اثرات اترهای سلولزی بر تکامل اجزای آب و محصولات هیدراتاسیون خمیر سیمان سولفوآلومینات

اجزای آب و تکامل ریزساختار در دوغاب سیمان سولفوآلومینات اصلاح شده با اتر سلولز (CSA) توسط رزونانس مغناطیسی هسته‌ای کم میدان و آنالایزر حرارتی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که پس از افزودن اتر سلولز، آب را بین ساختارهای لخته‌سازی جذب می‌کند که به عنوان سومین پیک آرامش در طیف زمان آرامش عرضی (T2) مشخص می‌شود و مقدار آب جذب شده با دوز همبستگی مثبت دارد. علاوه بر این، اتر سلولز به طور قابل توجهی تبادل آب بین ساختارهای داخلی و بین لخته‌های لخته‌های CSA را تسهیل کرد. اگر چه افزودن اتر سلولز تأثیری بر انواع محصولات هیدراتاسیون سیمان سولفوآلومینات ندارد، اما بر میزان محصولات هیدراتاسیون یک سن خاص تأثیر می گذارد.

کلمات کلیدی:اتر سلولز؛ سیمان سولفوآلومینات؛ آب؛ محصولات هیدراتاسیون

0،پیشگفتار

اتر سلولز که از سلولز طبیعی طی یک سری فرآیندها پردازش می شود، یک ترکیب شیمیایی تجدید پذیر و سبز است. اترهای سلولز معمولی مانند متیل سلولز (MC)، اتیل سلولز (HEC) و هیدروکسی اتیل متیل سلولز (HEMC) به طور گسترده در پزشکی، ساخت و ساز و سایر صنایع استفاده می شوند. با در نظر گرفتن HEMC به عنوان مثال، می تواند به طور قابل توجهی حفظ آب و قوام سیمان پرتلند را بهبود بخشد، اما گیرش سیمان را به تاخیر می اندازد. در سطح میکروسکوپی، HEMC نیز تأثیر قابل توجهی بر ریزساختار و ساختار منافذ خمیر سیمان دارد. به عنوان مثال، محصول هیدراتاسیون اترینگیت (AFt) به احتمال زیاد میله ای شکل کوتاه است و نسبت ابعاد آن کمتر است. در همان زمان، تعداد زیادی منافذ بسته به خمیر سیمان وارد می شود و تعداد منافذ ارتباطی را کاهش می دهد.

اکثر مطالعات موجود در مورد تأثیر اترهای سلولز بر مواد مبتنی بر سیمان بر روی سیمان پرتلند تمرکز دارند. سیمان سولفوآلومینات (CSA) یک سیمان کم کربن است که به طور مستقل در کشور من در قرن بیستم توسعه یافت و سولفوآلومینات کلسیم بی آب به عنوان ماده معدنی اصلی آن تولید شد. از آنجایی که مقدار زیادی AFt می تواند پس از هیدراتاسیون تولید شود، CSA دارای مزایای استحکام اولیه، نفوذ ناپذیری بالا و مقاومت در برابر خوردگی است و به طور گسترده در زمینه های پرینت سه بعدی بتن، ساخت و ساز مهندسی دریایی و تعمیر سریع در محیط های با دمای پایین استفاده می شود. . در سال های اخیر، لی جیان و همکاران. تأثیر HEMC بر ملات CSA را از دیدگاه مقاومت فشاری و چگالی مرطوب تجزیه و تحلیل کرد. وو کای و همکاران اثر HEMC بر فرآیند هیدراتاسیون اولیه سیمان CSA را مطالعه کرد، اما آب موجود در سیمان CSA اصلاح شده قانون تکامل اجزا و ترکیب دوغاب ناشناخته است. بر این اساس، این کار بر توزیع زمان آرامش عرضی (T2) در دوغاب سیمان CSA قبل و بعد از افزودن HEMC با استفاده از یک ابزار تشدید مغناطیسی هسته‌ای با میدان کم تمرکز می‌کند و بیشتر قانون مهاجرت و تغییر آب در آب را تحلیل می‌کند. دوغاب. تغییر ترکیب خمیر سیمان مورد مطالعه قرار گرفت.

1. آزمایش کنید

1.1 مواد اولیه

دو سیمان سولفوآلومینات موجود در بازار استفاده شد، که به عنوان CSA1 و CSA2 نشان داده شده است، با اتلاف در اشتعال (LOI) کمتر از 0.5٪ (کسر جرمی).

