Ցելյուլոզային եթերի ազդեցությունը տարբեր ցեմենտի և մեկ հանքաքարի խոնավացման ջերմության վրա

Ցելյուլոզային եթերի ազդեցությունը պորտլանդական ցեմենտի, սուլֆոալյումինատ ցեմենտի, տրիկալցիումի սիլիկատի և տրիկալցիումի ալյումինի հիդրացիոն ջերմության վրա 72 ժամում համեմատվել են իզոթերմային կալորիմետրիայի թեստի միջոցով: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ ցելյուլոզային եթերը կարող է զգալիորեն նվազեցնել պորտլանդական ցեմենտի և տրիկալցիումի սիլիկատի խոնավացման և ջերմության արտանետման արագությունը, և ավելի նշանակալի է նվազման ազդեցությունը տրիկալցիումի սիլիկատի խոնավացման և ջերմության արտանետման արագության վրա: Ցելյուլոզային եթերի ազդեցությունը սուլֆոալյումինատ ցեմենտի հիդրացման ջերմության արտանետման արագությունը նվազեցնելու վրա շատ թույլ է, բայց այն թույլ է ազդում եռկալցիումի ալյումինի հիդրացման ջերմության արտանետման արագության բարելավման վրա: Ցելյուլոզային եթերը կլանվի որոշ հիդրացիոն արտադրանքներով, այդպիսով կհետաձգի հիդրացիոն արտադրանքի բյուրեղացումը, այնուհետև կազդի ցեմենտի և առանձին հանքաքարի հիդրացիոն ջերմության արտանետման արագության վրա:

Բանալի բառեր:ցելյուլոզային եթեր; Ցեմենտ; Մեկ հանքաքար; Խոնավության ջերմություն; adsorption

1. Ներածություն

Ցելյուլոզային եթերը կարևոր խտացնող և ջուր պահող միջոց է չոր խառը շաղախի, ինքնախտացող բետոնի և ցեմենտի վրա հիմնված այլ նոր նյութերի մեջ: Այնուամենայնիվ, ցելյուլոզային եթերը նաև կհետաձգի ցեմենտի խոնավացումը, ինչը նպաստում է ցեմենտի վրա հիմնված նյութերի գործառնական ժամանակի բարելավմանը, շաղախի հետևողականության և բետոնի անկման ժամանակի կորստի համար, բայց նաև կարող է հետաձգել շինարարության առաջընթացը: Մասնավորապես, դա բացասական ազդեցություն կունենա ցածր ջերմաստիճանի միջավայրում օգտագործվող շաղախի և բետոնի վրա: Հետևաբար, շատ կարևոր է հասկանալ ցեմենտի խոնավացման կինետիկայի մասին ցելյուլոզային եթերի օրենքը:

OU և Pourchez-ը համակարգված ուսումնասիրել են մոլեկուլային պարամետրերի ազդեցությունը, ինչպիսիք են ցելյուլոզային եթերի մոլեկուլային քաշը, փոխարինողի տեսակը կամ փոխարինման աստիճանը ցեմենտի խոնավացման կինետիկայի վրա, և շատ կարևոր եզրակացություններ են արել. Ցեմենտը սովորաբար ավելի ամուր է, քան մեթիլցելյուլոզային եթերը (HPMC), հիդրօքսիմեթիլ էթիլցելյուլոզային եթերը (HEMC) և մեթիլցելյուլոզային եթերը (MC): Մեթիլ պարունակող ցելյուլոզային եթերի մեջ, որքան ցածր է մեթիլի պարունակությունը, այնքան ուժեղ է ցեմենտի խոնավացումը հետաձգելու ունակությունը. Որքան ցածր է ցելյուլոզային եթերի մոլեկուլային քաշը, այնքան ուժեղ է ցեմենտի խոնավացումը հետաձգելու ունակությունը: Այս եզրակացությունները գիտական ​​հիմք են տալիս ցելյուլոզային եթերի ճիշտ ընտրության համար:

