Učinak celuloznog etera na toplinu hidratacije različitih cementa i pojedinačne rude

učinci celuloznog etera na hidratacijsku toplinu portland cementa, sulfoaluminatnog cementa, trikalcijevog silikata i trikalcijevog aluminata u 72 sata uspoređeni su izotermalnim kalorimetrijskim testom. Rezultati pokazuju da celulozni eter može značajno smanjiti hidrataciju i brzinu otpuštanja topline portland cementa i trikalcijeva silikata, a učinak smanjenja na hidrataciju i brzinu otpuštanja topline trikalcijeva silikata je značajniji. Učinak celuloznog etera na smanjenje brzine otpuštanja topline hidratacije sulfoaluminatnog cementa vrlo je slab, ali ima slab učinak na poboljšanje brzine otpuštanja topline hidratacije trikalcijevog aluminata. Celulozni eter će biti adsorbiran od strane nekih proizvoda hidratacije, čime će se odgoditi kristalizacija proizvoda hidratacije, a zatim utjecati na brzinu oslobađanja topline hidratacije cementa i pojedinačne rude.

Ključne riječi:celulozni eter; Cement; Jednostruka ruda; Toplina hidratacije; adsorpcija

1. Uvod

Celulozni eter važno je sredstvo za zgušnjavanje i sredstvo za zadržavanje vode u suhom miješanom mortu, samozbijajućem betonu i drugim novim materijalima na bazi cementa. Međutim, celulozni eter također će odgoditi hidrataciju cementa, što je pogodno za poboljšanje radnog vremena materijala na bazi cementa, poboljšanje konzistencije morta i gubitak vremena slijeganja betona, ali također može odgoditi napredak izgradnje. Osobito će imati negativne učinke na mort i beton koji se koriste u uvjetima niske temperature okoline. Stoga je vrlo važno razumjeti zakon celuloznog etera na kinetiku hidratacije cementa.

OU i Pourchez sustavno su proučavali učinke molekularnih parametara kao što su molekularna težina celuloznog etera, vrsta supstituenta ili stupanj supstitucije na kinetiku hidratacije cementa i izvukli mnoge važne zaključke: Sposobnost hidroksietil celuloznog etera (HEC) da odgodi hidrataciju cement je obično jači od cementa metil celuloznog etera (HPMC), hidroksimetil etil celuloznog etera (HEMC) i metil celuloznog etera (MC). U celuloznom eteru koji sadrži metil, što je niži sadržaj metila, to je jača sposobnost odgađanja hidratacije cementa; Što je niža molekularna težina celuloznog etera, to je veća sposobnost odgađanja hidratacije cementa. Ovi zaključci pružaju znanstvenu osnovu za pravilan odabir celuloznog etera.

Za različite komponente cementa, učinak celuloznog etera na kinetiku hidratacije cementa također je vrlo zabrinjavajući problem u inženjerskim primjenama. Međutim, nema istraživanja o ovom aspektu. U ovom radu proučavan je utjecaj celuloznog etera na kinetiku hidratacije običnog portland cementa, C3S (trikalcijevog silikata), C3A (trikalcijevog aluminata) i sulfoaluminatnog cementa (SAC) putem izotermalnog kalorimetrijskog testa, kako bi se dodatno razumjela interakcija i unutarnji mehanizam između celuloznog etera i proizvoda hidratacije cementa. Pruža daljnju znanstvenu osnovu za racionalnu upotrebu celuloznog etera u materijalima na bazi cementa i također pruža istraživačku osnovu za interakciju između drugih dodataka i produkata hidratacije cementa.

2. Testirajte

2.1 Sirovine

(1) obični portland cement (P·0). Proizveo Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., specifikacija je P· 042.5 (GB 175-2007), određena rendgenskim fluorescentnim spektrometrom tipa disperzije valne duljine (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Prema analizi softvera JADE 5.0, osim minerala cementnog klinkera C3S, C2s, C3A, C4AF i gipsa, cementne sirovine čine i kalcijev karbonat.

(2) sulfoaluminatni cement (SAC). Brzi tvrdi sulfoaluminatni cement koji proizvodi Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. je R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Njegove glavne skupine su kalcijev sulfoaluminat i dikalcijev silikat.

