Pengaruh selulosa eter terhadap panas hidrasi semen dan bijih tunggal yang berbeda

efek selulosa eter terhadap panas hidrasi semen Portland, semen sulfoaluminat, trikalsium silikat dan trikalsium aluminat dalam 72 jam dibandingkan dengan uji kalorimetri isotermal. Hasil penelitian menunjukkan bahwa selulosa eter dapat secara signifikan mengurangi laju hidrasi dan pelepasan panas semen Portland dan trikalsium silikat, dan efek penurunan laju hidrasi dan pelepasan panas trikalsium silikat lebih signifikan. Pengaruh selulosa eter terhadap penurunan laju pelepasan panas hidrasi semen sulfoaluminat sangat lemah, namun mempunyai pengaruh yang lemah terhadap peningkatan laju pelepasan panas hidrasi trikalsium aluminat. Selulosa eter akan diserap oleh beberapa produk hidrasi, sehingga menunda kristalisasi produk hidrasi, dan kemudian mempengaruhi laju pelepasan panas hidrasi semen dan bijih tunggal.

Kata kunci:selulosa eter; Semen; bijih tunggal; Panas hidrasi; adsorpsi

1. Pendahuluan

Selulosa eter merupakan bahan pengental dan bahan penahan air yang penting dalam mortar campuran kering, beton yang dapat memadat sendiri, dan bahan berbasis semen baru lainnya. Namun, selulosa eter juga akan menunda hidrasi semen, yang bermanfaat untuk meningkatkan waktu operasional material berbahan dasar semen, meningkatkan konsistensi mortar dan kehilangan waktu merosotnya beton, namun juga dapat menunda kemajuan konstruksi. Secara khusus, hal ini akan berdampak buruk pada mortar dan beton yang digunakan dalam kondisi lingkungan bersuhu rendah. Oleh karena itu, sangat penting untuk memahami hukum selulosa eter pada kinetika hidrasi semen.

OU dan Pourchez secara sistematis mempelajari pengaruh parameter molekul seperti berat molekul selulosa eter, jenis substituen atau derajat substitusi pada kinetika hidrasi semen, dan menarik banyak kesimpulan penting: Kemampuan hidroksietil selulosa eter (HEC) untuk menunda hidrasi semen. semen biasanya lebih kuat dibandingkan dengan metil selulosa eter (HPMC), hidroksimetil etil selulosa eter (HEMC) dan metil selulosa eter (MC). Pada selulosa eter yang mengandung metil, semakin rendah kandungan metil maka semakin kuat kemampuannya untuk menunda hidrasi semen; Semakin rendah berat molekul selulosa eter, semakin kuat kemampuannya dalam menunda hidrasi semen. Kesimpulan ini memberikan dasar ilmiah untuk memilih selulosa eter dengan benar.

Untuk komponen semen yang berbeda, pengaruh selulosa eter pada kinetika hidrasi semen juga merupakan masalah yang sangat memprihatinkan dalam aplikasi teknik. Namun, belum ada penelitian mengenai aspek ini. Dalam tulisan ini, pengaruh selulosa eter terhadap kinetika hidrasi semen Portland biasa, C3S(trikalsium silikat), C3A(trikalsium aluminat) dan semen sulfoaluminat (SAC) dipelajari melalui uji kalorimetri isotermal, untuk lebih memahami interaksi dan mekanisme internal antara selulosa eter dan produk hidrasi semen. Hal ini memberikan dasar ilmiah lebih lanjut untuk penggunaan rasional selulosa eter dalam bahan berbasis semen dan juga memberikan dasar penelitian untuk interaksi antara bahan tambahan lainnya dan produk hidrasi semen.

2. Tes

2.1 Bahan Baku

(1) semen Portland biasa (P·0). Diproduksi oleh Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., spesifikasinya adalah P· 042.5 (GB 175-2007), ditentukan oleh spektrometer fluoresensi sinar-X tipe dispersi panjang gelombang (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Berdasarkan analisis software JADE 5.0, selain mineral klinker semen C3S, C2s, C3A, C4AF dan gipsum, bahan baku semen juga mengandung kalsium karbonat.

(2) semen sulfoaluminat (SAC). Semen sulfoaluminat keras cepat yang diproduksi oleh Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. adalah R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Kelompok utamanya adalah kalsium sulfoaluminat dan dikalsium silikat.

(3) trikalsium silikat (C3S). Tekan Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 dan H2O pada 3:1:0.08: Perbandingan massa 10 dicampur secara merata dan ditekan di bawah tekanan konstan 60MPa untuk membuat billet hijau berbentuk silinder. Billet dikalsinasi pada 1400℃ selama 1,5 ~ 2 jam dalam tungku listrik suhu tinggi batang silikon-molibdenum, dan kemudian dipindahkan ke oven microwave untuk pemanasan gelombang mikro lebih lanjut selama 40 menit. Billet setelah dikeluarkan, didinginkan secara tiba-tiba dan dipecah berulang kali serta dikalsinasi hingga kandungan CaO bebas dalam produk jadi kurang dari 1,0%.

(4) trikalsium aluminat (c3A). CaO dan A12O3 dicampur rata, dikalsinasi pada suhu 1450℃ selama 4 jam dalam tungku listrik batang silikon-molibdenum, digiling menjadi bubuk, dan dikalsinasi berulang kali hingga kandungan CaO bebas kurang dari 1,0%, dan puncak C12A7 dan CA adalah diabaikan.

(5) selulosa eter. Penelitian sebelumnya membandingkan efek 16 jenis selulosa eter terhadap laju hidrasi dan pelepasan panas semen Portland biasa, dan menemukan bahwa berbagai jenis selulosa eter memiliki perbedaan yang signifikan dalam hukum hidrasi dan pelepasan panas semen, serta menganalisis mekanisme internalnya. dari perbedaan yang signifikan ini. Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya, dipilih tiga jenis selulosa eter yang mempunyai efek perlambatan nyata pada semen Portland biasa. Ini termasuk hidroksietil selulosa eter (HEC), hidroksipropil metil selulosa eter (HPMC), dan hidroksietil metil selulosa eter (HEMC). Viskositas selulosa eter diukur dengan viskometer putar dengan konsentrasi uji 2%, suhu 20℃ dan kecepatan putaran 12 putaran/menit. Viskositas selulosa eter diukur dengan viskometer putar dengan konsentrasi uji 2%, suhu 20℃ dan kecepatan putaran 12 putaran/menit. Derajat substitusi molar selulosa eter disediakan oleh pabrikan.

(6) Air. Gunakan air sulingan sekunder.

2.2 Metode pengujian

Panas hidrasi. Kalorimeter isotermal 8 saluran TAM Air yang diproduksi oleh TA Instrument Company diadopsi. Semua bahan mentah dijaga suhunya konstan untuk menguji suhu (seperti (20± 0,5)℃) sebelum percobaan. Pertama, 3 g semen dan 18 mg bubuk selulosa eter ditambahkan ke dalam kalorimeter (perbandingan massa selulosa eter terhadap bahan cemelative adalah 0,6%). Setelah tercampur sempurna, ditambahkan air campuran (air sulingan sekunder) sesuai perbandingan air-semen yang ditentukan dan diaduk rata. Kemudian segera dimasukkan ke dalam kalorimeter untuk diuji. Rasio pengikat air c3A adalah 1,1, dan rasio pengikat air dari tiga bahan semen lainnya adalah 0,45.

3. Hasil dan pembahasan

3.1 Hasil tes

Pengaruh HEC, HPMC dan HEMC terhadap laju pelepasan panas hidrasi dan laju pelepasan panas kumulatif semen Portland biasa, C3S dan C3A dalam waktu 72 jam, dan pengaruh HEC terhadap laju pelepasan panas hidrasi dan laju pelepasan panas kumulatif semen sulfoaluminat dalam waktu 72 jam, HEC adalah selulosa eter dengan efek penundaan terkuat pada hidrasi semen lain dan bijih tunggal. Menggabungkan kedua efek tersebut, dapat ditemukan bahwa dengan perubahan komposisi bahan semen, selulosa eter memiliki efek berbeda terhadap laju pelepasan panas hidrasi dan pelepasan panas kumulatif. Selulosa eter yang dipilih dapat secara signifikan mengurangi laju hidrasi dan pelepasan panas semen Portland biasa dan C, S, terutama memperpanjang waktu periode induksi, menunda munculnya puncak hidrasi dan pelepasan panas, di antaranya selulosa eter menjadi hidrasi C, S dan penundaan laju pelepasan panas lebih jelas daripada penundaan laju hidrasi dan pelepasan panas semen Portland biasa; Selulosa eter juga dapat menunda laju pelepasan panas hidrasi semen sulfoaluminat, tetapi kemampuan penundaannya sangat lemah, dan terutama menunda hidrasi setelah 2 jam; Untuk laju pelepasan panas hidrasi C3A, selulosa eter memiliki kemampuan percepatan yang lemah.

3.2 Analisis dan pembahasan

Mekanisme selulosa eter menunda hidrasi semen. Silva dkk. berhipotesis bahwa selulosa eter meningkatkan viskositas larutan pori dan menghambat laju pergerakan ion, sehingga menunda hidrasi semen. Namun, banyak literatur yang meragukan asumsi ini, karena percobaan mereka menemukan bahwa selulosa eter dengan viskositas lebih rendah memiliki kemampuan lebih kuat untuk menunda hidrasi semen. Faktanya, waktu pergerakan atau migrasi ion sangat singkat sehingga jelas tidak sebanding dengan waktu penundaan hidrasi semen. Adsorpsi antara selulosa eter dan produk hidrasi semen dianggap sebagai alasan sebenarnya keterlambatan hidrasi semen oleh selulosa eter. Selulosa eter mudah teradsorpsi pada permukaan produk hidrasi seperti kalsium hidroksida, gel CSH dan kalsium aluminat hidrat, namun tidak mudah teradsorpsi oleh ettringit dan fase tidak terhidrasi, dan kapasitas adsorpsi selulosa eter pada kalsium hidroksida lebih tinggi dari yaitu gel CSH. Oleh karena itu, untuk produk hidrasi semen Portland biasa, selulosa eter memiliki penundaan terkuat pada kalsium hidroksida, penundaan terkuat pada kalsium, penundaan kedua pada gel CSH, dan penundaan terlemah pada ettringit.

Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa adsorpsi antara polisakarida non-ionik dan fase mineral terutama mencakup ikatan hidrogen dan kompleksasi kimia, dan kedua efek ini terjadi antara gugus hidroksil polisakarida dan logam hidroksida pada permukaan mineral. Liu dkk. selanjutnya mengklasifikasikan adsorpsi antara polisakarida dan logam hidroksida sebagai interaksi asam-basa, dengan polisakarida sebagai asam dan logam hidroksida sebagai basa. Untuk polisakarida tertentu, alkalinitas permukaan mineral menentukan kekuatan interaksi antara polisakarida dan mineral. Di antara empat komponen pembentuk gel yang dipelajari dalam makalah ini, unsur utama logam atau nonlogam antara lain Ca, Al dan Si. Berdasarkan urutan aktivitas logam, alkalinitas hidroksidanya adalah Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Faktanya, larutan Si(OH)4 bersifat asam dan tidak menyerap selulosa eter. Oleh karena itu, kandungan Ca(OH)2 pada permukaan produk hidrasi semen menentukan kapasitas adsorpsi produk hidrasi dan selulosa eter. Karena kalsium hidroksida, gel CSH (3CaO·2SiO2·3H20), ettringit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) dan kalsium aluminat hidrat (3CaO·Al2O3·6H2O) pada kandungan oksida anorganik CaO adalah 100%, 58,33%, 49,56% dan 62 ,2%. Oleh karena itu, urutan kapasitas adsorpsinya dengan selulosa eter adalah kalsium hidroksida > kalsium aluminat > gel CSH > ettringit, yang konsisten dengan hasil dalam literatur.

Produk hidrasi c3S terutama mencakup gel Ca(OH) dan csH, dan selulosa eter memiliki efek penundaan yang baik pada produk tersebut. Oleh karena itu, selulosa eter memiliki penundaan yang sangat jelas pada hidrasi C3. Selain c3S, semen Portland biasa juga mengandung hidrasi C2s yang lebih lambat, sehingga efek penundaan selulosa eter tidak terlihat jelas pada tahap awal. Produk hidrasi silikat biasa juga termasuk ettringit, dan efek penundaan selulosa eter buruk. Oleh karena itu, kemampuan penundaan selulosa eter terhadap c3s lebih kuat dibandingkan dengan semen Portland biasa yang diamati dalam pengujian.

