השפעת אתר תאית על חום הידרציה של מלט ועפרות בודדות שונות

ההשפעות של אתר תאית על חום ההידרציה של צמנט פורטלנד, צמנט sulfoaluminate, tricalcium silicate ו-tricalcium aluminate ב-72 שעות הושוו על ידי בדיקת קלורימטריה איזותרמית. התוצאות מראות כי אתר תאית יכול להפחית משמעותית את קצב ההידרציה ושחרור החום של צמנט פורטלנד וטריקלציום סיליקט, והשפעת הירידה על קצב ההידרציה ושחרור החום של טריקלציום סיליקט משמעותית יותר. ההשפעה של אתר תאית על הפחתת קצב שחרור החום של הידרציה של צמנט sulfoaluminate חלשה מאוד, אך יש לה השפעה חלשה על שיפור קצב שחרור החום של הידרציה של טריקלציום אלומינאט. אתר תאית ייספג על ידי חלק ממוצרי הידרציה, ובכך יעכב את התגבשותם של מוצרי הידרציה, ולאחר מכן ישפיע על קצב שחרור חום ההידרציה של מלט ועפרות בודדות.

מילות מפתח:אתר תאית; מֶלֶט; עפרה בודדת; חום של הידרציה; סְפִיחָה

1. הקדמה

אתר תאית הוא חומר עיבוי וחומר שומר מים חשוב בטיט מעורב יבש, בטון מתכווץ וחומרים חדשים אחרים המבוססים על צמנט. עם זאת, אתר תאית יעכב גם הידרציה של מלט, מה שתורם לשיפור זמן הפעולה של חומרים מבוססי מלט, לשפר את עקביות הטיט ואובדן זמן שקיעת בטון, אך גם עלול לעכב את התקדמות הבנייה. בפרט, יהיו לו השפעות שליליות על טיט ובטון המשמשים בתנאי סביבה בטמפרטורה נמוכה. לכן, חשוב מאוד להבין את החוק של אתר תאית על קינטיקה של הידרציה של מלט.

OU ו-Pourchez חקרו באופן שיטתי את ההשפעות של פרמטרים מולקולריים כמו משקל מולקולרי של אתר תאית, סוג התחליף או מידת ההחלפה על קינטיקה של הידרציה של צמנט, והסיקו מסקנות רבות וחשובות: היכולת של אתר הידרוקסיאתיל תאית (HEC) לעכב את ההידרציה של המלט בדרך כלל חזק יותר מזה של אתר מתיל תאית (HPMC), אתתר הידרוקסי-מתיל אתיל תאית (HEMC) ואתר מתיל תאית (MC). באתר תאית המכיל מתיל, ככל שתכולת המתיל נמוכה יותר, כך חזקה יותר היכולת לעכב את הידרציה של המלט; ככל שהמשקל המולקולרי של אתר תאית נמוך יותר, כך חזקה יותר היכולת לעכב את הידרציה של המלט. מסקנות אלו מספקות בסיס מדעי לבחירה נכונה של אתר תאית.

עבור רכיבים שונים של מלט, ההשפעה של אתר תאית על קינטיקה של הידרציה של מלט היא גם בעיה מודאגת מאוד ביישומים הנדסיים. עם זאת, אין מחקר על היבט זה. במאמר זה נחקרה השפעתו של אתר תאית על קינטיקה הידרציה של צמנט פורטלנד רגיל, C3S (טריקלציום סיליקט), C3A (טריקלציום אלומינאט) ומלט סולפואלמינאט (SAC) באמצעות בדיקת קלורימטריה איזותרמית, כדי להבין יותר את האינטראקציה מנגנון פנימי בין אתר תאית ומוצרי הידרציה של מלט. זה מספק בסיס מדעי נוסף לשימוש רציונלי באתר תאית בחומרים מבוססי מלט וגם מספק בסיס מחקרי לאינטראקציה בין תערובות אחרות ומוצרי הידרציה של מלט.

2. מבחן

2.1 חומרי גלם

(1) צמנט פורטלנד רגיל (P·0). מיוצר על ידי Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., המפרט הוא P·042.5 (GB 175-2007), שנקבע על ידי ספקטרומטר הקרינה של קרני רנטגן מסוג פיזור אורך גל (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). על פי הניתוח של תוכנת JADE 5.0, בנוסף למינרלים מלט קלינקר C3S, C2s, C3A, C4AF וגבס, חומרי גלם מלט כוללים גם סידן פחמתי.

(2) צמנט sulfoaluminate (SAC). צמנט הסולפאלומינאט הקשיח המהיר המיוצר על ידי Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. הוא R.Star 42.5 (GB 20472-2006). הקבוצות העיקריות שלו הן סידן sulfoaluminate ודיקלציום סיליקט.

