A cellulóz-éter hatása különböző cementek és egyetlen ércek hidratációs hőjére

a cellulóz-éter portlandcement, szulfoaluminát cement, trikalcium-szilikát és trikalciumaluminát hidratációs hőre gyakorolt ​​hatását 72 óra alatt izoterm kalorimetriás teszttel hasonlítottuk össze. Az eredmények azt mutatják, hogy a cellulóz-éter jelentősen csökkentheti a portlandcement és a trikalcium-szilikát hidratációját és hőleadási sebességét, és a trikalcium-szilikát hidratációját és hőleadási sebességét csökkentő hatása jelentősebb. A cellulóz-éternek a szulfoaluminát cement hidratációjának hőleadási sebességét csökkentő hatása nagyon gyenge, de a trikalcium-aluminát hidratációjának hőleadási sebességének javítására gyengén hat. A cellulóz-étert egyes hidratációs termékek adszorbeálják, így késleltetik a hidratációs termékek kristályosodását, majd befolyásolják a cement és az egyetlen érc hidratációs hőleadási sebességét.

Kulcsszavak:cellulóz-éter; Cement; Egyetlen érc; A hidratálás hője; adszorpció

1. Bevezetés

A cellulóz-éter fontos sűrítő és vízmegtartó szer a száraz kevert habarcsokban, az öntömörödő betonokban és más új cement alapú anyagokban. A cellulóz-éter azonban késlelteti a cement hidratálódását is, ami javítja a cementalapú anyagok működési idejét, javítja a habarcs konzisztenciáját és a beton leesési időveszteségét, de késleltetheti az építkezés előrehaladását is. Különösen az alacsony hőmérsékletű környezetben használt habarcsra és betonra lesz káros hatással. Ezért nagyon fontos megérteni a cellulóz-éter cementhidratációs kinetikájára vonatkozó törvényét.

OU és Pourchez szisztematikusan tanulmányozták a molekuláris paraméterek, például a cellulóz-éter molekulatömege, a szubsztituens típusa vagy a helyettesítés mértéke hatását a cement hidratációs kinetikájára, és számos fontos következtetést vontak le: A hidroxi-etil-cellulóz-éter (HEC) képessége késleltetni a hidratációt. A cement általában erősebb, mint a metil-cellulóz-éter (HPMC), a hidroxi-metil-etil-cellulóz-éter (HEMC) és a metil-cellulóz-éter (MC). A metilt tartalmazó cellulóz-éterben minél alacsonyabb a metiltartalom, annál erősebb a cement hidratálódását késleltető képesség; Minél kisebb a cellulóz-éter molekulatömege, annál erősebben késlelteti a cement hidratációját. Ezek a következtetések tudományos alapot nyújtanak a cellulóz-éter helyes kiválasztásához.

A cement különböző komponensei esetében a cellulóz-éternek a cement hidratációs kinetikájára gyakorolt ​​hatása szintén komoly probléma a mérnöki alkalmazásokban. Erről a szempontból azonban nincs kutatás. Ebben a cikkben a cellulóz-éternek a közönséges portlandcement, a C3S (trikalcium-szilikát), a C3A (trikalcium-aluminát) és a szulfoaluminát cement (SAC) hidratációs kinetikájára gyakorolt ​​hatását tanulmányoztuk izoterm kalorimetriás teszttel, hogy jobban megértsük a kölcsönhatást és belső mechanizmus a cellulóz-éter és a cementhidratációs termékek között. További tudományos alapot biztosít a cellulóz-éter racionális felhasználásához cement alapú anyagokban, valamint kutatási alapot biztosít más adalékszerek és cementhidratáló termékek közötti kölcsönhatásokhoz.

2. Teszt

2.1 Nyersanyagok

(1) közönséges portlandcement (P·0). A Wuhan Huaxin Cement Co., LTD. által gyártott specifikáció P·042.5 (GB 175-2007), hullámhossz-diszperziós típusú röntgenfluoreszcencia spektrométerrel (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.) határozva meg. A JADE 5.0 szoftver elemzése szerint a C3S, C2s, C3A, C4AF cementklinker ásványok és a gipsz mellett a cement alapanyagok közé tartozik a kalcium-karbonát is.

(2) szulfoaluminát cement (SAC). A Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. által gyártott gyorskemény szulfoaluminát cement az R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Fő csoportjai a kalcium-szulfoaluminát és a dikalcium-szilikát.

