Efecto do éter de celulosa na calor de hidratación de diferentes cementos e mineral único

Comparáronse os efectos do éter de celulosa sobre a calor de hidratación do cemento Portland, do cemento sulfoaluminato, do silicato tricálcico e do aluminato tricálcico en 72 h mediante proba de calorimetría isotérmica. Os resultados mostran que o éter de celulosa pode reducir significativamente a taxa de hidratación e liberación de calor do cemento Portland e do silicato tricálcico, e o efecto de diminución sobre a taxa de hidratación e liberación de calor do silicato tricálcico é máis significativo. O efecto do éter de celulosa na redución da taxa de liberación de calor da hidratación do cemento de sulfoaluminato é moi débil, pero ten un efecto débil na mellora da taxa de liberación de calor da hidratación do aluminato tricálcico. O éter de celulosa será adsorbido por algúns produtos de hidratación, atrasando así a cristalización dos produtos de hidratación e, a continuación, afectará a taxa de liberación de calor de hidratación do cemento e do mineral único.

Palabras clave:éter de celulosa; Cemento; mineral único; Calor de hidratación; adsorción

1. Introdución

O éter de celulosa é un importante axente espesante e axente de retención de auga en morteiros secos, formigón autocompactante e outros novos materiais a base de cemento. Non obstante, o éter de celulosa tamén atrasará a hidratación do cemento, o que é propicio para mellorar o tempo de funcionamento dos materiais a base de cemento, mellorar a consistencia do morteiro e a perda de tempo de afundimento do formigón, pero tamén pode atrasar o progreso da construción. En particular, terá efectos adversos sobre morteiros e formigóns utilizados en condicións ambientais de baixa temperatura. Polo tanto, é moi importante comprender a lei do éter de celulosa sobre a cinética de hidratación do cemento.

OU e Pourchez estudaron sistemáticamente os efectos de parámetros moleculares como o peso molecular do éter de celulosa, o tipo de substituyente ou o grao de substitución sobre a cinética de hidratación do cemento, e sacaron moitas conclusións importantes: A capacidade do éter hidroxietil celulósico (HEC) para atrasar a hidratación de O cemento adoita ser máis forte que o éter de metil celulosa (HPMC), o éter de hidroximetiletil celulosa (HEMC) e o éter de metilcelulosa (MC). No éter de celulosa que contén metilo, canto menor sexa o contido de metilo, máis forte é a capacidade de atrasar a hidratación do cemento; Canto menor sexa o peso molecular do éter de celulosa, máis forte é a capacidade de atrasar a hidratación do cemento. Estas conclusións proporcionan unha base científica para seleccionar correctamente o éter de celulosa.

Para os diferentes compoñentes do cemento, o efecto do éter de celulosa na cinética de hidratación do cemento tamén é un problema moi preocupante nas aplicacións de enxeñaría. Non obstante, non hai investigación sobre este aspecto. Neste traballo, estudouse a influencia do éter de celulosa na cinética de hidratación do cemento Portland ordinario, C3S (silicato tricálcico), C3A (aluminato tricálcico) e cemento sulfoaluminato (SAC) mediante unha proba de calorimetría isotérmica, para comprender mellor a interacción e mecanismo interno entre o éter de celulosa e os produtos de hidratación do cemento. Proporciona unha base científica adicional para o uso racional do éter de celulosa en materiais a base de cemento e tamén proporciona unha base de investigación para a interacción entre outros aditivos e produtos de hidratación do cemento.

2. Proba

2.1 Materias primas

(1) cemento Portland ordinario (P·0). Fabricado por Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., a especificación é P· 042.5 (GB 175-2007), determinada por un espectrómetro de fluorescencia de raios X de dispersión de lonxitude de onda (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Segundo a análise do software JADE 5.0, ademais dos minerais de clínker de cemento C3S, C2s, C3A, C4AF e xeso, as materias primas de cemento tamén inclúen carbonato de calcio.

(2) cemento sulfoaluminato (SAC). O cemento de sulfoaluminato duro rápido producido por Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. é R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Os seus principais grupos son o sulfoaluminato de calcio e o silicato dicálcico.

