Pengaruh hidroksietil selulosa eter pada hidrasi awal semen CSA

Efek darihidroksietil selulosa (HEC)dan tinggi rendahnya substitusi hidroksietil metil selulosa (H HMEC, L HEMC) pada proses hidrasi awal dan produk hidrasi semen sulfoaluminat (CSA) dipelajari. Hasilnya menunjukkan bahwa kandungan L‑HEMC yang berbeda dapat meningkatkan hidrasi semen CSA dalam 45,0 menit~10,0 jam. Ketiga selulosa eter menunda hidrasi tahap pembubaran semen dan transformasi CSA terlebih dahulu, dan kemudian meningkatkan hidrasi dalam waktu 2,0~10,0 jam. Pengenalan gugus metil meningkatkan efek promosi hidroksietil selulosa eter pada hidrasi semen CSA, dan L HEMC memiliki efek promosi yang paling kuat; Pengaruh selulosa eter dengan substituen dan derajat substitusi yang berbeda terhadap produk hidrasi dalam waktu 12,0 jam sebelum hidrasi berbeda nyata. HEMC memiliki efek promosi yang lebih kuat pada produk hidrasi dibandingkan HEC. Bubur semen CSA yang dimodifikasi L HEMC menghasilkan kalsium-vanadit dan gom aluminium paling banyak pada hidrasi 2,0 dan 4,0 jam.
Kata kunci: semen sulfoaluminat; selulosa eter; Pengganti; Derajat substitusi; Proses hidrasi; Produk hidrasi

Semen sulfoaluminat (CSA) dengan kalsium sulfoaluminat anhidrat (C4A3) dan boheme (C2S) sebagai mineral klinker utama memiliki keunggulan pengerasan cepat dan kekuatan awal, anti beku dan anti permeabilitas, alkalinitas rendah, dan konsumsi panas rendah dalam pembuatannya. proses produksi, dengan penggilingan klinker yang mudah. Hal ini banyak digunakan dalam perbaikan terburu-buru, anti-permeabilitas dan proyek lainnya. Selulosa eter (CE) banyak digunakan dalam modifikasi mortar karena sifat penahan air dan pengentalnya. Reaksi hidrasi semen CSA bersifat kompleks, periode induksi sangat singkat, periode percepatan multi-tahap, dan hidrasinya rentan terhadap pengaruh pencampuran dan suhu pengawetan. Zhang dkk. menemukan bahwa HEMC dapat memperpanjang periode induksi hidrasi semen CSA dan membuat puncak utama pelepasan panas hidrasi menjadi lambat. Sun Zhenping dkk. menemukan bahwa efek penyerapan air HEMC mempengaruhi hidrasi awal bubur semen. Wu Kai dkk. percaya bahwa lemahnya adsorpsi HEMC pada permukaan semen CSA tidak cukup mempengaruhi laju pelepasan panas hidrasi semen. Hasil penelitian mengenai pengaruh HEMC terhadap hidrasi semen CSA tidak seragam, hal ini mungkin disebabkan oleh perbedaan komponen klinker semen yang digunakan. Wan dkk. menemukan bahwa retensi air HEMC lebih baik daripada hidroksietil selulosa (HEC), dan viskositas dinamis serta tegangan permukaan larutan lubang bubur semen CSA yang dimodifikasi HEMC dengan derajat substitusi tinggi lebih besar. Li Jian dkk. memantau perubahan suhu internal awal mortar semen CSA yang dimodifikasi HEMC dalam fluiditas tetap dan menemukan bahwa pengaruh HEMC dengan tingkat substitusi yang berbeda juga berbeda.
Namun, studi perbandingan mengenai pengaruh CE dengan substituen dan derajat substitusi yang berbeda terhadap hidrasi awal semen CSA tidaklah cukup. Dalam makalah ini, pengaruh hidroksietil selulosa eter dengan kandungan, gugus substituen, dan derajat substitusi yang berbeda terhadap hidrasi awal semen CSA dipelajari. Hukum pelepasan panas hidrasi semen CSA 12 jam yang dimodifikasi dengan hidroksietil selulosa eter dianalisis secara tegas, dan produk hidrasi dianalisis secara kuantitatif.

1. Tes
1.1 Bahan Baku
Semen adalah semen CSA pengerasan cepat grade 42,5, waktu pengerasan awal dan akhir masing-masing adalah 28 menit dan 50 menit. Komposisi kimia dan komposisi mineralnya (fraksi massa, dosis dan rasio air-semen yang disebutkan dalam makalah ini adalah fraksi massa atau rasio massa) pengubah CE mencakup 3 eter hidroksietil selulosa dengan viskositas serupa: Hidroksietil selulosa (HEC), hidroksietil substitusi tingkat tinggi metil selulosa (H HEMC), derajat substitusi hidroksietil metil fibrin (L HEMC) rendah, viskositas 32, 37, 36 Pa·s, derajat substitusi 2,5, 1,9, 1,6 air pencampur untuk air deionisasi.
1.2 Rasio campuran
Rasio air-semen tetap 0,54, kandungan L HEMC (kandungan artikel ini dihitung berdasarkan kualitas air lumpur) wL=0%, 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5%, HEC dan Kandungan H HEMC 0,5%. Dalam makalah ini: L HEMC 0,1 wL=0,1% L HEMC mengganti semen CSA, dan seterusnya; CSA adalah semen CSA murni; Semen CSA termodifikasi HEC, semen CSA termodifikasi L HEMC, semen CSA termodifikasi H HEMC masing-masing disebut sebagai HCSA, LHCSA, HHCSA.
1.3 Metode pengujian
Mikrometer isotermal delapan saluran dengan rentang pengukuran 600 mW digunakan untuk menguji panas hidrasi. Sebelum pengujian, instrumen distabilkan pada (20±2) ℃ dan kelembaban relatif RH= (60±5) % selama 6,0~8,0 jam. Semen CSA, CE dan air pencampur dicampur sesuai rasio campuran dan pencampuran listrik dilakukan selama 1 menit dengan kecepatan 600 putaran/menit. Segera timbang (10,0±0,1) g bubur ke dalam ampul, masukkan ampul ke dalam instrumen dan mulai uji waktu. Suhu hidrasi adalah 20 ℃, dan data dicatat setiap 1 menit, dan pengujian berlangsung hingga 12.0 jam.
Analisis termogravimetri (TG): Bubur semen dibuat sesuai dengan ISO 9597-2008 Semen — Metode pengujian — Penentuan waktu pengerasan dan kesehatan. Bubur semen campuran dimasukkan ke dalam cetakan uji berukuran 20 mm×20 mm×20 mm, dan setelah digetarkan secara buatan sebanyak 10 kali, ditempatkan pada suhu (20±2) ℃ dan RH= (60±5) % untuk pengawetan. Sampel diambil masing-masing pada umur t=2.0, 4.0 dan 12.0 jam. Setelah lapisan permukaan sampel (≥1 mm) dihilangkan, sampel dipecah menjadi potongan-potongan kecil dan direndam dalam isopropil alkohol. Isopropil alkohol diganti setiap 1 hari selama 7 hari berturut-turut untuk memastikan suspensi lengkap reaksi hidrasi, dan dikeringkan pada suhu 40 ℃ hingga berat konstan. Timbang (75±2) mg sampel ke dalam wadah, panaskan sampel dari 30℃ hingga 1000℃ pada laju suhu 20 ℃/menit dalam atmosfer nitrogen dalam kondisi adiabatik. Dekomposisi termal produk hidrasi semen CSA terutama terjadi pada 50~550℃, dan kandungan air yang terikat secara kimia dapat diperoleh dengan menghitung laju kehilangan massa sampel dalam kisaran ini. AFt kehilangan 20 air kristal dan AH3 kehilangan 3 air kristal selama dekomposisi termal pada 50-180 ℃. Isi setiap produk hidrasi dapat dihitung berdasarkan kurva TG.

2. Hasil dan pembahasan
2.1 Analisis proses hidrasi
2.1.1 Pengaruh kandungan CE terhadap proses hidrasi
Menurut kurva hidrasi dan eksotermik dari bubur semen CSA termodifikasi L HEMC yang berbeda, terdapat 4 puncak eksotermik pada kurva hidrasi dan eksotermik bubur semen CSA murni (wL=0%). Proses hidrasi dapat dibagi menjadi tahap pelarutan (0~15.0 menit), tahap transformasi (15.0~45.0 menit) dan tahap akselerasi (45.0 menit) ~54.0 menit), tahap perlambatan (54.0 menit~2.0 jam), tahap keseimbangan dinamis ( 2,0~4,0 jam), tahap akselerasi ulang (4,0~5,0 jam), tahap deselerasi (5,0~10,0 jam) dan tahap stabilisasi (10,0 jam~). Dalam 15,0 menit sebelum hidrasi, mineral semen larut dengan cepat, dan puncak eksotermik hidrasi pertama dan kedua pada tahap ini dan 15,0-45,0 menit berhubungan dengan pembentukan fase metastabil AFt dan transformasinya masing-masing menjadi monosulfida kalsium aluminat hidrat (AFm). Puncak eksotermal ketiga pada hidrasi 54,0 menit digunakan untuk membagi tahap percepatan dan perlambatan hidrasi, dan laju pembangkitan AFt dan AH3 mengambil ini sebagai titik belok, dari booming ke penurunan, dan kemudian memasuki tahap keseimbangan dinamis yang berlangsung selama 2,0 jam. . Ketika hidrasi 4,0 jam, hidrasi kembali memasuki tahap percepatan, C4A3 adalah pelarutan cepat dan pembentukan produk hidrasi, dan pada 5,0 jam, muncul puncak panas eksotermik hidrasi, dan kemudian memasuki tahap perlambatan lagi. Hidrasi menjadi stabil setelah sekitar 10 jam.
Pengaruh kandungan L HEMC terhadap disolusi hidrasi semen CSAdan tahap konversi berbeda: ketika kandungan L HEMC rendah, pasta semen CSA yang dimodifikasi L HEMC, puncak pelepasan panas hidrasi kedua muncul sedikit lebih awal, laju pelepasan panas dan nilai puncak pelepasan panas secara signifikan lebih tinggi daripada pasta semen CSA murni; Dengan meningkatnya kandungan L HEMC, laju pelepasan panas bubur semen CSA termodifikasi L HEMC berangsur-angsur menurun, dan lebih rendah dibandingkan bubur semen CSA murni. Jumlah puncak eksotermik pada kurva eksotermik hidrasi L HEMC 0,1 sama dengan pasta semen CSA murni, namun puncak eksotermik hidrasi ke-3 dan ke-4 masing-masing ditingkatkan menjadi 42,0 menit dan 2,3 jam, dan dibandingkan dengan 33,5 dan 9,0 mW/g pasta semen CSA murni, puncak eksotermiknya masing-masing meningkat menjadi 36,9 dan 10,5 mW/g. Hal ini menunjukkan bahwa 0,1% L HEMC mempercepat dan meningkatkan hidrasi semen CSA termodifikasi L HEMC pada tahap yang sesuai. Dan kandungan L HEMC adalah 0,2%~0,5%, tahap akselerasi dan deselerasi semen CSA yang dimodifikasi L HEMC digabungkan secara bertahap, yaitu puncak eksotermik keempat terlebih dahulu dan dikombinasikan dengan puncak eksotermik ketiga, tahap tengah keseimbangan dinamis tidak lagi muncul , L HEMC pada efek promosi hidrasi semen CSA lebih signifikan.
L HEMC secara signifikan meningkatkan hidrasi semen CSA dalam 45,0 menit~10,0 jam. Dalam 45,0 menit ~ 5,0 jam, 0,1%L HEMC memiliki pengaruh yang kecil terhadap hidrasi semen CSA, tetapi ketika kandungan L HEMC meningkat menjadi 0,2%~0,5%, pengaruhnya tidak signifikan. Hal ini sangat berbeda dengan pengaruh CE terhadap hidrasi semen Portland. Studi literatur menunjukkan bahwa CE yang mengandung sejumlah besar gugus hidroksil dalam molekulnya akan teradsorpsi pada permukaan partikel semen dan produk hidrasi akibat interaksi asam basa, sehingga menunda hidrasi awal semen Portland, dan semakin kuat adsorpsinya, semakin jelas penundaannya. Namun dalam literatur ditemukan bahwa kapasitas adsorpsi CE pada permukaan AFt lebih lemah dibandingkan pada permukaan gel kalsium silikat hidrat (C‑S‑H), Ca(OH) 2 dan permukaan kalsium aluminat hidrat, sedangkan kapasitas adsorpsinya sebesar HEMC pada partikel semen CSA juga lebih lemah dibandingkan pada partikel semen Portland. Selain itu, atom oksigen pada molekul CE dapat mengikat air bebas dalam bentuk ikatan hidrogen sebagai air yang teradsorpsi, mengubah keadaan air yang dapat diuapkan dalam bubur semen, dan kemudian mempengaruhi hidrasi semen. Namun, lemahnya adsorpsi dan penyerapan air CE secara bertahap akan melemah seiring dengan bertambahnya waktu hidrasi. Setelah waktu tertentu, air yang teradsorpsi akan keluar dan selanjutnya bereaksi dengan partikel semen yang tidak terhidrasi. Selain itu, efek enventing CE juga dapat memberikan ruang yang panjang bagi hidrasi produk. Ini mungkin menjadi alasan mengapa L HEMC meningkatkan hidrasi semen CSA setelah hidrasi 45,0 menit.
2.1.2 Pengaruh substituen CE dan derajatnya terhadap proses hidrasi
Hal ini terlihat dari kurva pelepasan panas hidrasi dari tiga slurry CSA modifikasi CE. Dibandingkan dengan L HEMC, kurva laju pelepasan panas hidrasi dari bubur CSA yang dimodifikasi HEC dan H HEMC juga memiliki empat puncak pelepasan panas hidrasi. Ketiga CE memiliki efek penundaan pada tahap pembubaran dan konversi hidrasi semen CSA, dan HEC dan H HEMC memiliki efek penundaan yang lebih kuat, sehingga menunda munculnya tahap hidrasi yang dipercepat. Penambahan HEC dan H‑HEMC sedikit menunda puncak eksotermik hidrasi ke-3, meningkatkan puncak eksotermik hidrasi ke-4 secara signifikan, dan meningkatkan puncak puncak eksotermik hidrasi ke-4. Kesimpulannya, pelepasan panas hidrasi dari tiga bubur CSA yang dimodifikasi CE lebih besar dibandingkan dengan bubur CSA murni pada periode hidrasi 2,0~10,0 jam, yang menunjukkan bahwa ketiga CE semuanya mendorong hidrasi semen CSA pada tahap ini. Pada periode hidrasi 2,0~5,0 jam, pelepasan panas hidrasi semen CSA termodifikasi L HEMC adalah yang terbesar, dan H HEMC dan HEC adalah yang kedua, menunjukkan bahwa efek promosi HEMC substitusi rendah pada hidrasi semen CSA lebih kuat. . Efek katalitik HEMC lebih kuat dibandingkan HEC, menunjukkan bahwa pengenalan gugus metil meningkatkan efek katalitik CE pada hidrasi semen CSA. Struktur kimia CE mempunyai pengaruh yang besar terhadap adsorpsinya pada permukaan partikel semen, terutama derajat substitusi dan jenis substituen.
Hambatan sterik CE berbeda dengan substituen yang berbeda. HEC hanya memiliki hidroksietil pada rantai sampingnya, yang lebih kecil dari HEMC yang mengandung gugus metil. Oleh karena itu, HEC memiliki efek adsorpsi paling kuat pada partikel semen CSA dan pengaruh paling besar terhadap reaksi kontak antara partikel semen dan air, sehingga memiliki efek penundaan paling nyata pada puncak eksotermik hidrasi ketiga. Daya serap air HEMC dengan substitusi tinggi jauh lebih kuat dibandingkan HEMC dengan substitusi rendah. Akibatnya, air bebas yang terlibat dalam reaksi hidrasi antara struktur flokulasi berkurang, yang mempunyai pengaruh besar pada hidrasi awal semen CSA yang dimodifikasi. Oleh karena itu, puncak hidrotermal ketiga tertunda. HEMC substitusi rendah memiliki penyerapan air yang lemah dan waktu kerja yang singkat, sehingga mengakibatkan pelepasan air adsorben lebih awal dan hidrasi lebih lanjut dari sejumlah besar partikel semen yang tidak terhidrasi. Adsorpsi dan penyerapan air yang lemah memiliki efek penundaan yang berbeda pada tahap pelarutan hidrasi dan transformasi semen CSA, yang mengakibatkan perbedaan dalam peningkatan hidrasi semen pada tahap CE selanjutnya.
2.2 Analisis produk hidrasi
2.2.1 Pengaruh kandungan CE pada produk hidrasi
Ubah kurva TG DTG bubur air CSA dengan kandungan L HEMC yang berbeda; Kandungan air yang terikat secara kimia ww dan produk hidrasi AFt dan AH3 wAFt dan wAH3 dihitung berdasarkan kurva TG. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa kurva DTG pasta semen CSA murni menunjukkan tiga puncak pada 50~180 ℃, 230~300 ℃ dan 642~975 ℃. Sesuai dengan dekomposisi AFt, AH3 dan dolomit. Pada hidrasi 2,0 jam, kurva TG dari bubur CSA termodifikasi L HEMC berbeda. Ketika reaksi hidrasi mencapai 12,0 jam, tidak ada perbedaan signifikan pada kurvanya. Pada hidrasi 2,0 jam, kadar air pengikat kimia wL=0%, 0,1%, 0,5% L pasta semen CSA termodifikasi HEMC adalah 14,9%, 16,2%, 17,0%, dan kadar AFt adalah 32,8%, 35,2%, 36,7%, masing-masing. Kandungan AH3 masing-masing adalah 3,1%, 3,5% dan 3,7%, menunjukkan bahwa penggabungan L HEMC meningkatkan derajat hidrasi hidrasi bubur semen selama 2,0 jam, dan meningkatkan produksi produk hidrasi AFt dan AH3, yaitu, dipromosikan hidrasi semen CSA. Hal ini mungkin karena HEMC mengandung gugus hidrofobik metil dan gugus hidrofilik hidroksietil, yang memiliki aktivitas permukaan tinggi dan secara signifikan dapat mengurangi tegangan permukaan fase cair dalam bubur semen. Pada saat yang sama, ia mempunyai efek memasukkan udara untuk memfasilitasi pembentukan produk hidrasi semen. Pada hidrasi 12,0 jam, kandungan AFt dan AH3 pada bubur semen CSA termodifikasi L HEMC dan bubur semen CSA murni tidak terdapat perbedaan nyata.
2.2.2 Pengaruh substituen CE dan derajat substitusinya terhadap produk hidrasi
Kurva TG DTG bubur semen CSA dimodifikasi oleh tiga CE (kandungan CE 0,5%); Hasil perhitungan ww, wAFt dan wAH3 adalah sebagai berikut: pada hidrasi 2,0 dan 4,0 jam, kurva TG dari bubur semen yang berbeda berbeda nyata. Ketika hidrasi mencapai 12,0 jam, kurva TG dari bubur semen yang berbeda tidak memiliki perbedaan yang signifikan. Pada hidrasi 2,0 jam, kadar air yang terikat secara kimia pada bubur semen CSA murni dan bubur semen CSA termodifikasi HEC, L HEMC, H HEMC masing-masing adalah 14,9%, 15,2%, 17,0%, 14,1%. Pada hidrasi 4,0 jam, kurva TG bubur semen CSA murni mengalami penurunan paling sedikit. Tingkat hidrasi ketiga bubur CSA yang dimodifikasi CE lebih besar daripada bubur CSA murni, dan kandungan air yang terikat secara kimia dari bubur CSA yang dimodifikasi HEMC lebih besar daripada bubur CSA yang dimodifikasi HEC. Kadar air pengikat kimia bubur semen CSA yang dimodifikasi L HEMC adalah yang terbesar. Kesimpulannya, CE dengan substituen dan derajat substitusi yang berbeda mempunyai perbedaan yang signifikan terhadap produk hidrasi awal semen CSA, dan L‑HEMC memiliki efek promosi yang paling besar terhadap pembentukan produk hidrasi. Pada hidrasi 12,0 jam, tidak ada perbedaan yang signifikan antara laju kehilangan massa dari tiga slurp semen CSA yang dimodifikasi CE dan slurp semen CSA murni, yang konsisten dengan hasil pelepasan panas kumulatif, menunjukkan bahwa CE hanya mempengaruhi hidrasi secara signifikan. Semen CSA dalam waktu 12,0 jam.
Terlihat juga bahwa kekuatan puncak karakteristik AFt dan AH3 dari bubur CSA termodifikasi L HEMC paling besar pada hidrasi 2,0 dan 4,0 jam. Kandungan AFt dari bubur CSA murni dan bubur CSA termodifikasi HEC, L HEMC, H HEMC masing-masing adalah 32,8%, 33,3%, 36,7% dan 31,0%, pada hidrasi 2,0 jam. Kandungan AH3 masing-masing adalah 3,1%, 3,0%, 3,6% dan 2,7%. Pada hidrasi 4,0 jam, kandungan AFt adalah 34,9%, 37,1%, 41,5% dan 39,4%, dan kandungan AH3 masing-masing adalah 3,3%, 3,5%, 4,1% dan 3,6%. Terlihat bahwa L HEMC memiliki efek promosi yang paling kuat pada pembentukan produk hidrasi semen CSA, dan efek promosi HEMC lebih kuat dibandingkan dengan HEC. Dibandingkan dengan L‑HEMC, H‑HEMC meningkatkan viskositas dinamis larutan pori secara lebih signifikan, sehingga memengaruhi transportasi air, sehingga menurunkan laju penetrasi slurry, dan memengaruhi produksi produk hidrasi saat ini. Dibandingkan dengan HEMC, efek ikatan hidrogen pada molekul HEC lebih jelas, dan efek penyerapan air lebih kuat dan tahan lama. Saat ini, efek penyerapan air dari HEMC substitusi tinggi dan HEMC substitusi rendah tidak lagi terlihat jelas. Selain itu, CE membentuk “lingkaran tertutup” pengangkutan air di zona mikro di dalam bubur semen, dan air yang dilepaskan secara perlahan oleh CE selanjutnya dapat bereaksi langsung dengan partikel semen di sekitarnya. Pada hidrasi 12,0 jam, efek CE pada produksi bubur semen CSA AFt dan AH3 tidak lagi signifikan.

3. Kesimpulan
(1) Hidrasi lumpur sulfoaluminat (CSA) dalam 45,0 menit~10,0 jam dapat ditingkatkan dengan dosis berbeda dari hidroksietil metil fibrin (L HEMC).
(2) Hidroksietil selulosa (HEC), hidroksietil metil selulosa (H HEMC) substitusi tinggi, L HEMC HEMC, ketiga hidroksietil selulosa eter (CE) ini telah menunda tahap pembubaran dan konversi hidrasi semen CSA, dan mendorong hidrasi 2,0~ 10,0 jam.
(3) Pengenalan metil dalam hidroksietil CE dapat secara signifikan meningkatkan efek promosinya terhadap hidrasi semen CSA dalam 2,0~5,0 jam, dan efek promosi L HEMC pada hidrasi semen CSA lebih kuat daripada H HEMC.
(4) Ketika kandungan CE 0,5%, jumlah AFt dan AH3 yang dihasilkan oleh bubur CSA termodifikasi L HEMC pada hidrasi 2,0 dan 4,0 jam adalah yang tertinggi, dan pengaruh peningkatan hidrasi adalah yang paling signifikan; Slurry CSA termodifikasi H HEMC dan HEC menghasilkan kandungan AFt dan AH3 yang lebih tinggi dibandingkan slurry CSA murni hanya pada hidrasi 4,0 jam. Pada hidrasi 12,0 jam, pengaruh 3 CE terhadap produk hidrasi semen CSA tidak lagi signifikan.