(3) טריקלציום סיליקט (C3S). לחץ על Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 ו-H2O ב-3:1:0.08: יחס מסה של 10 היה מעורבב באופן שווה ולחוץ בלחץ קבוע של 60MPa כדי ליצור בילט ירוק גלילי. הבילט היה מסוייד ב-1400 ℃ למשך 1.5 ~ 2 שעות בתנור חשמלי בטמפרטורה גבוהה של מוט סיליקון מוליבדן, ולאחר מכן הועבר לתנור מיקרוגל לחימום נוסף במיקרוגל למשך 40 דקות. לאחר הוצאת הבילט, הוא מקורר בפתאומיות ונשבר שוב ושוב והסתייד עד שתכולת CaO חופשי במוצר המוגמר הייתה פחות מ-1.0%

(4) טריקלציום אלומינאט (c3A). CaO ו-A12O3 עורבבו באופן שווה, סוללו ב-1450℃ למשך 4 שעות בכבשן חשמלי מוט סיליקון מוליבדן, טחנו לאבקה וסולחנו שוב ושוב עד שתכולת CaO חופשי הייתה פחות מ-1.0%, והשיאים של C12A7 ו-CA היו. התעלמו.

(5) אתר תאית. העבודה הקודמת השוותה את ההשפעות של 16 סוגים של אתרי תאית על קצב ההידרציה ושחרור החום של צמנט פורטלנד רגיל, ומצאה שלסוגים שונים של אתרי תאית יש הבדלים משמעותיים על חוק ההידרציה ושחרור החום של המלט, וניתחה את המנגנון הפנימי. מההבדל המשמעותי הזה. על פי תוצאות מחקר קודם, נבחרו שלושה סוגים של אתר תאית בעלי השפעה מעכבת ברורה על צמנט פורטלנד רגיל. אלה כוללים hydroxyethyl cellulose ether (HEC), hydroxypropyl methyl cellulose ether (HPMC), ואת hydroxyethyl methyl cellulose ether (HEMC). הצמיגות של אתר תאית נמדדה באמצעות מד ויסקומטר סיבובי עם ריכוז בדיקה של 2%, טמפרטורה של 20℃ ומהירות סיבוב של 12 r/min. הצמיגות של אתר תאית נמדדה באמצעות מד ויסקומטר סיבובי עם ריכוז בדיקה של 2%, טמפרטורה של 20℃ ומהירות סיבוב של 12 r/min. דרגת ההחלפה הטוחנית של אתר תאית מסופקת על ידי היצרן.

(6) מים. השתמש במים מזוקקים משניים.

2.2 שיטת בדיקה

חום של הידרציה. אומץ TAM Air 8 ערוצים קלורימטר איזותרמי המיוצר על ידי חברת TA Instrument. כל חומרי הגלם נשמרו בטמפרטורת בדיקה קבועה לבדיקת טמפרטורת (כגון (20±0.5)℃) לפני הניסוי. ראשית, נוספו 3 גרם מלט ו-18 מ"ג אבקת אתר תאית לקלוריות (יחס המסה של אתר תאית לחומר צמלטיבי היה 0.6%). לאחר ערבוב מלא נוספו מים מעורבים (מים מזוקקים משניים) לפי יחס המים-צמנט שצוין וערבבו באופן שווה. לאחר מכן, הוא הוכנס במהירות לתוך הקלורימטר לבדיקה. יחס קושר המים של c3A הוא 1.1, ויחס קושרי המים של שלושת החומרים הצמנטיים האחרים הוא 0.45.

3. תוצאות ודיון

3.1 תוצאות הבדיקה

ההשפעות של HEC, HPMC ו-HEMC על קצב שחרור חום הידרציה וקצב שחרור חום מצטבר של צמנט פורטלנד רגיל, C3S ו-C3A בתוך 72 שעות, וההשפעות של HEC על קצב שחרור חום הידרציה וקצב שחרור חום מצטבר של צמנט סולפאלומינאט בתוך 72 שעות, HEC הוא אתר התאית עם השפעת ההשהיה החזקה ביותר על הידרציה של מלט אחר ועפרות בודדות. בשילוב שתי ההשפעות, ניתן למצוא שעם השינוי בהרכב החומר הצמנטי, לאתר תאית יש השפעות שונות על קצב שחרור חום הידרציה ושחרור חום מצטבר. אתר התאית הנבחר יכול להפחית באופן משמעותי את קצב ההידרציה ושחרור החום של צמנט פורטלנד רגיל ו-C, S, בעיקר מאריך את זמן תקופת האינדוקציה, מעכב את הופעת ההידרציה ושיא שחרור החום, ביניהם אתר התאית ל-C, S הידרציה ו עיכוב קצב שחרור החום ברור יותר מהידרציה של צמנט פורטלנד רגיל ועיכוב קצב שחרור החום; אתר תאית יכול גם לעכב את קצב שחרור החום של הידרציה של צמנט sulfoaluminate, אך יכולת ההשהיה חלשה מאוד, ובעיקר לעכב את ההידרציה לאחר 2 שעות; עבור קצב שחרור החום של הידרציה C3A, לאתר תאית יש יכולת האצה חלשה.