Ցեմենտի տարբեր բաղադրիչների համար ցելյուլոզային եթերի ազդեցությունը ցեմենտի խոնավացման կինետիկայի վրա նույնպես շատ մտահոգիչ խնդիր է ինժեներական կիրառություններում: Այնուամենայնիվ, այս առումով հետազոտություն չկա: Այս հոդվածում ցելյուլոզային եթերի ազդեցությունը սովորական պորտլանդական ցեմենտի, C3S (տրիկալցիումի սիլիկատ), C3A (տրիկալցիումի ալյումինատ) և սուլֆոալյումինատ ցեմենտի (SAC) հիդրացիոն կինետիկայի վրա ուսումնասիրվել է իզոթերմային կալորիմետրիայի թեստի միջոցով, որպեսզի հետագայում հասկանալ փոխազդեցությունը և ներքին մեխանիզմը ցելյուլոզային եթերի և ցեմենտի խոնավացման արտադրանքի միջև: Այն ապահովում է հետագա գիտական ​​հիմք ցեմենտի վրա հիմնված նյութերում ցելյուլոզային եթերի ռացիոնալ օգտագործման համար, ինչպես նաև հետազոտական ​​հիմք է տալիս այլ հավելումների և ցեմենտի խոնավացման արտադրանքի փոխազդեցության համար:

2. Փորձարկում

2.1 Հումք

(1) սովորական պորտլանդական ցեմենտ (P·0): Արտադրված է Wuhan Huaxin Cement Co., LTD.-ի կողմից, ճշգրտումը P· 042.5 է (GB 175-2007), որը որոշվում է ալիքի երկարության դիսպերսիոն տիպի ռենտգենյան ֆլուորեսցենտային սպեկտրոմետրով (AXIOS առաջադեմ, PANalytical Co., LTD.): JADE 5.0 ծրագրային ապահովման վերլուծության համաձայն՝ ցեմենտի հումքից բացի ցեմենտի կլինկերային միներալներից C3S, C2s, C3A, C4AF և գիպս, ցեմենտի հումքը ներառում է նաև կալցիումի կարբոնատ։

(2) սուլֆոալյումինատ ցեմենտ (SAC). Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd.-ի կողմից արտադրված արագ կոշտ սուլֆոալյումինատ ցեմենտը R.Star 42.5 է (GB 20472-2006): Նրա հիմնական խմբերն են կալցիումի սուլֆոալյումինատը և դիկալցիումի սիլիկատը։

(3) տրիկալցիումի սիլիկատ (C3S). Սեղմեք Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 և H2O ժամը 3:1:0.08. 10 զանգվածային հարաբերակցությունը հավասարապես խառնվել է և սեղմվել 60 ՄՊա մշտական ​​ճնշման տակ՝ գլանաձև կանաչ բլիթ ստանալու համար: Բիլետը կալցինացվել է 1400℃ ջերմաստիճանում 1,5 ~ 2 ժամ սիլիկոն-մոլիբդենային ձողով բարձր ջերմաստիճանի էլեկտրական վառարանում, այնուհետև տեղափոխել միկրոալիքային վառարան՝ հետագա միկրոալիքային տաքացման համար 40 րոպե: Բիլետը հանելուց հետո այն կտրուկ սառեցվեց և մի քանի անգամ կոտրվեց և կալցինացվեց այնքան ժամանակ, մինչև պատրաստի արտադրանքի մեջ ազատ CaO-ի պարունակությունը 1,0%-ից պակաս լինի:

(4) տրիկալցիումի ալյումինատ (c3A). CaO-ը և A12O3-ը հավասարապես խառնվել են, կալցինացվել 1450℃ ջերմաստիճանում 4 ժամվա ընթացքում սիլիկոն-մոլիբդենային ձողերով էլեկտրական վառարանում, մանրացնել փոշու մեջ և բազմիցս կալցինացվել, մինչև ազատ CaO-ի պարունակությունը 1,0%-ից պակաս լինի, իսկ C12A7-ի և CA-ի գագաթնակետերը անտեսված.

