Selulosa eter pada morfologi ettringite awal

Pengaruh hidroksietil metil selulosa eter dan metil selulosa eter terhadap morfologi ettringit dalam bubur semen awal dipelajari dengan pemindaian mikroskop elektron (SEM). Hasil penelitian menunjukkan bahwa perbandingan panjang-diameter kristal ettringit dalam bubur termodifikasi hidroksietil metil selulosa eter lebih kecil dibandingkan dengan bubur biasa, dan morfologi kristal ettringit berbentuk batang pendek. Rasio panjang-diameter kristal ettringit dalam bubur termodifikasi metil selulosa eter lebih besar dibandingkan dengan bubur biasa, dan morfologi kristal ettringit berbentuk batang jarum. Kristal ettringit dalam bubur semen biasa memiliki rasio aspek di antara keduanya. Melalui studi eksperimental di atas, semakin jelas terlihat bahwa perbedaan berat molekul dua jenis selulosa eter merupakan faktor terpenting yang mempengaruhi morfologi ettringit.

Kata kunci:orang etring; Rasio panjang-diameter; Metil selulosa eter; Hidroksietil metil selulosa eter; morfologi

Ettringite, sebagai produk hidrasi yang sedikit diperluas, memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kinerja beton semen, dan selalu menjadi pusat penelitian material berbahan dasar semen. Ettringit adalah sejenis kalsium aluminat hidrat jenis trisulfida, rumus kimianya adalah [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, atau dapat ditulis 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, sering disingkat AFt . Dalam sistem semen Portland, ettringit terutama dibentuk oleh reaksi gipsum dengan mineral aluminat atau besi aluminat, yang berperan dalam menunda hidrasi dan kekuatan awal semen. Pembentukan dan morfologi ettringit dipengaruhi oleh banyak faktor seperti suhu, nilai pH dan konsentrasi ion. Pada awal tahun 1976, Metha dkk. menggunakan pemindaian mikroskop elektron untuk mempelajari karakteristik morfologi AFt, dan menemukan bahwa morfologi produk hidrasi yang sedikit melebar tersebut sedikit berbeda ketika ruang pertumbuhannya cukup besar dan ketika ruangnya terbatas. Yang pertama sebagian besar berbentuk bola ramping berbentuk batang jarum, sedangkan yang kedua sebagian besar berbentuk prisma batang pendek. Penelitian Yang Wenyan menemukan bahwa bentuk AFt berbeda pada lingkungan pengawetan yang berbeda. Lingkungan basah akan menunda pembentukan AFt pada beton yang diberi doping ekspansi dan meningkatkan kemungkinan pembengkakan dan keretakan beton. Lingkungan yang berbeda tidak hanya mempengaruhi pembentukan dan struktur mikro AFt, tetapi juga stabilitas volumenya. Chen Huxing dkk. menemukan bahwa stabilitas AFt jangka panjang menurun dengan meningkatnya konten C3A. Clark dan Monteiro dkk. menemukan bahwa dengan meningkatnya tekanan lingkungan, struktur kristal AFt berubah dari teratur menjadi tidak teratur. Balonis dan Glasser meninjau perubahan kepadatan AFm dan AFt. Renaudin dkk. mempelajari perubahan struktur AFt sebelum dan sesudah perendaman dalam larutan serta parameter struktur AFt dalam spektrum Raman. Kunther dkk. mempelajari pengaruh interaksi antara rasio kalsium-silikon gel CSH dan ion sulfat terhadap tekanan kristalisasi AFt dengan NMR. Pada saat yang sama, berdasarkan penerapan AFt pada material berbasis semen, Wenk et al. mempelajari orientasi kristal AFt bagian beton melalui teknologi penyelesaian difraksi sinar-X radiasi sinkrotron keras. Pembentukan AFt dalam semen campuran dan hotspot penelitian ettringit dieksplorasi. Berdasarkan reaksi ettringit tertunda, beberapa ahli telah banyak melakukan penelitian tentang penyebab fase AFt.

