Celulozni eter na morfologiji ranog etringita

Učinci hidroksietil metil celuloznog etera i metil celuloznog etera na morfologiju etringita u ranoj cementnoj kaši proučavani su skenirajućom elektronskom mikroskopijom (SEM). Rezultati pokazuju da je omjer duljine i promjera kristala etringita u kaši modificiranoj hidroksietil metilceluloznim eterom manji nego u običnoj kaši, a morfologija kristala etringita je kratka štapićasta. Omjer duljine i promjera kristala etringita u kaši modificiranoj metilceluloznim eterom veći je od onog u običnoj kaši, a morfologija kristala etringita je igličasta. Kristali etringita u običnim cementnim kašama imaju omjer visine negdje između. Kroz gornju eksperimentalnu studiju dodatno je jasno da je razlika u molekularnoj težini dviju vrsta celuloznog etera najvažniji čimbenik koji utječe na morfologiju etringita.

Ključne riječi:etringit; Omjer duljine i promjera; Metil celulozni eter; Hidroksietil metil celulozni eter; morfologija

Ettringite, kao lagano ekspandirani proizvod za hidrataciju, ima značajan učinak na performanse cementnog betona i uvijek je bio žarište istraživanja materijala na bazi cementa. Etringit je vrsta trisulfidnog tipa kalcijevog aluminat hidrata, njegova kemijska formula je [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, ili se može napisati kao 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, često skraćeno kao AFt . U sustavu Portland cementa, etringit uglavnom nastaje reakcijom gipsa s aluminatnim ili željezo-aluminatnim mineralima, koji igra ulogu odgađanja hidratacije i rane čvrstoće cementa. Na stvaranje i morfologiju etringita utječu mnogi čimbenici kao što su temperatura, pH vrijednost i koncentracija iona. Još 1976. Metha i sur. koristili su skenirajuću elektronsku mikroskopiju za proučavanje morfoloških karakteristika AFt i otkrili da je morfologija takvih blago proširenih hidratacijskih produkata malo drugačija kada je prostor za rast bio dovoljno velik i kada je prostor ograničen. Prva je uglavnom bila vitka igličasta kugla, dok je druga bila uglavnom kratka štapićasta prizma. Istraživanje Yanga Wenyana pokazalo je da su AFt oblici različiti u različitim okruženjima stvrdnjavanja. Vlažna okolina bi odgodila stvaranje AFt u betonu dopiranom ekspanzijom i povećala mogućnost bubrenja i pucanja betona. Različita okruženja utječu ne samo na formiranje i mikrostrukturu AFt, već i na njegovu volumensku stabilnost. Chen Huxing i sur. otkrili su da se dugoročna stabilnost AFt smanjila s povećanjem sadržaja C3A. Clark i Monteiro et al. otkrili su da se s povećanjem pritiska okoliša kristalna struktura AFt promijenila iz reda u nered. Balonis i Glasser pregledali su promjene gustoće AFm i AFt. Renaudin i sur. proučavali su strukturne promjene AFt prije i nakon uranjanja u otopinu i strukturne parametre AFt u Ramanovom spektru. Kunther i sur. NMR je proučavao učinak interakcije između omjera kalcija i silicija u CSH gelu i sulfatnog iona na tlak kristalizacije AFt. U isto vrijeme, na temelju primjene AFt u materijalima na bazi cementa, Wenk i sur. proučavao AFt kristalnu orijentaciju betonskog presjeka kroz završnu tehnologiju rendgenske difrakcije tvrdog sinkrotronskog zračenja. Istraženo je stvaranje AFt u miješanom cementu i istraživačka žarišta etringita. Na temelju odgođene reakcije etringita, neki su znanstvenici proveli mnogo istraživanja o uzroku AFt faze.

