Ether de cellulose sur la morphologie de l'ettringite précoce

Les effets de l'éther d'hydroxyéthylméthylcellulose et de l'éther de méthylcellulose sur la morphologie de l'ettringite dans les premiers coulis de ciment ont été étudiés par microscopie électronique à balayage (MEB). Les résultats montrent que le rapport longueur-diamètre des cristaux d'ettringite dans la boue modifiée par l'éther d'hydroxyéthylméthylcellulose est plus petit que celui de la boue ordinaire et que la morphologie des cristaux d'ettringite est en forme de bâtonnet court. Le rapport longueur-diamètre des cristaux d'ettringite dans la boue modifiée par l'éther de méthylcellulose est plus grand que celui de la boue ordinaire, et la morphologie des cristaux d'ettringite est celle d'une tige d'aiguille. Les cristaux d’ettringite présents dans les coulis de ciment ordinaires ont un rapport hauteur/largeur quelque part entre les deux. Grâce à l’étude expérimentale ci-dessus, il apparaît clairement que la différence de poids moléculaire de deux types d’éther de cellulose est le facteur le plus important affectant la morphologie de l’ettringite.

Mots clés :l'ettringite; Rapport longueur-diamètre ; Éther de méthylcellulose; Éther d'hydroxyéthylméthylcellulose; morphologie

L'ettringite, en tant que produit d'hydratation légèrement expansé, a un effet significatif sur les performances du béton de ciment et a toujours été le point chaud de la recherche sur les matériaux à base de ciment. L'ettringite est une sorte d'aluminate de calcium hydraté de type trisulfure, sa formule chimique est [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, ou peut s'écrire 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, souvent abrégé en AFt . Dans le système de ciment Portland, l'ettringite est principalement formée par la réaction du gypse avec des minéraux d'aluminate ou d'aluminate ferrique, qui jouent le rôle de retarder l'hydratation et la résistance précoce du ciment. La formation et la morphologie de l'ettringite sont affectées par de nombreux facteurs tels que la température, le pH et la concentration en ions. Dès 1976, Metha et al. a utilisé la microscopie électronique à balayage pour étudier les caractéristiques morphologiques de l'AFt et a découvert que la morphologie de ces produits d'hydratation légèrement expansés était légèrement différente lorsque l'espace de croissance était suffisamment grand et lorsque l'espace était limité. Les premiers étaient principalement des sphérules minces en forme de tige d’aiguille, tandis que les seconds étaient principalement des prismes courts en forme de tige. Les recherches de Yang Wenyan ont révélé que les formes d'AFt étaient différentes selon les environnements de traitement. Les environnements humides retarderaient la génération d'AFt dans le béton dopé à l'expansion et augmenteraient le risque de gonflement et de fissuration du béton. Différents environnements affectent non seulement la formation et la microstructure de l’AFt, mais également sa stabilité volumique. Chen Huxing et coll. ont constaté que la stabilité à long terme de l'AFt diminuait avec l'augmentation de la teneur en C3A. Clark et Monteiro et coll. ont découvert qu'avec l'augmentation de la pression environnementale, la structure cristalline de l'AFt passait de l'ordre au désordre. Balonis et Glasser ont examiné les changements de densité de l'AFm et de l'AFt. Renaudin et coll. étudié les changements structurels de l'AFt avant et après immersion dans une solution et les paramètres structurels de l'AFt dans le spectre Raman. Kunther et coll. étudié l'effet de l'interaction entre le rapport calcium-silicium du gel CSH et l'ion sulfate sur la pression de cristallisation AFt par RMN. Parallèlement, sur la base de l'application de l'AFt dans des matériaux à base de ciment, Wenk et al. a étudié l'orientation des cristaux AFt d'une section de béton grâce à la technologie de finition par diffraction des rayons X par rayonnement synchrotron dur. La formation d'AFt dans le ciment mélangé et le point chaud de recherche de l'ettringite ont été explorés. Sur la base de la réaction retardée de l’ettringite, certains chercheurs ont mené de nombreuses recherches sur la cause de la phase AFt.

