اتر سلولز بر مورفولوژی اترینگیت اولیه

اثرات هیدروکسی اتیل متیل سلولز اتر و متیل سلولز اتر بر مورفولوژی اترینگیت در دوغاب سیمان اولیه با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که نسبت طول به قطر کریستال‌های اترینژیت در دوغاب اصلاح‌شده هیدروکسی اتیل متیل سلولز اتر کمتر از دوغاب معمولی است و مورفولوژی کریستال‌های اترینگیت میله‌مانند کوتاه است. نسبت طول به قطر بلورهای اترینگیت در دوغاب اصلاح شده با اتر متیل سلولز بزرگتر از دوغاب معمولی است و مورفولوژی کریستال های اترینگیت به صورت سوزنی میله ای است. کریستال های اترینگیت در دوغاب سیمان معمولی دارای نسبت ابعادی در بین این دو هستند. با مطالعه تجربی فوق، مشخص شد که تفاوت وزن مولکولی دو نوع اتر سلولزی مهمترین عامل مؤثر بر مورفولوژی اترینژیت است.

کلمات کلیدی:اترینگیت; نسبت طول به قطر؛ متیل سلولز اتر؛ هیدروکسی اتیل متیل سلولز اتر؛ مورفولوژی

Etringite به عنوان یک محصول هیدراتاسیون کمی منبسط شده، تأثیر قابل توجهی بر عملکرد بتن سیمانی دارد و همیشه کانون تحقیقاتی مواد مبتنی بر سیمان بوده است. اترینگیت نوعی هیدرات آلومینات کلسیم از نوع تری سولفید است، فرمول شیمیایی آن [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O است، یا می توان آن را به صورت 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O، اغلب به صورت اختصاری AFt نوشت. . در سیستم سیمان پرتلند، اترینگیت عمدتاً از واکنش گچ با کانی‌های آلومینات یا آهن آلومینات تشکیل می‌شود که نقش تأخیر در هیدراتاسیون و استحکام اولیه سیمان را ایفا می‌کند. تشکیل و مورفولوژی اترینگیت تحت تأثیر عوامل زیادی مانند دما، مقدار pH و غلظت یون قرار دارد. در اوایل سال 1976، متا و همکاران. از میکروسکوپ الکترونی روبشی برای مطالعه خصوصیات مورفولوژیکی AFt استفاده کرد و دریافت که مورفولوژی چنین محصولات هیدراتاسیون کمی منبسط شده زمانی که فضای رشد به اندازه کافی بزرگ بود و زمانی که فضا محدود بود کمی متفاوت بود. اولی بیشتر کروی های باریک میله ای شکل بود، در حالی که دومی بیشتر منشور میله ای شکل کوتاه بود. تحقیقات Yang Wenyan نشان داد که اشکال AFt با محیط‌های پخت متفاوت متفاوت است. محیط های مرطوب تولید AFt را در بتن دوپ شده انبساطی به تاخیر می اندازد و احتمال تورم و ترک خوردن بتن را افزایش می دهد. محیط های مختلف نه تنها بر شکل گیری و ریزساختار AFt، بلکه بر پایداری حجم آن نیز تأثیر می گذارد. چن هاکسینگ و همکاران نشان داد که پایداری طولانی مدت AFt با افزایش محتوای C3A کاهش می یابد. کلارک و مونتیرو و همکاران دریافتند که با افزایش فشار محیط، ساختار کریستالی AFt از نظم به بی نظمی تغییر می کند. Balonis و Glasser تغییرات چگالی AFm و AFt را بررسی کردند. رنادین و همکاران بررسی تغییرات ساختاری AFt قبل و بعد از غوطه وری در محلول و پارامترهای ساختاری AFt در طیف رامان. کونتر و همکاران اثر متقابل ژل CSH نسبت کلسیم به سیلیکون و یون سولفات بر فشار تبلور AFt توسط NMR مورد مطالعه قرار گرفت. در عین حال، بر اساس کاربرد AFt در مواد مبتنی بر سیمان، Wenk و همکاران. جهت گیری کریستالی AFt بخش بتن را از طریق فناوری تکمیل پراش پرتو ایکس تشعشع سینکروترون سخت مطالعه کرد. تشکیل AFt در سیمان مخلوط و کانون تحقیقاتی اترینگیت مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس واکنش تاخیری اترینگیت، برخی از محققان تحقیقات زیادی در مورد علت فاز AFt انجام داده‌اند.