Ekspansi volume yang disebabkan oleh pembentukan ettringit terkadang menguntungkan, dan dapat bertindak sebagai “ekspansi” yang mirip dengan zat ekspansi magnesium oksida untuk menjaga stabilitas volume material berbahan dasar semen. Penambahan emulsi polimer dan bubuk emulsi redispersible mengubah sifat makroskopis material berbahan dasar semen karena pengaruhnya yang signifikan terhadap struktur mikro bahan berbahan dasar semen. Namun, tidak seperti bubuk emulsi yang dapat didispersikan kembali yang terutama meningkatkan sifat ikatan mortar yang mengeras, polimer selulosa eter (CE) yang larut dalam air memberikan efek retensi air dan pengentalan yang baik pada mortar yang baru dicampur, sehingga meningkatkan kinerja kerja. CE non-ionik yang umum digunakan, termasuk metil selulosa (MC), hidroksietil selulosa (HEC), hidroksipropil metil selulosa (HPMC),hidroksietil metil selulosa (HEMC), dll., dan CE berperan dalam mortar yang baru dicampur tetapi juga mempengaruhi proses hidrasi bubur semen. Penelitian telah menunjukkan bahwa HEMC mengubah jumlah AFt yang dihasilkan sebagai produk hidrasi. Namun, belum ada penelitian yang secara sistematis membandingkan pengaruh CE terhadap morfologi mikroskopis AFt, sehingga makalah ini mengeksplorasi perbedaan pengaruh HEMC dan MC terhadap morfologi mikroskopis ettringham pada bubur semen awal (1 hari) melalui analisis gambar dan perbandingan.

1. Eksperimen

1.1 Bahan Baku

Semen Portland P·II 52.5R yang diproduksi oleh Anhui Conch Cement Co., LTD dipilih sebagai semen dalam percobaan. Kedua eter selulosa tersebut masing-masing adalah hidroksietil metilselulosa (HEMC) dan metilselulosa (metilselulosa, Shanghai Sinopath Group). MC); Air pencampurnya adalah air keran.

1.2 Metode eksperimen

Rasio air-semen sampel pasta semen adalah 0,4 (perbandingan massa air terhadap semen), dan kandungan selulosa eter adalah 1% dari massa semen. Persiapan benda uji dilakukan sesuai dengan GB1346-2011 “Metode Pengujian Konsumsi Air, Waktu Pengaturan dan Kestabilan Konsistensi Standar Semen”. Setelah spesimen terbentuk, film plastik dienkapsulasi pada permukaan cetakan untuk mencegah penguapan air permukaan dan karbonisasi, dan spesimen ditempatkan di ruang pengawetan dengan suhu (20±2)℃ dan kelembaban relatif (60±5). )%. Setelah 1 hari, cetakan dikeluarkan, dan spesimen dipecah, kemudian sampel kecil diambil dari tengahnya dan direndam dalam etanol anhidrat untuk menghentikan hidrasi, dan sampel dikeluarkan dan dikeringkan sebelum pengujian. Sampel kering direkatkan ke meja sampel dengan perekat dua sisi konduktif, dan lapisan film emas disemprotkan ke permukaan dengan instrumen sputtering ion otomatis Cressington 108auto. Arus sputtering adalah 20 mA dan waktu sputtering adalah 60 detik. FEI QUANTAFEG 650 lingkungan Scanning electron Microscope (ESEM) digunakan untuk mengamati karakteristik morfologi AFt pada bagian sampel. Mode elektron sekunder vakum tinggi digunakan untuk mengamati AFT. Tegangan akselerasi adalah 15 kV, diameter titik pancaran 3,0 nm, dan jarak kerja dikontrol sekitar 10 mm.

2. Hasil dan pembahasan

Gambar SEM ettringit dalam bubur semen termodifikasi HEMC yang mengeras menunjukkan bahwa pertumbuhan orientasi lapisan Ca (OH)2(CH) terlihat jelas, dan AFt menunjukkan akumulasi AFt seperti batang pendek yang tidak teratur, dan beberapa AFT seperti batang pendek tertutup. dengan struktur membran HEMC. Zhang Timur dkk. juga menemukan AFt berbentuk batang pendek ketika mengamati perubahan struktur mikro bubur semen termodifikasi HEMC melalui ESEM. Mereka percaya bahwa bubur semen biasa bereaksi cepat setelah bertemu air, sehingga kristal AFt menjadi ramping, dan perpanjangan usia hidrasi menyebabkan peningkatan rasio panjang-diameter secara terus-menerus. Namun HEMC meningkatkan viskositas larutan, menurunkan laju pengikatan ion dalam larutan dan menunda masuknya air ke permukaan partikel klinker, sehingga rasio panjang-diameter AFt meningkat dalam tren yang lemah dan karakteristik morfologinya menunjukkan bentuknya seperti batang pendek. Dibandingkan dengan AFt pada bubur semen biasa pada umur yang sama, teori ini telah diverifikasi sebagian, namun tidak dapat diterapkan untuk menjelaskan perubahan morfologi AFt pada bubur semen modifikasi MC. Gambar SEM ettridit dalam bubur semen modifikasi MC yang dikeraskan selama 1 hari juga menunjukkan pertumbuhan berorientasi lapisan Ca(OH)2, beberapa permukaan AFt juga ditutupi dengan struktur film MC, dan AFt menunjukkan karakteristik morfologi pertumbuhan cluster. Namun, sebagai perbandingan, kristal AFt dalam bubur semen modifikasi MC memiliki rasio panjang-diameter lebih besar dan morfologi lebih ramping, menunjukkan morfologi acicular yang khas.

