Tsellulooseetrite mõju sulfoaluminaattsemendipasta veekomponentide ja hüdratatsiooniproduktide tekkele

Tsellulooseetriga modifitseeritud sulfoaluminaattsemendi (CSA) lobri veekomponente ja mikrostruktuuri arengut uuriti madala väljaga tuumamagnetresonantsi ja termoanalüsaatoriga. Tulemused näitasid, et pärast tsellulooseetri lisamist adsorbeeris see flokulatsioonistruktuuride vahele vett, mida iseloomustati kui kolmandat relaksatsioonipiiki põikrelaksatsiooniaja (T2) spektris, ning adsorbeeritud vee kogus oli positiivses korrelatsioonis doosiga. Lisaks hõlbustas tsellulooseeter märkimisväärselt veevahetust CSA flokide sisemiste ja helvestevaheliste struktuuride vahel. Kuigi tsellulooseetri lisamine ei mõjuta sulfoaluminaattsemendi hüdratatsiooniproduktide tüüpe, mõjutab see teatud vanuses hüdratatsiooniproduktide kogust.

Võtmesõnad:tselluloosi eeter; sulfoaluminaattsement; vesi; niisutustooted

0、Eessõna

Tsellulooseeter, mida töödeldakse looduslikust tselluloosist mitme protsessi käigus, on taastuv ja roheline keemiline segu. Tavalisi tsellulooseetreid, nagu metüültselluloos (MC), etüültselluloos (HEC) ja hüdroksüetüülmetüültselluloos (HEMC), kasutatakse laialdaselt meditsiinis, ehituses ja muudes tööstusharudes. HEMC näitena võib see oluliselt parandada portlandtsemendi veepeetust ja konsistentsi, kuid aeglustada tsemendi tardumist. Mikroskoopilisel tasemel on HEMC-l oluline mõju ka tsemendipasta mikrostruktuurile ja pooride struktuurile. Näiteks hüdratsiooniprodukt ettringiit (AFt) on tõenäolisemalt lühikese vardakujuline ja selle kuvasuhe on madalam; samal ajal sisestatakse tsemendipastasse suur hulk suletud poore, mis vähendab suhtlevate pooride arvu.

Enamik olemasolevaid uuringuid tsellulooseetrite mõju kohta tsemendipõhistele materjalidele keskendub portlandtsemendile. Sulfoaluminaattsement (CSA) on madala süsinikusisaldusega tsement, mis töötati minu riigis iseseisvalt välja 20. sajandil ja mille peamiseks mineraaliks on veevaba kaltsiumsulfoaluminaat. Kuna pärast hüdratatsiooni saab tekitada suures koguses AFt, on CSA eelisteks varane tugevus, kõrge läbilaskvus ja korrosioonikindlus ning seda kasutatakse laialdaselt betooni 3D-printimise, mereehituse ja kiire remondi valdkonnas madala temperatuuriga keskkondades. . Viimastel aastatel on Li Jian et al. analüüsis HEMC mõju CSA mördile survetugevuse ja märgtiheduse vaatenurgast; Wu Kai jt. uuris HEMC mõju CSA tsemendi varajasele hüdratatsiooniprotsessile, kuid modifitseeritud CSA tsemendis sisalduvat vett Komponentide ja läga koostise evolutsiooniseadus pole teada. Sellest lähtuvalt keskendub käesolev töö põiki relaksatsiooniaja (T2) jaotusele CSA tsemendilobris enne ja pärast HEMC lisamist, kasutades madala väljaga tuumamagnetresonantsinstrumenti, ning analüüsib täiendavalt vee migratsiooni- ja muutumisseadust. läga. Uuriti tsemendipasta koostise muutumist.

1. Eksperiment

1.1 Tooraine

Kasutati kahte kaubanduslikult saadavat sulfoaluminaattsementi, mida tähistati kui CSA1 ja CSA2, süütekadu (LOI) alla 0,5% (massiosa).

Kasutatakse kolme erinevat hüdroksüetüülmetüültselluloosi, mis on tähistatud vastavalt kui MC1, MC2 ja MC3. MC3 saadakse 5% (massiosa) polüakrüülamiidi (PAM) segamisel MC2-s.