انبساط حجمی ناشی از تشکیل اترینگیت گاهی اوقات مطلوب است و می تواند به عنوان یک "انبساط" مشابه عامل انبساط اکسید منیزیم برای حفظ ثبات حجمی مواد مبتنی بر سیمان عمل کند. افزودن امولسیون پلیمری و پودر امولسیون قابل پخش مجدد، خواص ماکروسکوپی مواد پایه سیمان را به دلیل تأثیرات قابل توجه آنها بر ریزساختار مواد پایه سیمانی تغییر می دهد. با این حال، بر خلاف پودر امولسیون قابل پخش مجدد که به طور عمده خاصیت اتصال ملات سخت شده را افزایش می دهد، اتر سلولز پلیمری محلول در آب (CE) به ملات تازه مخلوط شده باعث حفظ آب و اثر غلیظ شدن خوب می شود، بنابراین عملکرد کار را بهبود می بخشد. CE غیر یونی معمولا استفاده می شود، از جمله متیل سلولز (MC)، هیدروکسی اتیل سلولز (HEC)، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC)،هیدروکسی اتیل متیل سلولز (HEMC)و غیره، و CE در ملات تازه مخلوط شده نقش دارد اما بر فرآیند هیدراتاسیون دوغاب سیمان نیز تأثیر می گذارد. مطالعات نشان داده اند که HEMC مقدار AFt تولید شده به عنوان یک محصول هیدراتاسیون را تغییر می دهد. با این حال، هیچ مطالعه ای به طور سیستماتیک اثر CE را بر مورفولوژی میکروسکوپی AFt مقایسه نکرده است، بنابراین این مقاله به بررسی تفاوت اثر HEMC و MC بر روی مورفولوژی میکروسکوپی اترینگهام در دوغاب سیمان اولیه (1 روزه) از طریق تجزیه و تحلیل تصویر و مقایسه

1. آزمایش کنید

1.1 مواد اولیه

سیمان پرتلند P·II 52.5R تولید شده توسط Anhui Conch Cement Co., LTD به عنوان سیمان در آزمایش انتخاب شد. دو اتر سلولز به ترتیب هیدروکسی اتیل متیل سلولز (HEMC) و متیل سلولز (متیل سلولز، گروه سینوپات شانگهای) هستند. MC)؛ آب اختلاط آب لوله کشی است.

1.2 روش های تجربی

نسبت آب به سیمان نمونه خمیر سیمان 0.4 (نسبت جرمی آب به سیمان) و محتوای اتر سلولز 1 درصد جرم سیمان بود. آماده سازی نمونه بر اساس GB1346-2011 "روش تست برای مصرف آب، زمان گیرش و پایداری قوام استاندارد سیمان" انجام شد. پس از تشکیل نمونه، فیلم پلاستیکی برای جلوگیری از تبخیر آب سطحی و کربنیزه شدن بر روی سطح قالب کپسوله شد و نمونه در اتاق پخت با دمای (2±20) درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی (5±60) قرار گرفت. ) ٪. پس از 1 روز، قالب برداشته شد و نمونه شکسته شد، سپس نمونه کوچکی از وسط برداشته شد و در اتانول بی آب خیس شد تا هیدراتاسیون خاتمه یابد و نمونه خارج شده و قبل از آزمایش خشک شد. نمونه های خشک شده با چسب دو طرفه رسانا به جدول نمونه چسبانده شدند و لایه ای از فیلم طلا به وسیله دستگاه کندوپاش خودکار یونی Cressington 108 روی سطح پاشیده شد. جریان کندوپاش 20 میلی آمپر و زمان کندوپاش 60 ثانیه بود. میکروسکوپ الکترونی روبشی محیطی FEI QUANTAFEG 650 (ESEM) برای مشاهده خصوصیات مورفولوژیکی AFt در بخش نمونه استفاده شد. برای مشاهده AFT از حالت الکترون ثانویه خلاء بالا استفاده شد. ولتاژ شتاب 15 کیلو ولت، قطر نقطه پرتو 3.0 نانومتر و فاصله کاری در حدود 10 میلی متر کنترل شد.