3.2 ניתוח ודיון

המנגנון של אתר תאית מעכב הידרציה של צמנט. סילבה וחב'. שיערו שהאתר התאית מגביר את הצמיגות של תמיסת הנקבוביות ומעכב את קצב התנועה היונית, ובכך מעכב את הידרציה של המלט. עם זאת, ספרות רבה פקפקה בהנחה זו, שכן הניסויים שלהם מצאו כי לאתרי תאית בעלי צמיגות נמוכה יותר יש יכולת חזקה יותר לעכב הידרציה של צמנט. למעשה, זמן תנועת היונים או נדידת היונים כל כך קצר עד שהוא כמובן לא ניתן להשוואה לזמן של עיכוב הידרציה של המלט. הספיחה בין אתר תאית ומוצרי הידרציה של צמנט נחשבת לסיבה האמיתית לעיכוב של הידרציה בצמנט על ידי אתר תאית. אתר תאית נספג בקלות על פני השטח של מוצרי הידרציה כגון סידן הידרוקסיד, ג'ל CSH וסידן אלומינאט הידרט, אך לא קל להיספג על ידי אטרינגיט ופאזה לא מיובשת, ויכולת הספיגה של אתר תאית על סידן הידרוקסיד גבוהה מ- זה של ג'ל CSH. לכן, עבור מוצרי הידרציה של צמנט פורטלנד רגילים, לאתר תאית יש את העיכוב החזק ביותר על סידן הידרוקסיד, העיכוב החזק ביותר על סידן, העיכוב השני על ג'ל CSH, וההשהייה החלשה ביותר על ettringite.

מחקרים קודמים הראו שהספיחה בין פוליסכריד לא-יוני לפאזה מינרלית כוללת בעיקר קשרי מימן וקומפלקס כימי, ושתי השפעות אלו מתרחשות בין קבוצת ההידרוקסיל של פוליסכריד לבין הידרוקסיד המתכת על פני המינרל. Liu et al. עוד סיווג את הספיחה בין פוליסכרידים והידרוקסידי מתכת כאינטראקציה חומצית-בסיסית, עם פוליסכרידים כחומצות והידרוקסידי מתכת כבסיסים. עבור פוליסכריד נתון, האלקליניות של פני המינרלים קובעת את חוזק האינטראקציה בין פוליסכרידים ומינרלים. בין ארבעת מרכיבי הג'ל שנחקרו במאמר זה, היסודות העיקריים של מתכת או שאינם מתכת כוללים Ca, Al ו-Si. לפי סדר פעילות המתכת, האלקליניות של הידרוקסידים שלהם היא Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. למעשה, תמיסת Si(OH)4 היא חומצית ואינה סופחת אתר תאית. לכן, התוכן של Ca(OH)2 על פני השטח של מוצרי הידרציה מלט קובע את יכולת הספיגה של מוצרי הידרציה ואתר תאית מכיוון שסידן הידרוקסיד, ג'ל CSH (3CaO·2SiO2·3H20), ettringite (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). וסידן אלומינאט הידרט (3CaO·Al2O3·6H2O) בתכולת תחמוצות אנאורגניות של CaO הוא 100%, 58.33%, 49.56% ו-62.2% לכן, סדר כושר הספיחה שלהם עם אתר תאית הוא סידן הידרוקסיד > סידן אלומינאט > ג'ל CSH > ettringite, התואם את התוצאות בספרות.

תוצרי ההידרציה של c3S כוללים בעיקר ג'ל Ca(OH) וג'ל csH, ולאתר תאית יש השפעת השהייה טובה עליהם. לכן, לאתר תאית יש עיכוב ברור מאוד בהידרציה של C3s. מלבד c3S, צמנט פורטלנד רגיל כולל גם הידרציה C2s שהיא איטית יותר, מה שהופך את אפקט ההשהיה של אתר תאית לא ברור בשלב המוקדם. תוצרי ההידרציה של סיליקט רגיל כוללים גם ettringite, והשפעת העיכוב של אתר תאית ירודה. לכן, יכולת ההשהיה של אתר תאית ל-c3s חזקה יותר מזו של צמנט פורטלנד רגיל שנצפה בבדיקה.

