Zelulosa-etereen eragina uraren osagaien eta sulfoaluminato zementu-pasaren hidratazio-produktuen bilakaeran

Uraren osagaiak eta mikroegituraren bilakaera zelulosa-eter eraldatutako sulfoaluminato zementuaren (CSA) minda eremu baxuko erresonantzia magnetiko nuklearraren eta analizatzaile termikoen bidez aztertu ziren. Emaitzek erakutsi zuten zelulosa-eterra gehitu ondoren, ura xurgatzen zuela flokulazio-egituren artean, zeina zeharkako erlaxazio-denboraren (T2) espektroko hirugarren erlaxazio-gailurra dela, eta adsorbatutako ur kantitatea positiboki erlazionatu zen dosiarekin. Gainera, zelulosa eterrek nabarmen erraztu zuen CSA floken barruko eta floken arteko ur-trukea. Zelulosa-eter gehitzeak sulfoaluminato zementuaren hidratazio-produktu motetan eraginik ez badu ere, adin jakin bateko hidratazio-produktuen kopuruan eragina izango du.

Hitz gakoak:zelulosa eter; sulfoaluminato zementua; ura; hidratazio produktuak

0,Hitzaurrea

Zelulosa-eterra, zelulosa naturaletik prozesu batzuen bidez prozesatzen dena, nahasketa kimiko berriztagarria eta berdea da. Zelulosa-eter arruntak, hala nola, metilzelulosa (MC), etilzelulosa (HEC) eta hidroxietilmetilzelulosa (HEMC) oso erabiliak dira medikuntzan, eraikuntzan eta beste industria batzuetan. HEMC adibide gisa hartuta, Portland zementuaren ur atxikipena eta koherentzia nabarmen hobetu ditzake, baina zementuaren ezarpena atzeratu. Maila mikroskopikoan, HEMC-k ere eragin handia du zementu-pasaren mikroegituran eta poro-egituran. Esate baterako, hidratazio-produktua ettrintita (AFt) litekeena da haga laburra izatea, eta bere itxura-erlazioa txikiagoa da; aldi berean, poro itxi ugari sartzen dira zementu-pastean, poro komunikatuen kopurua murriztuz.

Zementuan oinarritutako materialen zelulosa-eterek duten eraginari buruz dauden ikerketa gehienak Portland zementuan oinarritzen dira. Sulfoaluminato zementua (CSA) karbono gutxiko zementua da nire herrialdean 20. mendean garatutako zementu independentea, mineral nagusi gisa kaltzio sulfoaluminato anhidroa duena. Hidratazioaren ondoren AFt-kopuru handia sor daitekeenez, CSAk erresistentzia goiztiarra, iragazgaiztasun handia eta korrosioarekiko erresistentzia abantailak ditu, eta oso erabilia da hormigoizko 3D inprimaketaren, itsas ingeniaritza eraikuntzaren eta tenperatura baxuko inguruneetan konponketa azkarraren alorretan. . Azken urteotan, Li Jian et al. HEMCk CSA morteroan duen eragina aztertu du konpresio-erresistentziaren eta hezearen dentsitatearen ikuspegitik; Wu Kai et al. HEMCk CSA zementuaren hidratazio goiztiarreko prozesuan duen eragina aztertu zuen, baina CSA zementu eraldatuko ura Osagaien bilakaeraren eta mindaren konposizioaren legea ezezaguna da. Horretan oinarrituta, lan hau CSA zementu-mindan zeharkako erlaxazio-denbora (T2) banaketan zentratzen da HEMC gehitu aurretik eta ondoren eremu baxuko erresonantzia magnetiko nuklearreko tresna bat erabiliz, eta gehiago aztertzen du uraren migrazio- eta aldaketa-legea. minda. Zementu-pasaren konposizio-aldaketa aztertu zen.

1. Esperimentatu

1.1 Lehengaiak

Komertzialki eskuragarri dauden bi zementu sulfoaluminato erabili ziren, CSA1 eta CSA2 gisa adierazita, % 0,5 (masa-frakzioa) baino txikiagoa den piztean (LOI) galera batekin.

Hiru hidroxietil metilzelulosa erabiltzen dira, hurrenez hurren MC1, MC2 eta MC3 gisa adierazten direnak. MC3 %5 (masa-frakzioa) poliakrilamida (PAM) MC2-n nahastuz lortzen da.

