Selluloosaeetteri varhaisen ettringiitin morfologiasta

Hydroksietyylimetyyliselluloosaeetterin ja metyyliselluloosaeetterin vaikutuksia varhaisen sementtilietteen ettringiitin morfologiaan tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM). Tulokset osoittavat, että ettringiittikiteiden pituus-halkaisijasuhde hydroksietyylimetyyliselluloosaeetterillä modifioidussa lietteessä on pienempi kuin tavallisessa lietteessä ja ettringiittikiteiden morfologia on lyhyt sauvamainen. Etringiittikiteiden pituus-halkaisijasuhde metyyliselluloosaeetterillä modifioidussa lietteessä on suurempi kuin tavallisessa lietteessä, ja ettringiittikiteiden morfologia on neulasauva. Tavallisissa sementtilietteissä olevilla ettringiittikiteillä on sivusuhde jossain välissä. Edellä olevan kokeellisen tutkimuksen kautta on edelleen selvää, että kahden tyyppisen selluloosaeetterin molekyylipainon ero on tärkein ettringiitin morfologiaan vaikuttava tekijä.

Avainsanat:ettringiitti; Pituuden ja halkaisijan suhde; Metyyliselluloosaeetteri; Hydroksietyylimetyyliselluloosaeetteri; morfologia

Ettringiitillä on lievästi paisuneena hydraatiotuotteena merkittävä vaikutus sementtibetonin suorituskykyyn, ja se on aina ollut sementtipohjaisten materiaalien tutkimuskohde. Ettringiitti on eräänlainen trisulfidityyppinen kalsiumaluminaattihydraatti, sen kemiallinen kaava on [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, tai se voidaan kirjoittaa muodossa 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, usein lyhennettynä AFt. . Portlandsementtijärjestelmässä ettringiitti muodostuu pääasiassa kipsin reaktiosta aluminaatti- tai rauta-aluminaattimineraalien kanssa, mikä viivästyttää hydraatiota ja sementin varhaista lujuutta. Etringiitin muodostumiseen ja morfologiaan vaikuttavat monet tekijät, kuten lämpötila, pH-arvo ja ionipitoisuus. Jo vuonna 1976 Metha et ai. käytti pyyhkäisyelektronimikroskooppia tutkiakseen AFt:n morfologisia ominaisuuksia ja havaitsi, että tällaisten hieman laajentuneiden hydraatiotuotteiden morfologia oli hieman erilainen, kun kasvutila oli tarpeeksi suuri ja kun tila oli rajallinen. Ensimmäinen oli enimmäkseen ohuita neulasauvan muotoisia palloja, kun taas jälkimmäinen oli enimmäkseen lyhyt sauvamainen prisma. Yang Wenyanin tutkimuksessa havaittiin, että AFt-muodot olivat erilaisia ​​​​erilaisissa kovettumisympäristöissä. Kosteat ympäristöt viivästyisivät AFt:n muodostumista paisuneessa seostetussa betonissa ja lisäävät betonin turpoamisen ja halkeilun mahdollisuutta. Erilaiset ympäristöt eivät vaikuta pelkästään AFt:n muodostumiseen ja mikrorakenteeseen, vaan myös sen tilavuusstabiilisuuteen. Chen Huxing et ai. havaitsi, että AFt:n pitkäaikainen stabiilisuus heikkeni C3A-pitoisuuden lisääntyessä. Clark ja Monteiro et ai. havaitsi, että ympäristön paineen kasvaessa AFt-kiderakenne muuttui järjestyksestä epäjärjestykseen. Balonis ja Glasser tarkastelivat AFm:n ja AFt:n tiheysmuutoksia. Renaudin et ai. tutki AFt:n rakenteellisia muutoksia ennen ja jälkeen liuokseen upotuksen sekä AFt:n rakenteellisia parametreja Raman-spektrissä. Kunther et ai. tutki CSH-geelin kalsium-pii-suhteen ja sulfaatti-ionin välisen vuorovaikutuksen vaikutusta AFt-kiteytyspaineeseen NMR:llä. Samaan aikaan perustuen AFt:n käyttöön sementtipohjaisissa materiaaleissa, Wenk et al. tutki betoniosan AFt-kideorientaatiota kovan synkrotronisäteilyn röntgendiffraktioviimeistelytekniikan avulla. Tutkittiin AFt:n muodostumista sementtisementissä ja ettringiitin tutkimuskohdetta. Viivästyneen ettringiittireaktion perusteella jotkut tutkijat ovat tehneet paljon tutkimusta AFt-vaiheen syistä.