(3) trikalcijev silikat (C3S). Preša Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 i H2O u omjeru 3:1:0,08: Maseni omjer 10 ravnomjerno je pomiješan i prešan pod konstantnim tlakom od 60MPa kako bi se dobila cilindrična zelena gredica. Gredica je kalcinirana na 1400 ℃ 1,5 ~ 2 h u visokotemperaturnoj električnoj peći od silicij-molibdenske šipke, a zatim premještena u mikrovalnu pećnicu za daljnje mikrovalno zagrijavanje 40 minuta. Nakon vađenja trupac je naglo ohlađen i opetovano lomljen i kalciniran dok udio slobodnog CaO u gotovom proizvodu nije bio manji od 1,0 %.

(4) trikalcijev aluminat (c3A). CaO i A12O3 ravnomjerno su pomiješani, kalcinirani na 1450 ℃ 4 h u električnoj peći od silicij-molibdenove šipke, samljeveni u prah i opetovano kalcinirani sve dok sadržaj slobodnog CaO nije bio manji od 1,0%, a vrhovi C12A7 i CA su bili ignorirani.

(5) celulozni eter. Prethodni rad uspoređivao je učinke 16 vrsta celuloznih etera na brzinu hidratacije i otpuštanja topline običnog portland cementa i otkrio da različite vrste celuloznih etera imaju značajne razlike u zakonu o hidrataciji i otpuštanju topline cementa, te je analizirao unutarnji mehanizam ove značajne razlike. Prema rezultatima prethodnog istraživanja odabrane su tri vrste celuloznog etera koji imaju očigledan usporavajući učinak na obični portland cement. To uključuje hidroksietil celulozni eter (HEC), hidroksipropil metil celulozni eter (HPMC) i hidroksietil metil celulozni eter (HEMC). Viskoznost celuloznog etera izmjerena je rotacijskim viskozimetrom s ispitnom koncentracijom od 2%, temperaturom od 20 ℃ i brzinom vrtnje od 12 o/min. Viskoznost celuloznog etera izmjerena je rotacijskim viskozimetrom s ispitnom koncentracijom od 2%, temperaturom od 20 ℃ i brzinom vrtnje od 12 o/min. Molarni stupanj supstitucije celuloznog etera daje proizvođač.

(6) Voda. Koristite sekundarnu destiliranu vodu.

2.2 Metoda ispitivanja

Toplina hidratacije. Usvojen je 8-kanalni izotermalni kalorimetar TAM Air proizvođača TA Instrument Company. Sve sirovine su održavane na konstantnoj temperaturi do temperature ispitivanja (kao što je (20± 0,5) ℃) prije eksperimenta. Najprije je u kalorimetar dodano 3 g cementa i 18 mg praha celuloznog etera (maseni omjer celuloznog etera i cemelativnog materijala bio je 0,6%). Nakon potpunog miješanja dodana je miješana voda (sekundarna destilirana voda) prema navedenom vodocementnom omjeru i ravnomjerno miješana. Zatim je brzo stavljen u kalorimetar za testiranje. Omjer vode i veziva c3A je 1,1, a omjer vode i veziva ostala tri cementna materijala je 0,45.

3. Rezultati i rasprava

3.1 Rezultati ispitivanja

Učinci HEC, HPMC i HEMC na brzinu otpuštanja topline hidratacije i kumulativnu stopu otpuštanja topline običnog portland cementa, C3S i C3A unutar 72 sata, te učinci HEC na brzinu otpuštanja topline hidratacije i kumulativnu brzinu otpuštanja topline sulfoaluminatnog cementa unutar 72 h, HEC je celulozni eter s najjačim učinkom odgode na hidrataciju drugog cementa i pojedinačne rude. Kombinirajući dva učinka, može se ustanoviti da s promjenom sastava cementnog materijala, celulozni eter ima različite učinke na brzinu oslobađanja topline hidratacije i kumulativno oslobađanje topline. Odabrani celulozni eter može značajno smanjiti hidrataciju i brzinu otpuštanja topline običnog Portland cementa i C, S, uglavnom produžuje vrijeme indukcijskog razdoblja, odgađa pojavu hidratacije i vrhunca otpuštanja topline, među kojima je celulozni eter na C, S hidrataciju i kašnjenje stope otpuštanja topline očitije je od hidratacije običnog portland cementa i kašnjenja stope otpuštanja topline; Celulozni eter također može odgoditi brzinu otpuštanja topline hidratacije sulfoaluminatnog cementa, ali sposobnost odgode je vrlo slaba i uglavnom odgađa hidrataciju nakon 2 sata; Za brzinu oslobađanja topline hidratacije C3A, celulozni eter ima slabu sposobnost ubrzavanja.