L'expansion volumique provoquée par la formation d'ettringite est parfois favorable, et elle peut agir comme une « expansion » similaire à l'agent d'expansion de l'oxyde de magnésium pour maintenir la stabilité volumique des matériaux à base de ciment. L'ajout d'émulsion de polymère et de poudre d'émulsion redispersable modifie les propriétés macroscopiques des matériaux à base de ciment en raison de leurs effets significatifs sur la microstructure des matériaux à base de ciment. Cependant, contrairement à la poudre d'émulsion redispersable qui améliore principalement la propriété de liaison du mortier durci, l'éther de cellulose polymère (CE) soluble dans l'eau confère au mortier nouvellement mélangé une bonne rétention d'eau et un bon effet épaississant, améliorant ainsi les performances de travail. Le CE non ionique est couramment utilisé, notamment la méthylcellulose (MC), l'hydroxyéthylcellulose (HEC), l'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC),hydroxyéthylméthylcellulose (HEMC), etc., et le CE joue un rôle dans le mortier nouvellement mélangé mais affecte également le processus d'hydratation du coulis de ciment. Des études ont montré que HEMC modifie la quantité d’AFt produite en tant que produit d’hydratation. Cependant, aucune étude n'a systématiquement comparé l'effet du CE sur la morphologie microscopique de l'AFt, c'est pourquoi cet article explore la différence de l'effet de HEMC et MC sur la morphologie microscopique de l'ettringham dans un coulis de ciment précoce (1 jour) grâce à l'analyse d'images et comparaison.

1. Expérimentez

1.1 Matières premières

Le ciment Portland P·II 52,5R produit par Anhui Conch Cement Co., LTD a été sélectionné comme ciment dans l'expérience. Les deux éthers de cellulose sont respectivement l'hydroxyéthylméthylcellulose (HEMC) et la méthylcellulose (méthylcellulose, Shanghai Sinopath Group). MC); L'eau de gâchage est de l'eau du robinet.

1.2 Méthodes expérimentales

Le rapport eau-ciment de l'échantillon de pâte de ciment était de 0,4 (le rapport massique eau/ciment) et la teneur en éther de cellulose était de 1 % de la masse de ciment. La préparation de l'échantillon a été réalisée conformément à la norme GB1346-2011 « Méthode de test pour la consommation d'eau, le temps de prise et la stabilité de la consistance standard du ciment ». Après avoir formé l'échantillon, un film plastique a été encapsulé sur la surface du moule pour empêcher l'évaporation et la carbonisation de l'eau de surface, et l'échantillon a été placé dans une salle de durcissement avec une température de (20 ± 2) ℃ et une humidité relative de (60 ± 5). ) %. Après 1 jour, le moule a été retiré et l'échantillon a été brisé, puis un petit échantillon a été prélevé au milieu et trempé dans de l'éthanol anhydre pour terminer l'hydratation, et l'échantillon a été retiré et séché avant le test. Les échantillons séchés ont été collés à la table d'échantillons avec un adhésif conducteur double face, et une couche de film d'or a été pulvérisée sur la surface par l'instrument de pulvérisation ionique automatique Cressington 108auto. Le courant de pulvérisation était de 20 mA et la durée de pulvérisation était de 60 s. Le microscope électronique à balayage environnemental (ESEM) FEI QUANTAFEG 650 a été utilisé pour observer les caractéristiques morphologiques de l'AFt sur la section d'échantillon. Le mode électronique secondaire sous vide poussé a été utilisé pour observer l’AFT. La tension d'accélération était de 15 kV, le diamètre du spot du faisceau était de 3,0 nm et la distance de travail était contrôlée à environ 10 mm.

2. Résultats et discussion

Les images MEB de l'ettringite dans un coulis de ciment durci modifié par HEMC ont montré que la croissance d'orientation des couches de Ca (OH) 2 (CH) était évidente, et l'AFt montrait une accumulation irrégulière d'AFt en forme de bâtonnet court, et certains AFT en forme de bâtonnet court étaient recouverts avec structure membranaire HEMC. Zhang Dongfang et coll. a également trouvé un AFt court en forme de bâtonnet lors de l'observation des changements de microstructure du coulis de ciment modifié HEMC à travers l'ESEM. Ils pensaient que le coulis de ciment ordinaire réagissait rapidement après avoir rencontré de l'eau, de sorte que le cristal AFt était mince et que l'allongement de l'âge d'hydratation conduisait à une augmentation continue du rapport longueur-diamètre. Cependant, HEMC a augmenté la viscosité de la solution, a réduit le taux de liaison des ions dans la solution et a retardé l'arrivée de l'eau à la surface des particules de clinker, de sorte que le rapport longueur-diamètre de l'AFt a augmenté selon une tendance faible et ses caractéristiques morphologiques ont montré forme courte en forme de tige. Comparée à l'AFt dans un coulis de ciment ordinaire du même âge, cette théorie a été partiellement vérifiée, mais elle n'est pas applicable pour expliquer les changements morphologiques de l'AFt dans le coulis de ciment modifié MC. Les images SEM de l'ettridite dans un coulis de ciment modifié par MC durci pendant 1 jour ont également montré une croissance orientée de couches de Ca (OH) 2, certaines surfaces d'AFt étaient également recouvertes d'une structure de film de MC et l'AFt présentait des caractéristiques morphologiques de croissance en grappes. Cependant, en comparaison, le cristal AFt dans le coulis de ciment modifié MC a un rapport longueur-diamètre plus grand et une morphologie plus élancée, montrant une morphologie aciculaire typique.