Etringiitin muodostumisen aiheuttama tilavuuden laajeneminen on joskus suotuisaa, ja se voi toimia "laajenemisena" samankaltaisena kuin magnesiumoksidin paisunta-aineena sementtipohjaisten materiaalien tilavuusstabiilisuuden ylläpitämiseksi. Polymeeriemulsion ja uudelleendispergoituvan emulsiojauheen lisääminen muuttaa sementtipohjaisten materiaalien makroskooppisia ominaisuuksia johtuen niiden merkittävistä vaikutuksista sementtipohjaisten materiaalien mikrorakenteeseen. Kuitenkin toisin kuin uudelleendispergoituva emulsiojauhe, joka parantaa pääasiassa kovettuneen laastin sitoutumiskykyä, vesiliukoinen polymeeriselluloosaeetteri (CE) antaa äskettäin sekoitettulle laastille hyvän vedenpidätys- ja sakeuttamisvaikutuksen, mikä parantaa työskentelykykyä. Ionitonta CE:tä käytetään yleisesti, mukaan lukien metyyliselluloosa (MC), hydroksietyyliselluloosa (HEC), hydroksipropyylimetyyliselluloosa (HPMC),hydroksietyylimetyyliselluloosa (HEMC)jne., ja CE:llä on rooli vastasekoitetussa laastissa, mutta se vaikuttaa myös sementtilietteen hydraatioprosessiin. Tutkimukset ovat osoittaneet, että HEMC muuttaa nesteytystuotteena tuotetun AFt:n määrää. Missään tutkimuksessa ei kuitenkaan ole systemaattisesti verrattu CE:n vaikutusta AFt:n mikroskooppiseen morfologiaan, joten tässä artikkelissa tutkitaan eroa HEMC:n ja MC:n vaikutuksessa ettringhamin mikroskooppiseen morfologiaan varhaisessa (1 päivän) sementtilietteessä kuva-analyysin ja vertailu.

1. Kokeile

1.1 Raaka-aineet

Anhui Conch Cement Co., LTD:n valmistama P·II 52.5R portlandsementti valittiin sementiksi kokeessa. Kaksi selluloosaeetteriä ovat hydroksietyylimetyyliselluloosa (HEMC) ja metyyliselluloosa (metyyliselluloosa, Shanghai Sinopath Group). MC); Sekoitusvesi on vesijohtovettä.

1.2 Koemenetelmät

Sementtitahnanäytteen vesi-sementtisuhde oli 0,4 (veden ja sementin massasuhde), ja selluloosaeetterin pitoisuus oli 1 % sementin massasta. Näytteen valmistelu suoritettiin standardin GB1346-2011 "Vedenkulutuksen, säätöajan ja sementin vakiokonsistenssin stabiilisuuden testausmenetelmä" mukaisesti. Näytteen muodostamisen jälkeen muotin pinnalle kapseloitiin muovikalvo pintaveden haihtumisen ja hiiltymisen estämiseksi, ja näyte asetettiin kovetushuoneeseen, jonka lämpötila oli (20±2)℃ ja suhteellinen kosteus (60±5). ) %. Yhden päivän kuluttua muotti poistettiin ja näyte rikottiin, sitten otettiin pieni näyte keskeltä ja liotettiin vedettömässä etanolissa hydraation lopettamiseksi, ja näyte otettiin pois ja kuivattiin ennen testausta. Kuivatut näytteet liimattiin näytepöytään johtavalla kaksipuolisella liimalla, ja pinnalle ruiskutettiin kultakalvokerros Cressington 108auto automaattisella ionisputterointilaitteella. Sputterointivirta oli 20 mA ja sputterointiaika 60 s. FEI QUANTAFEG 650 -ympäristöpyyhkäisyelektronimikroskooppia (ESEM) käytettiin AFt:n morfologisten ominaisuuksien tarkkailuun näyteosassa. Korkean tyhjiön sekundaarielektronimoodia käytettiin AFT:n tarkkailuun. Kiihdytysjännite oli 15 kV, säteen pisteen halkaisija oli 3,0 nm ja työskentelyetäisyys oli noin 10 mm.