1.2 Nahaste-erlazioa

Hiru zelulosa-eter mota nahastu ziren sulfoaluminato zementuan hurrenez hurren, dosiak % 0,1, % 0,2 eta % 0,3 ziren (masa-frakzioa, behean berdina). Ur-zementu-erlazio finkoa 0,6 da, eta ur-zementu proportzioan langarritasun ona du eta ez du odoljariorik koherentzia estandarraren ur-kontsumoaren probaren bidez.

1.3 Metodoa

Esperimentuan erabilitako eremu baxuko RMN ekipamendua PQ da⁃001 NMR analizatzailea Shanghai Numei Analytical Instrument Co., Ltd. Iman iraunkorraren eremu magnetikoaren indarra 0.49T da, protoi erresonantzia maiztasuna 21MHz da eta imanaren tenperatura 32.0-tan mantentzen da.°C. Proba egin bitartean, lagin zilindrikoa zuen beirazko botila txikia tresnaren zunda-bobinan sartu zen, eta CPMG sekuentzia erabili zen zementu-pasaren erlaxazio-seinalea biltzeko. Korrelazioaren analisirako softwarearen inbertsioaren ondoren, T2 inbertsio-kurba Sirt inbertsio-algoritmoa erabiliz lortu da. Mindaren askatasun-maila desberdinak dituen urak erlaxazio-gailur desberdinak izango ditu zeharkako erlaxazio-espektroan, eta erlaxazio-gailurraren eremua positiboki erlazionatuta dago ur-kantitatearekin, horren arabera mindaren ur mota eta edukia. aztertu daitezke. Erresonantzia magnetiko nuklearra sortzeko, irrati-maiztasunaren O1 erdiko maiztasuna (unitatea: kHz) imanaren maiztasunarekin bat datorrela ziurtatu behar da, eta O1 egunero kalibratzen da proban zehar.

Laginak Alemaniako NETZSCH-eko STA 449C analizatzaile termiko konbinatuarekin TG?DSC bidez aztertu ziren. N2 babes-atmosfera gisa erabili zen, berotze-tasa 10 zen°C/min, eta eskaneatzeko tenperatura tartea 30-800 bitartekoa zen°C.

2. Emaitzak eta eztabaida

2.1 Uraren osagaien bilakaera

2.1.1 Zelulosa-eter dopatua

Bi erlaxazio-gailur (lehen eta bigarren erlaxazio-gailur gisa definituak) argi ikus daitezke bi sulfoaluminato zementu-mindaren zeharkako erlaxazio-denbora (T2) espektroetan. Lehenengo erlaxazio-gailurra flokulazio-egituraren barrutik sortzen da, askatasun maila baxua eta zeharkako erlaxazio denbora laburra duena; bigarren erlaxazio gailurra flokulazio egituren artean sortzen da, askatasun maila handia eta zeharkako erlaxazio denbora luzea duena. Aitzitik, bi zementuen lehen erlaxazio-gailurrari dagokion T2 parekoa da, CSA1-en bigarren erlaxazio-gailurra geroago agertzen den bitartean. Sulfoaluminatozko zementuzko clinker eta norberak egindako zementuaren desberdina, CSA1 eta CSA2ren bi erlaxazio gailurrak partzialki gainjartzen dira hasierako egoeratik. Hidratazioaren aurrerapenarekin, lehenengo erlaxazio-gailurra apurka-apurka independentea izaten da, eremua pixkanaka gutxitzen doa eta erabat desagertzen da 90 minutu ingurura. Honek erakusten du nolabaiteko ur-trukea dagoela malokulazio-egituraren eta bi zementu-pasten malokulazio-egituraren artean.

Bigarren erlaxazio gailurraren gailurraren eremuaren aldaketak eta gailurraren erpinari dagokion T2 balioaren aldaketak, hurrenez hurren, ur askearen eta fisikoki loturiko ur edukiaren aldaketa eta mindaren uraren askatasun-mailaren aldaketa ezaugarritzen dituzte. . Bien konbinazioak mindaren hidratazio prozesua modu zabalagoan islatu dezake. Hidratazioaren aurrerapenarekin, gailur-eremua gutxitzen da pixkanaka, eta T2 balioaren ezkerrera aldatzea pixkanaka handitzen da, eta haien artean dagokien erlazio jakin bat dago.