از سه هیدروکسی اتیل متیل سلولز مختلف استفاده می شود که به ترتیب MC1، MC2 و MC3 نشان داده می شوند. MC3 با مخلوط کردن 5% (کسر جرمی) پلی آکریل آمید (PAM) در MC2 به دست می آید.

1.2 نسبت اختلاط

سه نوع اتر سلولزی به ترتیب با سیمان سولفوآلومینات مخلوط شدند، دوزها 0.1٪، 0.2٪ و 0.3٪ (کسر جرمی، همان زیر). نسبت آب به سیمان ثابت 0.6 است و نسبت آب به سیمان نسبت آب به سیمان کارایی خوبی دارد و از طریق آزمایش مصرف آب با قوام استاندارد خونریزی ندارد.

1.3 روش

تجهیزات NMR کم میدان مورد استفاده در آزمایش PQ است⁃قدرت میدان مغناطیسی آهنربای دائمی 0.49T، فرکانس تشدید پروتون 21 مگاهرتز است و دمای آهنربا در 32.0 ثابت نگه داشته می شود.°ج- در طول آزمایش، بطری شیشه‌ای کوچک حاوی نمونه استوانه‌ای داخل کویل پروب دستگاه قرار داده شد و از توالی CPMG برای جمع‌آوری سیگنال آرامش خمیر سیمان استفاده شد. پس از وارونگی توسط نرم افزار تحلیل همبستگی، منحنی وارونگی T2 با استفاده از الگوریتم وارونگی Sirt به دست آمد. آب با درجات آزادی متفاوت در دوغاب با پیک های آرامش متفاوت در طیف آرامش عرضی مشخص می شود و مساحت پیک آرامش با مقدار آب همبستگی مثبت دارد که بر اساس آن نوع و محتوای آب در دوغاب وجود دارد. قابل تحلیل است. به منظور تولید تشدید مغناطیسی هسته ای، لازم است اطمینان حاصل شود که فرکانس مرکزی O1 (واحد: کیلوهرتز) فرکانس رادیویی با فرکانس آهنربا سازگار است و O1 هر روز در طول آزمایش کالیبره می شود.

نمونه ها توسط TG?DSC با آنالایزر حرارتی ترکیبی STA 449C از NETZSCH، آلمان آنالیز شدند. N2 به عنوان فضای محافظ استفاده شد، نرخ گرمایش 10 بود°C/min و محدوده دمای اسکن 30-800 بود°C.

2. نتایج و بحث

2.1 تکامل اجزای آب

2.1.1 اتر سلولز دوپ نشده

دو پیک آرامش (تعریف شده به عنوان پیک آرامش اول و دوم) را می توان به وضوح در طیف زمان آرامش عرضی (T2) دو دوغاب سیمان سولفوآلومینات مشاهده کرد. اولین پیک آرامش از داخل ساختار لخته‌سازی سرچشمه می‌گیرد که دارای درجه آزادی کم و زمان استراحت عرضی کوتاه است. دومین پیک آرامش از بین ساختارهای لخته سازی سرچشمه می گیرد که دارای درجه آزادی زیادی و زمان آرامش عرضی طولانی است. در مقابل، T2 مربوط به اولین پیک آرامش دو سیمان قابل مقایسه است، در حالی که پیک آرامش دوم CSA1 بعداً ظاهر می شود. متفاوت از کلینکر سیمان سولفوآلومینات و سیمان خودساخته، دو پیک آرامش CSA1 و CSA2 تا حدی با حالت اولیه همپوشانی دارند. با پیشرفت هیدراتاسیون، اولین پیک آرامش به تدریج تمایل به مستقل شدن دارد، ناحیه به تدریج کاهش می یابد و در حدود 90 دقیقه به طور کامل از بین می رود. این نشان می دهد که میزان معینی از تبادل آب بین ساختار لخته سازی و ساختار لخته سازی دو خمیر سیمان وجود دارد.

تغییر ناحیه پیک پیک دوم آرامش و تغییر مقدار T2 مربوط به اوج پیک به ترتیب تغییر آب آزاد و محتوای آب محدود فیزیکی و تغییر درجه آزادی آب در دوغاب را مشخص می کند. . ترکیب این دو می تواند به طور جامع تری فرآیند هیدراتاسیون دوغاب را منعکس کند. با پیشرفت هیدراتاسیون، منطقه پیک به تدریج کاهش می یابد و تغییر مقدار T2 به چپ به تدریج افزایش می یابد و یک رابطه متناظر مشخص بین آنها وجود دارد.

