ცელულოზის ეთერი ადრეული ეტრინგიტის მორფოლოგიაზე

ჰიდროქსიეთილ მეთილცელულოზის ეთერის და მეთილცელულოზის ეთერის ზემოქმედება ეტრინგიტის მორფოლოგიაზე ადრეული ცემენტის ხსნარში შესწავლილი იყო სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპით (SEM). შედეგები აჩვენებს, რომ ეტრინგიტის კრისტალების სიგრძე-დიამეტრის თანაფარდობა ჰიდროქსიეთილ მეთილცელულოზის ეთერით მოდიფიცირებულ შლამში უფრო მცირეა, ვიდრე ჩვეულებრივი ხსნარში, ხოლო ეტრინგიტის კრისტალების მორფოლოგია მოკლე ღეროს მსგავსია. ეტრინგიტის კრისტალების სიგრძე-დიამეტრის თანაფარდობა მეთილის ცელულოზის ეთერის მოდიფიცირებულ შლამში უფრო დიდია, ვიდრე ჩვეულებრივი ხსნარში, ხოლო ეტრინგიტის კრისტალების მორფოლოგია არის ნემსის ღერო. ეტრინგიტის კრისტალებს ჩვეულებრივ ცემენტის ხსნარებში აქვთ ასპექტის თანაფარდობა სადღაც შორის. ზემოაღნიშნული ექსპერიმენტული კვლევის შედეგად, კიდევ უფრო ცხადი ხდება, რომ ცელულოზის ეთერის ორი სახეობის მოლეკულური წონის განსხვავება არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს ეტრინგიტის მორფოლოგიაზე.

საკვანძო სიტყვები:ეტრინგიტი; სიგრძე-დიამეტრის თანაფარდობა; მეთილის ცელულოზის ეთერი; ჰიდროქსიეთილ მეთილცელულოზის ეთერი; მორფოლოგია

ეტრინგიტი, როგორც ოდნავ გაფართოებული დამატენიანებელი პროდუქტი, მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს ცემენტის ბეტონის მუშაობაზე და ყოველთვის იყო ცემენტზე დაფუძნებული მასალების კვლევის ცხელი წერტილი. ეტრინგიტი არის ერთგვარი ტრისულფიდური ტიპის კალციუმის ალუმინატის ჰიდრატი, მისი ქიმიური ფორმულაა [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, ან შეიძლება დაიწეროს როგორც 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, ხშირად შემოკლებით, როგორც AFt. . პორტლანდცემენტის სისტემაში ეტრინგიტი ძირითადად წარმოიქმნება თაბაშირის რეაქციით ალუმინის ან რკინის ალუმინატის მინერალებით, რაც აფერხებს ცემენტის დატენიანებას და ადრეული სიმტკიცეს. ეტრინგიტის ფორმირებასა და მორფოლოგიაზე გავლენას ახდენს მრავალი ფაქტორი, როგორიცაა ტემპერატურა, pH მნიშვნელობა და იონის კონცენტრაცია. ჯერ კიდევ 1976 წელს მეთა და სხვ. გამოიყენა სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპია AFt-ის მორფოლოგიური მახასიათებლების შესასწავლად და დაადგინა, რომ ასეთი ოდნავ გაფართოებული დამატენიანებელი პროდუქტების მორფოლოგია ოდნავ განსხვავებული იყო, როდესაც ზრდის სივრცე საკმარისად დიდი იყო და როდესაც სივრცე შეზღუდული იყო. პირველი იყო ძირითადად წვრილი ნემსის ღეროების ფორმის სფერული, ხოლო მეორე ძირითადად მოკლე ღეროს ფორმის პრიზმა. Yang Wenyan-ის კვლევამ აჩვენა, რომ AFt ფორმები განსხვავებული იყო სხვადასხვა სამკურნალო გარემოში. სველი გარემო აფერხებს AFt წარმოქმნას გაფართოების დოპირებული ბეტონში და გაზრდის ბეტონის შეშუპებისა და ბზარების შესაძლებლობას. სხვადასხვა გარემო გავლენას ახდენს არა მხოლოდ AFt-ის ფორმირებასა და მიკროსტრუქტურაზე, არამედ მის მოცულობის სტაბილურობაზე. ჩენ ჰაქსინგი და სხვ. აღმოჩნდა, რომ AFt-ის გრძელვადიანი სტაბილურობა მცირდება C3A შემცველობის მატებასთან ერთად. კლარკი და მონტეირო და სხვ. აღმოაჩინა, რომ გარემოს წნევის მატებასთან ერთად, AFt კრისტალური სტრუქტურა შეიცვალა რიგიდან უწესრიგობამდე. ბალონისმა და გლასერმა განიხილეს AFm და AFt სიმკვრივის ცვლილებები. რენაუდინი და სხვ. შეისწავლა AFt-ის სტრუქტურული ცვლილებები ხსნარში ჩაძირვის წინ და შემდეგ და AFt-ის სტრუქტურული პარამეტრები რამანის სპექტრში. კუნთერი და სხვ. შეისწავლა CSH გელის კალციუმ-სილიციუმის თანაფარდობის და სულფატის იონების ურთიერთქმედების ეფექტი AFt კრისტალიზაციის წნევაზე NMR-ით. ამავდროულად, ცემენტზე დაფუძნებულ მასალებში AFt-ის გამოყენების საფუძველზე, Wenk et al. შეისწავლა ბეტონის მონაკვეთის AFt კრისტალური ორიენტაცია მყარი სინქროტრონის გამოსხივების რენტგენის დიფრაქციული დასრულების ტექნოლოგიის მეშვეობით. გამოკვლეული იყო AFt-ის წარმოქმნა შერეულ ცემენტში და ეტრინგიტის კვლევის ცხელი წერტილი. დაგვიანებული ეტრინგიტის რეაქციის საფუძველზე, ზოგიერთმა მეცნიერმა ჩაატარა მრავალი კვლევა AFt ფაზის მიზეზზე.

