初期エトリンガイトの形態に関するセルロースエーテル

初期セメントスラリー中のエトリンガイトの形態に及ぼすヒドロキシエチルメチルセルロースエーテルおよびメチルセルロースエーテルの影響を走査型電子顕微鏡(SEM)により研究した。結果は,ヒドロキシエチルメチルセルロースエーテル改質スラリー中のエトリンガイト結晶の長さ-直径の比は通常のスラリーのものより小さく,エトリンガイト結晶の形態は短い棒状であることを示した。メチルセルロースエーテル改質スラリー中のエトリンガイト結晶の長さ／直径の比は、通常のスラリーに比べて大きく、エトリンガイト結晶の形態は針状棒状である。通常のセメント スラリー中のエトリンガイト結晶は、その中間のアスペクト比を持っています。上記の実験研究を通じて、2種類のセルロースエーテルの分子量の違いがエトリンガイトの形態に影響を与える最も重要な要因であることがさらに明らかになりました。

キーワード:エトリンガイト;長さと直径の比。メチルセルロースエーテル;ヒドロキシエチルメチルセルロースエーテル；形態学

エトリンガイトはわずかに膨張した水和生成物であり、セメントコンクリートの性能に大きな影響を与え、常にセメントベースの材料の研究のホットスポットとなってきました。エトリンガイトは三硫化物型アルミン酸カルシウム水和物の一種で、化学式は[Ca3Al(OH)6・12H2O]2・(SO4)3・2H2O、または3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2Oと表記され、しばしばAFtと略されます。 。ポルトランドセメント系では、エトリンガイトは主に石膏とアルミン酸塩またはアルミン酸第二鉄鉱物との反応によって形成され、セメントの水和と初期強度を遅らせる役割を果たします。エトリンガイトの形成と形態は、温度、pH 値、イオン濃度などの多くの要因の影響を受けます。 1976 年という早い時期に、Metha らはらは、走査型電子顕微鏡を使用してAFtの形態学的特徴を研究し、そのようなわずかに膨張した水和生成物の形態は、成長空間が十分に大きい場合と空間が限られている場合とでわずかに異なることを発見した。前者は主に細長い針棒状の球体であり、後者は主に短い棒状の角柱である。 Yang Wenyan 氏の研究では、AFt の形態は硬化環境が異なると異なることが判明しました。湿った環境では、膨張ドープコンクリートでのAFtの生成が遅れ、コンクリートの膨張や亀裂の可能性が高まります。異なる環境は、AFt の形成と微細構造だけでなく、その体積安定性にも影響を与えます。チェン・フーシンら。らは、AFt の長期安定性が C3A 含有量の増加とともに低下することを発見しました。クラークとモンテイロら。は、環境圧力の増加に伴って、AFt の結晶構造が秩序から無秩序に変化することを発見しました。 Balonis と Glasser は、AFm と AFt の密度変化をレビューしました。ルナウディンら。らは、溶液への浸漬前後のAFtの構造変化とラマンスペクトルにおけるAFtの構造パラメーターを研究しました。クンターら。らは、CSH ゲルのカルシウム - シリコン比と硫酸イオンの間の相互作用が AFt 結晶化圧力に及ぼす影響を NMR によって研究しました。同時に、Wenk et al. は、セメントベースの材料への AFt の応用に基づいて、硬放射光X線回折仕上げ技術により、コンクリート断面のAFt結晶方位を研究しました。混合セメントにおけるAFtの形成とエトリンガイトの研究ホットスポットが調査されました。一部の学者は、エトリンガイト反応の遅延に基づいて、AFt 相の原因について多くの研究を行ってきました。