2.1.2 اتر سلولز اضافه شده است

با در نظر گرفتن CSA2 مخلوط با 0.3٪ MC2 به عنوان مثال، طیف آرامش T2 سیمان سولفوآلومینات پس از افزودن اتر سلولز مشاهده می شود. پس از افزودن اتر سلولز، سومین پیک آرامش نشان دهنده جذب آب توسط اتر سلولز در موقعیتی ظاهر شد که زمان آرامش عرضی بیش از 100 میلی ثانیه بود و با افزایش محتوای اتر سلولز، ناحیه پیک به تدریج افزایش یافت.

مقدار آب بین ساختارهای لخته سازی تحت تأثیر مهاجرت آب به داخل ساختار لخته سازی و جذب آب اتر سلولز است. بنابراین، مقدار آب بین ساختارهای لخته سازی به ساختار منافذ داخلی دوغاب و ظرفیت جذب آب اتر سلولز مرتبط است. مساحت پیک آرامش دوم متفاوت است محتوای اتر سلولز با انواع سیمان متفاوت است. مساحت دومین پیک آرامش دوغاب CSA1 به طور مداوم با افزایش محتوای اتر سلولز کاهش یافت و با محتوای 0.3 درصد کمترین مقدار بود. در مقابل، دومین ناحیه پیک آرامش دوغاب CSA2 به طور مداوم با افزایش محتوای اتر سلولز افزایش می‌یابد.

تغییر مساحت سومین پیک آرامش را با افزایش محتوای اتر سلولز فهرست کنید. از آنجایی که ناحیه پیک تحت تأثیر کیفیت نمونه قرار می گیرد، اطمینان از اینکه کیفیت نمونه اضافه شده در هنگام بارگیری نمونه یکسان است، دشوار است. بنابراین، نسبت مساحت برای مشخص کردن میزان سیگنال سومین پیک آرامش در نمونه‌های مختلف استفاده می‌شود. از تغییر مساحت سومین پیک آرامش با افزایش محتوای اتر سلولز، می توان دریافت که با افزایش محتوای اتر سلولز، مساحت سومین پیک آرامش اساساً روند افزایشی را نشان می دهد. CSA1، زمانی که محتوای MC1 0.3٪ بود، بیشتر بود. مساحت سومین پیک آرامش اندکی در 0.2٪ کاهش می یابد، که نشان می دهد با افزایش محتوای اتر سلولز، آب جذب شده نیز به تدریج افزایش می یابد. در میان دوغاب های CSA1، MC1 جذب آب بهتری نسبت به MC2 و MC3 داشت. در حالی که در بین دوغاب های CSA2، MC2 بهترین جذب آب را داشت.

از تغییر سطح سومین پیک آرامش در واحد جرم دوغاب CSA2 با گذشت زمان در محتوای 0.3 درصد اتر سلولز می توان دریافت که مساحت سومین پیک آرامش در واحد جرم به طور مداوم با هیدراتاسیون کاهش می یابد که نشان می دهد. از آنجایی که سرعت هیدراتاسیون CSA2 از کلینکر و سیمان خودساخته سریعتر است، اتر سلولز زمانی برای جذب بیشتر آب ندارد و به دلیل افزایش سریع غلظت فاز مایع در دوغاب، آب جذب شده را آزاد می کند. علاوه بر این، جذب آب MC2 قوی تر از MC1 و MC3 است که با نتایج قبلی مطابقت دارد. از تغییر سطح پیک در واحد جرم سومین پیک آرامش CSA1 با زمان در دوزهای مختلف 0.3% اترهای سلولزی می توان دریافت که قانون تغییر سومین پیک آرامش CSA1 با CSA2 متفاوت است. مساحت CSA1 به طور خلاصه در مراحل اولیه هیدراتاسیون افزایش می یابد. پس از افزایش سریع، کاهش یافت تا ناپدید شود، که ممکن است به دلیل طولانی تر شدن زمان لخته شدن CSA1 باشد. علاوه بر این، CSA2 حاوی گچ بیشتری است، هیدراتاسیون به راحتی AFt بیشتری تشکیل می دهد (3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O)، مقدار زیادی آب آزاد مصرف می کند، و میزان مصرف آب از سرعت جذب آب توسط اتر سلولز بیشتر است، که ممکن است منجر به سطح سومین پیک آرامش دوغاب CSA2 همچنان کاهش می یابد.