2. نتایج و بحث

تصاویر SEM از اترینگیت در دوغاب سیمان سخت شده اصلاح شده با HEMC نشان داد که رشد جهت گیری لایه لایه Ca (OH)2(CH) واضح است و AFt تجمع نامنظم AFt میله ای کوتاه را نشان می دهد و مقداری AFT میله مانند کوتاه را نشان می دهد. با ساختار غشایی HEMC. ژانگ دانگ فانگ و همکاران همچنین هنگام مشاهده تغییرات ریزساختار دوغاب سیمان اصلاح شده HEMC از طریق ESEM، AFt میله مانند کوتاه پیدا کرد. آنها معتقد بودند که دوغاب سیمان معمولی پس از برخورد با آب به سرعت واکنش نشان می دهد، بنابراین کریستال AFt باریک است و افزایش سن هیدراتاسیون منجر به افزایش مداوم نسبت طول به قطر می شود. با این حال، HEMC ویسکوزیته محلول را افزایش داد، سرعت اتصال یون ها را در محلول کاهش داد و رسیدن آب به سطح ذرات کلینکر را به تاخیر انداخت، بنابراین نسبت طول به قطر AFt در یک روند ضعیف افزایش یافت و ویژگی های مورفولوژیکی آن نشان داد. شکل میله مانند کوتاه در مقایسه با AFt در دوغاب سیمان معمولی هم سن، این نظریه تا حدی تأیید شده است، اما برای توضیح تغییرات مورفولوژیکی AFt در دوغاب سیمان اصلاح شده MC قابل استفاده نیست. تصاویر SEM از اتریدیت در دوغاب سیمان اصلاح شده با MC سخت شده 1 روزه نیز رشد جهت‌گیری Ca(OH)2 لایه‌ای را نشان داد، برخی از سطوح AFt نیز با ساختار فیلم MC پوشانده شدند و AFt ویژگی‌های مورفولوژیکی رشد خوشه را نشان داد. با این حال، در مقایسه، کریستال AFt در دوغاب سیمان اصلاح شده MC نسبت طول به قطر بزرگتر و مورفولوژی باریک تری دارد که مورفولوژی سوزنی شکل معمولی را نشان می دهد.