(5) ցելյուլոզային եթեր. Նախորդ աշխատանքը համեմատեց 16 տեսակի ցելյուլոզային եթերների ազդեցությունը սովորական պորտլանդական ցեմենտի խոնավացման և ջերմության արտանետման արագության վրա և պարզեց, որ ցելյուլոզային եթերների տարբեր տեսակներ զգալի տարբերություններ ունեն ցեմենտի խոնավացման և ջերմության ազատման օրենքի վրա և վերլուծեցին ներքին մեխանիզմը։ այս էական տարբերությունից։ Նախորդ ուսումնասիրության արդյունքների համաձայն՝ ընտրվել են ցելյուլոզային եթերի երեք տեսակ, որոնք ակնհայտ դանդաղեցնող ազդեցություն ունեն սովորական պորտլանդական ցեմենտի վրա։ Դրանք ներառում են հիդրօքսիէթիլ ցելյուլոզային եթեր (HEC), հիդրօքսիպրոպիլ մեթիլ ցելյուլոզային եթեր (HPMC) և հիդրօքսիէթիլ մեթիլ ցելյուլոզային եթեր (HEMC): Ցելյուլոզային եթերի մածուցիկությունը չափվել է պտտվող մածուցիկաչափով 2%, 20℃ ջերմաստիճանով և 12 ռ/րոպե պտտման արագությամբ: Ցելյուլոզային եթերի մածուցիկությունը չափվել է պտտվող մածուցիկաչափով 2%, 20℃ ջերմաստիճանով և 12 ռ/րոպե պտտման արագությամբ: Ցելյուլոզային եթերի մոլային փոխարինման աստիճանը տրամադրվում է արտադրողի կողմից:

(6) Ջուր. Օգտագործեք երկրորդական թորած ջուր:

2.2 Փորձարկման մեթոդ

Խոնավության ջերմություն. Ընդունվել է TA Instrument ընկերության կողմից արտադրված TAM Air 8-ալիքային իզոթերմային կալորիմետրը: Փորձարկումից առաջ բոլոր հումքները պահպանվել են կայուն ջերմաստիճանում մինչև փորձարկման ջերմաստիճանը (ինչպես օրինակ (20±0.5)℃): Նախ, կալորիմետրի մեջ ավելացվել է 3 գ ցեմենտ և 18 մգ ցելյուլոզային եթերի փոշի (ցելյուլոզային եթերի զանգվածային հարաբերակցությունը ցեմելատիվ նյութին կազմել է 0,6%): Լրիվ խառնելուց հետո ավելացվել է խառը ջուր (երկրորդային թորած ջուր)՝ ըստ նշված ջուր-ցեմենտ հարաբերակցության և հավասարաչափ խառնվել: Այնուհետև այն արագ դրվեց կալորիմետրի մեջ՝ փորձարկման համար: c3A-ի ջուր-կապող հարաբերակցությունը 1.1 է, իսկ մյուս երեք ցեմենտային նյութերի ջուր-կապող հարաբերակցությունը 0.45 է:

3. Արդյունքներ և քննարկում

3.1 Փորձարկման արդյունքներ

HEC-ի, HPMC-ի և HEMC-ի ազդեցությունը սովորական պորտլանդական ցեմենտի, C3S և C3A-ի հիդրացիոն ջերմության արտանետման արագության և կուտակային ջերմության արտանետման արագության վրա 72 ժամվա ընթացքում, և HEC-ի ազդեցությունը սուլֆոալյումինատ ցեմենտի հիդրացիոն ջերմության արտանետման արագության և կուտակային ջերմության արտանետման արագության վրա: 72 ժամվա ընթացքում HEC-ը ցելյուլոզային եթեր է, որն ունի ամենաուժեղ ուշացման ազդեցությունը այլ ցեմենտի և առանձին հանքաքարի հիդրացման վրա: Համակցելով երկու էֆեկտները՝ կարելի է պարզել, որ ցեմենտային նյութի բաղադրության փոփոխության հետ մեկտեղ ցելյուլոզային եթերը տարբեր ազդեցություն է ունենում հիդրացիոն ջերմության արտանետման արագության և կուտակային ջերմության ազատման վրա: Ընտրված ցելյուլոզային եթերը կարող է զգալիորեն նվազեցնել սովորական պորտլանդական ցեմենտի և C, S-ի հիդրացիայի և ջերմության արտանետման արագությունը, հիմնականում երկարացնում է ինդուկցիայի ժամանակահատվածը, հետաձգում է հիդրացիայի և ջերմային արտազատման գագաթնակետի տեսքը, որոնց թվում է ցելյուլոզային եթերը մինչև C, S խոնավացում և ջերմության արտանետման արագության հետաձգումը ավելի ակնհայտ է, քան սովորական պորտլանդ ցեմենտի խոնավացումը և ջերմության արտանետման արագության հետաձգումը. Ցելյուլոզային եթերը կարող է նաև հետաձգել սուլֆոալյումինատ ցեմենտի խոնավացման ջերմության արտանետման արագությունը, բայց հետաձգման ունակությունը շատ թույլ է և հիմնականում հետաձգում է խոնավացումը 2 ժամ հետո; C3A-ի հիդրացիայի ջերմության արտանետման արագության համար ցելյուլոզային եթերն ունի թույլ արագացնող ունակություն:

3.2 Վերլուծություն և քննարկում

Ցելյուլոզային եթերի հետաձգման ցեմենտի խոնավացման մեխանիզմը: Սիլվան և այլք: ենթադրեց, որ ցելյուլոզային եթերը մեծացնում է ծակոտիների լուծույթի մածուցիկությունը և խոչընդոտում է իոնային շարժման արագությունը՝ այդպիսով հետաձգելով ցեմենտի խոնավացումը։ Այնուամենայնիվ, գրականության մեծ մասը կասկածի տակ է դնում այս ենթադրությունը, քանի որ նրանց փորձերը պարզել են, որ ավելի ցածր մածուցիկությամբ ցելյուլոզային եթերներն ավելի ուժեղ կարողություն ունեն հետաձգել ցեմենտի խոնավացումը: Իրականում, իոնների շարժման կամ միգրացիայի ժամանակը այնքան կարճ է, որ ակնհայտորեն համեմատելի չէ ցեմենտի խոնավացման հետաձգման ժամանակի հետ: Ցելյուլոզային եթերի և ցեմենտի խոնավացման արտադրանքների միջև կլանումը համարվում է ցելյուլոզային եթերի կողմից ցեմենտի խոնավացման հետաձգման իրական պատճառը: Ցելյուլոզային եթերը հեշտությամբ կլանվում է հիդրացիոն արտադրանքի մակերեսին, ինչպիսիք են կալցիումի հիդրօքսիդը, CSH գելը և կալցիումի ալյումինատի հիդրատը, բայց հեշտ չէ ներծծվել էտրինգիտով և չհիդրատացված փուլով, և կալցիումի հիդրօքսիդի վրա բջջանյութի եթերի կլանման կարողությունը ավելի բարձր է, քան որ CSH գել. Հետևաբար, սովորական պորտլենդ ցեմենտի հիդրացիոն արտադրանքի համար ցելյուլոզային եթերն ունի ամենաուժեղ ուշացումը կալցիումի հիդրօքսիդի վրա, ամենաուժեղ ուշացումը կալցիումի վրա, երկրորդը ուշացումը CSH գելի վրա և ամենաթույլ ուշացումը էտրինգիտի վրա:

Նախորդ ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ ոչ իոնային պոլիսախարիդների և հանքային փուլերի միջև կլանումը հիմնականում ներառում է ջրածնային կապ և քիմիական կոմպլեքսացիա, և այս երկու ազդեցությունները տեղի են ունենում պոլիսախարիդների հիդրոքսիլ խմբի և հանքային մակերեսի մետաղի հիդրօքսիդի միջև: Liu et al. Այնուհետև դասակարգեց պոլիսախարիդների և մետաղների հիդրօքսիդների միջև կլանումը որպես թթու-բազային փոխազդեցություն, պոլիսախարիդները որպես թթուներ և մետաղական հիդրօքսիդներ որպես հիմքեր: Տվյալ պոլիսաքարիդի համար հանքային մակերեսի ալկալայնությունը որոշում է պոլիսախարիդների և հանքանյութերի փոխազդեցության ուժը։ Այս հոդվածում ուսումնասիրված չորս դոնդող բաղադրիչներից հիմնական մետաղական կամ ոչ մետաղական տարրերը ներառում են Ca, Al և Si: Ըստ մետաղների ակտիվության կարգի՝ դրանց հիդրօքսիդների ալկալիականությունը Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4 է:Իրականում Si(OH)4 լուծույթը թթվային է և չի ներծծում ցելյուլոզային եթերը, հետևաբար. Ca(OH)2-ի պարունակությունը ցեմենտի խոնավացման արտադրանքի վրա որոշում է հիդրացիոն արտադրանքի և ցելյուլոզային եթերի կլանման կարողությունը, քանի որ կալցիումի հիդրօքսիդը, CSH գելը (3CaO·2SiO2·3H20), էտրինգիտը (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O): իսկ կալցիումի ալյումինատի հիդրատը (3CaO·Al2O3·6H2O) CaO-ի անօրգանական օքսիդների պարունակությամբ կազմում է 100%, 58.33%, 49.56% և 62.2%. ալյումինատ >CSH գել > էտրինգիտ, որը համապատասխանում է գրականության արդյունքներին:

C3S-ի հիդրացիոն արտադրանքները հիմնականում ներառում են Ca(OH) և csH գել, իսկ ցելյուլոզային եթերը լավ ուշացման ազդեցություն ունի դրանց վրա: Հետևաբար, ցելյուլոզային եթերն ունի C3s-ի խոնավացման շատ ակնհայտ ուշացում: Բացի c3S-ից, սովորական պորտլանդական ցեմենտը ներառում է նաև C2s-ի խոնավացում, որն ավելի դանդաղ է, ինչը ցելյուլոզային եթերի հետաձգման ազդեցությունն ակնհայտ չի դարձնում վաղ փուլում: Սովորական սիլիկատային հիդրացիոն արտադրանքները ներառում են նաև էտրինգիտ, իսկ ցելյուլոզային եթերի հետաձգման ազդեցությունը վատ է: Հետևաբար, ցելյուլոզային եթերի ուշացման ունակությունը դեպի c3s ավելի ուժեղ է, քան սովորական պորտլանդական ցեմենտի փորձարկումը:

C3A-ն արագ կլուծվի և խոնավանա, երբ հանդիպի ջրին, և հիդրատացիոն արտադրանքները սովորաբար C2AH8 և c4AH13 են, և խոնավացման ջերմությունը կթողարկվի: Երբ C2AH8-ի և c4AH13-ի լուծույթը հասնում է հագեցվածության, կառաջանա C2AH8 և C4AH13 վեցանկյուն թիթեղային հիդրատի բյուրեղացումը, և միաժամանակ կնվազեն ռեակցիայի արագությունը և խոնավացման ջերմությունը: Կալցիումի ալյումինատի հիդրատի (CxAHy) մակերեսին ցելյուլոզային եթերի կլանման պատճառով ցելյուլոզային եթերի առկայությունը կհետաձգի C2AH8 և C4AH13 վեցանկյուն թիթեղային հիդրատի բյուրեղացումը, ինչը կհանգեցնի ռեակցիայի արագության և խոնավացման ջերմության արտազատման արագության նվազմանը: մաքուր C3A-ից, ինչը ցույց է տալիս, որ ցելյուլոզային եթերն ունի թույլ արագացման ունակություն C3A-ի խոնավացման համար: Հարկ է նշել, որ այս թեստում ցելյուլոզային եթերն ունի մաքուր c3A-ի խոնավացման թույլ արագացնող հատկություն: Այնուամենայնիվ, սովորական պորտլանդական ցեմենտի մեջ, քանի որ c3A-ն փոխազդելու է գիպսի հետ՝ առաջացնելով էտրինգիտ, լուծույթում ca2+ հավասարակշռության ազդեցության պատճառով ցելյուլոզային եթերը կհետաձգի էտրինգիտի ձևավորումը՝ այդպիսով հետաձգելով c3A-ի խոնավացումը:

HEC-ի, HPMC-ի և HEMC-ի ազդեցություններից 72 ժամվա ընթացքում սովորական պորտլանդ ցեմենտի, C3S և C3A-ի հիդրացիայի և ջերմության արտանետման արագության և կուտակային ջերմության արտանետման վրա, ինչպես նաև HEC-ի ազդեցությունը սուլֆոալյումինատի հիդրացիայի և ջերմության արտանետման արագության և կուտակային ջերմության թողարկման վրա: ցեմենտ 72 ժամվա ընթացքում, կարելի է տեսնել, որ ընտրված երեք ցելյուլոզային եթերներից c3s-ի և պորտլանդական ցեմենտի հետաձգված խոնավացման ունակությունն ամենաուժեղն էր HEC-ում, որին հաջորդում է HEMC-ը և ամենաթույլը՝ HPMC-ում: Ինչ վերաբերում է C3A-ին, ապա երեք ցելյուլոզային եթերների՝ խոնավացումը արագացնելու ունակությունը նույնպես նույն կարգով է, այսինքն՝ HEC-ն ամենաուժեղն է, HEMC-ը՝ երկրորդը, HPMC-ն ամենաթույլն ու ամենաուժեղն է: Սա փոխադարձաբար հաստատեց, որ ցելյուլոզային եթերը հետաձգել է դոնդող նյութերի հիդրացիոն արտադրանքի ձևավորումը:

Սուլֆոալյումինատ ցեմենտի հիմնական հիդրացիոն արտադրանքներն են էտրինգիտը և Al(OH)3 գելը: Սուլֆոալյումինատ ցեմենտի C2S-ը նույնպես առանձին կխոնավեցվի՝ ձևավորելով Ca(OH)2 և cSH գել: Քանի որ ցելյուլոզային եթերի և էտրինգիտի կլանումը կարող է անտեսվել, և սուլֆոալյումինատի խոնավացումը չափազանց արագ է, հետևաբար, խոնավացման վաղ փուլում ցելյուլոզային եթերը քիչ ազդեցություն ունի սուլֆոալյումինատ ցեմենտի հիդրացիոն ջերմության արտանետման արագության վրա: Սակայն խոնավացման որոշակի ժամանակի համար, քանի որ c2s-ը առանձին-առանձին հիդրատացվում է Ca(OH)2 և CSH գել առաջացնելու համար, այս երկու հիդրացիոն արտադրանքները կհետաձգվեն ցելյուլոզային եթերի պատճառով: Հետևաբար, նկատվեց, որ ցելյուլոզային եթերը հետաձգեց սուլֆոալյումինատ ցեմենտի խոնավացումը 2 ժամ հետո:

4. Եզրակացություն

Այս հոդվածում իզոթերմային կալորիմետրիայի փորձարկման միջոցով համեմատվել է ցելյուլոզային եթերի ազդեցության օրենքը և մեխանիզմը սովորական պորտլանդական ցեմենտի, c3s, c3A, սուլֆոալյումինատ ցեմենտի և այլ տարբեր բաղադրիչների և մեկ հանքաքարի հիդրացիոն ջերմության վրա 72 ժամում: Հիմնական եզրակացությունները հետևյալն են.

(1) Ցելյուլոզային եթերը կարող է զգալիորեն նվազեցնել սովորական պորտլանդական ցեմենտի և տրիկալցիումի սիլիկատի հիդրացիոն ջերմության արտանետման արագությունը, և ավելի նշանակալի է տրիկալցիումի սիլիկատի հիդրացիոն ջերմության արտանետման արագությունը նվազեցնելու ազդեցությունը. Ցելյուլոզային եթերի ազդեցությունը սուլֆոալյումինատ ցեմենտի ջերմության արտանետման արագությունը նվազեցնելու վրա շատ թույլ է, բայց այն թույլ է ազդում եռկալցիումի ալյումինատի ջերմության արտանետման արագության բարելավման վրա:

(2) ցելյուլոզային եթերը կլանվի որոշ հիդրատացիոն արտադրանքներով, այդպիսով հետաձգելով հիդրացիոն արտադրանքի բյուրեղացումը՝ ազդելով ցեմենտի հիդրացման ջերմության արտանետման արագության վրա: Հիդրատացիոն արտադրանքի տեսակը և քանակը տարբեր են ցեմենտի հանքաքարի տարբեր բաղադրիչների համար, ուստի ցելյուլոզային եթերի ազդեցությունը դրանց խոնավացման ջերմության վրա նույնը չէ: