Tsellulooseetri mõju erinevate tsemendi ja üksiku maagi hüdratatsioonisoojusele

võrreldi isotermilise kalorimeetria testiga tsellulooseetri mõju portlandtsemendi, sulfoaluminaattsemendi, trikaltsiumsilikaadi ja trikaltsiumaluminaadi hüdratatsioonisoojusele 72 tunni jooksul. Tulemused näitavad, et tsellulooseeter võib märkimisväärselt vähendada portlandtsemendi ja trikaltsiumsilikaadi hüdratatsiooni ja soojuse vabanemise kiirust ning trikaltsiumsilikaadi hüdratatsiooni ja soojuse vabanemise kiiruse vähenemise mõju on olulisem. Tsellulooseetri mõju sulfoaluminaattsemendi hüdratatsiooni soojuse vabanemise kiiruse vähendamisele on väga nõrk, kuid sellel on nõrk mõju trikaltsium-aluminaadi hüdratatsiooni soojuse vabanemise kiiruse parandamisele. Mõned hüdratatsiooniproduktid adsorbeerivad tselluloosi eetri, lükates seega edasi hüdratatsiooniproduktide kristalliseerumist ja mõjutades seejärel tsemendi ja üksiku maagi hüdratatsioonisoojuse vabanemise kiirust.

Võtmesõnad:tselluloosi eeter; Tsement; Üksik maak; Niisutussoojus; adsorptsioon

1. Sissejuhatus

Tsellulooseeter on oluline paksendaja ja vett hoidev aine kuivsegumördis, isetihenduvas betoonis ja muudes uutes tsemendipõhistes materjalides. Kuid tsellulooseeter aeglustab ka tsemendi hüdratatsiooni, mis aitab parandada tsemendipõhiste materjalide tööaega, parandab mördi konsistentsi ja betooni vajumise aja kadu, kuid võib ka ehituse edenemist edasi lükata. Eelkõige avaldab see negatiivset mõju madala temperatuuriga keskkonnatingimustes kasutatavale mördile ja betoonile. Seetõttu on väga oluline mõista tsemendi hüdratatsioonikineetika tsellulooseetri seadust.

OU ja Pourchez uurisid süstemaatiliselt molekulaarsete parameetrite, nagu tsellulooseetri molekulmass, asendaja tüüp või asendusaste, mõju tsemendi hüdratatsioonikineetikale ja tegid palju olulisi järeldusi: hüdroksüetüültsellulooseetri (HEC) võime aeglustada tselluloosi hüdratatsiooni. tsement on tavaliselt tugevam kui metüültsellulooseeter (HPMC), hüdroksümetüületüültsellulooseeter (HEMC) ja metüültsellulooseeter (MC). Metüüli sisaldavas tsellulooseetris, mida madalam on metüüli sisaldus, seda tugevam on tsemendi hüdratatsiooni edasilükkamise võime; Mida väiksem on tsellulooseetri molekulmass, seda tugevam on tsemendi hüdratatsiooni edasilükkamise võime. Need järeldused annavad teadusliku aluse tsellulooseetri õigeks valimiseks.

Tsemendi erinevate komponentide puhul on insenerirakendustes väga murettekitav probleem ka tsellulooseetri mõju tsemendi hüdratatsioonikineetikale. Selle aspekti kohta pole aga uuringuid tehtud. Selles artiklis uuriti tsellulooseetri mõju tavalise portlandtsemendi, C3S (trikaltsiumsilikaat), C3A (trikaltsium-aluminaat) ja sulfoaluminaattsemendi (SAC) hüdratsioonikineetikale isotermilise kalorimeetria testiga, et paremini mõista koostoimet ja sisemine mehhanism tsellulooseetri ja tsemendi hüdratatsioonitoodete vahel. See annab täiendava teadusliku aluse tsellulooseetri ratsionaalseks kasutamiseks tsemendipõhistes materjalides ning pakub ka uurimisaluseid teiste lisandite ja tsemendi hüdratatsioonitoodete vastastikmõju uurimiseks.

2. Test

2.1 Tooraine

(1) tavaline portlandtsement (P·0). Tootja Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., spetsifikatsioon on P· 042.5 (GB 175-2007), määratud lainepikkuse dispersioon-tüüpi röntgenfluorestsentsspektromeetriga (AXIOS Advanced, PANalytical Co., LTD.). JADE 5.0 tarkvara analüüsi kohaselt on tsemendi tooraineks lisaks tsemendiklinkermineraalidele C3S, C2s, C3A, C4AF ja kipsile ka kaltsiumkarbonaat.

(2) sulfoaluminaattsement (SAC). Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. toodetud kiire kõva sulfoaluminaattsement on R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Selle peamised rühmad on kaltsiumsulfoaluminaat ja dikaltsiumsilikaat.

(3) trikaltsiumsilikaat (C3S). Pressi Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 ja H2O vahekorras 3:1:0,08: Massivahekord 10 segati ühtlaselt ja pressiti konstantsel rõhul 60 MPa, et saada silindriline roheline toorik. Toorikut kaltsineeriti temperatuuril 1400 ℃ 1,5–2 tundi räni-molübdeenvarraste kõrgtemperatuurilises elektriahjus ja seejärel viidi mikrolaineahju edasiseks mikrolaineahjus kuumutamiseks 40 minutiks. Pärast tooriku väljavõtmist jahutati see järsult, purustati ja kaltsineeriti korduvalt, kuni vaba CaO sisaldus valmistootes oli alla 1,0%.

(4) trikaltsium-aluminaat (c3A). CaO ja A12O3 segati ühtlaseks, kaltsineeriti 1450 ℃ juures 4 tundi räni-molübdeenvarraste elektriahjus, jahvatati pulbriks ja kaltsineeriti korduvalt, kuni vaba CaO sisaldus oli alla 1,0% ning C12A7 ja CA piigid saadi. ignoreeritud.

(5) tsellulooseeter. Eelmises töös võrreldi 16 tüüpi tsellulooseetri mõju tavalise portlandtsemendi hüdratatsioonile ja soojuse vabanemise kiirusele ning leiti, et erinevatel tsellulooseetritel on tsemendi hüdratatsiooni- ja soojuseraldusseaduses olulisi erinevusi ning analüüsiti sisemist mehhanismi. sellest olulisest erinevusest. Eelmise uuringu tulemuste kohaselt valiti välja kolme tüüpi tsellulooseetrit, millel on tavalisele portlandtsemendile ilmne aeglustav toime. Nende hulka kuuluvad hüdroksüetüültsellulooseeter (HEC), hüdroksüpropüülmetüültsellulooseeter (HPMC) ja hüdroksüetüülmetüültsellulooseeter (HEMC). Tsellulooseetri viskoossust mõõdeti pöörleva viskosimeetriga, mille katsekontsentratsioon oli 2%, temperatuur 20 ℃ ja pöörlemiskiirus 12 p/min. Tsellulooseetri viskoossust mõõdeti pöörleva viskosimeetriga, mille katsekontsentratsioon oli 2%, temperatuur 20 ℃ ja pöörlemiskiirus 12 p/min. Tsellulooseetri molaarse asendusastme määrab tootja.

(6) Vesi. Kasutage sekundaarset destilleeritud vett.

2.2 Katsemeetod

Niisutussoojus. Võeti kasutusele TA Instrument Company toodetud 8-kanaliline isotermiline kalorimeeter TAM Air. Kõiki tooraineid hoiti enne katset konstantsel temperatuuril kuni katsetemperatuurini (näiteks (20±0,5) ℃). Esmalt lisati kalorimeetrisse 3 g tsementi ja 18 mg tsellulooseetri pulbrit (tsellulooseetri massisuhe tsellmaterjaliga oli 0,6%). Pärast täielikku segamist lisati segatud vesi (sekundaarne destilleeritud vesi) vastavalt määratud vee-tsemendi suhtele ja segati ühtlaselt. Seejärel pandi see kiiresti kalorimeetrisse testimiseks. C3A vee-sideaine suhe on 1,1 ja ülejäänud kolme tsemendimaterjali vee-sideaine suhe on 0,45.

3. Tulemused ja arutelu

3.1 Testi tulemused

HEC, HPMC ja HEMC mõju tavalise portlandtsemendi, C3S ja C3A hüdratsioonisoojuse vabanemise kiirusele ja kumulatiivsele soojuse vabanemise kiirusele 72 tunni jooksul ning HEC mõju sulfoaluminaattsemendi hüdratsioonisoojuse vabanemise kiirusele ja kumulatiivsele soojuse vabanemise kiirusele 72 tunni jooksul on HEC tsellulooseeter, millel on tugevaim viivitusmõju muu tsemendi ja üksiku maagi hüdratatsioonile. Neid kahte efekti kombineerides võib leida, et tsemendimaterjali koostise muutumisel on tsellulooseetril erinev mõju hüdratsioonisoojuse vabanemise kiirusele ja kumulatiivsele soojuseraldusele. Valitud tsellulooseeter võib märkimisväärselt vähendada tavalise portlandtsemendi ja C, S hüdratatsiooni ja soojuse vabanemise kiirust, pikendab peamiselt induktsiooniperioodi, lükkab edasi hüdratatsiooni ja soojuse vabanemise piigi ilmnemist, sealhulgas tsellulooseetri C, S hüdratatsiooni ja soojuse vabanemise kiiruse viivitus on ilmsem kui tavaline portlandtsemendi hüdratatsiooni ja soojuse vabanemise kiiruse viivitus; Tsellulooseeter võib samuti aeglustada sulfoaluminaattsemendi hüdratatsiooni soojuse vabanemise kiirust, kuid viivitusvõime on väga nõrk ja peamiselt viivitab hüdratatsiooni 2 tunni pärast; C3A hüdratsiooni soojuse vabanemise kiiruse jaoks on tsellulooseetris nõrk kiirendusvõime.

3.2 Analüüs ja arutelu

Tsellulooseetri mehhanism aeglustab tsemendi hüdratatsiooni. Silva jt. oletas, et tsellulooseeter suurendas pooride lahuse viskoossust ja takistas ioonide liikumise kiirust, lükates seega edasi tsemendi hüdratatsiooni. Siiski on suur osa kirjandusest selles oletuses kahelnud, kuna nende katsed on leidnud, et madalama viskoossusega tsellulooseetritel on tugevam võime tsemendi hüdratatsiooni edasi lükata. Tegelikult on ioonide liikumise või migratsiooni aeg nii lühike, et see pole ilmselgelt võrreldav tsemendi hüdratatsiooni hilinemise ajaga. Tsellulooseetri ja tsemendi hüdratatsioonitoodete vahelist adsorptsiooni peetakse tsemendi hüdratatsiooni tsellulooseetri poolt viivitamise tegelikuks põhjuseks. Tsellulooseeter adsorbeerub kergesti hüdratatsiooniproduktide, nagu kaltsiumhüdroksiid, CSH-geel ja kaltsiumaluminaathüdraat, pinnale, kuid seda ei ole lihtne ettringiidi ja hüdraatimata faasiga adsorbeerida ning tsellulooseetri adsorptsioonivõime kaltsiumhüdroksiidil on suurem kui CSH geeli oma. Seetõttu on tavaliste portlandtsemendi hüdratatsioonitoodete puhul tsellulooseetris kõige tugevam viivitus kaltsiumhüdroksiidil, kõige tugevam kaltsiumi viivitus, teine ​​​​CSH-geeli viivitus ja kõige nõrgem viivitus ettringiidil.

Varasemad uuringud on näidanud, et adsorptsioon mitteioonse polüsahhariidi ja mineraalfaasi vahel hõlmab peamiselt vesiniksidemeid ja keemilist kompleksi moodustumist ning need kaks mõju ilmnevad polüsahhariidi hüdroksüülrühma ja metallhüdroksiidi vahel mineraali pinnal. Liu et al. klassifitseeris polüsahhariidide ja metallhüdroksiidide vahelise adsorptsiooni happe-aluse interaktsioonina, polüsahhariidid hapetena ja metallhüdroksiidid alustena. Antud polüsahhariidi puhul määrab mineraalpinna aluselisus polüsahhariidide ja mineraalide vahelise vastasmõju tugevuse. Selles artiklis uuritud nelja geelistava komponendi hulgas on peamised metallist või mittemetallist elemendid Ca, Al ja Si. Vastavalt metallide aktiivsuse järjekorrale on nende hüdroksiidide aluselisus Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4.Tegelikult on Si(OH)4 lahus happeline ja ei adsorbeeri tsellulooseetrit.Seega Ca(OH)2 sisaldus tsemendihüdratatsioonitoodete pinnal määrab hüdratatsiooniproduktide ja tsellulooseetri adsorptsioonivõime, kuna kaltsiumhüdroksiid, CSH geel (3CaO·2SiO2·3H20), ettringiit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). ja kaltsiumaluminaathüdraat (3CaO·Al2O3·6H2O) CaO anorgaaniliste oksiidide sisalduses on 100%, 58,33%, 49,56% ja 62,2% Seetõttu on nende adsorptsioonivõime järjekord tsellulooseetriga kaltsiumhüdroksiid > kaltsium aluminaat> CSH geel> ettringiit, mis on kooskõlas kirjanduse tulemustega.

C3S hüdratatsiooniproduktide hulka kuuluvad peamiselt Ca(OH) ja csH geel ning tsellulooseetril on neile hea viivitav toime. Seetõttu on tsellulooseetris C3-de hüdratatsioonil väga ilmne viivitus. Tavaline portlandtsement sisaldab peale c3S ka C2s hüdratatsiooni, mis on aeglasem, mistõttu ei ole tsellulooseetri viivitusefekt varases staadiumis ilmne. Tavalise silikaadi hüdratatsiooniproduktide hulka kuulub ka ettringiit ja tsellulooseetri viivitusefekt on halb. Seetõttu on tsellulooseetri viivitusvõime c3s-le tugevam kui testis täheldatud tavalisel portlandtsemendil.

C3A lahustub ja hüdraatub kiiresti veega kokku puutudes ning hüdratatsiooniproduktid on tavaliselt C2AH8 ja c4AH13 ning hüdratatsioonisoojus eraldub. Kui C2AH8 ja c4AH13 lahus jõuab küllastumiseni, moodustub C2AH8 ja C4AH13 kuusnurkse lehthüdraadi kristallumine ning reaktsioonikiirus ja hüdratatsioonisoojus vähenevad samal ajal. Tsellulooseetri adsorptsiooni tõttu kaltsiumaluminaathüdraadi (CxAHy) pinnale aeglustab tsellulooseetri olemasolu C2AH8 ja C4AH13 kuusnurkse plaadi hüdraadi kristalliseerumist, mille tulemuseks on reaktsioonikiiruse ja hüdratsioonisoojuse vabanemise kiiruse vähenemine. puhas C3A, mis näitab, et tsellulooseetris on nõrk C3A hüdratatsiooni kiirendusvõime. Väärib märkimist, et selles testis on tsellulooseetril nõrk puhas c3A hüdratatsiooni kiirendav võime. Kuid tavalises portlandtsemendis, kuna c3A reageerib kipsiga, moodustades ettringiidi, aeglustab tselluloosi eeter lägalahuses sisalduva ca2+ tasakaalu mõjul ettringiidi moodustumist, lükates seega edasi c3A hüdratatsiooni.

HEC, HPMC ja HEMC mõjust tavalise portlandtsemendi, C3S ja C3A hüdratatsiooni- ja soojuseralduskiirusele ning kumulatiivsele soojuse vabanemisele 72 tunni jooksul ning HEC mõjust sulfoaluminaadi hüdratatsiooni- ja soojuseralduskiirusele ning kumulatiivsele soojuse vabanemisele tsementi 72 tunni jooksul, on näha, et kolme valitud tsellulooseetri hulgas oli c3s ja portlandtsemendi viivitatud hüdratatsiooni võime tugevaim HEC-s, millele järgnes HEMC ja nõrgim HPMC-s. Mis puutub C3A-sse, siis kolme tsellulooseetri võime hüdratatsiooni kiirendada on samuti samas järjekorras, see tähendab, et HEC on tugevaim, HEMC on teine, HPMC on nõrgim ja tugevaim. See kinnitas vastastikku, et tsellulooseeter on geelistuvate materjalide hüdratatsiooniproduktide moodustumist edasi lükanud.

Sulfoaluminaattsemendi peamised hüdratatsiooniproduktid on ettringiit ja Al(OH)3 geel. Sulfoaluminaattsemendis sisalduv C2S hüdraatub ka eraldi, moodustades Ca(OH)2 ja cSH geeli. Kuna tsellulooseetri ja ettringiidi adsorptsiooni saab ignoreerida ning sulfoaluminaadi hüdratatsioon on liiga kiire, mõjutab tsellulooseeter hüdratatsiooni varases staadiumis vähe sulfoaluminaattsemendi hüdratatsioonisoojuse vabanemise kiirust. Kuid teatud hüdratatsiooniajaks, kuna c2s hüdraativad eraldi, et tekitada Ca(OH)2 ja CSH geel, viivitavad need kaks hüdratatsiooniprodukti tsellulooseetri toimel. Seetõttu täheldati, et tsellulooseeter aeglustas sulfoaluminaattsemendi hüdratatsiooni 2 tunni pärast.

4. Järeldus

Käesolevas töös võrreldi isotermilise kalorimeetria testiga tsellulooseetri mõjuseadust ja moodustumise mehhanismi tavalise portlandtsemendi, c3s, c3A, sulfoaluminaattsemendi ja teiste erinevate komponentide ning üksiku maagi hüdratatsioonisoojusele 72 tunni jooksul. Peamised järeldused on järgmised:

(1) Tsellulooseeter võib märkimisväärselt vähendada tavalise portlandtsemendi ja trikaltsiumsilikaadi hüdratsioonisoojuse vabanemise kiirust ning trikaltsiumsilikaadi hüdratatsioonisoojuse vabanemise kiiruse vähendamise mõju on olulisem; Tsellulooseetri mõju sulfoaluminaattsemendi soojuseralduskiiruse vähendamisele on väga nõrk, kuid sellel on nõrk mõju trikaltsium-aluminaadi soojuseralduskiiruse parandamisele.

(2) Mõned hüdratatsiooniproduktid adsorbeerivad tselluloosi eetri, lükates seega edasi hüdratatsiooniproduktide kristalliseerumist, mõjutades tsemendi hüdratatsiooni soojuse vabanemise kiirust. Hüdratsioonitoodete tüüp ja kogus on tsemendimaagi erinevate komponentide puhul erinev, seega ei ole tsellulooseetri mõju nende hüdratatsioonisoojusele sama.