Cellulóz-éter a korai ettringit morfológiájáról

A hidroxi-etil-metil-cellulóz-éter és a metil-cellulóz-éter hatását a korai cementiszap ettringitjének morfológiájára pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) vizsgáltuk. Az eredmények azt mutatják, hogy a hidroxi-etil-metil-cellulóz-éterrel módosított iszapban az ettringit kristályok hossz-átmérő aránya kisebb, mint a közönséges zagyban, és az ettringit kristályok morfológiája rövid rúdszerű. A metil-cellulóz-éterrel módosított szuszpenzióban az ettringit kristályok hossz-átmérő aránya nagyobb, mint a közönséges zagyban, és az ettringit kristályok morfológiája tűpálcás. A közönséges cementiszapokban lévő ettringit kristályok méretaránya valahol a kettő között van. A fenti kísérleti vizsgálatból az is kiderül, hogy az ettringit morfológiáját leginkább a kétféle cellulóz-éter molekulatömegének különbsége befolyásolja.

Kulcsszavak:ettringit; Hosszúság-átmérő arány; metil-cellulóz-éter; hidroxi-etil-metil-cellulóz-éter; morfológia

Az ettringit, mint enyhén expandált hidratáló termék, jelentős hatással van a cementbeton teljesítményére, és mindig is a cement alapú anyagok kutatási gócpontja volt. Az ettringit egyfajta triszulfid típusú kalcium-aluminát-hidrát, kémiai képlete [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, vagy 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O-ként írható, gyakran AFt-ként rövidítve. . A portlandcement rendszerben az ettringit főként a gipsz és aluminát vagy vas-aluminát ásványok reakciójával jön létre, ami a cement hidratációjának késleltetésében és korai szilárdságában játszik szerepet. Az ettringit kialakulását és morfológiáját számos tényező befolyásolja, mint például a hőmérséklet, a pH-érték és az ionkoncentráció. Már 1976-ban Metha et al. pásztázó elektronmikroszkópiát használt az AFt morfológiai jellemzőinek tanulmányozására, és megállapította, hogy az ilyen enyhén expandált hidratációs termékek morfológiája kissé eltér, ha a növekedési tér elég nagy volt, és ha a hely korlátozott. Az előbbi többnyire vékony tűrúd alakú gömbök, míg az utóbbi többnyire rövid rúd alakú prizma volt. Yang Wenyan kutatása megállapította, hogy az AFt formák eltérőek a különböző térhálósítási környezetekben. A nedves környezet késlelteti az AFt képződését a tágulással adalékolt betonban, és növeli a beton duzzadásának és repedésének lehetőségét. A különböző környezetek nemcsak az AFt képződését és mikroszerkezetét, hanem térfogati stabilitását is befolyásolják. Chen Huxing et al. megállapították, hogy az AFt hosszú távú stabilitása a C3A tartalom növekedésével csökkent. Clark és Monteiro et al. azt találták, hogy a környezeti nyomás növekedésével az AFt kristályszerkezete rendezettségből rendezetlenné változott. Balonis és Glasser áttekintette az AFm és AFt sűrűségváltozásait. Renaudin et al. tanulmányozta az AFt szerkezeti változásait oldatba merítés előtt és után, valamint az AFt szerkezeti paramétereit a Raman spektrumban. Kunther et al. a CSH gél kalcium-szilícium aránya és a szulfátion közötti kölcsönhatás hatását tanulmányozta az AFt kristályosodási nyomásra NMR segítségével. Ugyanakkor az AFt cement alapú anyagokban történő alkalmazása alapján Wenk et al. a betonmetszet AFt kristály orientációját tanulmányozta kemény szinkrotron sugárzás röntgendiffrakciós befejező technológiával. Feltárták az AFt képződését vegyes cementben és az ettringit kutatási gócpontját. A késleltetett ettringitreakció alapján egyes tudósok sok kutatást végeztek az AFt fázis okára vonatkozóan.