(3) trikalcium-szilikát (C3S). Préselés Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 és H2O 3:1:0,08 arányban: 10 tömegarányt egyenletesen elkeverünk, és állandó, 60 MPa nyomáson préseljük, hogy hengeres zöld tuskót kapjunk. A tuskót 1400 ℃-on 1,5-2 órán át kalcináltuk szilícium-molibdén rúd magas hőmérsékletű elektromos kemencében, majd mikrohullámú sütőbe helyeztük további mikrohullámú melegítés céljából 40 percig. A tuskó kiszedése után hirtelen lehűtötték, többször megtörték és kalcinálták, amíg a késztermék szabad CaO-tartalma 1,0% alá nem érte.

(4) trikalcium-aluminát (c3A). A CaO-t és az A12O3-at egyenletesen összekevertük, 1450 C-on 4 órán át kalcináltuk szilícium-molibdén rudas elektromos kemencében, porrá őröltük, és ismételten kalcináltuk, amíg a szabad CaO-tartalom 1,0% alá nem érte, és a C12A7 és CA csúcsok elérik. figyelmen kívül hagyva.

(5) cellulóz-éter. Az előző munka 16 féle cellulóz-éter hatását hasonlította össze a közönséges portlandcement hidratációjára és hőleadási sebességére, és megállapította, hogy a különböző cellulóz-éterek jelentős különbségeket mutatnak a cement hidratációs és hőleadási törvényében, valamint elemezte a belső mechanizmust. ebből a jelentős különbségből. A korábbi vizsgálatok eredményei szerint háromféle cellulóz-étert választottak ki, amelyek nyilvánvalóan késleltető hatással bírnak a közönséges portlandcementre. Ezek közé tartozik a hidroxi-etil-cellulóz-éter (HEC), a hidroxi-propil-metil-cellulóz-éter (HPMC) és a hidroxi-etil-metil-cellulóz-éter (HEMC). A cellulóz-éter viszkozitását forgó viszkoziméterrel mértük, 2%-os tesztkoncentrációval, 20 ℃ hőmérséklettel és 12 fordulat/perc forgási sebességgel. A cellulóz-éter viszkozitását forgó viszkoziméterrel mértük, 2%-os tesztkoncentrációval, 20 ℃ hőmérséklettel és 12 fordulat/perc forgási sebességgel. A cellulóz-éter moláris helyettesítési fokát a gyártó adja meg.

(6) Víz. Használjon másodlagos desztillált vizet.

2.2 Vizsgálati módszer

A hidratálás hője. A TA Instrument Company által gyártott 8 csatornás TAM Air izoterm kalorimétert alkalmazták. Minden nyersanyagot állandó hőmérsékleten tartottunk a teszthőmérséklethez képest (például (20±0,5) ℃) a kísérlet előtt. Először 3 g cementet és 18 mg cellulóz-étert adtunk a kaloriméterbe (a cellulóz-éter és a cellulózanyag tömegaránya 0,6%). Teljes keverés után kevert vizet (másodlagos desztillált vizet) adtunk hozzá a megadott víz-cement aránynak megfelelően, és egyenletesen kevertük. Aztán gyorsan bekerült a kaloriméterbe tesztelésre. A c3A vízkötőanyag aránya 1,1, a másik három cementkötésű anyag vízkötőanyag aránya 0,45.

3. Eredmények és megbeszélés

3.1 Vizsgálati eredmények

A HEC, a HPMC és a HEMC hatása a közönséges portlandcement, C3S és C3A hidratációs hőleadási sebességére és kumulatív hőleadási sebességére 72 órán belül, valamint a HEC hatása a szulfoaluminát cement hidratációs hőleadási sebességére és kumulatív hőleadási sebességére 72 órán belül a HEC az a cellulóz-éter, amely a legerősebb késleltető hatással rendelkezik más cement és egyetlen érc hidratálására. A két hatást kombinálva megállapítható, hogy a cementkötésű anyagösszetétel változásával a cellulóz-éter eltérő hatással van a hidratációs hőleadás sebességére és a kumulatív hőleadásra. A kiválasztott cellulóz-éter jelentősen csökkentheti a közönséges portlandcement és a C, S hidratációját és hőleadási sebességét, főként meghosszabbítja az indukciós periódus idejét, késlelteti a hidratáció és a hőleadási csúcs megjelenését, amelyek között a cellulóz-éter C, S hidratálást, ill. a hőkibocsátási sebesség késleltetése nyilvánvalóbb, mint a hagyományos portlandcement hidratáció és a hőkibocsátási sebesség késése; A cellulóz-éter késleltetheti a szulfoaluminát cement hidratációjának hőleadási sebességét is, de a késleltetési képesség nagyon gyenge, és főleg 2 óra elteltével késlelteti a hidratációt; A C3A hidratáció hőleadási sebességéhez a cellulóz-éter gyenge gyorsító képességgel rendelkezik.