پس از ادغام اتر سلولز، پیک آرامش اول و دوم نیز تا حدودی تغییر کرد. از عرض پیک پیک شل دوم دو نوع دوغاب سیمان و دوغاب تازه پس از افزودن اتر سلولز می توان دریافت که پهنای پیک پیک شل دوم دوغاب تازه پس از افزودن اتر سلولز متفاوت است. افزایش، شکل قله تمایل به انتشار دارد. این نشان می دهد که ادغام اتر سلولز تا حدی از تجمع ذرات سیمان جلوگیری می کند، ساختار لخته سازی را نسبتاً شل می کند، درجه اتصال آب را ضعیف می کند و درجه آزادی آب بین ساختارهای لخته سازی را افزایش می دهد. اما با افزایش دوز، افزایش عرض پیک مشهود نیست و حتی پهنای پیک برخی از نمونه ها کاهش می یابد. ممکن است افزایش دوز باعث افزایش ویسکوزیته فاز مایع دوغاب شود و در عین حال جذب اتر سلولز به ذرات سیمان برای ایجاد لخته شدن افزایش یابد. درجه آزادی رطوبت بین سازه ها کاهش می یابد.

رزولوشن می تواند برای توصیف درجه جدایی بین قله های آرامش اول و دوم استفاده شود. درجه تفکیک را می توان با توجه به درجه تفکیک = (First component-Asaddle)/First component محاسبه کرد، که در آن جزء Afirst و Asaddle حداکثر دامنه اولین پیک آرامش و دامنه پایین ترین نقطه بین دو قله را نشان می دهند. به ترتیب. درجه جداسازی را می توان برای مشخص کردن درجه تبادل آب بین ساختار لخته سازی دوغاب و ساختار لخته سازی استفاده کرد و مقدار آن به طور کلی 0-1 است. مقدار بالاتر برای Separation نشان می دهد که دو قسمت آب به سختی تبادل می شوند و مقدار برابر با 1 نشان می دهد که دو قسمت آب به هیچ وجه نمی توانند تبادل کنند.

از نتایج محاسبات درجه جداسازی می توان دریافت که درجه جداسازی دو سیمان بدون افزودن اتر سلولز معادل است، هر دو حدود 0.64 هستند و درجه جداسازی پس از افزودن اتر سلولز به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. از یک طرف، وضوح با افزایش دوز کاهش می‌یابد و وضوح دو پیک حتی در CSA2 مخلوط با 0.3% MC3 به 0 کاهش می‌یابد، که نشان می‌دهد اتر سلولز به طور قابل توجهی تبادل آب را در داخل و بین دوز افزایش می‌دهد. سازه های لخته سازی . با توجه به اینکه ادغام اتر سلولز اساساً تأثیری بر موقعیت و مساحت اولین پیک آرامش ندارد، می توان حدس زد که کاهش وضوح تا حدودی به دلیل افزایش عرض پیک آرامش دوم است و ساختار لخته سازی شل، تبادل آب بین داخل و خارج را آسان تر می کند. علاوه بر این، همپوشانی اتر سلولز در ساختار دوغاب باعث بهبود بیشتر درجه تبادل آب بین داخل و خارج ساختار لخته‌سازی می‌شود. از سوی دیگر، اثر کاهش تفکیک اتر سلولز بر روی CSA2 قوی‌تر از CSA1 است، که ممکن است به دلیل سطح ویژه کوچک‌تر و اندازه ذرات بزرگ‌تر CSA2 باشد که به اثر پراکندگی اتر سلولز پس از آن حساس‌تر است. ادغام

2.2 تغییرات در ترکیب دوغاب

از طیف TG-DTG دوغاب های CSA1 و CSA2 هیدراته شده به مدت 90 دقیقه، 150 دقیقه و 1 روز، مشاهده می شود که انواع محصولات هیدراتاسیون قبل و بعد از افزودن اتر سلولز تغییری نکرده و AFt، AFm و AH3 همگی بوده اند. تشکیل شده است. ادبیات اشاره می کند که محدوده تجزیه AFt 50-120 است°ج محدوده تجزیه AFm 160-220 است°ج محدوده تجزیه AH3 220-300 است°ج- با پیشرفت هیدراتاسیون، کاهش وزن نمونه به تدریج افزایش یافت و پیک های مشخصه DTG AFt، AFm و AH3 به تدریج آشکار شد که نشان می دهد تشکیل سه محصول هیدراتاسیون به تدریج افزایش یافته است.