3.2 Analiza i rasprava

Mehanizam celuloznog etera odgađa hidrataciju cementa. Silva i sur. pretpostavio je da celulozni eter povećava viskoznost otopine pora i usporava brzinu kretanja iona, čime se usporava hidratacija cementa. Međutim, velika literatura sumnja u ovu pretpostavku, jer su njihovi eksperimenti otkrili da celulozni eteri s nižom viskoznošću imaju jaču sposobnost odgađanja hidratacije cementa. Zapravo, vrijeme kretanja iona ili migracije je toliko kratko da se očito ne može usporediti s vremenom kašnjenja hidratacije cementa. Adsorpcija između celuloznog etera i proizvoda hidratacije cementa smatra se pravim razlogom kašnjenja hidratacije cementa celuloznim eterom. Celulozni eter se lako adsorbira na površinu proizvoda hidratacije kao što su kalcijev hidroksid, CSH gel i kalcijev aluminat hidrat, ali ga nije lako adsorbirati etringitom i nehidratiranom fazom, a adsorpcijski kapacitet celuloznog etera na kalcijevom hidroksidu veći je od onaj CSH gela. Stoga, za obične produkte hidratacije portland cementa, celulozni eter ima najjače odlaganje na kalcijev hidroksid, najjače odlaganje na kalcij, drugo odlaganje na CSH gel i najslabije odlaganje na etringit.

Prethodne studije pokazale su da adsorpcija između neionskog polisaharida i mineralne faze uglavnom uključuje vodikovo vezivanje i kemijsko kompleksiranje, a ta se dva učinka javljaju između hidroksilne skupine polisaharida i metalnog hidroksida na površini minerala. Liu i sur. dalje je klasificirao adsorpciju između polisaharida i metalnih hidroksida kao kiselinsko-baznu interakciju, s polisaharidima kao kiselinama i metalnim hidroksidima kao bazama. Za određeni polisaharid, lužnatost površine minerala određuje snagu interakcije između polisaharida i minerala. Među četiri gelirajuće komponente proučavane u ovom radu, glavni metalni ili nemetalni elementi uključuju Ca, Al i Si. Prema redoslijedu aktivnosti metala, alkalnost njihovih hidroksida je Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Zapravo, otopina Si(OH)4 je kisela i ne adsorbira celulozni eter. Stoga, sadržaj Ca(OH)2 na površini proizvoda hidratacije cementa određuje adsorpcijski kapacitet produkata hidratacije i celuloznog etera Jer kalcijev hidroksid, CSH gel (3CaO·2SiO2·3H20), etringit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). i kalcijev aluminat hidrat (3CaO·Al2O3·6H2O) u sadržaju anorganskih oksida CaO je 100%, 58,33%, 49,56% i 62,2%. aluminat >CSH gel > etringit, što je u skladu s rezultatima u literaturi.

Produkti hidratacije c3S uglavnom uključuju Ca(OH) i csH gel, a celulozni eter ima dobar učinak odgode na njih. Stoga celulozni eter ima vrlo očito kašnjenje hidratacije C3s. Osim c3S, obični portland cement također uključuje C2s hidrataciju koja je sporija, što čini učinak kašnjenja celuloznog etera nevidljivim u ranoj fazi. Produkti hidratacije običnog silikata također uključuju etringit, a učinak kašnjenja celuloznog etera je slab. Stoga je sposobnost kašnjenja celuloznog etera na c3s jača nego kod običnog portland cementa promatranog u testu.