3.2 Elemzés és megbeszélés

A cellulóz-éter mechanizmusa késlelteti a cement hidratációját. Silva et al. feltételezték, hogy a cellulóz-éter növeli a pórusoldat viszkozitását és gátolja az ionok mozgásának sebességét, így késlelteti a cement hidratációját. Azonban sok szakirodalom kétségbe vonja ezt a feltételezést, mivel kísérleteik azt találták, hogy az alacsonyabb viszkozitású cellulóz-éterek erősebben késleltetik a cement hidratációját. Valójában az ionok mozgásának vagy migrációjának ideje olyan rövid, hogy nyilvánvalóan nem hasonlítható össze a cement hidratációjának késleltetési idejével. A cellulóz-éter és a cementhidratációs termékek közötti adszorpciót tekintik a cellulóz-éter általi cementhidratáció késleltetésének valódi okának. A cellulóz-éter könnyen adszorbeálódik a hidratációs termékek, például kalcium-hidroxid, CSH-gél és kalcium-aluminát-hidrát felületén, de nem könnyű az ettringit és a hidratálatlan fázis által adszorbeálódni, és a cellulóz-éter adszorpciós kapacitása kalcium-hidroxidon nagyobb, mint hogy a CSH gél. Ezért a közönséges portlandcement hidratáló termékeknél a cellulóz-éter késlelteti a legerősebbet a kalcium-hidroxidot, a legerősebb a kalciumot, a második késleltetést a CSH-gélen és a leggyengébb késleltetést az ettringitnél.

Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a nemionos poliszacharid és az ásványi fázis közötti adszorpció főként hidrogénkötést és kémiai komplexálást foglal magában, és ez a két hatás a poliszacharid hidroxilcsoportja és az ásványi felületen lévő fém-hidroxid között jelentkezik. Liu et al. tovább osztályozta a poliszacharidok és fém-hidroxidok közötti adszorpciót sav-bázis kölcsönhatásként, a poliszacharidokkal mint savakkal és a fém-hidroxidokokkal mint bázisokkal. Egy adott poliszacharid esetében az ásványi felület lúgossága határozza meg a poliszacharidok és ásványok közötti kölcsönhatás erősségét. Az ebben a cikkben vizsgált négy zselésítő komponens közül a fő fém vagy nemfémes elemek közé tartozik a Ca, az Al és a Si. A fémek aktivitásának sorrendje szerint hidroxidjaik lúgossága Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4) Valójában a Si(OH)4 oldat savas, nem adszorbeálja a cellulóz-étert, ezért a cementhidratációs termékek felületén lévő Ca(OH)2-tartalom meghatározza a hidratációs termékek és a cellulóz-éter adszorpciós képességét. a kalcium-aluminát-hidrát (3CaO·Al2O3·6H2O) pedig a CaO szervetlen oxidjaiban 100%, 58,33%, 49,56% és 62 ,2%. Ezért adszorpciós kapacitásuk cellulóz-éterrel kalcium-hidroxid > kalcium aluminát >CSH gél > ettringit, ami összhangban van az irodalomban található eredményekkel.

A c3S hidratációs termékei elsősorban a Ca(OH) és a csH gélt tartalmazzák, ezekre jó késleltető hatással van a cellulóz-éter. Ezért a cellulóz-éter nagyon nyilvánvalóan késlelteti a C3s hidratációját. A közönséges portlandcement a c3S mellett C2s hidratációt is tartalmaz, ami lassabb, ami miatt a cellulóz-éter késleltető hatása nem nyilvánvaló a korai szakaszban. A közönséges szilikát hidratációs termékei közé tartozik az ettringit is, és a cellulóz-éter késleltető hatása gyenge. Ezért a cellulóz-éter késleltető képessége a c3s-hoz erősebb, mint a tesztben megfigyelt közönséges portlandcementé.

