אתר תאית על המורפולוגיה של אטרנגיט מוקדם

ההשפעות של hydroxyethyl methyl cellulose ether ואתר methyl cellulose ether על המורפולוגיה של ettringite בתרחית צמנט מוקדמת נחקרו על ידי מיקרוסקופיה אלקטרונית סריקה (SEM). התוצאות מראות כי היחס בין אורך-קוטר של גבישי אטרינגיט ב-Hydroxyethyl methyl-cellulose-ether slurry שונה מזה שב-surry רגיל, והמורפולוגיה של גבישי ettringite היא דמוי מוט קצר. היחס בין אורך-קוטר של גבישי אטרינגיט בתרחיץ שעבר שינוי מתיל תאית גדול יותר מזה של תרחיץ רגיל, והמורפולוגיה של גבישי אטרינגיט היא מוט מחט. לגבישי ה-ettringite בתמיסות מלט רגילות יש יחס גובה-רוחב איפשהו באמצע. דרך המחקר הניסיוני לעיל, ברור עוד שההבדל במשקל המולקולרי של שני סוגים של אתר תאית הוא הגורם החשוב ביותר המשפיע על המורפולוגיה של אטרינגיט.

מילות מפתח:ettringite; יחס אורך-קוטר; אתר מתיל תאית; אתר הידרוקסיאתיל מתיל תאית; מוֹרפוֹלוֹגִיָה

ל-Etringite, כמוצר הידרציה מורחב מעט, יש השפעה משמעותית על הביצועים של בטון צמנט, ותמיד היה מוקד המחקר של חומרים מבוססי צמנט. Etringite הוא סוג של סידן אלומינאט הידרט מסוג טריסולפיד, הנוסחה הכימית שלו היא [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, או שניתן לכתוב אותו כ-3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, לעתים קרובות מקוצר כ-AFt . במערכת צמנט פורטלנד, ettringite נוצר בעיקר על ידי תגובה של גבס עם מינרלים אלומינאט או ברזל אלומינאט, אשר ממלא את התפקיד של עיכוב הידרציה וחוזק מוקדם של המלט. היווצרות ומורפולוגיה של ettringite מושפעים מגורמים רבים כגון טמפרטורה, ערך pH וריכוז יונים. כבר בשנת 1976, Metha et al. השתמשו במיקרוסקופיה סורקת אלקטרונים כדי לחקור את המאפיינים המורפולוגיים של AFt, וגילו שהמורפולוגיה של מוצרי הידרציה מורחבים מעט שכאלה הייתה שונה במקצת כאשר חלל הגידול היה גדול מספיק וכאשר החלל מוגבל. הראשון היה בעיקר כדורים דקים בצורת מוט מחט, בעוד שהאחרון היה לרוב פריזמה קצרה בצורת מוט. המחקר של יאנג ווניאן מצא שצורות AFt היו שונות בסביבות ריפוי שונות. סביבות רטובות יעכבו את יצירת AFt בבטון מסומם בהרחבה ותגביר את האפשרות להתנפחות וסדיקה של בטון. סביבות שונות משפיעות לא רק על היווצרות ומבנה המיקרו של AFt, אלא גם על יציבות הנפח שלו. צ'ן האקסינג וחב'. מצא שהיציבות ארוכת הטווח של AFt ירדה עם העלייה בתוכן C3A. קלארק ומונטיירו ואחרים. גילה שעם העלייה בלחץ הסביבתי, מבנה הגבישים של AFt השתנה מסדר לאי-סדר. Balonis ו-Glasser סקרו את השינויים בצפיפות של AFm ו-AFt. רנאודין וחב'. חקר את השינויים המבניים של AFt לפני ואחרי טבילה בתמיסה ואת הפרמטרים המבניים של AFt בספקטרום רמאן. Kunther et al. חקר את השפעת האינטראקציה בין יחס סידן-סיליקון ג'ל CSH ליון סולפט על לחץ התגבשות AFt על ידי NMR. יחד עם זאת, בהתבסס על יישום AFt בחומרים מבוססי צמנט, Wenk et al. חקר כיוון גביש AFt של קטע בטון באמצעות טכנולוגיית גימור דיפרקציה בקרני רנטגן קרינת סינכרוטרון קשה. נחקרו היווצרות AFt במלט מעורב ונקודת המחקר של ettringite. בהתבסס על תגובת ettringite מאוחרת, כמה חוקרים ערכו מחקר רב על הגורם לשלב AFt.

