%.

(4) aluminato tricálcico (c3A). CaO y A12O3 se mezclaron uniformemente, se calcinaron a 1450 ℃ durante 4 h en un horno eléctrico de varilla de silicio-molibdeno, se molieron hasta convertirlos en polvo y se calcinaron repetidamente hasta que el contenido de CaO libre fue inferior al 1,0% y los picos de C12A7 y CA fueron ignorado.

(5) éter de celulosa. El trabajo anterior comparó los efectos de 16 tipos de éteres de celulosa sobre la tasa de hidratación y liberación de calor del cemento Portland ordinario, y encontró que diferentes tipos de éteres de celulosa tienen diferencias significativas en la ley de hidratación y liberación de calor del cemento, y analizó el mecanismo interno. de esta importante diferencia. Según los resultados de un estudio anterior, se seleccionaron tres tipos de éter de celulosa que tienen un efecto retardante evidente sobre el cemento Portland común. Estos incluyen éter de hidroxietilcelulosa (HEC), éter de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) y éter de hidroxietilmetilcelulosa (HEMC). La viscosidad del éter de celulosa se midió mediante un viscosímetro rotatorio con una concentración de prueba del 2%, una temperatura de 20 ℃ y una velocidad de rotación de 12 r/min. La viscosidad del éter de celulosa se midió mediante un viscosímetro rotatorio con una concentración de prueba del 2%, una temperatura de 20 ℃ y una velocidad de rotación de 12 r/min. El grado de sustitución molar del éter de celulosa lo proporciona el fabricante.

(6) Agua. Utilice agua destilada secundaria.

2.2 Método de prueba

Calor de hidratación. Se adoptó el calorímetro isotérmico de 8 canales TAM Air producido por TA Instrument Company. Todas las materias primas se mantuvieron a una temperatura constante para probar la temperatura (como (20 ± 0,5) ℃) antes del experimento. En primer lugar, se añadieron al calorímetro 3 g de cemento y 18 mg de éter de celulosa en polvo (la relación de masa de éter de celulosa a material cementante fue del 0,6%). Después de mezclar completamente, se añadió agua mezclada (agua destilada secundaria) de acuerdo con la proporción agua-cemento especificada y se agitó uniformemente. Luego, se puso rápidamente en el calorímetro para realizar pruebas. La relación agua-aglutinante de c3A es 1,1 y la relación agua-aglutinante de los otros tres materiales cementosos es 0,45.

3. Resultados y discusión

3.1 Resultados de la prueba

Los efectos de HEC, HPMC y HEMC sobre la tasa de liberación de calor por hidratación y la tasa de liberación de calor acumulativo del cemento Portland ordinario, C3S y C3A en 72 h, y los efectos de HEC sobre la tasa de liberación de calor por hidratación y la tasa de liberación de calor acumulativo del cemento de sulfoaluminato En 72 h, HEC es el éter de celulosa con el mayor efecto retardador sobre la hidratación de otros cementos y minerales individuales. Combinando los dos efectos, se puede encontrar que con el cambio de la composición del material cementoso, el éter de celulosa tiene diferentes efectos sobre la tasa de liberación de calor de hidratación y la liberación de calor acumulativo. El éter de celulosa seleccionado puede reducir significativamente la tasa de hidratación y liberación de calor del cemento Portland ordinario y C, S, principalmente prolonga el tiempo del período de inducción, retrasa la aparición del pico de hidratación y liberación de calor, entre los cuales el éter de celulosa para la hidratación de C, S y el retraso en la tasa de liberación de calor es más obvio que el retraso en la tasa de hidratación y liberación de calor del cemento Portland ordinario; El éter de celulosa también puede retrasar la tasa de liberación de calor de la hidratación del cemento de sulfoaluminato, pero la capacidad de retraso es muy débil y retrasa principalmente la hidratación después de 2 h; Para la tasa de liberación de calor de la hidratación C3A, el éter de celulosa tiene una capacidad de aceleración débil.