A C3A gyorsan feloldódik és hidratálódik, amikor vízzel találkozik, és a hidratációs termékek általában C2AH8 és c4AH13, és a hidratálás hője felszabadul. Amikor a C2AH8 és a c4AH13 oldata eléri a telítést, a C2AH8 és C4AH13 hexagonális lemezhidrát kristályosodása képződik, és ezzel egyidejűleg csökken a reakciósebesség és a hidratációs hő. A cellulóz-éternek a kalcium-aluminát-hidrát (CxAHy) felületére való adszorpciója miatt a cellulóz-éter jelenléte késlelteti a C2AH8 és C4AH13 hexagonális lemez-hidrát kristályosodását, ami a reakciósebesség és a hidratációs hőleadás sebességének csökkenését eredményezi. tiszta C3A, ami azt mutatja, hogy a cellulóz-éter gyengén gyorsítja a C3A hidratálását. Érdemes megjegyezni, hogy ebben a tesztben a cellulóz-éter gyengén gyorsítja a tiszta c3A hidratálását. A közönséges portlandcementben azonban, mivel a c3A gipsszel reagálva ettringitet képez, a szuszpenziós oldatban lévő ca2+ egyensúly hatása miatt a cellulóz-éter késlelteti az ettringit képződését, így késlelteti a c3A hidratációját.

A HEC, a HPMC és a HEMC hatásaiból a közönséges portlandcement, C3S és C3A hidratációra és hőleadási sebességére, valamint kumulatív hőleadásra 72 órán belül, valamint a HEC hatásai a szulfoaluminát hidratációs és hőleadási sebességére, valamint kumulatív hőleadásra cement 72 órán belül, látható, hogy a kiválasztott három cellulóz-éter közül a c3s és a portlandcement késleltetett hidratáló képessége a HEC-ben volt a legerősebb, ezt követi a HEMC, és a leggyengébb a HPMC-ben. Ami a C3A-t illeti, a három cellulózéter hidratációt gyorsító képessége is azonos sorrendben van, vagyis a HEC a legerősebb, a HEMC a második, a HPMC a leggyengébb és legerősebb. Ez kölcsönösen megerősítette, hogy a cellulóz-éter késleltette a zselésítő anyagok hidratációs termékeinek képződését.

A szulfoaluminát cement fő hidratációs termékei az ettringit és az Al(OH)3 gél. A szulfoaluminát cementben lévő C2S külön-külön is hidratálódik, így Ca(OH)2 és cSH gélt képez. Mivel a cellulóz-éter és az ettringit adszorpciója figyelmen kívül hagyható, és a szulfoaluminát hidratációja túl gyors, ezért a cellulóz-éter a hidratáció korai szakaszában csekély hatással van a szulfoaluminát cement hidratációs hőleadási sebességére. De a hidratálás egy bizonyos idejéig, mivel a c2s külön-külön hidratálódik Ca(OH)2 és CSH géllel, ezt a két hidratációs terméket a cellulóz-éter késlelteti. Ezért megfigyelték, hogy a cellulóz-éter 2 óra elteltével késleltette a szulfoaluminát cement hidratációját.

4. Következtetés

Ebben a cikkben izoterm kalorimetriás teszttel összehasonlítottuk a cellulóz-éter hatás törvényét és képződési mechanizmusát a közönséges portlandcement, c3s, c3A, szulfoaluminát cement és más különböző komponensek, valamint egyetlen érc hidratációs hőjére 72 óra alatt. A fő következtetések a következők:

(1) A cellulóz-éter jelentősen csökkentheti a közönséges portlandcement és trikalcium-szilikát hidratációs hőleadási sebességét, és a trikalcium-szilikát hidratációs hőfelszabadulási sebességét csökkentő hatás jelentősebb; A cellulóz-éter hatása a szulfoaluminát cement hőleadási sebességének csökkentésére nagyon gyenge, de a trikalcium-aluminát hőleadási sebességének javítására gyengén hat.

(2) A cellulóz-étert bizonyos hidratációs termékek adszorbeálják, így késleltetik a hidratációs termékek kristályosodását, ami befolyásolja a cementhidratáció hőleadási sebességét. A hidratáló termékek típusa és mennyisége a cementkőérc különböző összetevőinél eltérő, így a cellulóz-éter hatása a hidratációs hőjükre nem azonos.