Baik HEMC dan MC menunda proses hidrasi awal semen dan meningkatkan viskositas larutan, namun perbedaan karakteristik morfologi AFt yang ditimbulkannya masih signifikan. Fenomena di atas dapat diuraikan lebih lanjut dari perspektif struktur molekul selulosa eter dan struktur kristal AFt. Renaudin dkk. merendam AFt hasil sintesis dalam larutan alkali yang telah disiapkan untuk mendapatkan “AFt basah”, dan menghilangkan sebagiannya dan mengeringkannya pada permukaan larutan CaCl2 jenuh (kelembaban relatif 35%) untuk mendapatkan “AFt kering”. Setelah dilakukan studi penyempurnaan struktur dengan spektroskopi Raman dan difraksi serbuk sinar-X, ditemukan bahwa kedua struktur tersebut tidak ada perbedaan, hanya arah pembentukan kristal sel yang berubah pada proses pengeringan yaitu pada proses lingkungan. berubah dari “basah” menjadi “kering”, kristal AFt membentuk sel sepanjang arah normal yang meningkat secara bertahap. Kristal AFt sepanjang arah normal menjadi semakin berkurang. Satuan paling dasar ruang tiga dimensi tersusun atas garis normal, b garis normal, dan c garis normal yang saling tegak lurus. Dalam kasus dimana b normal diperbaiki, kristal AFt berkumpul di sepanjang normal, menghasilkan penampang sel yang diperbesar pada bidang ab normal. Jadi, jika HEMC “menyimpan” lebih banyak air dibandingkan MC, lingkungan “kering” dapat terjadi di area lokal, mendorong agregasi lateral dan pertumbuhan kristal AFt. Patural dkk. menemukan bahwa untuk CE itu sendiri, semakin tinggi derajat polimerisasi (atau semakin besar berat molekul), semakin besar viskositas CE dan semakin baik kinerja retensi air. Struktur molekul HEMC dan MCS mendukung hipotesis ini, dengan gugus hidroksietil memiliki berat molekul yang jauh lebih besar dibandingkan gugus hidrogen.

Umumnya, kristal AFt akan terbentuk dan mengendap hanya ketika ion-ion yang relevan mencapai saturasi tertentu dalam sistem larutan. Oleh karena itu, faktor-faktor seperti konsentrasi ion, suhu, nilai pH dan ruang pembentukan dalam larutan reaksi dapat mempengaruhi morfologi kristal AFt secara signifikan, dan perubahan kondisi sintesis buatan dapat mengubah morfologi kristal AFt. Oleh karena itu, perbandingan kristal AFt dalam bubur semen biasa antara keduanya mungkin disebabkan oleh faktor tunggal konsumsi air pada hidrasi awal semen. Namun, perbedaan morfologi kristal AFt yang disebabkan oleh HEMC dan MC terutama disebabkan oleh mekanisme retensi air khusus mereka. Hemcs dan MCS menciptakan “lingkaran tertutup” pengangkutan air di dalam zona mikro bubur semen segar, sehingga memungkinkan adanya “waktu singkat” di mana air “mudah masuk dan sulit keluar.” Namun, selama periode ini, lingkungan fase cair di dalam dan dekat zona mikro juga berubah. Faktor-faktor seperti konsentrasi ion, pH, dll., Perubahan lingkungan pertumbuhan selanjutnya tercermin dalam karakteristik morfologi kristal AFt. Transportasi air “lingkaran tertutup” ini mirip dengan mekanisme kerja yang dijelaskan oleh Pourchez dkk. HPMC berperan dalam retensi air.

3. Kesimpulan

(1) Penambahan hidroksietil metil selulosa eter (HEMC) dan metil selulosa eter (MC) dapat mengubah morfologi ettringit pada bubur semen biasa awal (1 hari) secara signifikan.

(2) Panjang dan diameter kristal ettringit dalam bubur semen termodifikasi HEMC berbentuk batang kecil dan pendek; Perbandingan panjang dan diameter kristal ettringit pada bubur semen modifikasi MC besar, yaitu berbentuk batang jarum. Kristal ettringit dalam bubur semen biasa memiliki rasio aspek antara keduanya.

(3) Perbedaan pengaruh dua selulosa eter terhadap morfologi ettringit pada dasarnya disebabkan oleh perbedaan berat molekul.