(3) silicato tricálcico (C3S). Preme Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 e H2O en 3:1:0,08: mesturouse uniformemente unha proporción de masa de 10 e presionouse baixo unha presión constante de 60MPa para facer un tocho verde cilíndrico. O tocho calcinouse a 1400 ℃ durante 1,5 ~ 2 h nun forno eléctrico de alta temperatura con varilla de silicio-molibdeno e despois moveuse a un forno de microondas para quentar máis o microondas durante 40 minutos. Despois de sacar o tocho, arrefriouse bruscamente e rompeuse e calcinouse repetidamente ata que o contido de CaO libre no produto acabado foi inferior ao 1,0 %.

(4) aluminato tricálcico (c3A). Mesturáronse uniformemente CaO e A12O3, calcináronse a 1450 ℃ durante 4 h nun forno eléctrico de varillas de silicio-molibdeno, moíronse en po e calcináronse repetidamente ata que o contido de CaO libre foi inferior ao 1,0% e os picos de C12A7 e CA foron ignorado.

(5) éter de celulosa. O traballo anterior comparou os efectos de 16 tipos de éteres de celulosa na taxa de hidratación e liberación de calor do cemento Portland común, e descubriu que os diferentes tipos de éteres de celulosa teñen diferenzas significativas na lei de hidratación e liberación de calor do cemento, e analizou o mecanismo interno. desta diferenza significativa. Segundo os resultados do estudo anterior, seleccionáronse tres tipos de éter de celulosa que teñen un efecto retardador evidente sobre o cemento Portland común. Estes inclúen éter de hidroxietil celulosa (HEC), éter de hidroxipropil metil celulosa (HPMC) e éter de hidroxietil metil celulosa (HEMC). A viscosidade do éter de celulosa foi medida cun viscosímetro rotativo cunha concentración de proba do 2%, unha temperatura de 20 ℃ e unha velocidade de rotación de 12 r/min. A viscosidade do éter de celulosa foi medida cun viscosímetro rotativo cunha concentración de proba do 2%, unha temperatura de 20 ℃ e unha velocidade de rotación de 12 r/min. O grao de substitución molar do éter de celulosa é proporcionado polo fabricante.

(6) Auga. Use auga destilada secundaria.

2.2 Método de proba

Calor de hidratación. Adoptouse o calorímetro isotérmico de 8 canles TAM Air producido por TA Instrument Company. Todas as materias primas mantivéronse a temperatura constante para probar a temperatura (como (20 ± 0,5) ℃) antes do experimento. En primeiro lugar, engadíronse 3 g de cemento e 18 mg de éter de celulosa en po ao calorímetro (a relación de masa entre o éter de celulosa e o material cemelante foi do 0,6 %). Despois da mestura completa, engadiuse auga mesturada (auga destilada secundaria) segundo a proporción de auga-cemento especificada e removeuse uniformemente. Despois, colocouse rapidamente no calorímetro para probalo. A relación auga-aglutinante de c3A é 1,1 e a relación auga-aglutinante dos outros tres materiais cementosos é de 0,45.

3. Resultados e discusión

3.1 Resultados da proba

Os efectos de HEC, HPMC e HEMC sobre a taxa de liberación de calor de hidratación e a taxa de liberación de calor acumulada do cemento Portland ordinario, C3S e C3A dentro de 72 h, e os efectos de HEC sobre a taxa de liberación de calor de hidratación e a taxa de liberación de calor acumulada do cemento sulfoaluminato. dentro de 72 h, o HEC é o éter de celulosa co efecto de retardo máis forte na hidratación doutros cementos e mineral único. Combinando os dous efectos, pódese comprobar que co cambio da composición do material cementoso, o éter de celulosa ten diferentes efectos sobre a taxa de liberación de calor de hidratación e a liberación de calor acumulada. O éter de celulosa seleccionado pode reducir significativamente a taxa de hidratación e liberación de calor do cemento Portland ordinario e C, S, principalmente prolonga o tempo de indución, atrasa a aparición de pico de hidratación e liberación de calor, entre os que o éter de celulosa a hidratación C, S e O atraso da taxa de liberación de calor é máis obvio que a hidratación ordinaria do cemento Portland e o atraso da taxa de liberación de calor; O éter de celulosa tamén pode atrasar a taxa de liberación de calor da hidratación do cemento sulfoaluminato, pero a capacidade de retardo é moi débil e atrasa principalmente a hidratación despois de 2 h; Para a taxa de liberación de calor da hidratación C3A, o éter de celulosa ten unha débil capacidade de aceleración.