C3A יתמוסס ויתמוסס במהירות כאשר הוא פוגש מים, ותוצרי ההידרציה הם בדרך כלל C2AH8 ו-c4AH13, וחום ההידרציה ישתחרר. כאשר הפתרון של C2AH8 ו-c4AH13 מגיע לרוויה, תיווצר התגבשות של הידרט יריעות משושה של C2AH8 ו-C4AH13, וקצב התגובה וחום ההידרציה יופחתו בו זמנית. עקב ספיחת אתר תאית אל פני השטח של סידן אלומינאט הידרט (CxAHy), נוכחות אתר תאית תעכב את התגבשות של הידרט של לוחות משושה C2AH8 ו-C4AH13, וכתוצאה מכך ירידה בקצב התגובה וקצב שחרור חום ההידרציה מזה. של C3A טהור, מה שמראה שלאתר תאית יש יכולת האצה חלשה להידרציה של C3A. ראוי לציין שבבדיקה זו, לאתר תאית יש יכולת האצה חלשה להידרציה של c3A טהור. עם זאת, בצמנט פורטלנד רגיל, מכיוון ש-c3A יגיב עם גבס ליצירת ettringite, עקב השפעת איזון ca2+ בתמיסת תמיסת, אתר תאית יעכב את יצירת ettringite, ובכך יעכב את ההידרציה של c3A.

מההשפעות של HEC, HPMC ו-HEMC על קצב ההידרציה ושחרור החום ושחרור החום המצטבר של צמנט פורטלנד רגיל, C3S ו-C3A תוך 72 שעות, וההשפעות של HEC על קצב ההידרציה ושחרור החום ושחרור החום המצטבר של sulfoaluminate מלט תוך 72 שעות, ניתן לראות שבין שלושת אתרי התאית שנבחרו, היכולת של הידרציה מושהית של c3s ומלט פורטלנד הייתה החזקה ביותר ב-HEC, ואחריה ב-HEMC, והחלשה ביותר ב-HPMC. מבחינת C3A, גם היכולת של שלושת אתרי התאית להאיץ הידרציה היא באותו סדר, כלומר, HEC הוא החזק ביותר, HEMC הוא השני, HPMC הוא החלש והחזק ביותר. זה אישר הדדי כי אתר תאית עיכב את היווצרותם של מוצרי הידרציה של חומרי ג'ל.

מוצרי ההידרציה העיקריים של צמנט sulfoaluminate הם ettringite וג'ל Al(OH)3. ה-C2S בצמנט sulfoaluminate יתייבש גם בנפרד כדי ליצור Ca(OH)2 וג'ל cSH. מכיוון שניתן להתעלם מהספיחה של אתר תאית ואטרינגיט, והידרציה של sulfoaluminate מהירה מדי, לכן, בשלב המוקדם של הידרציה, לאתר תאית יש השפעה מועטה על קצב שחרור חום ההידרציה של צמנט sulfoaluminate. אבל עד לזמן מסוים של הידרציה, מכיוון ש-c2s יתייבשו בנפרד כדי ליצור Ca(OH)2 וג'ל CSH, שני מוצרי ההידרציה הללו יעוכבו על ידי אתר תאית. לכן, נצפה כי אתר תאית עיכב את הידרציה של צמנט sulfoaluminate לאחר 2 שעות.

4. מסקנה

במאמר זה, באמצעות בדיקת קלורימטריה איזותרמית, הושוו חוק ההשפעה ומנגנון היווצרותו של אתר תאית על חום הידרציה של צמנט פורטלנד רגיל, c3s, c3A, צמנט sulfoaluminate ורכיבים שונים אחרים ועפרות בודדות ב-72 שעות. המסקנות העיקריות הן כדלקמן:

(1) אתר תאית יכול להפחית באופן משמעותי את קצב שחרור חום ההידרציה של צמנט פורטלנד רגיל וטריקלציום סיליקט, וההשפעה של הפחתת קצב שחרור חום ההידרציה של טריקלציום סיליקט משמעותית יותר; ההשפעה של אתר תאית על הפחתת קצב שחרור החום של צמנט sulfoaluminate חלשה מאוד, אך יש לה השפעה חלשה על שיפור קצב שחרור החום של טריקלציום אלומינאט.

(2) אתר תאית ייספג על ידי חלק ממוצרי הידרציה, ובכך יעכב את התגבשותם של מוצרי הידרציה, ומשפיע על קצב שחרור החום של הידרציה בצמנט. סוג וכמות מוצרי ההידרציה שונים עבור רכיבים שונים של עפרות מלט, כך שההשפעה של אתר תאית על חום ההידרציה שלהם אינה זהה.