Proširenje volumena uzrokovano stvaranjem etringita ponekad je povoljno i može djelovati kao "ekspanzija" slično ekspanzijskom sredstvu magnezijevog oksida za održavanje stabilnosti volumena materijala na bazi cementa. Dodatak polimerne emulzije i redisperzibilnog emulzijskog praha mijenja makroskopska svojstva materijala na bazi cementa zbog njihovog značajnog utjecaja na mikrostrukturu materijala na bazi cementa. Međutim, za razliku od redisperzibilnog emulzijskog praha koji uglavnom poboljšava svojstvo vezivanja stvrdnute žbuke, polimer celulozni eter (CE) topiv u vodi daje novozamiješanoj žbuci dobar učinak zadržavanja vode i zgušnjavanja, čime se poboljšava radna izvedba. Obično se koristi neionski CE, uključujući metil celulozu (MC), hidroksietil celulozu (HEC), hidroksipropil metil celulozu (HPMC),hidroksietil metil celuloza (HEMC), itd., a CE igra ulogu u novozamiješanom mortu, ali također utječe na proces hidratacije cementne kaše. Studije su pokazale da HEMC mijenja količinu AFt proizvedenog kao produkt hidratacije. Međutim, niti jedna studija nije sustavno uspoređivala učinak CE na mikroskopsku morfologiju AFt, pa ovaj rad istražuje razliku između učinka HEMC i MC na mikroskopsku morfologiju ettringhama u ranoj (1-dnevnoj) cementnoj kaši kroz analizu slike i usporedba.

1. Eksperimentirajte

1.1 Sirovine

P·II 52.5R Portland cement kojeg proizvodi Anhui Conch Cement Co., LTD odabran je kao cement u eksperimentu. Dva celulozna etera su hidroksietil metilceluloza (HEMC) i metilceluloza (metilceluloza, Shanghai Sinopath Group). MC); Voda za miješanje je voda iz slavine.

1.2 Eksperimentalne metode

Vodocementni omjer uzorka cementne paste bio je 0,4 (maseni omjer vode i cementa), a udio celuloznog etera bio je 1% mase cementa. Priprema uzorka provedena je prema GB1346-2011 “Metoda ispitivanja potrošnje vode, vremena stvrdnjavanja i stabilnosti standardne konzistencije cementa”. Nakon formiranja uzorka, plastični film je inkapsuliran na površinu kalupa kako bi se spriječilo isparavanje površinske vode i karbonizacija, a uzorak je stavljen u prostoriju za očvršćavanje s temperaturom od (20±2)℃ i relativnom vlagom od (60±5 ) %. Nakon 1 dana, kalup je uklonjen, a uzorak je slomljen, zatim je mali uzorak uzet iz sredine i namočen u bezvodni etanol da se prekine hidratacija, a uzorak je izvađen i osušen prije testiranja. Osušeni uzorci zalijepljeni su na stol za uzorke provodljivim dvostranim ljepilom, a sloj zlatnog filma raspršen je na površinu Cressington 108auto automatskim ionskim raspršivačem. Struja raspršivanja bila je 20 mA, a vrijeme raspršivanja 60 s. FEI QUANTAFEG 650 ekološki skenirajući elektronski mikroskop (ESEM) korišten je za promatranje morfoloških karakteristika AFt na presjeku uzorka. Način sekundarnog elektrona visokog vakuuma korišten je za promatranje AFT-a. Napon ubrzanja bio je 15 kV, promjer točke snopa bio je 3,0 nm, a radna udaljenost je kontrolirana na oko 10 mm.

2. Rezultati i rasprava

SEM slike etringita u očvrsloj cementnoj kaši modificiranoj HEMC-om pokazale su da je orijentacijski rast slojevitog Ca (OH)2(CH) očigledan, a AFt je pokazao nepravilno nakupljanje kratkog štapićastog AFt, a neki kratki štapićasti AFT su bili pokriveni s HEMC strukturom membrane. Zhang Dongfang i sur. također je pronašao kratki štapićasti AFt pri promatranju promjena mikrostrukture HEMC modificirane cementne kaše kroz ESEM. Vjerovali su da je obična cementna kaša brzo reagirala nakon susreta s vodom, pa je AFt kristal bio vitak, a produljenje hidratacijske dobi dovelo je do stalnog povećanja omjera duljine i promjera. Međutim, HEMC je povećao viskoznost otopine, smanjio brzinu vezanja iona u otopini i odgodio dolazak vode na površinu čestica klinkera, pa je omjer duljine i promjera AFt porastao u slabom trendu, a njegove morfološke karakteristike pokazale su kratki štapićast oblik. U usporedbi s AFt u običnoj cementnoj kaši iste starosti, ova je teorija djelomično potvrđena, ali nije primjenjiva za objašnjenje morfoloških promjena AFt u MC modificiranoj cementnoj kaši. SEM slike etridita u 1 dan očvrslom MC modificiranom cementnom kaši također su pokazale usmjereni rast slojevitog Ca(OH)2, neke AFt površine su također bile prekrivene filmskom strukturom MC, a AFt je pokazao morfološke karakteristike rasta klastera. Međutim, za usporedbu, AFt kristal u MC modificiranoj cementnoj kaši ima veći omjer duljine i promjera i tanju morfologiju, pokazujući tipičnu igličastu morfologiju.