3.2 Análise e discusión

O mecanismo do éter celulósico retarda a hidratación do cemento. Silva et al. hipotetizou que o éter celulósico aumentaba a viscosidade da solución de poros e dificultaba a velocidade de movemento iónico, atrasando así a hidratación do cemento. Non obstante, moita literatura dubidou desta suposición, xa que os seus experimentos descubriron que os éteres de celulosa con menor viscosidade teñen unha capacidade máis forte para atrasar a hidratación do cemento. De feito, o tempo de movemento ou migración dos ións é tan curto que obviamente non é comparable ao tempo de atraso da hidratación do cemento. Considérase que a adsorción entre o éter de celulosa e os produtos de hidratación do cemento é a verdadeira razón do atraso da hidratación do cemento polo éter de celulosa. O éter de celulosa adsorbe facilmente na superficie de produtos de hidratación como o hidróxido de calcio, o xel de CSH e o hidrato de aluminato de calcio, pero non é fácil de ser adsorbido pola etringita e a fase deshidratada, e a capacidade de adsorción do éter de celulosa no hidróxido de calcio é maior que o do xel de CSH. Polo tanto, para os produtos de hidratación de cemento Portland ordinarios, o éter de celulosa ten o atraso máis forte no hidróxido de calcio, o atraso máis forte no calcio, o segundo atraso no xel CSH e o atraso máis débil na etringita.

Estudos anteriores demostraron que a adsorción entre o polisacárido non iónico e a fase mineral inclúe principalmente enlaces de hidróxeno e complexación química, e estes dous efectos ocorren entre o grupo hidroxilo do polisacárido e o hidróxido metálico na superficie do mineral. Liu et al. clasificou ademais a adsorción entre polisacáridos e hidróxidos metálicos como interacción ácido-base, cos polisacáridos como ácidos e hidróxidos metálicos como bases. Para un polisacárido dado, a alcalinidade da superficie mineral determina a forza da interacción entre polisacáridos e minerais. Entre os catro compoñentes xelificantes estudados neste traballo, os principais elementos metálicos ou non metálicos inclúen Ca, Al e Si. Segundo a orde de actividade do metal, a alcalinidade dos seus hidróxidos é Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. De feito, a disolución de Si(OH)4 é ácida e non adsorbe éter de celulosa. Polo tanto, O contido de Ca(OH)2 na superficie dos produtos de hidratación do cemento determina a capacidade de adsorción dos produtos de hidratación e éter de celulosa porque o hidróxido de calcio, o xel CSH (3CaO·2SiO2·3H20), etringita (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). e hidrato de aluminato de calcio (3CaO·Al2O3·6H2O) no contido de óxidos inorgánicos de CaO é do 100%, 58,33%, 49,56% e 62,2%. Polo tanto, a orde da súa capacidade de adsorción con éter de celulosa é hidróxido de calcio > calcio aluminato > xel CSH > etringita, que é consistente cos resultados da literatura.

Os produtos de hidratación do c3S inclúen principalmente Ca(OH) e xel csH, e o éter de celulosa ten un bo efecto de retardo sobre eles. Polo tanto, o éter de celulosa ten un atraso moi evidente na hidratación dos C3. Ademais de c3S, o cemento Portland común tamén inclúe a hidratación C2s, que é máis lenta, o que fai que o efecto de retardo do éter de celulosa non sexa obvio na fase inicial. Os produtos de hidratación do silicato común tamén inclúen etringita, e o efecto de retardo do éter de celulosa é pobre. Polo tanto, a capacidade de retardo do éter de celulosa aos c3s é máis forte que a do cemento Portland normal observado na proba.

