Selluloosaeetterin vaikutus eri sementin ja yksittäisen malmin hydrataatiolämpöön

selluloosaeetterin vaikutuksia portlandsementin, sulfoaluminaattisementin, trikalsiumsilikaatin ja trikalsiumaluminaatin hydraatiolämpöön 72 tunnin aikana verrattiin isotermisellä kalorimetriskokeella. Tulokset osoittavat, että selluloosaeetteri voi merkittävästi vähentää portlandsementin ja trikalsiumsilikaatin hydrataatiota ja lämmön vapautumisnopeutta, ja trikalsiumsilikaatin hydraatio- ja lämmön vapautumisnopeuteen kohdistuva laskuvaikutus on merkittävämpi. Selluloosaeetterin vaikutus sulfoaluminaattisementin hydratoitumisen lämmön vapautumisnopeuteen alentamiseen on hyvin heikko, mutta sillä on heikko vaikutus trikalsiumaluminaatin hydraation lämmön vapautumisnopeuden parantamiseen. Jotkin hydraatiotuotteet adsorboivat selluloosaeetteriä, mikä viivästyttää hydraatiotuotteiden kiteytymistä ja vaikuttaa sitten sementin ja yksittäisen malmin hydraatiolämmön vapautumisnopeuteen.

Avainsanat:selluloosaeetteri; Sementti; Yksittäinen malmi; Nesteytymisen lämpö; adsorptio

1. Johdanto

Selluloosaeetteri on tärkeä sakeutusaine ja vettä pidättävä aine kuivalaastissa, itsetiivistyvässä betonissa ja muissa uusissa sementtipohjaisissa materiaaleissa. Selluloosaeetteri hidastaa kuitenkin myös sementin hydratoitumista, mikä nopeuttaa sementtipohjaisten materiaalien käyttöikää, parantaa laastin sakeutta ja betonin painumisaikahävikkiä, mutta voi myös viivyttää rakentamisen edistymistä. Erityisesti sillä on haitallisia vaikutuksia alhaisissa lämpötiloissa käytettävään laastiin ja betoniin. Siksi on erittäin tärkeää ymmärtää selluloosaeetterin laki sementin hydraatiokinetiikassa.

OU ja Pourchez tutkivat systemaattisesti molekyyliparametrien, kuten selluloosaeetterin molekyylipainon, substituentin tyypin tai substituutioasteen, vaikutuksia sementin hydraatiokinetiikkaan ja tekivät monia tärkeitä johtopäätöksiä: Hydroksietyyliselluloosaeetterin (HEC) kyky viivästyttää selluloosaeetterin hydraatiota. sementti on yleensä vahvempaa kuin metyyliselluloosaeetteri (HPMC), hydroksimetyylietyyliselluloosaeetteri (HEMC) ja metyyliselluloosaeetteri (MC). Selluloosaeetterissä, joka sisältää metyyliä, mitä pienempi metyylipitoisuus on, sitä vahvempi kyky viivästyttää sementin hydratoitumista; Mitä pienempi selluloosaeetterin molekyylipaino on, sitä vahvempi on kyky viivyttää sementin hydratoitumista. Nämä johtopäätökset tarjoavat tieteellisen perustan selluloosaeetterin oikealle valinnalle.

Sementin eri komponenttien osalta selluloosaeetterin vaikutus sementin hydraatiokinetiikkaan on myös erittäin huolestuttava ongelma teknisissä sovelluksissa. Tästä näkökulmasta ei kuitenkaan ole tutkimusta. Tässä artikkelissa tutkittiin selluloosaeetterin vaikutusta tavallisen portlandsementin, C3S (trikalsiumsilikaatti), C3A (trikalsiumaluminaatti) ja sulfoaluminaattisementin (SAC) hydraatiokinetiikkaan isotermisen kalorimetrisen testin avulla vuorovaikutuksen ja vuorovaikutuksen ymmärtämiseksi paremmin. sisäinen mekanismi selluloosaeetterin ja sementin hydraatiotuotteiden välillä. Se tarjoaa lisää tieteellistä perustaa selluloosaeetterin järkevälle käytölle sementtipohjaisissa materiaaleissa ja tarjoaa myös tutkimusperustan muiden lisäaineiden ja sementin hydraatiotuotteiden väliselle vuorovaikutukselle.