エトリンガイトの形成によって引き起こされる体積膨張は、場合によっては好ましいものであり、酸化マグネシウム膨張剤と同様の「膨張」として作用して、セメントベースの材料の体積安定性を維持することができます。ポリマーエマルジョンおよび再分散性エマルジョン粉末を添加すると、セメントベース材料の微細構造に大きな影響を与えるため、セメントベース材料の巨視的特性が変化します。しかし、主に硬化モルタルの結合性を高める再分散性エマルジョン粉末とは異なり、水溶性高分子セルロースエーテル（CE）は、新たに混合したモルタルに良好な保水性と増粘効果を与え、作業性を向上させます。メチルセルロース (MC)、ヒドロキシエチルセルロース (HEC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース (HPMC) などの非イオン性 CE が一般的に使用されます。ヒドロキシエチルメチルセルロース (HEMC)、など、CE は新しく混合されるモルタルで役割を果たしますが、セメント スラリーの水和プロセスにも影響を与えます。研究では、HEMC が水和生成物として生成される AFt の量を変化させることが示されています。しかし、AFt の顕微鏡的形態に対する CE の影響を体系的に比較した研究は存在しないため、この論文では、画像分析と画像分析を通じて、初期 (1 日) セメント スラリー中のエットリンガムの顕微鏡的形態に対する HEMC と MC の影響の違いを調査します。比較。

1. 実験

1.1 原材料

実験ではセメントとして安徽巻貝セメント有限公司製のP・II 52.5Rポルトランドセメントを選択した。 2 つのセルロース エーテルは、それぞれヒドロキシエチル メチルセルロース (HEMC) とメチルセルロース (メチルセルロース、Shanghai Sinopath Group) です。 MC);混合水は水道水です。

1.2 実験方法

セメントペーストサンプルの水セメント比は０．４（セメントに対する水の質量比）、セルロースエーテルの含有量はセメント質量の１％であった。試験片の調製は、GB1346-2011「水の消費量、硬化時間、およびセメント標準濃度の安定性の試験方法」に従って実施されました。試験片を成形した後、表面水分の蒸発と炭化を防ぐために金型の表面にプラスチックフィルムを封入し、試験片を温度（20±2）℃、相対湿度（60±5）の養生室に置きました。 )%。 1 日後、型を取り外し、試験片を壊し、中央から少量のサンプルを採取し、無水エタノールに浸して水和を停止させ、試験前にサンプルを取り出して乾燥させました。乾燥したサンプルを導電性両面接着剤でサンプルテーブルに貼り付け、Cressington 108auto 自動イオンスパッタリング装置で表面に金膜の層をスプレーしました。スパッタ電流は２０ｍＡ、スパッタ時間は６０秒であった。 FEI QUANTAFEG 650 環境走査電子顕微鏡 (ESEM) を使用して、サンプル切片上の AFt の形態学的特徴を観察しました。 AFTの観察には高真空二次電子モードを使用しました。加速電圧は１５ｋＶ、ビームスポット径は３．０ｎｍ、作動距離は約１０ｍｍに制御した。

2. 結果と考察

硬化した HEMC 改質セメントスラリー中のエトリンガイトの SEM 画像は、層状 Ca (OH)2(CH) の配向成長が明らかであり、AFt は短い棒状の AFt の不規則な蓄積を示し、一部の短い棒状の AFT が覆われていることを示しました。 HEMC膜構造を採用。張東芳ら。 ESEMでHEMC改質セメントスラリーの微細構造変化を観察したところ、短い棒状のAFtも見つかりました。彼らは、通常のセメントスラリーは水に触れるとすぐに反応するため、AFt結晶は細くなり、水和年齢の延長により長さ直径比が継続的に増加すると考えられました。しかし、HEMC は溶液の粘度を増加させ、溶液中のイオンの結合速度を低下させ、クリンカー粒子表面への水の到達を遅らせるため、AFt の長さ直径比は弱い傾向に増加し、その形態的特徴が示されました。短い棒状の形状。同年代の普通セメントスラリー中のAFtと比較して、この理論は部分的に検証されていますが、MC改質セメントスラリー中のAFtの形態変化の説明には適用できません。 1 日硬化した MC 改質セメントスラリー中のエトリダイトの SEM 画像でも、層状 Ca(OH)2 の配向成長が示され、一部の AFt 表面も MC の膜構造で覆われており、AFt はクラスター成長の形態学的特徴を示しました。しかし、比較すると、MC改質セメントスラリー中のAFt結晶は長さ直径比が大きく、より細長い形態を有しており、典型的な針状形態を示している。