هر دو HEMC و MC فرآیند هیدراتاسیون اولیه سیمان را به تاخیر انداختند و ویسکوزیته محلول را افزایش دادند، اما تفاوت در خصوصیات مورفولوژیکی AFt ناشی از آنها هنوز قابل توجه بود. پدیده های فوق را می توان از دیدگاه ساختار مولکولی اتر سلولز و ساختار بلوری AFt بیشتر توضیح داد. رنادین و همکاران AFt سنتز شده را در محلول قلیایی آماده شده خیس کرده تا "AFt مرطوب" شود و تا حدی آن را جدا کرده و روی سطح محلول اشباع کلسیم کلرید 2 (رطوبت نسبی 35٪) خشک کرده تا "AFt خشک" به دست آید. پس از مطالعه اصلاح ساختار توسط طیف سنجی رامان و پراش پودر پرتو ایکس، مشخص شد که هیچ تفاوتی بین این دو ساختار وجود ندارد، فقط جهت تشکیل کریستال سلول ها در فرآیند خشک کردن، یعنی در فرآیند محیطی تغییر می کند. تغییر از "مرطوب" به "خشک"، کریستال های AFt سلول هایی را در جهت طبیعی تشکیل می دهند که به تدریج افزایش می یابد. کریستال های AFt در امتداد جهت طبیعی c کمتر و کمتر شدند. اساسی ترین واحد فضای سه بعدی از یک خط معمولی، خط عادی b و خط عادی c تشکیل شده است که بر یکدیگر عمود هستند. در موردی که b نرمال ها ثابت بودند، کریستال های AFt در امتداد یک نرمال جمع شدند، که منجر به بزرگ شدن سطح مقطع سلولی در صفحه نرمال های ab شد. بنابراین، اگر HEMC آب بیشتری نسبت به MC «ذخیره کند»، یک محیط «خشک» می‌تواند در یک ناحیه موضعی رخ دهد، که تجمع جانبی و رشد کریستال‌های AFt را تشویق می‌کند. پاچرال و همکاران دریافتند که برای خود CE، هرچه درجه پلیمریزاسیون بیشتر باشد (یا وزن مولکولی بزرگتر)، ویسکوزیته CE بیشتر و عملکرد حفظ آب بهتر است. ساختار مولکولی HEMCs و MCS از این فرضیه پشتیبانی می کند، با گروه هیدروکسی اتیل دارای وزن مولکولی بسیار بزرگتر از گروه هیدروژن.

به طور کلی، کریستال های AFt تنها زمانی تشکیل می شوند که یون های مربوطه به اشباع معینی در سیستم محلول برسند. بنابراین عواملی مانند غلظت یون، دما، مقدار pH و فضای تشکیل در محلول واکنش می‌توانند به طور قابل توجهی بر مورفولوژی بلورهای AFt تأثیر بگذارند و تغییر در شرایط سنتز مصنوعی می‌تواند مورفولوژی بلورهای AFt را تغییر دهد. بنابراین، نسبت کریستال های AFt در دوغاب سیمان معمولی بین این دو ممکن است ناشی از تنها عامل مصرف آب در هیدراتاسیون اولیه سیمان باشد. با این حال، تفاوت در مورفولوژی کریستال AFt ناشی از HEMC و MC باید عمدتاً به دلیل مکانیسم خاص نگهداری آب آنها باشد. Hemcs و MCS یک "حلقه بسته" از انتقال آب را در ریززون دوغاب سیمان تازه ایجاد می کنند، که اجازه می دهد برای یک "دوره کوتاه" که در آن آب "به راحتی وارد شود و به سختی از آن خارج شود". با این حال، در این دوره، محیط فاز مایع در و نزدیک به میکروزون نیز تغییر می کند. عواملی مانند غلظت یون، pH و غیره، تغییر محیط رشد بیشتر در خصوصیات مورفولوژیکی کریستال های AFt منعکس می شود. این "حلقه بسته" انتقال آب شبیه به مکانیسم عمل توصیف شده توسط پورچز و همکاران است. HPMC در حفظ آب نقش دارد.

3. نتیجه گیری

(1) افزودن اتر هیدروکسی اتیل متیل سلولز (HEMC) و متیل سلولز اتر (MC) می تواند به طور قابل توجهی مورفولوژی اترینگیت را در دوغاب سیمان معمولی اولیه (1 روزه) تغییر دهد.

(2) طول و قطر کریستال اترینگیت در دوغاب سیمان اصلاح شده HEMC شکل میله ای کوچک و کوتاه است. نسبت طول و قطر بلورهای اترینگیت در دوغاب سیمان اصلاح شده MC بزرگ است که به شکل میله سوزنی است. بلورهای اترینگیت در دوغاب سیمان معمولی دارای نسبت ابعادی بین این دو هستند.

(3) اثرات متفاوت دو اتر سلولز بر مورفولوژی اترینژیت اساساً به دلیل تفاوت در وزن مولکولی است.