2. Testaa

2.1 Raaka-aineet

(1) tavallinen portlandsementti (P·0). Valmistaja Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., spesifikaatio on P· 042.5 (GB 175-2007), määritettynä aallonpituusdispersiotyyppisellä röntgenfluoresenssispektrometrillä (AXIOS Advanced, PANalytical Co., LTD.). JADE 5.0 -ohjelmiston analyysin mukaan sementtiklinkkerimineraalien C3S, C2s, C3A, C4AF ja kipsin lisäksi sementin raaka-aineisiin kuuluu myös kalsiumkarbonaattia.

(2) sulfoaluminaattisementti (SAC). Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd.:n valmistama nopea kova sulfoaluminaattisementti on R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Sen pääryhmät ovat kalsiumsulfoaluminaatti ja dikalsiumsilikaatti.

(3) trikalsiumsilikaatti (C3S). Purista Ca(OH)2, Si02, Co203 ja H20 3:1:0,08:ssa: Massasuhde 10 sekoitettiin tasaisesti ja puristettiin 60 MPa:n vakiopaineessa sylinterimäisen vihreän aihion valmistamiseksi. Aihiota kalsinoitiin 1400 ℃:ssa 1,5 - 2 tuntia pii-molybdeenisauvakorkean lämpötilan sähköuunissa ja siirrettiin sitten mikroaaltouuniin lisämikroaaltokuumennusta varten 40 minuutiksi. Aihion poistamisen jälkeen se jäähdytettiin äkillisesti ja rikottiin toistuvasti ja kalsinoitiin, kunnes vapaan CaO:n pitoisuus valmiissa tuotteessa oli alle 1,0 %.

(4) trikalsiumaluminaatti (c3A). CaO ja A12O3 sekoitettiin tasaisesti, kalsinoitiin 1450 ℃:ssa 4 tuntia pii-molybdeenisauva-sähköuunissa, jauhettiin jauheeksi ja kalsinoitiin toistuvasti, kunnes vapaan CaO:n pitoisuus oli alle 1,0 % ja C12A7:n ja CA:n piikit saatiin huomiotta.

(5) selluloosaeetteri. Aikaisemmassa työssä verrattiin 16 eri selluloosaeetterin vaikutuksia tavallisen portlandsementin hydraatioon ja lämmön vapautumisnopeuteen ja havaittiin, että erilaisilla selluloosaeettereillä on merkittäviä eroja sementin hydrataatio- ja lämmönvapautuslakissa, sekä analysoitiin sisäistä mekanismia. tästä merkittävästä erosta. Edellisen tutkimuksen tulosten mukaan valittiin kolme erilaista selluloosaeetteriä, joilla on ilmeinen hidastava vaikutus tavalliseen portlandsementtiin. Näitä ovat hydroksietyyliselluloosaeetteri (HEC), hydroksipropyylimetyyliselluloosaeetteri (HPMC) ja hydroksietyylimetyyliselluloosaeetteri (HEMC). Selluloosaeetterin viskositeetti mitattiin pyörivällä viskosimetrillä, jonka testipitoisuus oli 2 %, lämpötila 20 ℃ ja pyörimisnopeus 12 r/min. Selluloosaeetterin viskositeetti mitattiin pyörivällä viskosimetrillä, jonka testipitoisuus oli 2 %, lämpötila 20 ℃ ja pyörimisnopeus 12 r/min. Valmistaja ilmoittaa selluloosaeetterin molaarisen korvausasteen.

(6) Vesi. Käytä toissijaista tislattua vettä.