1.2 Segamissuhe

Sulfoaluminaattsemendisse segati vastavalt kolme tüüpi tsellulooseetreid, doosid olid 0,1%, 0,2% ja 0,3% (massifraktsioon, sama allpool). Fikseeritud vee-tsemendi suhe on 0,6 ning vee-tsemendi suhte vee-tsemendi suhe on standardse konsistentsi veetarbimise testiga hea töödeldavusega ja ei voola.

1.3 Meetod

Katses kasutatud madala väljaga NMR-seade on PQ⁃001 NMR analüsaator ettevõttelt Shanghai Numei Analytical Instrument Co., Ltd. Püsimagneti magnetvälja tugevus on 0,49T, prootoni resonantssagedus on 21MHz ja magneti temperatuur hoitakse konstantsena 32,0°C. Katse ajal pandi silindrilist proovi sisaldav väike klaaspudel instrumendi sondi mähisesse ja tsemendipasta relaksatsioonisignaali kogumiseks kasutati CPMG järjestust. Pärast korrelatsioonianalüüsi tarkvaraga ümberpööramist saadi T2 inversioonikõver Sirti inversioonialgoritmi abil. Erineva vabadusastmega vett lägas iseloomustavad erinevad relaksatsioonipiigid põiki relaksatsioonispektris ning relaksatsioonipiigi pindala on positiivses korrelatsioonis vee kogusega, mille põhjal määratakse vee tüüp ja sisaldus lägas. saab analüüsida. Tuumamagnetresonantsi tekitamiseks on vaja tagada, et raadiosageduse kesksagedus O1 (ühik: kHz) oleks kooskõlas magneti sagedusega ja O1 kalibreeritakse katse ajal iga päev.

Proove analüüsiti TGaDSC-ga koos kombineeritud termoanalüsaatoriga STA 449C firmast NETZSCH, Saksamaa. Kaitseatmosfäärina kasutati N2, kuumutamiskiirus oli 10°C/min ja skaneerimise temperatuurivahemik oli 30-800°C.

2. Tulemused ja arutelu

2.1 Veekomponentide areng

2.1.1 Legeerimata tsellulooseeter

Kahe sulfoaluminaattsemendi suspensiooni põiki relaksatsiooniaja (T2) spektris võib selgelt täheldada kahte relaksatsioonipiiki (määratletud kui esimene ja teine ​​​​relaksatsioonipiik). Esimene relaksatsioonipiik pärineb flokulatsioonistruktuuri seest, millel on madal vabadusaste ja lühike põiki lõdvestusaeg; teine ​​relaksatsioonipiik pärineb flokulatsioonistruktuuride vahelt, millel on suur vabadusaste ja pikk põiki relaksatsiooniaeg. Seevastu kahe tsemendi esimesele lõõgastuspiigile vastav T2 on võrreldav, samas kui CSA1 teine ​​​​relaksatsioonipiik ilmub hiljem. Erinevalt sulfoaluminaattsemendiklinkrist ja isevalmistatud tsemendist kattuvad CSA1 ja CSA2 kaks relaksatsioonipiiki osaliselt algolekuga. Niisutamise edenedes kipub esimene lõdvestustipp järk-järgult iseseisvaks muutuma, pindala väheneb järk-järgult ja kaob täielikult umbes 90 minuti pärast. See näitab, et kahe tsemendipasta flokulatsioonistruktuuri ja flokulatsioonistruktuuri vahel toimub teatav veevahetus.

Teise relaksatsioonipiigi piigi pindala muutus ja piigi tipule vastav T2 väärtuse muutus iseloomustavad vastavalt vaba vee ja füüsikaliselt seotud veesisalduse muutust ning vee vabadusastme muutust lägas. . Nende kahe kombinatsioon võib põhjalikumalt kajastada läga hüdratatsiooniprotsessi. Hüdratsiooni edenedes piigi pindala järk-järgult väheneb ja T2 väärtuse nihkumine vasakule suureneb järk-järgult ning nende vahel on teatud vastav seos.