3.2 Análisis y discusión

El mecanismo del éter celulósico retrasa la hidratación del cemento. Silva et al. plantearon la hipótesis de que el éter celulósico aumentaba la viscosidad de la solución de los poros y obstaculizaba la velocidad del movimiento iónico, retrasando así la hidratación del cemento. Sin embargo, mucha literatura ha dudado de esta suposición, ya que sus experimentos han encontrado que los éteres de celulosa con menor viscosidad tienen una mayor capacidad para retrasar la hidratación del cemento. De hecho, el tiempo de movimiento o migración de iones es tan corto que obviamente no es comparable al tiempo de retraso de la hidratación del cemento. La adsorción entre el éter de celulosa y los productos de hidratación del cemento se considera la verdadera razón del retraso de la hidratación del cemento por el éter de celulosa. El éter de celulosa se adsorbe fácilmente en la superficie de productos de hidratación como el hidróxido de calcio, el gel CSH y el hidrato de aluminato de calcio, pero no es fácil de absorber por la etringita y la fase no hidratada, y la capacidad de adsorción del éter de celulosa sobre el hidróxido de calcio es mayor que el del gel CSH. Por lo tanto, para los productos de hidratación de cemento Portland ordinarios, el éter de celulosa tiene el retraso más fuerte sobre el hidróxido de calcio, el retraso más fuerte sobre el calcio, el segundo retraso sobre el gel CSH y el retraso más débil sobre la etringita.

Estudios anteriores han demostrado que la adsorción entre el polisacárido no iónico y la fase mineral incluye principalmente enlaces de hidrógeno y complejación química, y estos dos efectos ocurren entre el grupo hidroxilo del polisacárido y el hidróxido metálico en la superficie mineral. Liu y cols. Además clasificó la adsorción entre polisacáridos e hidróxidos metálicos como interacción ácido-base, con los polisacáridos como ácidos y los hidróxidos metálicos como bases. Para un polisacárido determinado, la alcalinidad de la superficie mineral determina la fuerza de la interacción entre polisacáridos y minerales. Entre los cuatro componentes gelificantes estudiados en este artículo, los principales elementos metálicos o no metálicos incluyen Ca, Al y Si. Según el orden de actividad del metal, la alcalinidad de sus hidróxidos es Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. De hecho, la solución de Si(OH)4 es ácida y no adsorbe el éter de celulosa. Por lo tanto, el contenido de Ca(OH)2 en la superficie de los productos de hidratación del cemento determina la capacidad de adsorción de los productos de hidratación y del éter de celulosa porque el hidróxido de calcio, el gel de CSH (3CaO·2SiO2·3H20), la etringita (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) y aluminato de calcio hidrato (3CaO·Al2O3·6H2O) en el contenido de óxidos inorgánicos de CaO es 100%, 58.33%, 49.56% y 62.2% Por lo tanto, el orden de su capacidad de adsorción con éter de celulosa es hidróxido de calcio > calcio. aluminato >gel de CSH > etringita, lo que concuerda con los resultados de la literatura.

Los productos de hidratación de c3S incluyen principalmente Ca(OH) y gel de csH, y el éter de celulosa tiene un buen efecto retardador sobre ellos. Por lo tanto, el éter de celulosa tiene un retraso muy evidente en la hidratación de los C3. Además del c3S, el cemento Portland ordinario también incluye la hidratación del C2, que es más lenta, lo que hace que el efecto retardante del éter de celulosa no sea evidente en la etapa inicial. Los productos de hidratación del silicato ordinario también incluyen etringita y el efecto retardador del éter de celulosa es deficiente. Por lo tanto, la capacidad de retardo del éter de celulosa a c3s es mayor que la del cemento Portland ordinario observada en la prueba.