2.2 Testausmenetelmä

Nesteytys lämpöä. TA Instrument Companyn valmistama 8-kanavainen isoterminen kalorimetri TAM Air otettiin käyttöön. Kaikki raaka-aineet pidettiin vakiolämpötilassa testilämpötilaan (kuten (20±0,5) ℃) ennen koetta. Ensin kalorimetriin lisättiin 3 g sementtiä ja 18 mg selluloosaeetterijauhetta (selluloosaeetterin massasuhde kemomateriaaliin oli 0,6 %). Täydellisen sekoittamisen jälkeen lisättiin sekoitettua vettä (sekundaaritislattua vettä) määritellyn vesi-sementtisuhteen mukaisesti ja sekoitettiin tasaisesti. Sitten se laitettiin nopeasti kalorimetriin testausta varten. c3A:n vesi-sideainesuhde on 1,1 ja kolmen muun sementtimäisen materiaalin vesisideainesuhde on 0,45.

3. Tulokset ja keskustelu

3.1 Testitulokset

HEC:n, HPMC:n ja HEMC:n vaikutukset tavallisen portlandsementin, C3S:n ja C3A:n hydrataatiolämmön vapautumisnopeuteen ja kumulatiiviseen lämmön vapautumisnopeuteen 72 tunnin sisällä, ja HEC:n vaikutukset sulfoaluminaattisementin hydraatiolämmön vapautumisnopeuteen ja kumulatiiviseen lämmön vapautumisnopeuteen 72 tunnin sisällä HEC on selluloosaeetteri, jolla on voimakkain viivevaikutus muun sementin ja yksittäisen malmin hydraatioon. Yhdistämällä nämä kaksi vaikutusta voidaan havaita, että sementtimäisen materiaalin koostumuksen muuttuessa selluloosaeetterillä on erilaisia ​​vaikutuksia hydraation lämmön vapautumisnopeuteen ja kumulatiiviseen lämmön vapautumiseen. Valittu selluloosaeetteri voi merkittävästi vähentää tavallisen portlandsementin ja C, S:n hydraatiota ja lämmön vapautumisnopeutta, pidentää pääasiassa induktiojakson aikaa, viivästyttää hydratoitumisen ja lämmön vapautumishuippujen ilmaantumista, joista selluloosaeetterin C, S hydratoituminen ja lämmön vapautumisnopeuden viive on ilmeisempi kuin tavallinen portlandsementtihydraation ja lämmön vapautumisnopeuden viive; Selluloosaeetteri voi myös viivyttää sulfoaluminaattisementin hydratoitumisen lämmön vapautumisnopeutta, mutta viivästyskyky on erittäin heikko, ja se viivästyttää pääasiassa hydratoitumista 2 tunnin kuluttua; C3A-hydraation lämmön vapautumisnopeuteen nähden selluloosaeetterillä on heikko kiihdytyskyky.

3.2 Analyysi ja keskustelu

Selluloosaeetterin mekanismi hidastaa sementin hydraatiota. Silva et ai. hypoteesi, että selluloosaeetteri lisäsi huokosliuoksen viskositeettia ja esti ioniliikkeen nopeutta, mikä viivästyttää sementin hydratoitumista. Suuri osa kirjallisuuksista on kuitenkin kyseenalaistanut tämän oletuksen, koska heidän kokeissaan on havaittu, että alhaisemman viskositeetin omaavilla selluloosaeettereillä on vahvempi kyky viivyttää sementin hydraatiota. Itse asiassa ionien liikkumis- tai migraatioaika on niin lyhyt, että se ei tietenkään ole verrattavissa sementin hydratoitumisviiveeseen. Selluloosaeetterin ja sementin hydraatiotuotteiden välistä adsorptiota pidetään todellisena syynä sementin hydratoitumisen viivästymiseen selluloosaeetterin vaikutuksesta. Selluloosaeetteri adsorboituu helposti hydraatiotuotteiden, kuten kalsiumhydroksidin, CSH-geelin ja kalsiumaluminaattihydraatin pintaan, mutta se ei ole helppo adsorboitua ettringiitillä ja hydratoitumattomalla faasilla, ja selluloosaeetterin adsorptiokyky kalsiumhydroksidiin on suurempi kuin että CSH-geeli. Siksi tavallisissa portlandsementtihydraatiotuotteissa selluloosaeetterillä on voimakkain viive kalsiumhydroksidille, voimakkain kalsiumin viive, toinen viive CSH-geelille ja heikoin viive ettringiitille.

Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että ionittoman polysakkaridin ja mineraalifaasin välinen adsorptio sisältää pääasiassa vetysidoksen ja kemiallisen kompleksoinnin, ja nämä kaksi vaikutusta esiintyvät polysakkaridin hydroksyyliryhmän ja mineraalin pinnalla olevan metallihydroksidin välillä. Liu et ai. luokitteli edelleen adsorption polysakkaridien ja metallihydroksidien välillä happo-emäsvuorovaikutukseksi, polysakkaridien kanssa happoina ja metallihydroksidien emäksinä. Tietyn polysakkaridin osalta mineraalipinnan alkalisuus määrää polysakkaridien ja mineraalien välisen vuorovaikutuksen voimakkuuden. Tässä artikkelissa tutkittujen neljän geeliytyvän komponentin joukossa tärkeimmät metalli- tai ei-metalliset alkuaineet ovat Ca, Al ja Si. Metallien aktiivisuusjärjestyksen mukaan niiden hydroksidien alkalisuus on Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Itse asiassa Si(OH)4-liuos on hapan eikä adsorboi selluloosaeetteriä. sementin hydraatiotuotteiden pinnalla oleva Ca(OH)2-pitoisuus määrää hydraatiotuotteiden ja selluloosaeetterin adsorptiokyvyn. Koska kalsiumhydroksidi, CSH-geeli (3CaO·2SiO2·3H20), ettringiitti (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) ja kalsiumaluminaattihydraatti (3CaO·Al2O3·6H2O) CaO:n epäorgaanisten oksidien pitoisuudessa on 100 %, 58,33 %, 49,56 % ja 62,2 %. Siksi niiden adsorptiokyky selluloosaeetterin kanssa on kalsiumhydroksidi > kalsium aluminaatti >CSH-geeli > ettringiitti, mikä on yhdenmukainen kirjallisuuden tulosten kanssa.

C3S:n hydraatiotuotteisiin kuuluvat pääasiassa Ca(OH)- ja csH-geeli, joihin selluloosaeetterillä on hyvä viivevaikutus. Siksi selluloosaeetterillä on hyvin ilmeinen viive C3s-hydrataatiossa. Tavallinen portlandsementti sisältää c3S:n lisäksi myös hitaampaa C2s-hydraatiota, minkä vuoksi selluloosaeetterin viivevaikutus ei ole ilmeinen alkuvaiheessa. Tavallisen silikaatin hydraatiotuotteisiin kuuluu myös ettringiittiä ja selluloosaeetterin viivevaikutus on heikko. Siksi selluloosaeetterin viivekyky c3s:lle on vahvempi kuin tavallisen portlandsementin testissä havaittu.

C3A liukenee ja hydratoituu nopeasti, kun se kohtaa veden, ja hydraatiotuotteet ovat yleensä C2AH8 ja c4AH13, ja hydrataatiolämpö vapautuu. Kun C2AH8:n ja c4AH13:n liuos saavuttaa kyllästyksen, muodostuu C2AH8:n ja C4AH13:n heksagonaalisen levyhydraatin kiteytyminen, ja samalla reaktionopeus ja hydrataatiolämpö vähenevät. Koska selluloosaeetteri adsorboituu kalsiumaluminaattihydraatin (CxAHy) pintaan, selluloosaeetterin läsnäolo viivästyttäisi C2AH8:n ja C4AH13:n heksagonaalisen levyhydraatin kiteytymistä, mikä johtaisi reaktionopeuden ja hydraatiolämmön vapautumisnopeuden laskuun. puhdasta C3A:ta, mikä osoittaa, että selluloosaeetterillä on heikko kiihdytyskyky C3A:n hydraatioon. On syytä huomata, että tässä testissä selluloosaeetterillä on heikko kiihdytyskyky puhtaan c3A:n hydraatioon. Kuitenkin tavallisessa portlandsementissä, koska c3A reagoi kipsin kanssa muodostaen ettringiittiä, lieteliuoksen ca2+-tasapainon vaikutuksesta johtuen selluloosaeetteri hidastaa ettringiitin muodostumista, mikä viivästyttää c3A:n hydratoitumista.