Az ettringit képződése okozta térfogat-tágulás esetenként kedvező, és a magnézium-oxid tágulási szerhez hasonlóan „tágulásként” működhet a cement alapú anyagok térfogatstabilitásának megőrzésében. A polimer emulzió és az újradiszpergálható emulziópor hozzáadása megváltoztatja a cement alapú anyagok makroszkopikus tulajdonságait a cement alapú anyagok mikroszerkezetére gyakorolt ​​jelentős hatásuk miatt. Ellentétben az újradiszpergálható emulzióporral, amely főként a megszilárdult habarcs kötési tulajdonságait javítja, a vízben oldódó polimer cellulóz-éter (CE) jó vízmegtartó és sűrítő hatást biztosít az újonnan kevert habarcsnak, így javítja a munkateljesítményt. A nemionos CE-t gyakran használják, beleértve a metil-cellulózt (MC), a hidroxi-etil-cellulózt (HEC), a hidroxi-propil-metil-cellulózt (HPMC),hidroxi-etil-metil-cellulóz (HEMC)stb., és a CE szerepet játszik az újonnan kevert habarcsban, de hatással van a cementiszap hidratációs folyamatára is. Tanulmányok kimutatták, hogy a HEMC megváltoztatja a hidratációs termékként termelődő AFt mennyiségét. Azonban egyetlen tanulmány sem hasonlította össze szisztematikusan a CE hatását az AFt mikroszkópos morfológiájára, ezért ez a cikk a HEMC és az MC hatásának különbségét vizsgálja a korai (1 napos) cementszuszpenzióban lévő ettringham mikroszkopikus morfológiájára képanalízis és összehasonlítás.

1. Kísérlet

1.1 Nyersanyagok

A kísérletben cementként az Anhui Conch Cement Co., LTD által gyártott P·II 52.5R portlandcementet választottuk. A két cellulóz-éter a hidroxi-etil-metil-cellulóz (HEMC) és a metil-cellulóz (metilcellulóz, Shanghai Sinopath Group). MC); A keverővíz csapvíz.

1.2 Kísérleti módszerek

A cementpaszta minta víz-cement aránya 0,4 (a víz cementhez viszonyított tömegaránya), a cellulóz-éter tartalma a cement tömegének 1%-a. A minta előkészítése a GB1346-2011 „A vízfogyasztás, a beállítási idő és a cement standard konzisztenciájának stabilitása vizsgálati módszere” szerint történt. A minta kialakítása után a forma felületére műanyag fóliát kapszuláztunk, hogy megakadályozzuk a felszíni víz elpárolgását és elszenesedését, majd a mintát egy (20±2)℃ hőmérsékletű és (60±5) relatív páratartalmú kezelőhelyiségbe helyezzük. ) %. 1 nap elteltével a formát eltávolítottuk, a próbatestet eltörtük, majd a közepéből egy kis mintát vettünk és vízmentes etanolba áztattuk a hidratáció megállítására, majd a mintát kiszedtük és a vizsgálat előtt megszárítottuk. A megszáradt mintákat vezetőképes kétoldalas ragasztóval ragasztottuk a mintaasztalra, majd Cressington 108auto automata ionporlasztó műszerrel arany filmréteget szórtunk a felületre. A porlasztási áram 20 mA, a porlasztási idő 60 s. FEI QUANTAFEG 650 környezeti pásztázó elektronmikroszkópot (ESEM) használtunk az AFt morfológiai jellemzőinek megfigyelésére a mintadarabon. A nagyvákuumú szekunder elektron módot használták az AFT megfigyelésére. A gyorsító feszültség 15 kV, a nyalábfolt átmérője 3,0 nm, a munkatávolság pedig kb. 10 mm volt.

2. Eredmények és megbeszélés

A keményített HEMC-módosított cementiszapban készült ettringit SEM-képei azt mutatták, hogy a réteges Ca (OH) 2 (CH) orientációnövekedése nyilvánvaló volt, és az AFt a rövid rúdszerű AFt szabálytalan felhalmozódását mutatta, és néhány rövid rúdszerű AFT lefedett. HEMC membrán szerkezettel. Zhang Dongfang et al. rövid rúdszerű AFt-t is találtak a HEMC módosított cementiszap mikroszerkezeti változásainak megfigyelésekor az ESEM-en keresztül. Úgy gondolták, hogy a közönséges cementiszap gyorsan reagál a vízzel való találkozás után, így az AFt kristály vékony volt, és a hidratációs kor meghosszabbodása a hossz-átmérő arány folyamatos növekedéséhez vezetett. A HEMC azonban növelte az oldat viszkozitását, csökkentette az ionok megkötési sebességét az oldatban és késleltette a víz megérkezését a klinkerrészecskék felületére, így az AFt hossz-átmérő aránya gyenge trendben nőtt, és morfológiai jellemzői is megmutatkoztak. rövid rúdszerű forma. Az azonos korú közönséges cementiszap AFt-jével összehasonlítva ez az elmélet részben igazolt, de nem alkalmas az AFt morfológiai változásainak magyarázatára MC módosított cementiszapban. Az ettridit 1 napos keményített MC-módosított cementszuszpenziójában készült SEM felvételei szintén a réteges Ca(OH)2 orientált növekedését mutatták, néhány AFt felületet szintén MC filmszerkezet borított, az AFt pedig a klaszternövekedés morfológiai jellemzőit mutatta. Összehasonlításképpen azonban az MC-módosított cementiszapban lévő AFt-kristálynak nagyobb a hossz-átmérő aránya és karcsúbb a morfológiája, ami tipikus hegyes morfológiát mutat.