C3A akan larut dan terhidrasi dengan cepat jika bertemu air, dan produk hidrasi biasanya C2AH8 dan c4AH13, dan panas hidrasi akan dilepaskan. Ketika larutan C2AH8 dan c4AH13 mencapai jenuh, kristalisasi lembaran hidrat heksagonal C2AH8 dan C4AH13 akan terbentuk, dan laju reaksi serta panas hidrasi akan berkurang pada saat yang bersamaan. Akibat adsorpsi selulosa eter pada permukaan kalsium aluminat hidrat (CxAHy), keberadaan selulosa eter akan menunda kristalisasi hidrat pelat heksagonal C2AH8 dan C4AH13, sehingga mengakibatkan penurunan laju reaksi dan laju pelepasan panas hidrasi dibandingkan dengan itu. C3A murni, yang menunjukkan bahwa selulosa eter memiliki kemampuan akselerasi yang lemah terhadap hidrasi C3A. Perlu dicatat bahwa dalam pengujian ini, selulosa eter memiliki kemampuan percepatan yang lemah terhadap hidrasi c3A murni. Namun pada semen Portland biasa, karena c3A akan bereaksi dengan gipsum membentuk ettringit, akibat pengaruh keseimbangan ca2+ dalam larutan slurry, selulosa eter akan menunda pembentukan ettringit, sehingga memperlambat hidrasi c3A.

Dari pengaruh HEC, HPMC dan HEMC terhadap laju hidrasi dan pelepasan panas serta pelepasan panas kumulatif semen Portland biasa, C3S dan C3A dalam waktu 72 jam, dan pengaruh HEC terhadap laju hidrasi dan pelepasan panas serta pelepasan panas kumulatif sulfoaluminat semen dalam waktu 72 jam, terlihat bahwa di antara tiga eter selulosa yang dipilih, kemampuan penundaan hidrasi c3s dan semen Portland paling kuat pada HEC, diikuti oleh HEMC, dan paling lemah pada HPMC. Sedangkan untuk C3A, kemampuan ketiga selulosa eter dalam mempercepat hidrasi juga berada pada urutan yang sama, yaitu HEC terkuat, HEMC kedua, HPMC terlemah dan terkuat. Hal ini saling menegaskan bahwa selulosa eter telah menunda pembentukan produk hidrasi bahan pembentuk gel.

Produk hidrasi utama semen sulfoaluminat adalah ettringit dan gel Al(OH)3. C2S dalam semen sulfoaluminat juga akan terhidrasi secara terpisah membentuk gel Ca(OH)2 dan cSH. Karena adsorpsi selulosa eter dan ettringit dapat diabaikan, dan hidrasi sulfoaluminat terlalu cepat, oleh karena itu, pada tahap awal hidrasi, selulosa eter memiliki pengaruh yang kecil terhadap laju pelepasan panas hidrasi semen sulfoaluminat. Namun pada waktu hidrasi tertentu, karena c2s akan terhidrasi secara terpisah menghasilkan gel Ca(OH)2 dan CSH, kedua produk hidrasi ini akan tertunda oleh selulosa eter. Oleh karena itu, diamati bahwa selulosa eter menunda hidrasi semen sulfoaluminat setelah 2 jam.

4. Kesimpulan

Dalam makalah ini, melalui uji kalorimetri isotermal, hukum pengaruh dan mekanisme pembentukan selulosa eter terhadap panas hidrasi semen Portland biasa, c3s, c3A, semen sulfoaluminat dan komponen berbeda lainnya serta bijih tunggal dalam 72 jam dibandingkan. Kesimpulan utamanya adalah sebagai berikut:

(1) Selulosa eter dapat secara signifikan mengurangi laju pelepasan panas hidrasi semen Portland biasa dan trikalsium silikat, dan pengaruh penurunan laju pelepasan panas hidrasi trikalsium silikat lebih signifikan; Pengaruh selulosa eter terhadap penurunan laju pelepasan panas semen sulfoaluminat sangat lemah, namun mempunyai pengaruh yang lemah terhadap peningkatan laju pelepasan panas trikalsium aluminat.

(2) selulosa eter akan diserap oleh beberapa produk hidrasi, sehingga memperlambat kristalisasi produk hidrasi, sehingga mempengaruhi laju pelepasan panas hidrasi semen. Jenis dan jumlah produk hidrasi berbeda untuk komponen bijih semen yang berbeda, sehingga pengaruh selulosa eter terhadap panas hidrasinya tidak sama.