2.1.2 Lisatud tsellulooseeter

Võttes näiteks 0,3% MC2-ga segatud CSA2, on näha sulfoaluminaattsemendi T2 relaksatsioonispekter pärast tsellulooseetri lisamist. Pärast tsellulooseetri lisamist ilmus kolmas relaksatsioonipiik, mis tähistab vee adsorptsiooni tsellulooseetri poolt, kohas, kus põiki relaksatsiooniaeg oli suurem kui 100 ms, ja piigi pindala suurenes järk-järgult tsellulooseetri sisalduse suurenemisega.

Flokulatsioonistruktuuride vahelist veehulka mõjutab vee migratsioon flokulatsioonistruktuuri sees ja tsellulooseetri vee adsorptsioon. Seetõttu on flokulatsioonistruktuuride vaheline vee hulk seotud lobri sisemise pooride struktuuriga ja tsellulooseetri veeadsorptsioonivõimega. Teise lõdvestuspiigi pindala varieerub sõltuvalt Tsellulooseetri sisaldus varieerub erinevat tüüpi tsemendiga. CSA1 lobri teise relaksatsioonipiigi pindala vähenes pidevalt koos tsellulooseetri sisalduse suurenemisega ja oli väikseim 0,3% sisaldusega. Seevastu CSA2 lobri teine ​​​​relaksatsioonipiigi pindala suureneb pidevalt tsellulooseetri sisalduse suurenemisega.

Loetlege kolmanda relaksatsioonipiigi pindala muutus tsellulooseetri sisalduse suurenemisega. Kuna piigi pindala mõjutab proovi kvaliteet, on proovi laadimisel keeruline tagada, et lisatud proovi kvaliteet oleks sama. Seetõttu kasutatakse pindala suhet kolmanda relaksatsioonipiigi signaali hulga iseloomustamiseks erinevates proovides. Kolmanda relaksatsioonipiigi pindala muutumisest koos tsellulooseetri sisalduse suurenemisega on näha, et koos tsellulooseetri sisalduse suurenemisega näitas kolmanda relaksatsioonipiigi pindala põhimõtteliselt tõusutrendi (a. CSA1, kui MC1 sisaldus oli 0,3%, oli see rohkem. Kolmanda relaksatsioonipiigi pindala väheneb veidi 0,2% juures, mis näitab, et tsellulooseetri sisalduse suurenemisega suureneb järk-järgult ka adsorbeerunud vesi. CSA1 suspensioonide hulgas oli MC1 parem veeimavus kui MC2 ja MC3; samas kui CSA2 suspensioonide hulgas oli MC2 parim veeimavus.

Kolmanda relaksatsioonipiigi pindala muutusest CSA2 suspensiooni massiühiku kohta ajas 0,3% tsellulooseetri sisaldusel on näha, et kolmanda relaksatsioonipiigi pindala massiühiku kohta väheneb pidevalt koos hüdratatsiooniga, mis näitab, et et Kuna CSA2 hüdratatsioonikiirus on kiirem kui klinkril ja isevalmistatud tsemendil, ei ole tsellulooseetris aega vee edasiseks adsorptsiooniks ja see vabastab adsorbeeritud vee tänu vedela faasi kontsentratsiooni kiirele tõusule lägas. Lisaks on MC2 vee adsorptsioon tugevam kui MC1 ja MC3, mis on kooskõlas eelmiste järeldustega. CSA1 kolmanda relaksatsioonipiigi piigi pindala massiühiku muutusest aja jooksul erinevate tsellulooseetri 0,3% annuste juures on näha, et CSA1 kolmanda relaksatsioonipiigi muutumisreegel erineb CSA2 omast ja CSA1 pindala suureneb hüdratsiooni varases staadiumis korraks. Pärast kiiret suurenemist see vähenes ja kadus, mis võib olla tingitud CSA1 pikemast hüübimisajast. Lisaks sisaldab CSA2 rohkem kipsi, hüdratsioonil on kerge moodustada rohkem AFt (3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O), kulub palju vaba vett ja veekulu ületab tsellulooseetri vee adsorptsiooni kiirust, mis võib põhjustada CSA2 läga kolmanda lõõgastuspiigi pindala vähenes jätkuvalt.

