異なるセメントおよび単一鉱石の水和熱に対するセルロースエーテルの影響

ポルトランドセメント,スルホアルミネートセメント,ケイ酸三カルシウムおよびアルミン酸三カルシウムの72時間の水和熱に及ぼすセルロースエーテルの影響を等温熱量測定試験により比較した。結果は、セルロースエーテルがポルトランドセメントとケイ酸三カルシウムの水和および発熱速度を大幅に低下させることができ、ケイ酸三カルシウムの水和および発熱速度に対する減少効果がより顕著であることを示しています。セルロースエーテルは、スルホアルミン酸セメントの水和熱発生率を低下させる効果は非常に弱いが、アルミン酸三カルシウムの水和熱発生率を向上させる効果は弱い。セルロースエーテルは一部の水和生成物に吸着されるため、水和生成物の結晶化が遅れ、セメントや単鉱石の水和熱発生率に影響を与えます。

キーワード:セルロースエーテル；セメント;単一の鉱石。水分補給の熱。吸着

1. はじめに

セルロースエーテルは、乾燥混合モルタル、自己充填コンクリート、およびその他の新しいセメントベースの材料における重要な増粘剤および保水剤です。しかし、セルロースエーテルはセメントの水和も遅らせ、セメントベースの材料の稼働時間を改善し、モルタルの粘稠度やコンクリートのスランプタイムロスを改善しますが、建設の進行を遅らせる可能性もあります。特に低温環境下で使用されるモルタルやコンクリートには悪影響を及ぼします。したがって、セメント水和速度に関するセルロースエーテルの法則を理解することが非常に重要です。

OU と Pourchez は、セルロースエーテルの分子量、置換基の種類、置換度などの分子パラメータがセメントの水和速度に及ぼす影響を体系的に研究し、多くの重要な結論を導き出しました。セメントは通常、メチル セルロース エーテル (HPMC)、ヒドロキシメチル エチル 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) よりも強力です。メチルを含むセルロースエーテルでは、メチル含量が低いほどセメントの水和を遅らせる能力が強くなります。セルロースエーテルの分子量が低いほど、セメントの水和を遅らせる能力が強くなります。これらの結論は、セルロース エーテルを正しく選択するための科学的根拠を提供します。

セメントのさまざまな成分について、セメント水和速度論に対するセルロースエーテルの影響も、工学用途において非常に懸念される問題です。ただし、この側面に関する研究はありません。この論文では、普通ポルトランドセメント、C3S（ケイ酸三カルシウム）、C3A（アルミン酸三カルシウム）およびスルホアルミネートセメント（SAC）の水和速度論に対するセルロースエーテルの影響を等温熱量測定試験を通じて研究し、相互作用と相互作用をさらに理解しました。セルロースエーテルとセメント水和生成物の間の内部メカニズム。これは、セメントベースの材料におけるセルロースエーテルの合理的な使用についてのさらなる科学的根拠を提供し、また、他の混和剤とセメント水和製品との間の相互作用についての研究基盤も提供します。

2. テスト

2.1 原材料

（１）普通ポルトランドセメント（Ｐ・０）。 Wuhan Huaxin Cement Co., LTD.によって製造され、仕様は波長分散型蛍光X線分析計（AXIOS Advanced、PANalytical Co., LTD.）によって測定されたP・042.5（GB 175-2007）です。 JADE 5.0 ソフトウェアの分析によると、セメントクリンカー鉱物 C3S、C2s、C3A、C4AF、石膏に加えて、セメント原料には炭酸カルシウムも含まれています。

（２）スルホアルミネートセメント（ＳＡＣ）。鄭州王楼セメント工業株式会社が製造する高速硬質スルホアルミネートセメントは、R.Star 42.5 (GB 20472-2006) です。その主なグループは、スルホアルミン酸カルシウムとケイ酸二カルシウムです。

(3) ケイ酸三カルシウム (C3S)。 Ca(OH)2、SiO2、Co2O3、H2Oを3:1:0.08:質量比10で均一に混合し、60MPaの一定圧力でプレスして円柱状のグリーンビレットを作製した。ビレットをシリコンモリブデン棒高温電気炉内で1400℃で1.5〜2時間焼成し、その後電子レンジに移してさらに40分間マイクロ波加熱した。ビレットを取り出した後、急冷し、最終製品中の遊離CaO含有量が1.0%未満になるまで破壊と焼成を繰り返した。

(4) アルミン酸三カルシウム (c3A)。 CaOとA12O3を均一に混合し、シリコンモリブデン棒電気炉で1450℃で4時間焼成し、粉砕して粉末にし、遊離CaOの含有量が1.0%未満になり、C12A7とCAのピークが現れるまで繰り返し焼成した。無視されました。