Mind a HEMC, mind az MC késleltette a cement korai hidratációs folyamatát és növelte az oldat viszkozitását, de az általuk okozott AFt morfológiai jellemzők közötti különbségek továbbra is jelentősek voltak. A fenti jelenségek a cellulóz-éter molekulaszerkezete és az AFt kristályszerkezet szempontjából tovább részletezhetők. Renaudin et al. a szintetizált AFt-t az elkészített lúgoldatba áztatta, hogy „nedves AFt”-t kapjon, majd részben eltávolítva telített CaCl2-oldat (35%-os relatív páratartalom) felületén szárítva „száraz AFt-t” kapjon. A Raman-spektroszkópiás és röntgen-pordiffrakciós szerkezetfinomító vizsgálat után megállapították, hogy a két szerkezet között nincs különbség, csak a sejtek kristályképződési iránya változott a szárítási folyamatban, vagyis a környezeti hatások során. „nedves”-ről „száraz”-ra változott, az AFt kristályok normál irányban képződtek, fokozatosan növekedtek. Az AFt kristályok c normál irányban egyre kevesebb lett. A háromdimenziós tér legalapvetőbb egysége egy normál egyenesből, b normál egyenesből és c normál egyenesből áll, amelyek merőlegesek egymásra. Abban az esetben, ha a b normált rögzítettük, az AFt kristályok a normálok mentén csoportosultak, ami az ab normálok síkjában megnagyobbodott sejtkeresztmetszetet eredményezett. Így, ha a HEMC több vizet „tárol”, mint az MC, „száraz” környezet alakulhat ki egy lokalizált területen, ami elősegíti az AFt kristályok oldalirányú aggregációját és növekedését. Patural et al. azt találta, hogy maga a CE esetében minél magasabb a polimerizáció foka (vagy minél nagyobb a molekulatömeg), annál nagyobb a CE viszkozitása és annál jobb a vízmegtartó képessége. A HEMC-k és az MCS-ek molekuláris szerkezete alátámasztja ezt a hipotézist, mivel a hidroxi-etil-csoport sokkal nagyobb molekulatömegű, mint a hidrogéncsoport.

Általában az AFt kristályok csak akkor képződnek és válnak ki, ha a releváns ionok elérnek egy bizonyos telítettséget az oldatrendszerben. Ezért olyan tényezők, mint az ionkoncentráció, a hőmérséklet, a pH-érték és a reakcióoldat képződési tere jelentősen befolyásolhatják az AFt kristályok morfológiáját, és a mesterséges szintézis körülményeinek változása megváltoztathatja az AFt kristályok morfológiáját. Ezért a közönséges cementiszapban az AFt-kristályok arányát a kettő között a cement korai hidratációjának egyetlen vízfogyasztási tényezője okozhatja. Az AFt kristálymorfológiában a HEMC és MC által okozott különbség azonban elsősorban a speciális vízvisszatartó mechanizmusnak köszönhető. A Hemcs és az MCS egy „zárt hurkot” hoz létre a vízszállításban a friss cementiszap mikrozónájában, lehetővé téve egy „rövid időszakot”, amikor a víz „könnyen bejut, és nehéz kijutni”. Ebben az időszakban azonban a mikrozónában és a közelében lévő folyadékfázisú környezet is megváltozik. Olyan tényezők, mint az ionkoncentráció, pH, stb., A növekedési környezet változása tovább tükröződik az AFt kristályok morfológiai jellemzőiben. A vízszállításnak ez a „zárt köre” hasonló a Pourchez és munkatársai által leírt hatásmechanizmushoz. A HPMC szerepet játszik a vízvisszatartásban.

3. Következtetés

(1) A hidroxi-etil-metil-cellulóz-éter (HEMC) és a metil-cellulóz-éter (MC) hozzáadása jelentősen megváltoztathatja az ettringit morfológiáját a korai (1 napos) közönséges cementiszapban.

(2) A HEMC módosított cementiszap ettringitkristályának hossza és átmérője kicsi és rövid rúd alakú; Az MC módosított cementiszapban az ettringit kristályok hosszának és átmérőjének aránya nagy, ami tűrúd alakú. A közönséges cementiszapokban lévő ettringit kristályok méretaránya e kettő között van.

(3) A két cellulóz-éter eltérő hatása az ettringit morfológiájára alapvetően a molekulatömeg különbségéből adódik.