Pärast tsellulooseetri lisamist muutusid mõnevõrra ka esimene ja teine ​​relaksatsioonipiik. Kaht tüüpi tsemendilobri teise relaksatsioonipiigi piigi laiusest ja värske lobri pärast tsellulooseetri lisamist on näha, et värske lobri teise relaksatsioonipiigi piigi laius on pärast tselluloosi eetri lisamist erinev. suureneb, kipub tipu kuju olema hajus. See näitab, et tsellulooseetri lisamine takistab teatud määral tsemendiosakeste aglomeratsiooni, muudab flokulatsioonistruktuuri suhteliselt lõdvaks, nõrgendab vee sidumisastet ja suurendab vee vabadusastet flokulatsioonistruktuuride vahel. Kuid annuse suurendamisel ei ole piigi laiuse suurenemine ilmne ja mõne proovi piigi laius isegi väheneb. Võib juhtuda, et doosi suurendamine suurendab lobri vedelfaasi viskoossust ja samal ajal paraneb tsellulooseetri adsorptsioon tsemendiosakestele, põhjustades flokulatsiooni. Konstruktsioonidevahelise niiskuse vabaduse aste väheneb.

Eraldusvõimet saab kasutada esimese ja teise lõõgastuspiigi eraldusastme kirjeldamiseks. Eraldusastet saab arvutada vastavalt eraldusvõime astmele = (Esimene komponent-Asaddle)/Esimene komponent, kus esimene komponent ja Asaddle tähistavad esimese lõõgastuspiigi maksimaalset amplituudi ja kahe piigi vahelise madalaima punkti amplituudi, vastavalt. Eraldusastet saab kasutada veevahetuse astme iseloomustamiseks läga flokulatsioonistruktuuri ja flokulatsioonistruktuuri vahel ning väärtus on üldjuhul 0-1. Eraldamise kõrgem väärtus näitab, et kahte veeosa on raskem vahetada, ja väärtus 1 näitab, et kaks veeosa ei saa üldse vahetada.

Eraldusastme arvutustulemustest on näha, et kahe tsemendi eraldusaste ilma tsellulooseetrit lisamata on samaväärne, mõlemad on umbes 0,64 ja eraldusaste väheneb oluliselt pärast tsellulooseetri lisamist. Ühest küljest väheneb eraldusvõime annuse suurendamisel veelgi ja kahe piigi eraldusvõime langeb 0,3% MC3-ga segatud CSA2-s isegi 0-ni, mis näitab, et tsellulooseeter soodustab märkimisväärselt veevahetust seadme sees ja vahel. flokulatsioonistruktuurid. Lähtudes tõsiasjast, et tsellulooseetri kaasamine põhimõtteliselt ei mõjuta esimese relaksatsioonipiigi asendit ja pindala, võib oletada, et eraldusvõime vähenemine on osaliselt tingitud teise relaksatsioonipiigi laiuse suurenemisest ning lahtine flokulatsioonistruktuur muudab veevahetuse seest ja väljast lihtsamaks. Lisaks parandab tsellulooseetri kattumine lobristruktuuris veelgi veevahetuse taset flokulatsioonistruktuuri sise- ja väliskülje vahel. Teisest küljest on tsellulooseetri eraldusvõimet vähendav toime CSA2-le tugevam kui CSA1-l, mis võib olla tingitud CSA2 väiksemast eripinnast ja suuremast osakeste suurusest, mis on tundlikum tsellulooseetri dispersiooniefekti suhtes pärast seda. inkorporeerimine.

2.2 Muutused läga koostises

90 min, 150 min ja 1 päeva jooksul hüdreeritud CSA1 ja CSA2 suspensioonide TG-DTG spektritest on näha, et hüdratatsiooniproduktide tüübid ei muutunud enne ega pärast tsellulooseetri lisamist ning AFt, AFm ja AH3 olid kõik. moodustatud. Kirjanduses tuuakse välja, et AFt lagunemisvahemik on 50-120°C; AFm lagunemisvahemik on 160-220°C; AH3 lagunemisvahemik on 220-300°C. Hüdratsiooni edenedes suurenes proovi kaalukaotus järk-järgult ning AFt, AFm ja AH3 iseloomulikud DTG piigid muutusid järk-järgult ilmseks, mis näitab, et kolme hüdratatsiooniprodukti moodustumine suurenes järk-järgult.

Iga proovis sisalduva hüdratatsiooniprodukti massifraktsioonist erinevatel hüdratatsioonivanustel on näha, et 1 päeva vanuses tühiproovi AFt teke ületab tsellulooseetriga segatud proovi oma, mis näitab, et tsellulooseetril on suur mõju läga hüdratatsioon pärast koagulatsiooni. Tekib teatav viivitusefekt. 90 minuti pärast jäi kolme proovi AFm toodang samaks; 90-150 minuti pärast oli AFm tootmine tühiproovis oluliselt aeglasem kui kahes teises proovirühmas; 1 päeva pärast oli AFm sisaldus tühiproovis sama, mis MC1-ga segatud proovis ja MC2 proovi AFm sisaldus oli teistes proovides oluliselt madalam. Mis puutub hüdratatsiooniprodukti AH3, siis CSA1 tühiproovi tekkekiirus pärast 90-minutilist hüdraatimist oli oluliselt aeglasem kui tsellulooseetri oma, kuid 90 minuti pärast oli genereerimiskiirus oluliselt kiirem ja kolme proovi AH3 tootmiskogus. oli samaväärne 1 päevaga.

Pärast CSA2 suspensiooni 90-minutist ja 150-minutilist hüdratatsiooni oli tsellulooseetriga segatud proovis toodetud AFT kogus oluliselt väiksem kui tühiproovis, mis näitab, et tsellulooseetris oli ka CSA2 suspensioonile teatav aeglustav toime. 1d vanuses proovides leiti, et AFt sisaldus tühjas proovis oli siiski kõrgem kui tsellulooseetriga segatud proovis, mis näitab, et tsellulooseetris oli pärast lõplikku tardumist siiski teatav aeglustav toime CSA2 hüdratatsioonile. ja MC2 aeglustusaste oli suurem kui tsellulooseetriga lisatud proovi oma. MC1. 90 minuti pärast oli tühiproovi tekitatud AH3 kogus veidi väiksem kui tsellulooseetriga segatud proovis; 150 minuti pärast ületas tühiproovi tekitatud AH3 tsellulooseetriga segatud proovi oma; 1 päeva pärast oli kolme proovi toodetud AH3 samaväärne.

3. Järeldus

(1) Tsellulooseeter võib märkimisväärselt soodustada veevahetust flokulatsioonistruktuuri ja flokulatsioonistruktuuri vahel. Pärast tsellulooseetri lisamist adsorbeerib tsellulooseeter vett lägas, mida iseloomustatakse kui kolmandat relaksatsioonipiiki põikrelaksatsiooniaja (T2) spektris. Tsellulooseetri sisalduse suurenemisega suureneb tsellulooseetri veeimavus, suureneb kolmanda relaksatsioonipiigi pindala. Tsellulooseetri neeldunud vesi vabaneb koos lobri hüdratatsiooniga järk-järgult flokulatsioonistruktuuri.

(2) Tsellulooseetri lisamine takistab teatud määral tsemendiosakeste aglomeratsiooni, muutes flokulatsioonistruktuuri suhteliselt lahtiseks; ja sisalduse suurenemisega suureneb lobri vedelfaasi viskoossus ning tsellulooseeter avaldab tsemendiosakestele suuremat mõju. Täiustatud adsorptsiooniefekt vähendab veevabadusastet flokuleeritud struktuuride vahel.

(3) Enne ja pärast tsellulooseetri lisamist ei muutunud sulfoaluminaattsemendi lobri hüdratatsiooniproduktide tüübid ning tekkisid AFt, AFm ja alumiiniumliim; kuid tsellulooseeter aeglustas veidi hüdratatsiooniproduktide efekti teket.