התרחבות הנפח הנגרמת על ידי היווצרות אטרינגיט היא לפעמים חיובית, והיא יכולה לפעול כ"הרחבה" בדומה לחומר התפשטות מגנזיום תחמוצת כדי לשמור על יציבות הנפח של חומרים מבוססי צמנט. תוספת של תחליב פולימרי ואבקת תחליב מתפזרת מחדש משנה את התכונות המקרוסקופיות של חומרים מבוססי צמנט בשל השפעותיהם המשמעותיות על מבנה המיקרו של חומרים מבוססי צמנט. עם זאת, בניגוד לאבקת האמולסיה הניתנת לפיזור מחדש, אשר משפרת בעיקר את תכונת ההדבקה של טיט מוקשה, אתר תאית פולימרי מסיס במים (CE) מעניק לטיט המעורבב החדש אפקט שמירה ועיבוי מים טובים, ובכך משפר את ביצועי העבודה. CE לא-יוני נמצא בשימוש נפוץ, כולל מתיל תאית (MC), תאית הידרוקסיאתיל (HEC), הידרוקסיפרופיל מתיל תאית (HPMC),הידרוקסיאתיל מתיל תאית (HEMC)וכו', ו-CE ממלא תפקיד בטיט מעורב זה עתה, אך משפיע גם על תהליך ההידרציה של תרחיץ מלט. מחקרים הראו כי HEMC משנה את כמות AFt המיוצרת כמוצר הידרציה. עם זאת, אף מחקר לא השוו באופן שיטתי את ההשפעה של CE על המורפולוגיה המיקרוסקופית של AFt, ולכן מאמר זה בוחן את ההבדל בין ההשפעה של HEMC ו-MC על המורפולוגיה המיקרוסקופית של ettringham בתרחית צמנט מוקדמת (יום אחד) באמצעות ניתוח תמונה ו השוואה.

1. ניסוי

1.1 חומרי גלם

צמנט P·II 52.5R פורטלנד המיוצר על ידי Anhui Conch Cement Co., LTD נבחר כמלט בניסוי. שני אתרי התאית הם הידרוקסיאתיל מתילצלולוזה (HEMC) ומתילצלולוזה (מתילצלולוזה, שנחאי Sinopath Group) בהתאמה. MC); מי הערבוב הם מי ברז.

1.2 שיטות ניסוי

יחס המים-צמנט של דגימת משחת המלט היה 0.4 (יחס המסה של מים למלט), ותכולת האתר תאית הייתה 1% ממסת המלט. הכנת הדגימה בוצעה על פי GB1346-2011 "שיטת בדיקה לצריכת מים, זמן התייצבות ויציבות של עקביות סטנדרטית של מלט". לאחר יצירת הדגימה, הוטמן סרט פלסטיק על פני התבנית כדי למנוע אידוי והתפחה של מי פני השטח, והדגימה הונחה בחדר אשפרה עם טמפרטורה של (20±2)℃ ולחות יחסית של (60±5). ) %. לאחר יום אחד, העובש הוסר, והדגימה נשברה, לאחר מכן נלקחה דגימה קטנה מהאמצע והוסרה באתנול נטול מים כדי להפסיק את ההידרציה, והדגימה הוצאה וייבשה לפני הבדיקה. הדגימות המיובשות הודבקו לשולחן הדוגמאות עם דבק דו-צדדי מוליך, ושכבת סרט זהב רוססה על פני השטח על ידי מכשיר קריסת יונים אוטומטי של Cressington 108auto. זרם הקפיצה היה 20 mA וזמן הקפיצה היה 60 שניות. FEI QUANTAFEG 650 סביבתי סורק אלקטרונים מיקרוסקופ אלקטרוני (ESEM) שימש כדי לצפות במאפיינים המורפולוגיים של AFt בקטע המדגם. מצב האלקטרונים המשני בוואקום גבוה שימש כדי לצפות ב-AFT. מתח התאוצה היה 15 קילו וולט, קוטר נקודת הקרן היה 3.0 ננומטר, ומרחק העבודה נשלט על כ-10 מ"מ.

2. תוצאות ודיון

תמונות SEM של ettringite בתרחית צמנט מוקשה שעברה HEMC הראו שגידול האוריינטציה של Ca (OH)2(CH) היה ברור, ו-AFt הראה הצטברות לא סדירה של AFt דמוי מוט קצר, וכמה AFT דמוי מוט קצר היה מכוסה עם מבנה קרום HEMC. Zhang Dongfang et al. נמצא גם AFt דמוי מוט קצר בעת צפייה בשינויים במבנה המיקרו של תרחיץ מלט שעבר שינוי HEMC דרך ESEM. הם האמינו שתרחית מלט רגילה הגיבה במהירות לאחר מפגש עם מים, ולכן גביש AFt היה דק, והרחבת גיל ההידרציה הובילה לעלייה מתמשכת של יחס אורך-קוטר. עם זאת, HEMC העלה את צמיגות התמיסה, הפחית את קצב הקישור של יונים בתמיסה ועיכבה את הגעת המים על פני חלקיקי הקלינקר, כך שיחס האורך-קוטר של AFt עלה במגמה חלשה והמאפיינים המורפולוגיים שלו הראו. צורה קצרה דמויית מוט. בהשוואה ל-AFt בתרחית מלט רגילה מאותו גיל, תיאוריה זו אומתה חלקית, אך היא אינה ישימה כדי להסביר את השינויים המורפולוגיים של AFt בתרחית מלט שעברה שינוי ב-MC. תמונות SEM של ettridite ב-1 יום של מלט מוקשח MC הראו צמיחה מכוונת של Ca(OH)2 שכבות, חלק משטחי AFt היו מכוסים גם במבנה הסרט של MC, ו-AFt הראו מאפיינים מורפולוגיים של צמיחת אשכול. עם זאת, לשם השוואה, גביש AFt בתרחית צמנט שונה מסוג MC הוא בעל יחס אורך-קוטר גדול יותר ומורפולוגיה דקיקה יותר, המראה מורפולוגיה ציפית אופיינית.

גם HEMC וגם MC עיכבו את תהליך ההידרציה המוקדם של המלט והגדילו את צמיגות התמיסה, אך ההבדלים במאפיינים המורפולוגיים של AFt שנגרמו על ידם היו עדיין משמעותיים. ניתן להרחיב את התופעות לעיל מנקודת המבט של המבנה המולקולרי של אתר תאית ומבנה גביש AFt. רנאודין וחב'. השרה את ה-AFt המסונתז בתמיסת האלקלי המוכנה כדי לקבל "AFt רטוב", והסיר אותו חלקית וייבש אותו על פני השטח של תמיסת CaCl2 רוויה (35% לחות יחסית) כדי לקבל "AFt יבש". לאחר מחקר חידוד המבנה על ידי ראמאן ספקטרוסקופיה ודיפרקציית אבקת רנטגן, נמצא כי לא היה הבדל בין שני המבנים, רק כיוון היווצרות הגבישים של התאים השתנה בתהליך הייבוש, כלומר בתהליך הסביבה. שינוי מ"רטוב" ל"יבש", גבישי AFt יצרו תאים לאורך הכיוון הרגיל של עלייה הדרגתית. גבישי AFt לאורך הכיוון הנורמלי c הפכו פחות ופחות. היחידה הבסיסית ביותר של מרחב תלת מימדי מורכבת מקו נורמלי, b קו נורמלי וקו נורמלי c המאונכים זה לזה. במקרה שבו נורמלי b היו קבועים, גבישי AFt התקבצו לאורך נורמלי, וכתוצאה מכך חתך תאים מוגדל במישור הנורמלי ab. לפיכך, אם ה-HEMC "אוגר" יותר מים מה-MC, סביבה "יבשה" יכולה להתרחש באזור מקומי, המעודדת צבירה רוחבית וצמיחה של גבישי AFt. Patural et al. מצא כי עבור CE עצמו, ככל שדרגת הפילמור גבוהה יותר (או ככל שהמשקל המולקולרי גדול יותר), כך צמיגות ה-CE גדולה יותר וביצועי החזקת המים טובים יותר. המבנה המולקולרי של HEMCs ו-MCS תומך בהשערה זו, כאשר לקבוצת ההידרוקסיאתיל יש משקל מולקולרי גדול בהרבה מקבוצת המימן.

בדרך כלל, גבישי AFt יווצרו וישקעו רק כאשר יונים רלוונטיים מגיעים לרוויה מסוימת במערכת התמיסה. לכן, גורמים כמו ריכוז יונים, טמפרטורה, ערך pH וחלל היווצרות בתמיסת התגובה יכולים להשפיע באופן משמעותי על המורפולוגיה של גבישי AFt, ושינויים בתנאי סינתזה מלאכותית יכולים לשנות את המורפולוגיה של גבישי AFt. לכן, היחס בין גבישי AFt בתרחית מלט רגילה בין השניים עשוי להיגרם על ידי הגורם היחיד של צריכת מים בהידרציה המוקדמת של המלט. עם זאת, ההבדל במורפולוגיה של גבישי AFt הנגרם על ידי HEMC ו-MC אמור לנבוע בעיקר ממנגנון החזקת המים המיוחד שלהם. Hemcs ו-MCS יוצרים "לולאה סגורה" של הובלת מים בתוך המיקרו-אזור של תרחית המלט הטרי, מה שמאפשר "תקופה קצרה" שבה מים "קלים לכניסה וקשים ליציאה". עם זאת, במהלך תקופה זו, גם סביבת השלב הנוזלי במיקרו-זון ובסמוך לו משתנה. גורמים כמו ריכוז יונים, pH וכו', השינוי בסביבת הגידול בא לידי ביטוי עוד יותר במאפיינים המורפולוגיים של גבישי AFt. "לולאה סגורה" זו של הובלת מים דומה למנגנון הפעולה שתואר על ידי Pourchez וחב'. HPMC משחק תפקיד באגירת מים.

3. מסקנה

(1) הוספה של אתר hydroxyethyl methyl cellulose (HEMC) ואת methyl cellulose ether (MC) יכולה לשנות באופן משמעותי את המורפולוגיה של ettringite בתחילת (יום אחד) תמיסת צמנט רגילה.

(2) האורך והקוטר של גביש ettringite ב- HEMC מלט מותאם הם צורת מוט קטן וקצר; יחס האורך והקוטר של גבישי ettringite ב- MC מלט משתנה הוא גדול, שהוא בצורת מוט מחט. לגבישי ה-ettringite ב-surries מלט רגילים יש יחס רוחב-גובה בין שני אלה.

(3) ההשפעות השונות של שני אתרי תאית על המורפולוגיה של ettringite נובעות בעיקר מההבדל במשקל המולקולרי.