2.1.2 Zelulosa-eter gehitua

CSA2 % 0,3ko MC2rekin nahastuta adibide gisa hartuta, sulfoaluminato zementuaren T2 erlaxazio espektroa ikus daiteke zelulosa eterra gehitu ondoren. Zelulosa eterra gehitu ondoren, zelulosa eteraren bidez uraren xurgapena adierazten duen hirugarren erlaxazio-gailurra agertu zen zeharkako erlaxazio-denbora 100 ms baino handiagoa zen posizioan, eta gailur-eremua pixkanaka handitu zen zelulosa-eter edukia handituz.

Maluketa-egituren arteko ur-kopuruari eragiten diote flokulazio-egituren barruko uraren migrazioak eta zelulosa eteraren ura xurgatzeak. Hori dela eta, flokulazio egituren arteko ur kantitatea mindaren barne-poroen egiturarekin eta zelulosa eteraren ura xurgatzeko ahalmenarekin lotuta dago. Bigarren erlaxazio-gailurraren eremua aldatu egiten da Zelulosa-eterren edukia zementu mota desberdinen arabera. CSA1 mindaren bigarren erlaxazio-gailurraren eremua etengabe murriztu zen zelulosa-eter edukia handitzean, eta txikiena izan zen %0,3ko edukiarekin. Aitzitik, CSA2 mindaren bigarren erlaxazio gailurraren eremua etengabe handitzen da zelulosa-eter edukia handitzean.

Zerrendatu hirugarren erlaxazio-gailurraren eremuaren aldaketa zelulosa-eterren edukia handituz. Goiko eremua laginaren kalitateak eragiten duenez, zaila da gehitutako laginaren kalitatea berdina dela ziurtatzea lagina kargatzean. Hori dela eta, eremu-erlazioa erabiltzen da lagin ezberdinetan hirugarren erlaxazio-gailurraren seinale-kantitatea ezaugarritzeko. Hirugarren erlaxazio-gailurraren eremuaren aldaketa zelulosa-eterren edukia handituz gero, ikus daiteke zelulosa-eter-edukia handituz, hirugarren erlaxazio-gailurraren eremuak, funtsean, gero eta joera handiagoa zuela ( CSA1, MC1-en edukia % 0,3 zenean, gehiago izan zen Hirugarren erlaxazio-gailurraren eremua apur bat jaisten da % 0,2an, eta horrek adierazten du zelulosa-eterren edukia handitzean, xurgatutako ura ere pixkanaka handitzen dela. CSA1 mindaren artean, MC1ek MC2 eta MC3 baino ur xurgapen hobea izan zuen; CSA2 mindaren artean, berriz, MC2k ur xurgapen onena izan zuen.

CSA2 mindaren masa-unitateko hirugarren erlaxazio-gailurraren eremuaren aldaketaren arabera ikus daiteke % 0,3ko zelulosa-eterren edukiarekin, hirugarren erlaxazio-gailurraren azalera etengabe murrizten dela hidratazioarekin batera, adieraziz. CSA2-ren hidratazio-tasa clinkerraren eta norberak egindako zementuarena baino azkarragoa denez, zelulosa eterrek ez du ura gehiago xurgatzeko denborarik, eta xurgatutako ura askatzen du minda fase likidoaren kontzentrazioa azkar handitu delako. Gainera, MC2-ren ur-xurgapena MC1 eta MC3-ena baino indartsuagoa da, eta hori bat dator aurreko ondorioekin. CSA1-en hirugarren erlaxazio-gailurraren masa-unitateko gailur-eremuaren aldaketaren arabera ikus daiteke zelulosa-eterren % 0,3ko dosi desberdinetan denborarekin CSA1-en hirugarren erlaxazio-gailurraren aldaketa-araua CSA2-ren aldean desberdina dela, eta CSA1 eremua laburki handitzen da hidratazioaren hasierako fasean. Azkar handitu ondoren, desagertzen joan zen, eta hori CSA1-en koagulazio denbora luzeagoaren ondorioz izan daiteke. Horrez gain, CSA2-k igeltsu gehiago dauka, hidratazioa erraza da AFt gehiago eratzen (3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O), ur libre asko kontsumitzen du eta uraren kontsumo-tasa gainditzen du zelulosa eterak ura xurgatzeko abiadura, eta horrek eragin dezake. CSA2 mindaren hirugarren erlaxazio gailurraren eremua murrizten jarraitu zuen.