C3A disolverase e hidratarase rapidamente cando se atopa coa auga, e os produtos de hidratación adoitan ser C2AH8 e c4AH13, e liberarase a calor de hidratación. Cando a solución de C2AH8 e c4AH13 alcanza a saturación, formarase a cristalización do hidrato de follas hexagonales C2AH8 e C4AH13 e reducirase ao mesmo tempo a velocidade de reacción e a calor de hidratación. Debido á adsorción do éter de celulosa á superficie do hidrato de aluminato de calcio (CxAHy), a presenza de éter de celulosa atrasaría a cristalización do hidrato de placas hexagonales C2AH8 e C4AH13, o que resultaría nunha diminución da velocidade de reacción e da taxa de liberación de calor de hidratación. de C3A puro, o que demostra que o éter de celulosa ten unha débil capacidade de aceleración para a hidratación de C3A. Paga a pena notar que nesta proba, o éter de celulosa ten unha débil capacidade de aceleración para a hidratación do c3A puro. Non obstante, no cemento Portland ordinario, porque o c3A reaccionará co xeso para formar etringita, debido á influencia do equilibrio de ca2+ na solución de suspensión, o éter de celulosa atrasará a formación de etringita, atrasando así a hidratación de c3A.

A partir dos efectos de HEC, HPMC e HEMC sobre a taxa de hidratación e liberación de calor e a liberación de calor acumulada do cemento Portland ordinario, C3S e C3A dentro de 72 h, e os efectos de HEC sobre a taxa de hidratación e liberación de calor e a liberación de calor acumulada do sulfoaluminato. cemento dentro de 72 h, pódese ver que entre os tres éteres de celulosa seleccionados, A capacidade de hidratación retardada de c3s e cemento Portland foi máis forte en HEC, seguido de HEMC e máis débil en HPMC. No que a C3A se refire, a capacidade dos tres éteres de celulosa para acelerar a hidratación tamén está na mesma orde, é dicir, HEC é o máis forte, HEMC é o segundo, HPMC é o máis débil e forte. Isto confirmou mutuamente que o éter de celulosa atrasou a formación de produtos de hidratación dos materiais xelificantes.

Os principais produtos de hidratación do cemento de sulfoaluminato son a etringita e o xel de Al(OH)3. O C2S do cemento de sulfoaluminato tamén se hidratará por separado para formar xel de Ca(OH)2 e cSH. Debido a que a adsorción de éter de celulosa e etringita pode ignorarse e a hidratación do sulfoaluminato é demasiado rápida, polo tanto, na fase inicial da hidratación, o éter de celulosa ten pouco efecto na taxa de liberación de calor de hidratación do cemento de sulfoaluminato. Pero ata un certo tempo de hidratación, porque os c2s hidrataranse por separado para xerar xel de Ca(OH)2 e CSH, estes dous produtos de hidratación veranse atrasados ​​polo éter de celulosa. Polo tanto, observouse que o éter de celulosa atrasou a hidratación do cemento sulfoaluminato despois de 2 h.

4. Conclusión

Neste artigo, a través da proba de calorimetría isotérmica, comparáronse a lei de influencia e o mecanismo de formación do éter de celulosa na calor de hidratación do cemento Portland común, c3s, c3A, cemento sulfoaluminato e outros compoñentes diferentes e mineral único en 72 h. As principais conclusións son as seguintes:

(1) O éter de celulosa pode reducir significativamente a taxa de liberación de calor de hidratación do cemento Portland común e do silicato tricálcico, e o efecto de reducir a taxa de liberación de calor de hidratación do silicato tricálcico é máis significativo; O efecto do éter de celulosa na redución da taxa de liberación de calor do cemento de sulfoaluminato é moi débil, pero ten un efecto débil na mellora da taxa de liberación de calor do aluminato tricálcico.

(2) O éter de celulosa será adsorbido por algúns produtos de hidratación, atrasando así a cristalización dos produtos de hidratación, afectando a taxa de liberación de calor da hidratación do cemento. O tipo e a cantidade de produtos de hidratación son diferentes para os diferentes compoñentes do mineral de factura de cemento, polo que o efecto do éter de celulosa na súa calor de hidratación non é o mesmo.