2. Tulokset ja keskustelu

SEM-kuvat ettringiitistä kovetetussa HEMC-modifioidussa sementtilietteessä osoittivat, että kerrostetun Ca (OH)2(CH):n orientaatiokasvu oli ilmeistä, ja AFt osoitti lyhyen sauvamaisen AFt:n epäsäännöllistä kerääntymistä ja osa lyhyen sauvamaisen AFT:n peittyi. HEMC-kalvorakenteella. Zhang Dongfang et ai. havaitsi myös lyhyen sauvamaisen AFt:n tarkkaillessaan HEMC-modifioidun sementtilietteen mikrorakenteen muutoksia ESEM:n kautta. He uskoivat, että tavallinen sementtiliete reagoi nopeasti kohdattuaan vettä, joten AFt-kide oli hoikka, ja hydraatioiän pidentyminen johti pituuden ja halkaisijan suhteen jatkuvaan kasvuun. HEMC kuitenkin lisäsi liuoksen viskositeettia, vähensi ionien sitoutumisnopeutta liuoksessa ja viivästytti veden saapumista klinkkerihiukkasten pinnalle, joten AFt:n pituus-halkaisijasuhde kasvoi heikon trendin mukaisesti ja sen morfologiset ominaisuudet näkyivät. lyhyt sauvamainen muoto. Verrattuna AFt:hen tavallisessa samanikäisessä sementtilietteessä tämä teoria on osittain varmistettu, mutta se ei sovellu selittämään AFt:n morfologisia muutoksia MC-modifioidussa sementtilietteessä. SEM-kuvissa ettridiitistä 1 päivän kovetetussa MC-modifioidussa sementtilietteessä osoitti myös kerrostetun Ca(OH)2:n suuntautunutta kasvua, jotkut AFt-pinnat olivat myös peitetty MC:n kalvorakenteella ja AFt osoitti klusterin kasvun morfologisia ominaisuuksia. Vertailun vuoksi voidaan kuitenkin todeta, että MC-modifioidun sementtilietteen AFt-kiteellä on suurempi pituus-halkaisijasuhde ja ohuempi morfologia, mikä osoittaa tyypillisen neulamaisen morfologian.