HEMC et MC ont retardé le processus d'hydratation précoce du ciment et augmenté la viscosité de la solution, mais les différences dans les caractéristiques morphologiques de l'AFt qu'elles provoquaient étaient toujours significatives. Les phénomènes ci-dessus peuvent être élaborés davantage du point de vue de la structure moléculaire de l’éther de cellulose et de la structure cristalline de l’AFt. Renaudin et coll. J'ai trempé l'AFt synthétisé dans la solution alcaline préparée pour obtenir un « AFt humide », je l'ai partiellement retiré et séché à la surface d'une solution saturée de CaCl2 (35 % d'humidité relative) pour obtenir un « AFt sec ». Après l'étude du raffinement de la structure par spectroscopie Raman et diffraction des rayons X sur poudre, il a été constaté qu'il n'y avait aucune différence entre les deux structures, seule la direction de la formation des cristaux des cellules changeait au cours du processus de séchage, c'est-à-dire au cours du processus de protection de l'environnement. passer de « humide » à « sec », les cristaux AFt ont formé des cellules dans la direction normale d'une augmentation progressive. Les cristaux AFt le long de la direction normale c sont devenus de moins en moins nombreux. L’unité la plus élémentaire de l’espace tridimensionnel est composée d’une ligne normale, d’une ligne normale b et d’une ligne normale c perpendiculaires les unes aux autres. Dans le cas où les normales b étaient fixées, les cristaux AFt se regroupaient le long des normales a, ce qui entraînait une section transversale de cellule élargie dans le plan des normales ab. Ainsi, si le HEMC « stocke » plus d’eau que le MC, un environnement « sec » peut se produire dans une zone localisée, favorisant l’agrégation latérale et la croissance des cristaux d’AFt. Patural et coll. ont constaté que pour le CE lui-même, plus le degré de polymérisation est élevé (ou plus le poids moléculaire est élevé), plus la viscosité du CE est élevée et meilleures sont les performances de rétention d'eau. La structure moléculaire des HEMC et MCS conforte cette hypothèse, le groupe hydroxyéthyle ayant un poids moléculaire beaucoup plus élevé que le groupe hydrogène.

Généralement, les cristaux AFt se forment et précipitent uniquement lorsque les ions concernés atteignent une certaine saturation dans le système de solution. Par conséquent, des facteurs tels que la concentration en ions, la température, la valeur du pH et l'espace de formation dans la solution réactionnelle peuvent affecter de manière significative la morphologie des cristaux d'AFt, et des changements dans les conditions de synthèse artificielle peuvent modifier la morphologie des cristaux d'AFt. Par conséquent, le rapport entre les deux cristaux d’AFt dans le coulis de ciment ordinaire peut être dû au seul facteur de consommation d’eau lors de l’hydratation précoce du ciment. Cependant, la différence de morphologie des cristaux AFt provoquée par HEMC et MC devrait être principalement due à leur mécanisme spécial de rétention d’eau. Hemcs et MCS créent une « boucle fermée » de transport d’eau dans la microzone du coulis de ciment frais, permettant une « courte période » pendant laquelle l’eau est « facile à entrer et difficile à sortir ». Cependant, pendant cette période, l'environnement en phase liquide dans et à proximité de la microzone est également modifié. Des facteurs tels que la concentration en ions, le pH, etc. Le changement d'environnement de croissance se reflète en outre dans les caractéristiques morphologiques des cristaux d'AFt. Cette « boucle fermée » du transport de l’eau est similaire au mécanisme d’action décrit par Pourchez et al. HPMC jouant un rôle dans la rétention d’eau.

3. Conclusion

(1) L'ajout d'éther d'hydroxyéthylméthylcellulose (HEMC) et d'éther de méthylcellulose (MC) peut modifier considérablement la morphologie de l'ettringite dans un coulis de ciment ordinaire précoce (1 jour).

(2) La longueur et le diamètre du cristal d'ettringite dans le coulis de ciment modifié HEMC sont en forme de tige petite et courte ; Le rapport longueur/diamètre des cristaux d'ettringite dans le coulis de ciment modifié MC est grand, ce qui correspond à la forme d'une tige d'aiguille. Les cristaux d’ettringite présents dans les coulis de ciment ordinaires ont un rapport hauteur/largeur compris entre ces deux éléments.

(3) Les effets différents de deux éthers de cellulose sur la morphologie de l'ettringite sont essentiellement dus à la différence de poids moléculaire.