Zelulosa eterraren eragina zementu desberdinen eta mineral bakarren hidratazio beroan

zelulosa eterraren hidratazio-beroan Portland zementuaren, sulfoaluminato zementuaren, trikaltzio silikatoaren eta trikaltzio aluminatoaren eraginak 72 ordutan konparatu ziren kalorimetria isotermikoaren probaren bidez. Emaitzek erakusten dute zelulosa eterrek Portland zementuaren eta trikaltzio silikatoaren hidratazio- eta bero-askapen-tasa nabarmen murrizten duela, eta silikato trikaltikoaren hidratazio- eta bero-askapen-tasaren murrizketa-efektua nabarmenagoa da. Zelulosa eteraren eragina sulfoaluminato zementuaren hidratazioaren beroa askatzeko tasa murrizteko oso ahula da, baina eragin ahula du trikaltzio aluminatoaren hidratazioaren beroa askatzeko tasa hobetzeko. Zelulosa-eterra hidratazio-produktu batzuek xurgatuko dute, horrela hidratazio-produktuen kristalizazioa atzeratuko dute eta, ondoren, zementuaren eta mineral bakarreko hidratazio-beroa askatzeko tasa eragingo dute.

Hitz gakoak:zelulosa eter; Zementua; Mea bakarra; Hidratazioaren beroa; adsortzioa

1. Sarrera

Zelulosa-eter loditzaile eta ura atxikitzeko agente garrantzitsua da mortero nahasi lehorrean, hormigoi auto-trinkotatzailean eta zementuan oinarritutako beste material berrietan. Dena den, zelulosa eterrak zementuaren hidratazioa ere atzeratuko du, eta horrek zementuan oinarritutako materialen funtzionamendu-denbora hobetzeko, morteroaren koherentzia eta hormigoiaren erortze-denbora galtzea hobetzen du, baina eraikuntzaren aurrerapena atzeratu ere egin dezake. Bereziki, tenperatura baxuko ingurune-baldintzetan erabilitako mortero eta hormigoiari eragin kaltegarriak izango zaizkio. Horregatik, oso garrantzitsua da zementuaren hidratazio-zinetikari buruzko zelulosa eteraren legea ulertzea.

OU eta Pourchez-ek sistematikoki aztertu zituzten parametro molekularren, hala nola, zelulosa-eterren pisu molekularra, ordezko mota edo ordezkapen-maila zementuaren hidratazio-zinetikan, eta ondorio garrantzitsu asko atera zituzten: Hidroxietil zelulosa eteraren (HEC) gaitasunaren hidratazioa atzeratzeko. zementua normalean metil zelulosa eter (HPMC), hidroximetil etil zelulosa eter (HEMC) eta metil zelulosa eter (MC) baino indartsuagoa da. Metiloa duen zelulosa eteran, zenbat eta metil-edukia txikiagoa izan, orduan eta ahalmen handiagoa izango da zementuaren hidratazioa atzeratzeko; Zelulosa eteraren pisu molekularra zenbat eta txikiagoa izan, orduan eta indartsuagoa izango da zementuaren hidratazioa atzeratzeko. Ondorio hauek oinarri zientifikoa ematen dute zelulosa-eterra behar bezala hautatzeko.

Zementuaren osagai desberdinetarako, zelulosa eterraren eragina zementuaren hidratazio-zinetikan ere oso kezkagarria da ingeniaritza aplikazioetan. Hala ere, ez dago alderdi honi buruzko ikerketarik. Artikulu honetan, zelulosa eterrak Portland zementu arruntaren, C3S (silikato trikaltikoaren), C3A (aluminato trikaltikoaren) eta sulfoaluminato zementuaren (SAC) hidratazio-zinetikan duen eragina aztertu da kalorimetria isotermikoaren probaren bidez, elkarrekintza gehiago ulertzeko eta Zelulosa eteraren eta zementuaren hidratazio produktuen arteko barne mekanismoa. Zementuan oinarritutako materialetan zelulosa eteraren erabilera arrazionalaren oinarri zientifiko gehiago eskaintzen ditu eta beste gehigarri batzuen eta zementuaren hidratazio produktuen arteko elkarrekintzarako ikerketa-oinarria ere eskaintzen du.

2. Proba

2.1 Lehengaiak

(1) Portland zementu arrunta (P·0). Wuhan Huaxin Cement Co., LTD-ek fabrikatua, zehaztapena P· 042.5 (GB 175-2007) da, X izpien fluoreszentzia-espektrometroaren (AXIOS aurreratua, PANalytical Co., LTD.). JADE 5.0 softwarearen analisiaren arabera, C3S, C2s, C3A, C4AF eta igeltsu zementuzko clinker mineralez gain, zementuzko lehengaiek kaltzio karbonatoa ere hartzen dute.

(2) zementu sulfoaluminatoa (SAC). Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd.-ek ekoitzitako sulfoaluminato zementu gogorra eta R.Star 42.5 (GB 20472-2006) da. Bere talde nagusiak kaltzio sulfoaluminatoa eta dikaltzio silikatoa dira.

(3) trikaltzio silikatoa (C3S). Sakatu Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 eta H2O 3:1:0.08-n: 10eko masa-erlazioa uniformeki nahastu zen eta 60MPa-ko presio etengabean sakatu zen totxo berde zilindrikoa egiteko. Totxoa 1400 ℃-tan kaltzitu zen 1,5 ~ 2 orduz silizio-molibdenozko hagaxka tenperatura altuko labe elektriko batean, eta gero mikrouhin labe batera eraman zuten 40 minutuz mikrouhin labean gehiago berotzeko. Totxoa atera ondoren, bat-batean hoztu eta behin eta berriz hautsi eta kaltzinatu egin zen, amaitutako produktuaren CaO librearen edukia % 1,0 baino txikiagoa izan arte.

(4) trikaltzio aluminatoa (c3A). CaO eta A12O3 uniformeki nahastu ziren, 1450 ℃-tan kaltzinatu ziren 4 orduz silizio-molibdenozko hagaxka labe elektriko batean, hauts bihurtu eta behin eta berriz kaltzinatu ziren CaO askearen edukia % 1,0 baino txikiagoa izan arte, eta C12A7 eta CAren gailurrak izan ziren arte. baztertu.

(5) zelulosa-eterra. Aurreko lanak 16 zelulosa-eter motak Portland zementu arruntaren hidratazio- eta bero-askapen-tasan duten eragina alderatu zuen, eta zelulosa-eter mota ezberdinek zementuaren hidratazio- eta bero-askapen-legean desberdintasun handiak dituztela ikusi zuen, eta barne-mekanismoa aztertu zuten. alde nabarmen honena. Aurreko ikerketaren emaitzen arabera, Portland zementu arruntean atzerapen nabaria duten hiru zelulosa-eter mota aukeratu ziren. Horien artean, hidroxietil zelulosa eterra (HEC), hidroxipropil metil zelulosa etera (HPMC) eta hidroxietil metil zelulosa eterra (HEMC). Zelulosa eteraren biskositatea biskosimetro birakari batekin neurtu zen, % 2ko proba-kontzentrazioarekin, 20 ℃-ko tenperaturarekin eta 12 r/min-ko biraketa-abiadurarekin. Zelulosa eteraren biskositatea biskosimetro birakari batekin neurtu zen, % 2ko proba-kontzentrazioarekin, 20 ℃-ko tenperaturarekin eta 12 r/min-ko biraketa-abiadurarekin. Zelulosa eteraren ordezkapen-maila fabrikatzaileak ematen du.

(6) Ura. Erabili bigarren mailako ur distilatua.

2.2 Proba metodoa

Hidratazioaren beroa. TA Instrument Company enpresak ekoitzitako TAM Air 8 kanaleko kalorimetro isotermikoa onartu zen. Lehengai guztiak tenperatura konstante mantendu ziren tenperatura probatzeko (adibidez (20± 0,5) ℃) esperimentua baino lehen. Lehenik eta behin, 3 g zementu eta 18 mg zelulosa eter hautsa gehitu ziren kalorimetroan (zelulosa eteraren eta material zemelatiboaren masa-erlazioa % 0,6 zen). Nahasketa osoa egin ondoren, ur nahastua (ur destilatu sekundarioa) gehitu zen zehaztutako ur-zementu proportzioaren arabera eta uniformeki irabiatu zen. Gero, azkar kalorimetroan sartu zen probak egiteko. c3A-ren ur-loatzaile-erlazioa 1,1 da, eta beste hiru zementuzko materialen ur-loatzaile-erlazioa 0,45.

3. Emaitzak eta eztabaida

3.1 Proben emaitzak

HEC, HPMC eta HEMC-ren ondorioak Portland zementu arruntaren, C3S eta C3Aren hidratazio-bero-askatze-tasa eta metatutako bero-askapen-tasa 72 orduko epean, eta HEC-en ondorioak hidratazio-bero-askapen-tasa eta sulfoaluminato-zementuaren bero-askatze tasa metatua. 72 orduko epean, HEC beste zementu eta mineral bakar batzuen hidratazioan atzerapen eraginik handiena duen zelulosa-eterra da. Bi efektuak konbinatuz, ikus daiteke zementuzko materialaren konposizioaren aldaketarekin, zelulosa eterrek efektu desberdinak dituela hidratazio-beroa askatzeko tasan eta metatutako bero-askapenean. Hautatutako zelulosa eterak Portland zementu arruntaren hidratazio eta bero askapen tasa nabarmen murrizten ditu eta C, S, batez ere indukzio aldiaren denbora luzatzen du, hidratazioaren eta bero askapenaren gailurra agertzea atzeratzen du, horien artean zelulosa eteraren C, S hidratazioa eta beroa askatzeko tasa atzerapena Portland zementu arruntaren hidratazioa eta beroa askatzeko tasa atzerapena baino nabariagoa da; Zelulosa eterrek sulfoaluminato zementuaren hidratazioaren beroa askatzeko tasa ere atzeratu dezake, baina atzeratzeko gaitasuna oso ahula da eta, batez ere, hidratazioa atzeratzen du 2 ordu igaro ondoren; C3A hidratazioaren beroa askatzeko abiadurarako, zelulosa eterrek azelerazio-gaitasun ahula du.

3.2 Analisia eta eztabaida

Eter zelulosikoaren mekanismoak zementuaren hidratazioa atzeratzen du. Silva et al. hipotesia egin zuen eter zelulosikoak poro-disoluzioaren biskositatea handitu zuela eta mugimendu ionikoaren abiadura oztopatzen zuela, eta horrela zementuaren hidratazioa atzeratuz. Hala ere, literatura askok zalantzan jarri du hipotesi hori, haien esperimentuek biskositate txikiagoa duten zelulosa-etereek zementuaren hidratazioa atzeratzeko gaitasun handiagoa dutela ikusi baitute. Izan ere, ioien mugimenduaren edo migrazioaren denbora hain da laburra, ezen, jakina, ez baita zementuaren hidratazioaren atzerapenaren denborarekin parekoa. Zelulosa eteraren eta zementuaren hidratazio produktuen arteko adsortzioa zelulosa eteraren bidez zementuaren hidratazioaren atzerapenaren benetako arrazoia da. Zelulosa eterrea erraz xurgatzen da hidratazio produktuen gainazalean, hala nola kaltzio hidroxidoa, CSH gela eta kaltzio aluminatoa hidratatua, baina ez da erraza ettringita eta fase hidratatuarekin xurgatzea, eta zelulosa eteraren xurgapen ahalmena kaltzio hidroxidoan baino handiagoa da. CSH gelarena. Hori dela eta, Portland zementuzko hidratazio produktu arruntetarako, zelulosa eterrek kaltzio hidroxidoaren atzerapenik indartsuena du, kaltzioaren atzerapenik indartsuena, CSH gelaren bigarren atzerapena eta ettringitaren atzerapenik ahulena.

Aurretik egindako ikerketek frogatu dute polisakarido ez-ionikoaren eta fase mineralaren arteko adsortzioak hidrogeno-lotura eta konplexutasun kimikoa barne hartzen dituela batez ere, eta bi efektu hauek polisakaridoaren hidroxilo-taldearen eta metal-hidroxidoaren gainazaleko mineralaren artean gertatzen dira. Liu et al. are gehiago, polisakaridoen eta metal hidroxidoen arteko adsortzioa azido-base elkarrekintza gisa sailkatu zuen, polisakaridoak azido gisa eta metal hidroxidoak base gisa. Polisakarido jakin baterako, gainazal mineralaren alkalinitateak polisakaridoen eta mineralen arteko elkarrekintzaren indarra zehazten du. Artikulu honetan aztertutako lau osagai gelifikatzaileen artean, metalezko edo ez-metalezko elementu nagusiak Ca, Al eta Si dira. Metalaren jardueraren ordenaren arabera, haien hidroxidoen alkalinitatea Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4 da.Izan ere, Si(OH)4 disoluzioa azidoa da eta ez du zelulosa-eter xurgatzen.Horregatik, Zementuaren hidratazio-produktuen gainazaleko Ca(OH)2 edukiak hidratazio-produktuen eta zelulosa-eterren adsortzio-gaitasuna zehazten du, kaltzio hidroxidoa, CSH gel (3CaO·2SiO2·3H20), etringita (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). eta kaltzio aluminato hidratoa (3CaO·Al2O3·6H2O) CaO-ren oxido ez-organikoen edukian %100, %58,33, %49,56 eta %62,2 da. Beraz, zelulosa-eterrarekin duten adsortzio-ahalmenaren ordena kaltzio hidroxidoa > kaltzio da aluminatoa > CSH gela > etringita, literaturako emaitzekin bat datorrena.

C3S-ren hidratazio-produktuek batez ere Ca (OH) eta csH gelak dituzte, eta zelulosa eterrek atzerapen efektu ona du horietan. Hori dela eta, zelulosa eterrek oso atzerapen nabaria du C3s hidratazioan. C3S gain, Portland zementu arruntak C2s hidratazioa ere motelagoa da, eta horrek zelulosa eterraren atzerapen-efektua ez da nabaria hasierako fasean. Silikato arruntaren hidratazio-produktuek ettringita ere barne hartzen dute, eta zelulosa eterraren atzerapen-efektua eskasa da. Hori dela eta, zelulosa eterrak c3s-etara atzeratzeko gaitasuna indartsuagoa da proban ikusitako Portland zementu arruntarena baino.

C3A azkar disolbatu eta hidratatuko da ura topo egiten duenean, eta hidratazio-produktuak C2AH8 eta c4AH13 izan ohi dira, eta hidratazioaren beroa askatuko da. C2AH8 eta c4AH13-ren disoluzioa saturatzera iristen denean, C2AH8 eta C4AH13 xafla hexagonal-hidratoaren kristalizazioa sortuko da, eta erreakzio-abiadura eta hidratazio-beroa murriztuko dira aldi berean. Zelulosa eteraren xurgapenaren ondorioz kaltzio aluminatoaren (CxAHy) gainazalean, zelulosa eteraren presentziak C2AH8 eta C4AH13 plaka hexagonalaren hidratoaren kristalizazioa atzeratuko luke, erreakzio-abiadura eta hidratazio-bero-askapen-abiadura baino txikiagoak eraginez. C3A puruarena, eta horrek erakusten du zelulosa eterrek C3A hidratatzeko azelerazio gaitasun ahula duela. Azpimarratzekoa da proba honetan, zelulosa eterrek c3A puruaren hidrataziorako azelerazio-ahalmen ahula duela. Hala ere, Portland zementu arruntean, c3A-k igeltsuarekin erreakzionatuko duelako ettringita sortzeko, minda-disoluzioan ca2+ balantzearen eragina dela eta, zelulosa-etereak ettringitaren sorrera atzeratuko du, eta horrela c3A-ren hidratazioa atzeratuko du.

HEC, HPMC eta HEMC-ek Portland zementu arruntaren hidratazio- eta bero-askapen-tasa eta bero-askapen metatuaren efektuetatik, C3S eta C3A 72 orduko epean, eta HEC-ek hidratazio- eta bero-askapen-tasa eta sulfoaluminatoaren bero-askapen metatuaren ondorioetatik. zementua 72 orduko epean, ikus daiteke hautatutako hiru zelulosa-eterren artean, C3s-en eta Portland zementuaren hidratazio atzeratuaren gaitasuna indartsuena izan zela HEC-en, ondoren HEMC-n, eta ahulena HPMC-n. C3Ari dagokionez, hiru zelulosa-eterek hidratazioa bizkortzeko duten gaitasuna ere ordena berean dago, hau da, HEC da indartsuena, HEMC bigarrena, HPMC ahulena eta indartsuena. Honek elkarrekiko baieztatu zuen zelulosa eterrek gelifikatzeko materialen hidratazio produktuen eraketa atzeratu duela.

Sulfoaluminato zementuaren hidratazio-produktu nagusiak etringita eta Al(OH)3 gel dira. Sulfoaluminato zementuan C2S ere bereizita hidratatuko da Ca(OH)2 eta cSH gela sortzeko. Zelulosa-eter eta ettringitaren adsortzioa alde batera utzi daitekeelako eta sulfoaluminatoaren hidratazioa azkarregia denez, beraz, hidratazioaren hasieran, zelulosa-eter-ek eragin txikia du sulfoaluminato-zementuaren hidratazio-bero-askapenaren tasan. Baina hidratazio-denbora jakin batera, c2s bereizita hidratatuko denez Ca(OH)2 eta CSH gela sortzeko, bi hidratazio-produktu hauek zelulosa eterak atzeratuko ditu. Hori dela eta, zelulosa eterrek 2 orduren buruan sulfoaluminato zementuaren hidratazioa atzeratzen zuela ikusi zen.

4. Ondorioa

Artikulu honetan, kalorimetria isotermikoaren probaren bidez, zelulosa eteraren eragin-legea eta eraketa mekanismoa Portland zementu arruntaren hidratazio-beroan, c3s, c3A, sulfoaluminate zementua eta beste osagai desberdin batzuk eta mineral bakarrak 72 ordutan alderatu dira. Ondorio nagusiak hauek dira:

(1) Zelulosa eterrek Portland zementu arruntaren eta trikaltzio silikatoaren hidratazio-beroa askatzeko tasa nabarmen murrizten du, eta silikato trikaltikoaren hidratazio-beroa askatzeko tasa murriztearen eragina nabarmenagoa da; Zelulosa eteraren eragina sulfoaluminato zementuaren beroa askatzeko tasa murrizteko oso ahula da, baina eragin ahula du trikaltzio aluminatoaren beroa askatzeko tasa hobetzeko.

(2) zelulosa-eterra hidratazio-produktu batzuek xurgatuko dute, eta horrela hidratazio-produktuen kristalizazioa atzeratuko dute, zementuaren hidratazioaren bero-askapen-tasa eraginez. Hidratazio produktuen mota eta kantitatea desberdinak dira zementu-billetako mineralaren osagai desberdinetarako, beraz, zelulosa eterraren eragina hidratazio-beroan ez da berdina.