（５）セルロースエーテル。前回の研究では、普通ポルトランドセメントの水和と放熱速度に及ぼす16種類のセルロースエーテルの影響を比較し、異なる種類のセルロースエーテルがセメントの水和と放熱則に大きな違いがあることを発見し、内部メカニズムを分析しました。この大きな違いについて。これまでの研究結果に基づき、普通ポルトランドセメントに対して明らかな遅延効果を示す3種類のセルロースエーテルを選択した。これらには、ヒドロキシエチル セルロース エーテル (HEC)、ヒドロキシプロピル メチル セルロース エーテル (HPMC)、およびヒドロキシエチル メチル セルロース エーテル (HEMC) が含まれます。セルロースエーテルの粘度は、回転粘度計を用いて試験濃度２％、温度２０℃、回転速度１２ｒ／ｍｉｎで測定した。セルロースエーテルの粘度は、回転粘度計を用いて試験濃度２％、温度２０℃、回転速度１２ｒ／ｍｉｎで測定した。セルロースエーテルのモル置換度は製造業者によって提供されます。

(6) 水。二次蒸留水を使用してください。

2.2 試験方法

水分補給の熱。 TA Instrument Company 製 TAM Air 8 チャンネル等温熱量計を採用しました。実験前に、すべての原材料を試験温度（(20±0.5)℃など）まで一定温度に保ちました。まず、３ｇのセメントおよび１８ｍｇのセルロースエーテル粉末を熱量計に添加した（セメント材料に対するセルロースエーテルの質量比は０．６％であった）。十分に混合した後、所定の水セメント比に従って混合水（二次蒸留水）を添加し、均一に撹拌した。次に、それをすぐに熱量計に入れてテストしました。 c3A の水結合剤比は 1.1、他の 3 つのセメント質材料の水結合剤比は 0.45 です。

3. 結果と考察

3.1 試験結果

普通ポルトランドセメント、C3S、C3Aの水和熱発生率および72時間以内の累積発熱率に対するHEC、HPMCおよびHEMCの影響、およびスルホアルミネートセメントの水和熱発生率および累積発熱率に対するHECの影響72 時間以内に、HEC は他のセメントや単一鉱石の水和に対して最も強い遅延効果を持つセルロース エーテルです。 2 つの効果を組み合わせると、セメント質材料の組成が変化すると、セルロース エーテルが水和熱発生率と累積熱発生率に異なる影響を与えることがわかります。選択されたセルロースエーテルは、普通ポルトランドセメントおよびC、Sの水和および発熱速度を大幅に低下させることができ、主に誘導期間時間を延長し、水和および発熱ピークの出現を遅らせます。その中で、セルロースエーテルはC、Sの水和および発熱を抑制します。熱発生速度の遅延は、通常のポルトランドセメントの水和および熱発生速度の遅延よりも明らかです。セルロースエーテルはスルホアルミネートセメント水和の熱発生速度を遅らせることもできますが、その遅延能力は非常に弱く、主に 2 時間後の水和を遅らせます。 C3Aの水和反応の熱発生速度に対して、セルロースエーテルは加速能力が弱い。

3.2 分析と考察

セルロースエーテルのメカニズムはセメントの水和を遅らせます。シルバら。セルロースエーテルは細孔溶液の粘度を増加させ、イオン運動の速度を妨げ、その結果セメントの水和を遅らせるという仮説を立てました。しかし、粘度の低いセルロースエーテルはセメントの水和を遅らせる能力がより強いことが実験で判明したため、多くの文献がこの仮定に疑問を抱いています。実際、イオンの移動または移動の時間は非常に短いため、明らかにセメント水和の遅延時間に匹敵しません。セルロースエーテルとセメント水和生成物との間の吸着が、セルロースエーテルによるセメント水和の遅延の本当の理由であると考えられる。セルロースエーテルは、水酸化カルシウム、CSHゲル、アルミン酸カルシウム水和物などの水和物の表面には容易に吸着しますが、エトリンガイトや非水和相には吸着しにくく、水酸化カルシウムに対するセルロースエーテルの吸着能力は水酸化カルシウムよりも高くなります。 CSHジェルのことです。したがって、通常のポルトランドセメント水和製品では、セルロースエーテルは水酸化カルシウムに対して最も強い遅延を持ち、カルシウムに対して最も強い遅延を持ち、次に CSH ゲルに対して最も強い遅延を持ち、エトリンガイトに対して最も弱い遅延を持ちます。

これまでの研究では、非イオン性多糖類と鉱物相の間の吸着には主に水素結合と化学錯体形成が含まれており、これら2つの効果は多糖類の水酸基と鉱物表面の金属水酸化物との間で起こることが示されている。劉ら。さらに、多糖類と金属水酸化物間の吸着を酸塩基相互作用として分類し、多糖類を酸、金属水酸化物を塩基として分類しました。特定の多糖類の場合、鉱物表面のアルカリ度が多糖類と鉱物の間の相互作用の強さを決定します。この論文で研究した 4 つのゲル化成分のうち、主な金属または非金属元素には Ca、Al、Si が含まれます。金属の活性の順に、それらの水酸化物のアルカリ度は、Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4)となります。実際、Si(OH)4溶液は酸性であり、セルロースエーテルを吸着しません。水酸化カルシウム、CSHゲル（3CaO・2SiO2・3H20）、エトリンガイト（3CaO・Al2O3・3CaSO4・32H2O）などのセメント水和生成物表面のCa(OH)2含有量が水和生成物とセルロースエーテルの吸着能力を決定します。また、ＣａＯの無機酸化物含有量中のアルミン酸カルシウム水和物（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・６Ｈ２Ｏ）は１００％、５８．３３％、４９．５６％、６２．２％であるため、セルロースエーテルに対する吸着能は水酸化カルシウム＞カルシウムの順となる。アルミン酸塩 > CSH ゲル > エトリンガイトであり、これは文献の結果と一致しています。