C3A će se brzo otopiti i hidratizirati kada se susretne s vodom, a proizvodi hidratacije su obično C2AH8 i c4AH13, a toplina hidratacije će se osloboditi. Kada otopina C2AH8 i c4AH13 dosegne zasićenje, formirat će se kristalizacija C2AH8 i C4AH13 heksagonalnog sloja hidrata, a brzina reakcije i toplina hidratacije će se istovremeno smanjiti. Zbog adsorpcije celuloznog etera na površinu kalcijevog aluminat hidrata (CxAHy), prisutnost celuloznog etera odgodila bi kristalizaciju C2AH8 i C4AH13 heksagonalno pločastog hidrata, što bi rezultiralo smanjenjem brzine reakcije i brzine otpuštanja topline hidratacije od one čistog C3A, što pokazuje da celulozni eter ima slabu sposobnost ubrzanja hidratacije C3A. Vrijedno je napomenuti da u ovom testu celulozni eter ima slabu sposobnost ubrzavanja hidratacije čistog c3A. Međutim, u običnom portlandskom cementu, budući da će c3A reagirati sa gipsom i formirati etringit, zbog utjecaja ca2+ ravnoteže u otopini mulja, celulozni eter će odgoditi stvaranje etringita, čime će se odgoditi hidratacija c3A.

Iz učinaka HEC, HPMC i HEMC na brzinu hidratacije i otpuštanja topline i kumulativno otpuštanje topline običnog portland cementa, C3S i C3A unutar 72 h, te učinaka HEC na brzinu hidratacije i otpuštanja topline i kumulativno otpuštanje topline sulfoaluminata cementa unutar 72 h, može se vidjeti da je među tri odabrana celulozna etera, sposobnost odgođene hidratacije c3s i portland cementa bila najjača u HEC, zatim HEMC, a najslabija u HPMC. Što se tiče C3A, sposobnost tri celulozna etera da ubrzaju hidrataciju je također u istom redoslijedu, odnosno HEC je najjači, HEMC je drugi, HPMC je najslabiji i najjači. To je obostrano potvrdilo da je celulozni eter odgodio stvaranje produkata hidratacije želirajućih materijala.

Glavni proizvodi hidratacije sulfoaluminatnog cementa su etringit i Al(OH)3 gel. C2S u sulfoaluminatnom cementu će se također odvojeno hidratizirati i formirati Ca(OH)2 i cSH gel. Budući da se adsorpcija celuloznog etera i etringita može zanemariti, a hidratacija sulfoaluminata je prebrza, stoga, u ranoj fazi hidratacije, celulozni eter ima mali učinak na brzinu otpuštanja topline hidratacije sulfoaluminatnog cementa. Ali do određenog vremena hidratacije, budući da će c2s odvojeno hidratizirati kako bi proizveli Ca(OH)2 i CSH gel, ova dva proizvoda hidratacije će biti odgođena celuloznim eterom. Stoga je uočeno da celulozni eter odgađa hidrataciju sulfoaluminatnog cementa nakon 2 sata.

4. Zaključak

U ovom radu, putem izotermalnog kalorimetrijskog testa, uspoređen je zakon utjecaja i mehanizam stvaranja celuloznog etera na toplinu hidratacije običnog portland cementa, c3s, c3A, sulfoaluminatnog cementa i drugih različitih komponenti i pojedinačne rude u 72 sata. Glavni zaključci su sljedeći:

(1) Celulozni eter može značajno smanjiti stopu otpuštanja hidratacijske topline običnog Portland cementa i trikalcijevog silikata, a učinak smanjenja brzine otpuštanja hidratacijske topline trikalcijevog silikata je značajniji; Učinak celuloznog etera na smanjenje brzine otpuštanja topline sulfoaluminatnog cementa vrlo je slab, ali ima slab učinak na poboljšanje brzine otpuštanja topline trikalcijevog aluminata.

(2) celulozni eter će se adsorbirati od strane nekih proizvoda hidratacije, čime se odgađa kristalizacija proizvoda hidratacije, utječući na brzinu oslobađanja topline hidratacije cementa. Vrsta i količina produkata hidratacije različita je za različite komponente cementne rude, pa učinak celuloznog etera na njihovu hidratacijsku toplinu nije isti.