Sekä HEMC että MC hidastivat sementin varhaista hydrataatioprosessia ja lisäsivät liuoksen viskositeettia, mutta niiden aiheuttamat erot AFt:n morfologisissa ominaisuuksissa olivat silti merkittäviä. Yllä olevia ilmiöitä voidaan kehittää edelleen selluloosaeetterin molekyylirakenteen ja AFt-kiderakenteen näkökulmasta. Renaudin et ai. liotti syntetisoitua AFt:ta valmistettuun alkaliliuokseen "märkä AFt" saamiseksi ja osittain poisti sen ja kuivasi sen kylläisen CaCl2-liuoksen pinnalle (suhteellinen kosteus 35 %) saadakseen "kuiva AFt". Raman-spektroskopialla ja röntgenjauhediffraktiolla tehdyn rakenteen tarkennustutkimuksen jälkeen havaittiin, että näiden kahden rakenteen välillä ei ollut eroa, vain solujen kiteen muodostumissuunta muuttui kuivausprosessissa eli ympäristön prosessissa. muuttuvat "märästä" "kuivaksi", AFt-kiteet muodostivat soluja normaalisuunnassa ja lisääntyivät vähitellen. AFt-kiteet c-normaalisuunnassa vähenivät ja vähenivät. Kolmiulotteisen avaruuden perusyksikkö koostuu normaaliviivasta, b normaaliviivasta ja c normaaliviivasta, jotka ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden. Siinä tapauksessa, että b-normaalit olivat kiinteät, AFt-kiteet ryhmittyivät a-normaaleja pitkin, mikä johti suurentuneeseen solun poikkileikkaukseen ab-normaalien tasossa. Siten, jos HEMC "varastuttaa" enemmän vettä kuin MC, paikallisella alueella voi esiintyä "kuivaa" ympäristöä, mikä edistää AFt-kiteiden lateraalista aggregaatiota ja kasvua. Patural et ai. havaitsi, että itse CE:llä mitä korkeampi polymerointiaste (tai mitä suurempi molekyylipaino), sitä suurempi on CE:n viskositeetti ja sitä parempi vedenpidätyskyky. HEMC:iden ja MCS:n molekyylirakenne tukee tätä hypoteesia, sillä hydroksietyyliryhmällä on paljon suurempi molekyylipaino kuin vetyryhmällä.

Yleensä AFt-kiteet muodostuvat ja saostuvat vain, kun relevantit ionit saavuttavat tietyn kyllästyksen liuosjärjestelmässä. Siksi tekijät, kuten ionipitoisuus, lämpötila, pH-arvo ja muodostumistila reaktioliuoksessa, voivat merkittävästi vaikuttaa AFt-kiteiden morfologiaan, ja muutokset keinotekoisissa synteesiolosuhteissa voivat muuttaa AFt-kiteiden morfologiaa. Siksi tavallisessa sementtilietteessä olevien AFt-kiteiden suhde näiden kahden välillä voi johtua yhdestä vedenkulutustekijästä sementin varhaisessa hydratoitumisessa. HEMC:n ja MC:n aiheuttaman eron AFt-kidemorfologiassa pitäisi kuitenkin johtua pääasiassa niiden erityisestä vedenpidätysmekanismista. Hemcs ja MCS luovat "suljetun silmukan" veden kulkeutumiseen tuoreen sementtilietteen mikrovyöhykkeellä, mikä mahdollistaa "lyhyen ajanjakson", jolloin vettä on "helppo päästä sisään ja vaikea saada ulos". Kuitenkin tänä aikana myös nestefaasiympäristö mikrovyöhykkeellä ja sen lähellä muuttuu. Tekijät, kuten ionipitoisuus, pH jne., Kasvuympäristön muutos heijastuu edelleen AFt-kiteiden morfologisiin ominaisuuksiin. Tämä vesikuljetuksen "suljettu silmukka" on samanlainen kuin Pourchez et al. HPMC osallistuu vedenpidätykseen.

3. Johtopäätös

(1) Hydroksietyylimetyyliselluloosaeetterin (HEMC) ja metyyliselluloosaeetterin (MC) lisääminen voi muuttaa merkittävästi ettringiitin morfologiaa varhaisessa (1 päivän) tavallisessa sementtilietteessä.

(2) HEMC-muokatun sementtilietteen ettringiittikiteen pituus ja halkaisija ovat pienen ja lyhyen sauvan muotoisia; Etringiittikiteiden pituus- ja halkaisijasuhde MC-modifioidussa sementtilietteessä on suuri, mikä on neulasauvan muotoinen. Tavallisissa sementtilietteissä olevilla ettringiittikiteillä on näiden kahden välinen muotosuhde.

(3) Kahden selluloosaeetterin erilaiset vaikutukset ettringiitin morfologiaan johtuvat olennaisesti molekyylipainon erosta.