C3A se disolverá e hidratará rápidamente cuando se encuentre con agua, y los productos de hidratación suelen ser C2AH8 y c4AH13, y se liberará el calor de hidratación. Cuando la solución de C2AH8 y c4AH13 alcanza la saturación, se formará la cristalización del hidrato de hoja hexagonal de C2AH8 y C4AH13 y la velocidad de reacción y el calor de hidratación se reducirán al mismo tiempo. Debido a la adsorción del éter de celulosa a la superficie del hidrato de aluminato de calcio (CxAHy), la presencia de éter de celulosa retrasaría la cristalización del hidrato de placa hexagonal C2AH8 y C4AH13, lo que resultaría en una disminución de la velocidad de reacción y la velocidad de liberación de calor de hidratación que esa de C3A puro, lo que muestra que el éter de celulosa tiene una débil capacidad de aceleración de la hidratación de C3A. Vale la pena señalar que en esta prueba, el éter de celulosa tiene una débil capacidad de aceleración de la hidratación del c3A puro. Sin embargo, en el cemento Portland ordinario, debido a que el c3A reaccionará con el yeso para formar etringita, debido a la influencia del equilibrio de Ca2+ en la solución en suspensión, el éter de celulosa retrasará la formación de etringita, retrasando así la hidratación de c3A.

De los efectos de HEC, HPMC y HEMC sobre la tasa de hidratación y liberación de calor y la liberación de calor acumulativo del cemento Portland ordinario, C3S y C3A en 72 h, y los efectos de HEC sobre la tasa de hidratación y liberación de calor y la liberación de calor acumulativo de sulfoaluminato cemento dentro de las 72 h, se puede ver que entre los tres éteres de celulosa seleccionados, la capacidad de hidratación retardada de c3s y cemento Portland fue más fuerte en HEC, seguida de HEMC, y más débil en HPMC. En lo que respecta al C3A, la capacidad de los tres éteres de celulosa para acelerar la hidratación también está en el mismo orden, es decir, HEC es el más fuerte, HEMC es el segundo y HPMC es el más débil y el más fuerte. Esto confirmó mutuamente que el éter de celulosa ha retrasado la formación de productos de hidratación de los materiales gelificantes.

Los principales productos de hidratación del cemento de sulfoaluminato son la etringita y el gel de Al(OH)3. El C2S en el cemento de sulfoaluminato también se hidratará por separado para formar Ca(OH)2 y gel cSH. Debido a que la adsorción de éter de celulosa y etringita puede ignorarse y la hidratación del sulfoaluminato es demasiado rápida, en la etapa inicial de la hidratación, el éter de celulosa tiene poco efecto sobre la tasa de liberación de calor de hidratación del cemento de sulfoaluminato. Pero hasta cierto tiempo de hidratación, debido a que los c2 se hidratarán por separado para generar Ca (OH) 2 y gel de CSH, estos dos productos de hidratación serán retrasados ​​por el éter de celulosa. Por lo tanto, se observó que el éter de celulosa retrasó la hidratación del cemento de sulfoaluminato después de 2 h.

4. Conclusión

En este artículo, mediante una prueba de calorimetría isotérmica, se comparó la ley de influencia y el mecanismo de formación del éter de celulosa sobre el calor de hidratación del cemento Portland ordinario, c3s, c3A, cemento de sulfoaluminato y otros componentes diferentes y un solo mineral en 72 h. Las principales conclusiones son las siguientes:

(1) El éter de celulosa puede reducir significativamente la tasa de liberación de calor de hidratación del cemento Portland ordinario y el silicato tricálcico, y el efecto de reducir la tasa de liberación de calor de hidratación del silicato tricálcico es más significativo; El efecto del éter de celulosa para reducir la tasa de liberación de calor del cemento de sulfoaluminato es muy débil, pero tiene un efecto débil para mejorar la tasa de liberación de calor del aluminato tricálcico.

(2) algunos productos de hidratación absorberán el éter de celulosa, lo que retrasará la cristalización de los productos de hidratación y afectará la tasa de liberación de calor de la hidratación del cemento. El tipo y la cantidad de productos de hidratación son diferentes para los diferentes componentes del mineral de cemento, por lo que el efecto del éter de celulosa sobre su calor de hidratación no es el mismo.