Pengaruh selulosa eter terhadap evolusi komponen air dan produk hidrasi pasta semen sulfoaluminat

Komponen air dan evolusi struktur mikro dalam bubur semen sulfoaluminat (CSA) termodifikasi selulosa eter dipelajari dengan resonansi magnetik nuklir medan rendah dan penganalisis termal. Hasil penelitian menunjukkan bahwa setelah penambahan selulosa eter, ia mengadsorpsi air di antara struktur flokulasi, yang ditandai sebagai puncak relaksasi ketiga dalam spektrum waktu relaksasi transversal (T2), dan jumlah air yang teradsorpsi berkorelasi positif dengan dosis. Selain itu, selulosa eter secara signifikan memfasilitasi pertukaran air antara bagian dalam dan struktur antar flok flok CSA. Walaupun penambahan selulosa eter tidak berpengaruh terhadap jenis produk hidrasi semen sulfoaluminat, namun akan mempengaruhi jumlah produk hidrasi pada umur tertentu.

Kata kunci:selulosa eter; semen sulfoaluminat; air; produk hidrasi

0、Kata pengantar

Selulosa eter, yang diproses dari selulosa alami melalui serangkaian proses, merupakan campuran kimia terbarukan dan ramah lingkungan. Eter selulosa umum seperti metilselulosa (MC), etilselulosa (HEC), dan hidroksietilmetilselulosa (HEMC) banyak digunakan dalam bidang kedokteran, konstruksi, dan industri lainnya. Mengambil HEMC sebagai contoh, hal ini dapat secara signifikan meningkatkan retensi air dan konsistensi semen Portland, namun menunda pengerasan semen. Pada tingkat mikroskopis, HEMC juga mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap struktur mikro dan struktur pori pasta semen. Misalnya, ettringite produk hidrasi (AFt) cenderung berbentuk batang pendek, dan rasio aspeknya lebih rendah; pada saat yang sama, sejumlah besar pori-pori tertutup dimasukkan ke dalam pasta semen, sehingga mengurangi jumlah pori-pori yang berkomunikasi.

Sebagian besar penelitian yang ada mengenai pengaruh selulosa eter pada bahan berbasis semen berfokus pada semen Portland. Semen sulfoaluminat (CSA) adalah semen rendah karbon yang dikembangkan secara mandiri di negara saya pada abad ke-20, dengan kalsium sulfoaluminat anhidrat sebagai mineral utamanya. Karena AFt dalam jumlah besar dapat dihasilkan setelah hidrasi, CSA memiliki keunggulan kekuatan awal, impermeabilitas tinggi, dan ketahanan terhadap korosi, dan banyak digunakan di bidang pencetakan 3D beton, konstruksi teknik kelautan, dan perbaikan cepat di lingkungan bersuhu rendah. . Dalam beberapa tahun terakhir, Li Jian dkk. menganalisis pengaruh HEMC pada mortar CSA dari sudut pandang kuat tekan dan kepadatan basah; Wu Kai dkk. mempelajari pengaruh HEMC pada proses hidrasi awal semen CSA, tetapi air dalam semen CSA yang dimodifikasi Hukum evolusi komponen dan komposisi bubur tidak diketahui. Berdasarkan hal tersebut, penelitian ini berfokus pada distribusi waktu relaksasi transversal (T2) pada bubur semen CSA sebelum dan sesudah penambahan HEMC dengan menggunakan instrumen resonansi magnetik nuklir medan rendah, dan menganalisis lebih lanjut hukum migrasi dan perubahan air di dalamnya. bubur. Perubahan komposisi pasta semen dipelajari.

1. Eksperimen

1.1 Bahan mentah

Dua semen sulfoaluminat yang tersedia secara komersial digunakan, ditandai sebagai CSA1 dan CSA2, dengan kerugian penyalaan (LOI) kurang dari 0,5% (fraksi massa).

Tiga hidroksietil metilselulosa berbeda digunakan, yang masing-masing dilambangkan sebagai MC1, MC2 dan MC3. MC3 diperoleh dengan mencampurkan 5% (fraksi massa) poliakrilamida (PAM) dalam MC2.

1.2 Rasio pencampuran

Tiga jenis selulosa eter dicampur ke dalam semen sulfoaluminat masing-masing, dosisnya adalah 0,1%, 0,2% dan 0,3% (fraksi massa, sama di bawah). Rasio air-semen tetap adalah 0,6, dan rasio air-semen dari rasio air-semen memiliki kemampuan kerja yang baik dan tidak ada pendarahan melalui uji konsumsi air dengan konsistensi standar.

1.3 Metode

Peralatan NMR medan rendah yang digunakan dalam percobaan adalah PQ⁃Alat analisa NMR 001 dari Shanghai Numei Analytical Instrument Co., Ltd. Kekuatan medan magnet magnet permanen adalah 0,49T, frekuensi resonansi proton adalah 21MHz, dan suhu magnet dijaga konstan pada 32,0°C. Selama pengujian, botol kaca kecil berisi sampel silinder dimasukkan ke dalam kumparan probe instrumen, dan urutan CPMG digunakan untuk mengumpulkan sinyal relaksasi pasta semen. Setelah dilakukan inversi dengan software analisis korelasi, diperoleh kurva inversi T2 dengan menggunakan algoritma inversi Sirt. Air dengan derajat kebebasan yang berbeda-beda dalam slurry akan dicirikan oleh puncak relaksasi yang berbeda pada spektrum relaksasi transversal, dan luas puncak relaksasi berkorelasi positif dengan jumlah air, berdasarkan jenis dan kandungan air dalam slurry. dapat dianalisis. Untuk menghasilkan resonansi magnetik nuklir, perlu dipastikan bahwa frekuensi tengah O1 (satuan: kHz) frekuensi radio konsisten dengan frekuensi magnet, dan O1 dikalibrasi setiap hari selama pengujian.

Sampel dianalisis dengan TG?DSC dengan penganalisa termal gabungan STA 449C dari NETZSCH, Jerman. N2 digunakan sebagai atmosfer pelindung, laju pemanasannya 10°C/menit, dan kisaran suhu pemindaian adalah 30-800°C.

2. Hasil dan pembahasan

2.1 Evolusi komponen air

2.1.1 Selulosa eter yang tidak didoping

Dua puncak relaksasi (didefinisikan sebagai puncak relaksasi pertama dan kedua) dapat diamati dengan jelas dalam spektrum waktu relaksasi transversal (T2) dari dua bubur semen sulfoaluminat. Puncak relaksasi pertama berasal dari bagian dalam struktur flokulasi yang mempunyai derajat kebebasan rendah dan waktu relaksasi transversal yang singkat; puncak relaksasi kedua berasal dari sela-sela struktur flokulasi yang mempunyai derajat kebebasan yang besar dan waktu relaksasi transversal yang lama. Sebaliknya, T2 yang sesuai dengan puncak relaksasi pertama kedua semen sebanding, sedangkan puncak relaksasi kedua CSA1 muncul kemudian. Berbeda dengan klinker semen sulfoaluminat dan semen buatan sendiri, kedua puncak relaksasi CSA1 dan CSA2 sebagian tumpang tindih dari keadaan awal. Dengan kemajuan hidrasi, puncak relaksasi pertama secara bertahap cenderung mandiri, area tersebut secara bertahap berkurang, dan menghilang sepenuhnya sekitar 90 menit. Hal ini menunjukkan adanya derajat pertukaran air tertentu antara struktur flokulasi dengan struktur flokulasi kedua pasta semen tersebut.

Perubahan luas puncak puncak relaksasi kedua dan perubahan nilai T2 sesuai dengan puncak puncak masing-masing mencirikan perubahan kadar air bebas dan kadar air terikat secara fisik serta perubahan derajat kebebasan air dalam bubur. . Kombinasi keduanya dapat mencerminkan proses hidrasi bubur secara lebih komprehensif. Dengan kemajuan hidrasi, luas puncak secara bertahap berkurang, dan pergeseran nilai T2 ke kiri secara bertahap meningkat, dan terdapat hubungan tertentu yang sesuai di antara keduanya.

2.1.2 Menambahkan selulosa eter

Dengan mengambil contoh CSA2 yang dicampur dengan MC2 0,3%, spektrum relaksasi T2 semen sulfoaluminat setelah penambahan selulosa eter dapat dilihat. Setelah penambahan selulosa eter, puncak relaksasi ketiga yang mewakili adsorpsi air oleh selulosa eter muncul pada posisi di mana waktu relaksasi transversal lebih besar dari 100 ms, dan luas puncak secara bertahap meningkat seiring dengan peningkatan kandungan selulosa eter.

Jumlah air antar struktur flokulasi dipengaruhi oleh migrasi air di dalam struktur flokulasi dan adsorpsi air selulosa eter. Oleh karena itu, jumlah air di antara struktur flokulasi berhubungan dengan struktur pori internal bubur dan kapasitas adsorpsi air selulosa eter. Luas puncak relaksasi kedua bervariasi menurut jenis semen. Kandungan selulosa eter bervariasi menurut jenis semen yang berbeda. Luas puncak relaksasi kedua slurry CSA1 mengalami penurunan terus menerus seiring dengan peningkatan kadar selulosa eter, dan paling kecil pada kadar 0,3%. Sebaliknya, luas puncak relaksasi kedua bubur CSA2 terus meningkat seiring dengan peningkatan kandungan selulosa eter.

Sebutkan perubahan luas puncak relaksasi ketiga dengan bertambahnya kandungan selulosa eter. Karena luas puncak dipengaruhi oleh kualitas sampel, sulit untuk memastikan bahwa kualitas sampel yang ditambahkan sama saat memuat sampel. Oleh karena itu, rasio area digunakan untuk mengkarakterisasi jumlah sinyal puncak relaksasi ketiga dalam sampel yang berbeda. Dari perubahan luas puncak relaksasi ketiga dengan bertambahnya kandungan selulosa eter terlihat bahwa dengan bertambahnya kandungan selulosa eter maka luas puncak relaksasi ketiga pada dasarnya menunjukkan kecenderungan yang semakin meningkat (dalam CSA1, ketika kandungan MC1 0,3%, area puncak relaksasi ketiga sedikit berkurang sebesar 0,2%), menunjukkan bahwa dengan meningkatnya kandungan selulosa eter, air yang teradsorpsi juga meningkat secara bertahap. Di antara slurry CSA1, MC1 memiliki daya serap air yang lebih baik dibandingkan MC2 dan MC3; sedangkan di antara slurry CSA2, MC2 memiliki daya serap air terbaik.

Terlihat dari perubahan luas puncak relaksasi ketiga per satuan massa bubur CSA2 terhadap waktu pada kandungan selulosa eter 0,3%, luas puncak relaksasi ketiga per satuan massa semakin berkurang seiring dengan hidrasi. bahwa Karena laju hidrasi CSA2 lebih cepat dibandingkan klinker dan semen buatan sendiri, selulosa eter tidak memiliki waktu untuk adsorpsi air lebih lanjut, dan melepaskan air yang teradsorpsi karena peningkatan pesat konsentrasi fase cair dalam bubur. Selain itu, adsorpsi air MC2 lebih kuat dibandingkan MC1 dan MC3, yang konsisten dengan kesimpulan sebelumnya. Terlihat dari perubahan luas puncak per satuan massa puncak relaksasi ketiga CSA1 dengan waktu pada dosis selulosa eter 0,3% yang berbeda bahwa aturan perubahan puncak relaksasi ketiga CSA1 berbeda dengan CSA2, dan area CSA1 meningkat sebentar pada tahap awal hidrasi. Setelah meningkat dengan cepat, ia menurun hingga menghilang, yang mungkin disebabkan oleh waktu pembekuan CSA1 yang lebih lama. Selain itu, CSA2 mengandung lebih banyak gipsum, hidrasi mudah membentuk lebih banyak AFt (3CaO Al2O3 3CaSO4 · 32H2O), mengkonsumsi banyak air bebas, dan laju konsumsi air melebihi laju adsorpsi air oleh selulosa eter, yang dapat menyebabkan The luas puncak relaksasi ketiga slurry CSA2 terus mengecil.

Setelah penggabungan selulosa eter, puncak relaksasi pertama dan kedua juga berubah sampai batas tertentu. Terlihat dari lebar puncak puncak relaksasi kedua kedua jenis bubur semen dan bubur segar setelah penambahan selulosa eter, lebar puncak puncak relaksasi kedua bubur segar berbeda setelah penambahan selulosa eter. meningkat, bentuk puncaknya cenderung menyebar. Hal ini menunjukkan bahwa penggabungan selulosa eter mencegah terjadinya aglomerasi partikel semen sampai batas tertentu, membuat struktur flokulasi relatif longgar, melemahkan derajat pengikatan air, dan meningkatkan derajat kebebasan air antar struktur flokulasi. Namun seiring bertambahnya dosis, peningkatan lebar puncak tidak terlihat jelas, dan lebar puncak beberapa sampel bahkan menurun. Mungkin peningkatan dosis meningkatkan viskositas fase cair bubur, dan pada saat yang sama, adsorpsi selulosa eter ke partikel semen ditingkatkan sehingga menyebabkan flokulasi. Tingkat kebebasan kelembaban antar struktur berkurang.

Resolusi dapat digunakan untuk menggambarkan derajat pemisahan antara puncak relaksasi pertama dan kedua. Derajat pemisahan dapat dihitung berdasarkan derajat resolusi = (Komponen pertama-Asaddle)/Komponen pertama, dimana Komponen pertama dan Asaddle mewakili amplitudo maksimum puncak relaksasi pertama dan amplitudo titik terendah antara kedua puncak, masing-masing. Derajat pemisahan dapat digunakan untuk mengkarakterisasi derajat pertukaran air antara struktur flokulasi bubur dan struktur flokulasi, dan nilainya umumnya 0-1. Nilai Separation yang semakin tinggi menunjukkan bahwa kedua bagian air tersebut lebih sulit untuk ditukar, dan nilai yang sama dengan 1 menunjukkan bahwa kedua bagian air tersebut tidak dapat bertukar sama sekali.

Terlihat dari hasil perhitungan derajat pemisahan bahwa derajat pemisahan kedua semen tanpa penambahan selulosa eter adalah setara, keduanya sekitar 0,64, dan derajat pemisahan berkurang secara signifikan setelah penambahan selulosa eter. Di satu sisi, resolusi semakin menurun seiring dengan peningkatan dosis, dan resolusi kedua puncak bahkan turun menjadi 0 pada CSA2 yang dicampur dengan 0,3% MC3, menunjukkan bahwa selulosa eter secara signifikan mendorong pertukaran air di dalam dan di antara sel. struktur flokulasi. Berdasarkan fakta bahwa penggabungan selulosa eter pada dasarnya tidak berpengaruh pada posisi dan luas puncak relaksasi pertama, maka dapat berspekulasi bahwa penurunan resolusi antara lain disebabkan oleh bertambahnya lebar puncak relaksasi kedua, dan struktur flokulasi yang longgar membuat pertukaran air antara bagian dalam dan luar menjadi lebih mudah. Selain itu, tumpang tindih selulosa eter dalam struktur bubur semakin meningkatkan derajat pertukaran air antara bagian dalam dan luar struktur flokulasi. Di sisi lain, efek pengurangan resolusi selulosa eter pada CSA2 lebih kuat dibandingkan dengan CSA1, yang mungkin disebabkan oleh luas permukaan spesifik yang lebih kecil dan ukuran partikel CSA2 yang lebih besar, yang lebih sensitif terhadap efek dispersi selulosa eter setelahnya. penggabungan.

2.2 Perubahan komposisi bubur

Dari spektrum TG-DTG slurry CSA1 dan CSA2 yang dihidrasi selama 90 menit, 150 menit dan 1 hari terlihat bahwa jenis produk hidrasi tidak mengalami perubahan sebelum dan sesudah penambahan selulosa eter, serta AFt, AFm dan AH3 semuanya terbentuk. Literatur menunjukkan bahwa kisaran dekomposisi AFt adalah 50-120°C; rentang dekomposisi AFm adalah 160-220°C; kisaran dekomposisi AH3 adalah 220-300°C. Dengan kemajuan hidrasi, kehilangan berat sampel secara bertahap meningkat, dan karakteristik puncak DTG dari AFt, AFm dan AH3 secara bertahap menjadi jelas, menunjukkan bahwa pembentukan tiga produk hidrasi secara bertahap meningkat.

Dari fraksi massa masing-masing produk hidrasi dalam sampel pada umur hidrasi yang berbeda, terlihat bahwa pembentukan AFt sampel blanko pada umur 1 hari melebihi generasi sampel yang dicampur dengan selulosa eter, yang menunjukkan bahwa selulosa eter mempunyai pengaruh yang besar. hidrasi bubur setelah koagulasi. Ada efek penundaan tertentu. Pada menit 90, produksi AFm ketiga sampel tetap sama; pada 90-150 menit, produksi AFm dalam sampel kosong secara signifikan lebih lambat dibandingkan dengan dua kelompok sampel lainnya; setelah 1 hari, kandungan AFm dalam sampel kosong sama dengan sampel yang dicampur dengan MC1, dan kandungan AFm dalam sampel MC2 jauh lebih rendah pada sampel lainnya. Sedangkan untuk produk hidrasi AH3, laju pembentukan sampel blanko CSA1 setelah hidrasi selama 90 menit secara signifikan lebih lambat dibandingkan dengan selulosa eter, namun laju pembentukan secara signifikan lebih cepat setelah 90 menit, dan jumlah produksi AH3 dari ketiga sampel. setara dengan 1 hari.

Setelah bubur CSA2 dihidrasi selama 90 menit dan 150 menit, jumlah AFT yang dihasilkan dalam sampel yang dicampur dengan selulosa eter jauh lebih sedikit dibandingkan dengan sampel kosong, yang menunjukkan bahwa selulosa eter juga memiliki efek perlambatan tertentu pada bubur CSA2. Pada sampel umur 1 hari, ditemukan bahwa kandungan AFt sampel blanko masih lebih tinggi dibandingkan sampel yang dicampur dengan selulosa eter, menunjukkan bahwa selulosa eter masih memiliki efek penghambatan tertentu pada hidrasi CSA2 setelah pengaturan akhir, dan derajat retardasi pada MC2 lebih besar dibandingkan dengan sampel yang ditambah selulosa eter. MC1. Pada 90 menit, jumlah AH3 yang dihasilkan sampel blanko sedikit lebih sedikit dibandingkan sampel yang dicampur dengan selulosa eter; pada 150 menit, AH3 yang dihasilkan sampel blanko melebihi sampel yang dicampur dengan selulosa eter; pada 1 hari, AH3 yang dihasilkan ketiga sampel setara.

3. Kesimpulan

(1) Selulosa eter dapat secara signifikan meningkatkan pertukaran air antara struktur flokulasi dan struktur flokulasi. Setelah penggabungan selulosa eter, selulosa eter menyerap air dalam bubur, yang ditandai sebagai puncak relaksasi ketiga dalam spektrum waktu relaksasi transversal (T2). Dengan bertambahnya kandungan selulosa eter maka penyerapan air selulosa eter meningkat, dan luas puncak relaksasi ketiga bertambah. Air yang diserap oleh selulosa eter secara bertahap dilepaskan ke dalam struktur flokulasi dengan hidrasi bubur.

(2) Penggabungan selulosa eter mencegah penggumpalan partikel semen sampai batas tertentu, sehingga struktur flokulasi relatif longgar; dan dengan meningkatnya kandungan, viskositas fase cair bubur meningkat, dan selulosa eter memiliki pengaruh yang lebih besar pada partikel semen. Peningkatan efek adsorpsi mengurangi derajat kebebasan air di antara struktur flokulasi.

(3) Sebelum dan sesudah penambahan selulosa eter, jenis produk hidrasi dalam bubur semen sulfoaluminat tidak berubah, sehingga terbentuk AFt, AFm dan lem aluminium; tetapi selulosa eter sedikit menunda efek pembentukan produk hidrasi.