Zelulosa eterra sartu ondoren, lehen eta bigarren erlaxazio-gailurrak ere aldatu egin ziren neurri batean. Zementuzko minda bi motaren bigarren erlaxazio gailurraren eta minda freskoaren zabaleran ikus daiteke zelulosa-eterra gehitu ondoren, minda freskoaren bigarren erlaxazio-gailurraren zabalera desberdina dela zelulosa-eterra gehitu ondoren. handituz, gailurraren forma difusoa izan ohi da. Horrek erakusten du zelulosa eteraren sartzeak zementu-partikulen aglomerazioa saihesten duela neurri batean, flokulazio-egitura nahiko solte egiten duela, uraren lotune-maila ahuldu egiten duela eta uraren askatasun-maila handitzen duela flokulazio-egituren artean. Hala ere, dosia handitzearekin batera, gailurraren zabaleraren handitzea ez da nabaria, eta lagin batzuen gailurraren zabalera ere gutxitzen da. Baliteke dosia handitzeak minda fase likidoaren biskositatea areagotzea eta, aldi berean, zementu partikulen zelulosa eteraren xurgapena hobetzea flokulazioa eragiteko. Egituren arteko hezetasun-askatasun-maila murrizten da.

Ebazpena lehen eta bigarren erlaxazio-gailurren arteko bereizketa-maila deskribatzeko erabil daiteke. Bereizketa-maila bereizmen-mailaren = (Afirst component-Asaddle)/Afirst componentaren arabera kalkula daiteke, non Afirst osagaia eta Asaddle lehen erlaxazio-gailurraren anplitude maximoa eta bi gailurren arteko puntu baxuenaren anplitudea adierazten duten. hurrenez hurren. Bereizketa-maila minda maluta-egituraren eta flokulazio-egituraren arteko ur-truke-maila ezaugarritzeko erabil daiteke, eta balioa, oro har, 0-1 da. Bereizketarako balio handiagoak uraren bi zatiak trukatzeko zailagoak direla adierazten du, eta 1 balio batek bi ur zatiak ezin direla batere trukatu adierazten du.

Banatze-mailaren kalkuluaren emaitzetatik ikus daiteke zelulosa-eter gehitu gabe bi zementuen bereizketa-maila baliokidea dela, biak 0,64 ingurukoak direla eta bereizketa-gradua nabarmen murrizten dela zelulosa-eterra gehitu ondoren. Alde batetik, bereizmena are gehiago murrizten da dosia handitzen den heinean, eta bi gailurren bereizmena 0ra jaisten da CSA2 %0,3 MC3rekin nahastuta, eta horrek adierazten du zelulosa eterrek nabarmen sustatzen duela ur-trukea barnean eta artean. flokulazio egiturak. Zelulosa eteraren sartzeak funtsean ez duela eraginik lehenengo erlaxazio-gailurraren posizioan eta eremuan, espekulatu daiteke bereizmenaren beherakada, neurri batean, bigarren erlaxazio-gailurraren zabaleraren handitzearen ondoriozkoa dela, eta flokulazio-egitura solteak barrualdearen eta kanpoaren arteko ur-trukea errazten du. Gainera, minda egituran zelulosa eteraren gainjartzeak are gehiago hobetzen du flokulazio-egituraren barruko eta kanpoko ur-truke-maila. Bestalde, zelulosa eterraren bereizmen murrizketa-efektua CSA2-n CSA1-ena baino indartsuagoa da, hau da, azalera espezifiko txikiagoaren eta CSA2-ren partikula-tamaina handiagoaren ondoriozkoa izan daiteke, hau da, zelulosa-eterren dispertsio-efektuarekiko sentikorragoa baita. sartzea.

2.2 Mindaren konposizioaren aldaketak

90 min, 150 min eta 1 egunez hidratatutako CSA1 eta CSA2 mindaren TG-DTG espektroetatik, ikus daiteke hidratazio-produktu motak ez zirela aldatu zelulosa-eterra gehitu aurretik eta ondoren, eta AFt, AFm eta AH3 ziren guztiak. eratu. Literaturak adierazten du AFt-en deskonposizio-tartea 50-120 bitartekoa dela°C; AFm-ren deskonposizio-tartea 160-220 da°C; AH3-ren deskonposizio-tartea 220-300 da°C. Hidratazioaren aurrerapenarekin, laginaren pisu galera pixkanaka handitu zen, eta AFt, AFm eta AH3-ren DTG gailur bereizgarriak pixkanaka-pixkanaka nabariak ziren, hiru hidratazio produktuen eraketa pixkanaka handitu zela adieraziz.

Hidratazio-adin desberdinetan laginaren hidratazio-produktu bakoitzaren masa-frakziotik ikusita, ikus daiteke 1d adinean lagin zuriaren AFt sortzeak zelulosa eterarekin nahastutako laginarena gainditzen duela, eta horrek adierazten du zelulosa eterrek eragin handia duela. koagulazioaren ondoren minda hidratatzea. Atzerapen efektu jakin bat dago. 90 minutura, hiru laginen AFm produkzioa berdin mantendu zen; 90-150 minututan, lagin zurian AFm-aren ekoizpena beste bi talde laginetakoa baino nabarmen motelagoa izan zen; egun 1 igaro ondoren, lagin zuriko AFm edukia MC1-ekin nahastutako laginaren berdina zen, eta MC2 laginaren AFm edukia nabarmen txikiagoa izan zen beste laginetan. AH3 hidratazio-produktuari dagokionez, 90 minutuz hidratatu ondoren CSA1 lagin hutsaren sorrera-tasa zelulosa eterarena baino nabarmen motelagoa izan zen, baina sorkuntza-tasa nabarmen azkarragoa izan zen 90 minuturen buruan, eta hiru laginen AH3 ekoizpen-kopurua. egun batean baliokidea zen.

CSA2 minda 90min eta 150min hidratatu ondoren, zelulosa eterarekin nahasturiko laginean ekoitzitako AFT kantitatea lagin hutsarena baino nabarmen txikiagoa izan zen, eta zelulosa eterrek ere CSA2 mindaren eragin atzeratzaile jakin bat izan zuela adierazten du. 1d adineko laginetan, lagin zuriaren AFt edukia oraindik zelulosa-eterrekin nahastutako laginarena baino handiagoa zela ikusi zen, azken ezarpenaren ondoren zelulosa-eter-ek oraindik atzerapen-efektu bat zuela CSA2-ren hidratazioan. eta MC2n atzerapen-maila zelulosa eterarekin gehitutako laginarena baino handiagoa izan zen. MC1. 90 minutura, lagin zuriak ekoitzitako AH3 kantitatea zelulosa eterarekin nahastutako laginarena baino zertxobait txikiagoa izan zen; 150 minututan, lagin zuriak sortutako AH3-ak zelulosa-eterrekin nahastutako laginarena gainditu zuen; egun batean, hiru laginek sortutako AH3 baliokidea zen.

3. Ondorioa

(1) Zelulosa eterrek flokulazio egituraren eta flokulazio egituraren arteko ur-trukea nabarmen susta dezake. Zelulosa-eterra sartu ondoren, zelulosa-eterak mindaren ura xurgatzen du, zeharkako erlaxazio-denboraren (T2) espektroaren hirugarren erlaxazio-gailurra dela. Zelulosa eteraren edukia handitzearekin batera, zelulosa eteraren ur-xurgapena handitzen da eta hirugarren erlaxazio-gailurraren eremua handitzen da. Zelulosa eterrek xurgatutako ura flokulazio egiturara askatzen da pixkanaka, minda hidratatuta.

(2) Zelulosa eterra sartzeak zementu partikulen aglomerazioa eragozten du neurri batean, flokulazio-egitura nahiko solte eginez; eta edukia handitzearekin batera, minda fase likidoaren biskositatea handitzen da, eta zelulosa eterrek eragin handiagoa du zementu partikulen gainean. Adsortzio efektu hobetuak flokulatutako egituren arteko uraren askatasun maila murrizten du.

(3) Zelulosa eterra gehitu aurretik eta ondoren, sulfoaluminato zementuzko mindaren hidratazio produktuak ez ziren aldatu, eta AFt, AFm eta aluminiozko kola sortu ziren; baina zelulosa eterrek apur bat atzeratu zuen hidratazio produktuen efektua eratzea.