HEC:n, HPMC:n ja HEMC:n vaikutuksista tavallisen portlandsementin, C3S:n ja C3A:n hydrataatioon ja lämmön vapautumisnopeuteen ja kumulatiiviseen lämmön vapautumiseen 72 tunnin sisällä, sekä HEC:n vaikutuksista sulfoaluminaatin hydraatioon ja lämmön vapautumisnopeuteen ja kumulatiiviseen lämmön vapautumiseen sementti 72 tunnin sisällä, voidaan nähdä, että kolmesta valitusta selluloosaeetteristä C3s:n ja Portlandsementin viivästetty hydrataatiokyky oli vahvin HEC:ssä, jota seurasi HEMC, ja heikoin HPMC:ssä. Mitä tulee C3A:han, kolmen selluloosaeetterin kyky nopeuttaa hydraatiota on myös samassa järjestyksessä, eli HEC on vahvin, HEMC on toiseksi, HPMC on heikoin ja vahvin. Tämä vahvisti molemminpuolisesti sen, että selluloosaeetteri on viivästyttänyt hyytelöityvien materiaalien hydraatiotuotteiden muodostumista.

Sulfoaluminaattisementin tärkeimmät hydraatiotuotteet ovat ettringiitti ja Al(OH)3-geeli. Sulfoaluminaattisementissä oleva C2S hydratoituu myös erikseen muodostaen Ca(OH)2- ja cSH-geeliä. Koska selluloosaeetterin ja ettringiitin adsorptio voidaan jättää huomioimatta ja sulfoaluminaatin hydratoituminen on liian nopeaa, selluloosaeetterillä on hydraation alkuvaiheessa vain vähän vaikutusta sulfoaluminaattisementin hydraatiolämmön vapautumisnopeuteen. Mutta tiettyyn hydratoitumisaikaan asti, koska c2s hydratoituu erikseen muodostaen Ca(OH)2- ja CSH-geeliä, selluloosaeetteri viivästyttää näitä kahta hydraatiotuotetta. Siksi havaittiin, että selluloosaeetteri viivästytti sulfoaluminaattisementin hydratoitumista 2 tunnin kuluttua.

4. Johtopäätös

Tässä artikkelissa verrattiin isotermisen kalorimetrisen testin avulla selluloosaeetterin vaikutuslakia ja muodostumismekanismia tavallisen portlandsementin, c3s:n, c3A:n, sulfoaluminaattisementin ja muiden eri komponenttien sekä yksittäisen malmin hydraatiolämpöön 72 tunnissa. Tärkeimmät johtopäätökset ovat seuraavat:

(1) Selluloosaeetteri voi merkittävästi vähentää tavallisen portlandsementin ja trikalsiumsilikaatin hydraatiolämmön vapautumisnopeutta, ja trikalsiumsilikaatin hydraatiolämmön vapautumisnopeutta vähentävä vaikutus on merkittävämpi; Selluloosaeetterin vaikutus sulfoaluminaattisementin lämmön vapautumisnopeuden alentamiseen on erittäin heikko, mutta sillä on heikko vaikutus trikalsiumaluminaatin lämmön vapautumisnopeuden parantamiseen.

(2) Jotkut hydraatiotuotteet adsorboivat selluloosaeetteriä, mikä viivästyttää hydraatiotuotteiden kiteytymistä, mikä vaikuttaa sementin hydraation lämmön vapautumisnopeuteen. Hydraatiotuotteiden tyyppi ja määrä ovat erilaisia ​​sementtilaskumalmin eri komponenteilla, joten selluloosaeetterin vaikutus niiden hydraatiolämpöön ei ole sama.