I HEMC i MC odgodili su rani proces hidratacije cementa i povećali viskoznost otopine, ali su razlike u morfološkim karakteristikama AFt uzrokovane njima i dalje bile značajne. Gore navedeni fenomeni mogu se dalje razraditi iz perspektive molekularne strukture celuloznog etera i kristalne strukture AFt. Renaudin i sur. namočili sintetizirani AFt u pripremljenu otopinu lužine kako bi dobili "mokri AFt", te ga djelomično uklonili i osušili na površini zasićene otopine CaCl2 (35% relativne vlažnosti) kako bi dobili "suhi AFt". Nakon istraživanja rafiniranja strukture Ramanovom spektroskopijom i difrakcijom rendgenskih zraka na prahu, utvrđeno je da nema razlike između dviju struktura, samo se smjer stvaranja kristala stanica promijenio u procesu sušenja, odnosno u procesu okoliša. promjena iz "mokrog" u "suho", AFt kristali formiraju stanice duž normalnog smjera postupno povećane. Kristala AFt duž c normalnog smjera postajalo je sve manje. Najosnovnija jedinica trodimenzionalnog prostora sastoji se od normalne crte, b normalne crte i c normalne crte koje su okomite jedna na drugu. U slučaju da su b normale bile fiksirane, AFt kristali su se grupirali duž normale, što je rezultiralo povećanim presjekom stanice u ravnini ab normala. Dakle, ako HEMC "pohranjuje" više vode nego MC, može doći do "suhog" okruženja u lokaliziranom području, potičući lateralnu agregaciju i rast AFt kristala. Patural i sur. otkrili su da za sam CE, što je viši stupanj polimerizacije (ili što je veća molekularna težina), veća je viskoznost CE i bolja je sposobnost zadržavanja vode. Molekularna struktura HEMC-a i MCS-a podržava ovu hipotezu, pri čemu hidroksietilna skupina ima mnogo veću molekularnu težinu od vodikove skupine.

Općenito, AFt kristali će se formirati i precipitirati samo kada relevantni ioni dostignu određeno zasićenje u sustavu otopine. Stoga čimbenici kao što su koncentracija iona, temperatura, pH vrijednost i prostor za formiranje u reakcijskoj otopini mogu značajno utjecati na morfologiju AFt kristala, a promjene u uvjetima umjetne sinteze mogu promijeniti morfologiju AFt kristala. Stoga, omjer AFt kristala u običnoj cementnoj kaši između njih može biti uzrokovan jednim faktorom potrošnje vode u ranoj hidrataciji cementa. Međutim, razlika u morfologiji kristala AFt uzrokovana HEMC i MC trebala bi biti uglavnom posljedica njihovog posebnog mehanizma zadržavanja vode. Hemcs i MCS stvaraju "zatvorenu petlju" transporta vode unutar mikrozone svježe cementne kaše, omogućujući "kratko razdoblje" u kojem je voda "lako ući, a teško izaći." Međutim, tijekom tog razdoblja, okolina tekuće faze ui blizu mikrozone se također mijenja. Čimbenici kao što su koncentracija iona, pH, itd. Promjena okoline rasta nadalje se odražava na morfološke karakteristike AFt kristala. Ovaj "zatvoreni krug" transporta vode sličan je mehanizmu djelovanja koji su opisali Pourchez et al. HPMC igra ulogu u zadržavanju vode.

3. Zaključak

(1) Dodavanje hidroksietil metil celuloznog etera (HEMC) i metil celuloznog etera (MC) može značajno promijeniti morfologiju etringita u ranoj (1 dan) običnoj cementnoj kaši.

(2) Duljina i promjer kristala etringita u HEMC modificiranoj cementnoj kaši mali su i imaju kratki štapićasti oblik; Omjer duljine i promjera kristala etringita u MC modificiranoj cementnoj kaši je velik, što je igličastog oblika. Kristali etringita u običnim cementnim kašama imaju omjer između ova dva.

(3) Različiti učinci dvaju celuloznih etera na morfologiju etringita uglavnom su posljedica razlike u molekularnoj težini.