HEMC と MC はどちらもセメントの初期水和プロセスを遅らせ、溶液の粘度を増加させましたが、それらによって引き起こされる AFt の形態学的特性の違いは依然として顕著でした。上記の現象は、セルロースエーテルの分子構造とAFtの結晶構造の観点からさらに詳しく説明できます。ルナウディンら。合成したAFtを調製したアルカリ溶液に浸して「湿潤AFt」を取得し、部分的に除去して飽和CaCl2溶液（相対湿度35％）の表面で乾燥させて「乾燥AFt」を得ました。ラマン分光法と粉末X線回折による構造微細化研究の結果、2つの構造間に違いはなく、乾燥プロセス、つまり環境プロセスでセルの結晶形成の方向が変化しただけであることが判明しました。 「湿潤」から「乾燥」に変化すると、AFt結晶は法線方向に沿ってセルを形成し、徐々に増加しました。 c 法線方向に沿った AFt 結晶はますます少なくなりました。三次元空間の最も基本的な単位は、互いに直交する法線、b法線、c法線から構成されます。 b 法線が固定されている場合、AFt 結晶は a 法線に沿ってクラスター化し、その結果、ab 法線の平面でのセルの断面が拡大します。したがって、HEMC が MC よりも多くの水を「貯蔵」すると、局所的な領域で「乾燥した」環境が発生し、AFt 結晶の横方向の凝集と成長が促進される可能性があります。パチュラルら。 CE 自体は、重合度が高いほど（分子量が大きいほど）粘度が高くなり、保水性能が向上することが分かりました。 HEMC と MCS の分子構造は、ヒドロキシエチル基が水素基よりもはるかに大きな分子量を持っていることから、この仮説を裏付けています。

一般に、AFt 結晶は、関連するイオンが溶液系内で一定の飽和に達した場合にのみ形成および沈殿します。したがって、反応溶液中のイオン濃度、温度、pH値、形成空間などの要因がAFt結晶の形態に大きな影響を与える可能性があり、人工合成条件の変更によりAFt結晶の形態が変化する可能性があります。したがって、普通セメントスラリー中の AFt 結晶の比率は、セメントの初期水和における水の消費という単一の要因によって引き起こされる可能性があります。しかし、HEMC と MC によって引き起こされる AFt 結晶形態の違いは、主にそれらの特殊な水分保持メカニズムによるものと考えられます。 Hemcs と MCS は、新鮮なセメント スラリーのミクロゾーン内に水輸送の「閉ループ」を作成し、水が「入りやすく、出にくい」「短期間」を可能にします。ただし、この期間中に、マイクロゾーン内およびその近くの液相環境も変化します。イオン濃度、pHなどの要因、成長環境の変化は、AFt結晶の形態的特徴にさらに反映されます。この水輸送の「閉ループ」は、Pourchez et al. が説明した作用機序に似ています。 HPMCは水分保持の役割を果たします。

3. 結論

（１）ヒドロキシエチルメチルセルロースエーテル（ＨＥＭＣ）およびメチルセルロースエーテル（ＭＣ）の添加により、初期（１日）の普通セメントスラリー中のエトリンガイトの形態が大きく変化する可能性がある。

（２）ＨＥＭＣ改質セメントスラリー中のエトリンガイト結晶の長さおよび直径は小さく、短い棒状である。 MC改質セメントスラリー中のエトリンガイト結晶は長さと直径の比が大きく、針棒状となっている。通常のセメントスラリー中のエトリンガイト結晶は、これら 2 つのアスペクト比の間の比を持っています。

(3) エトリンガイトの形態に対する 2 つのセルロース エーテルの異なる効果は、本質的に分子量の違いによるものです。