c3Sの水和生成物には主にCa(OH)ゲルとcsHゲルが含まれており、セルロースエーテルはそれらに対して良好な遅延効果をもたらします。したがって、セルロースエーテルは C3 水和に非常に明らかな遅延を示します。 c3S に加えて、通常のポルトランドセメントには C2s 水和も含まれており、これがより遅いため、セルロースエーテルの遅延効果は初期段階では明らかではありません。通常のケイ酸塩の水和生成物にはエトリンガイトも含まれており、セルロースエーテルの遅延効果は乏しい。したがって、セルロースエーテルの c3s に対する遅延能力は、試験で観察された通常のポルトランドセメントよりも強力です。

C3A は水に出会うとすぐに溶解して水和し、水和生成物は通常 C2AH8 と c4AH13 であり、水和熱が放出されます。 C2AH8およびc4AH13の溶液が飽和に達すると、C2AH8およびC4AH13六角板状水和物の結晶化が形成され、同時に反応速度と水和熱が低下します。アルミン酸カルシウム水和物（CxAHy）の表面へのセルロースエーテルの吸着により、セルロースエーテルの存在によりC2AH8およびC4AH13六角板水和物の結晶化が遅れ、その結果反応速度および水和発熱速度が低下します。これは、セルロースエーテルが C3A 水和を促進する能力が弱いことを示しています。このテストでは、セルロース エーテルの純粋な c3A の水和促進能力が弱いことは注目に値します。しかし、通常のポルトランドセメントでは、スラリー溶液中のca2+バランスの影響により、c3Aが石膏と反応してエトリンガイトを生成するため、セルロースエーテルがエトリンガイトの生成を遅らせ、c3Aの水和を遅らせます。

普通ポルトランドセメント、C3S、C3Aの水和および発熱速度および72時間以内の累積発熱に対するHEC、HPMCおよびHEMCの影響、およびスルホアルミネートの水和および発熱速度および累積発熱に対するHECの影響からセメントを 72 時間以内に硬化させると、選択した 3 つのセルロース エーテルの中で、c3s とポルトランド セメントの遅延水和能力が HEC で最も強く、次に HEMC が続き、HPMC で最も弱かったことがわかります。 C3A に関する限り、3 つのセルロース エーテルの水和を促進する能力も同じ順序です。つまり、HEC が最も強く、HEMC が 2 番目、HPMC が最も弱く、最も強力です。これにより、セルロースエーテルがゲル化材料の水和生成物の形成を遅らせることが相互に確認されました。

スルホアルミネートセメントの主な水和生成物は、エトリンガイトと Al(OH)3 ゲルです。スルホアルミネートセメント中の C2S も別々に水和して Ca(OH)2 と cSH ゲルを形成します。セルロースエーテルとエトリンガイトの吸着は無視でき、スルホアルミネートの水和は速すぎるため、水和の初期段階ではセルロースエーテルはスルホアルミネートセメントの水和熱発生率にほとんど影響を与えません。しかし、ある程度の水和時間までは、c2s が別々に水和して Ca(OH)2 と CSH ゲルを生成するため、これら 2 つの水和生成物はセルロース エーテルによって遅れます。したがって、セルロースエーテルはスルホアルミネートセメントの水和を２時間後に遅らせることが観察された。

4. 結論

本論文では,等温熱量測定試験を通じて,普通ポルトランドセメント,c3s,c3A,スルホアルミネートセメントおよび他の異なる成分および単一鉱石の水和熱に及ぼすセルロースエーテルの72時間における影響則と形成機構を比較した。主な結論は次のとおりです。

（１）セルロースエーテルは、普通ポルトランドセメントおよびケイ酸三カルシウムの水和熱発生率を大幅に低下させることができ、ケイ酸三カルシウムの水和熱発生率を低下させる効果はより顕著である。セルロースエーテルはスルホアルミン酸セメントの発熱率を低下させる効果は非常に弱いが、アルミン酸三カルシウムの発熱率を向上させる効果も弱い。

(2) セルロースエーテルは一部の水和生成物に吸着されるため、水和生成物の結晶化が遅れ、セメント水和の発熱速度に影響を与えます。水和生成物の種類と量はセメントビル鉱石の成分によって異なるため、水和熱に対するセルロースエーテルの影響は同じではありません。