از کسر جرمی هر محصول هیدراتاسیون در نمونه در سنین مختلف هیدراتاسیون، می توان دریافت که تولید AFt نمونه خالی در سن 1 روزگی از نمونه مخلوط شده با اتر سلولز بیشتر است، که نشان می دهد اتر سلولز تأثیر زیادی بر روی آن دارد. هیدراتاسیون دوغاب پس از انعقاد اثر تاخیر خاصی وجود دارد. در دقیقه 90، تولید AFm سه نمونه یکسان باقی ماند. در 90-150 دقیقه، تولید AFm در نمونه خالی به طور قابل توجهی کندتر از دو گروه دیگر از نمونه ها بود. پس از 1 روز، محتوای AFm در نمونه خالی با نمونه مخلوط شده با MC1 یکسان بود و محتوای AFm نمونه MC2 در سایر نمونه ها به طور قابل توجهی کمتر بود. در مورد محصول هیدراتاسیون AH3، سرعت تولید نمونه خالی CSA1 پس از هیدراتاسیون به مدت 90 دقیقه به طور قابل توجهی کندتر از اتر سلولز بود، اما سرعت تولید پس از 90 دقیقه به طور قابل توجهی سریعتر بود، و میزان تولید AH3 از سه نمونه معادل 1 روز بود.

پس از اینکه دوغاب CSA2 به مدت 90 دقیقه و 150 دقیقه هیدراته شد، مقدار AFT تولید شده در نمونه مخلوط شده با اتر سلولز به طور قابل توجهی کمتر از نمونه خالی بود، که نشان می دهد اتر سلولز نیز اثر کند کنندگی خاصی بر دوغاب CSA2 دارد. در نمونه‌ها در سن 1 روزگی، مشخص شد که محتوای AFt نمونه خالی همچنان بالاتر از نمونه مخلوط شده با اتر سلولز است، که نشان می‌دهد اتر سلولز پس از گیرش نهایی همچنان اثر تاخیری خاصی بر هیدراتاسیون CSA2 دارد. و درجه تاخیر در MC2 بیشتر از نمونه اضافه شده با اتر سلولز بود. MC1. در دقیقه 90، مقدار AH3 تولید شده توسط نمونه خالی کمی کمتر از نمونه مخلوط شده با اتر سلولز بود. در 150 دقیقه، AH3 تولید شده توسط نمونه خالی از نمونه مخلوط شده با اتر سلولز فراتر رفت. در 1 روز، AH3 تولید شده توسط سه نمونه معادل بود.

3. نتیجه گیری

(1) اتر سلولز می تواند به طور قابل توجهی تبادل آب بین ساختار لخته سازی و ساختار لخته سازی را افزایش دهد. پس از ادغام اتر سلولز، اتر سلولز آب موجود در دوغاب را جذب می کند که به عنوان سومین پیک آرامش در طیف زمان آرامش عرضی (T2) مشخص می شود. با افزایش محتوای اتر سلولز، جذب آب اتر سلولز افزایش می یابد و مساحت سومین پیک آرامش افزایش می یابد. آب جذب شده توسط اتر سلولز با هیدراته شدن دوغاب به تدریج در ساختار لخته سازی آزاد می شود.

(2) ادغام اتر سلولز تا حدی از تجمع ذرات سیمان جلوگیری می کند و ساختار لخته سازی را نسبتاً شل می کند. و با افزایش محتوی، ویسکوزیته فاز مایع دوغاب افزایش می یابد و اتر سلولز تأثیر بیشتری بر ذرات سیمان دارد. اثر جذب افزایش یافته درجه آزادی آب بین ساختارهای لخته شده را کاهش می دهد.

(3) قبل و بعد از افزودن اتر سلولز، انواع محصولات هیدراتاسیون در دوغاب سیمان سولفوآلومینات تغییری نکرد و چسب AFt، AFm و آلومینیوم تشکیل شد. اما اتر سلولز کمی تشکیل اثر محصولات هیدراتاسیون را به تاخیر انداخت.