ეტრინგიტის წარმოქმნით გამოწვეული მოცულობის გაფართოება ზოგჯერ ხელსაყრელია და მას შეუძლია იმოქმედოს როგორც "გაფართოება" მაგნიუმის ოქსიდის გაფართოების აგენტის მსგავსად, რათა შეინარჩუნოს ცემენტზე დაფუძნებული მასალების მოცულობის სტაბილურობა. პოლიმერული ემულსიისა და ხელახალი დისპერსიული ემულსიის ფხვნილის დამატება ცვლის ცემენტზე დაფუძნებული მასალების მაკროსკოპულ თვისებებს ცემენტზე დაფუძნებული მასალების მიკროსტრუქტურაზე მათი მნიშვნელოვანი ზემოქმედების გამო. თუმცა, რედისპერსიული ემულსიური ფხვნილისგან განსხვავებით, რომელიც ძირითადად აძლიერებს გამაგრებული ნაღმტყორცნების შემაკავშირებელ თვისებებს, წყალში ხსნადი პოლიმერული ცელულოზის ეთერი (CE) აძლევს ახლად შერეულ ნაღმტყორცნებს წყლის შეკავებისა და გასქელების ეფექტს, რითაც აუმჯობესებს სამუშაო შესრულებას. არაიონური CE ჩვეულებრივ გამოიყენება, მათ შორის მეთილის ცელულოზა (MC), ჰიდროქსიეთილის ცელულოზა (HEC), ჰიდროქსიპროპილ მეთილის ცელულოზა (HPMC),ჰიდროქსიეთილ მეთილის ცელულოზა (HEMC)და ა.შ., და CE თამაშობს როლს ახლად შერეულ ნაღმტყორცნებში, მაგრამ ასევე მოქმედებს ცემენტის ხსნარის ჰიდრატაციის პროცესზე. კვლევებმა აჩვენა, რომ HEMC ცვლის AFt-ის რაოდენობას, რომელიც წარმოიქმნება როგორც დამატენიანებელი პროდუქტი. თუმცა, არცერთ კვლევას არ შეუდარებია CE-ს ეფექტი AFt-ის მიკროსკოპულ მორფოლოგიაზე, ამიტომ ეს ნაშრომი იკვლევს HEMC-ისა და MC-ის ზემოქმედების განსხვავებას ეტრინგჰემის მიკროსკოპულ მორფოლოგიაზე ადრეულ (1-დღიან) ცემენტის ხსნარში გამოსახულების ანალიზისა და შედარება.

1. ექსპერიმენტი

1.1 ნედლეული

ექსპერიმენტში ცემენტად შეირჩა P·II 52.5R პორტლანდცემენტი, რომელიც წარმოებულია Anhui Conch Cement Co., LTD-ის მიერ. ცელულოზის ორი ეთერი არის ჰიდროქსიეთილ მეთილცელულოზა (HEMC) და მეთილცელულოზა (მეთილცელულოზა, შანხაის სინოპათთა ჯგუფი). MC); შერევის წყალი არის ონკანის წყალი.

1.2 ექსპერიმენტული მეთოდები

ცემენტის პასტის ნიმუშის წყალ-ცემენტის თანაფარდობა იყო 0,4 (წყლის მასის თანაფარდობა ცემენტთან), ხოლო ცელულოზის ეთერის შემცველობა იყო ცემენტის მასის 1%. ნიმუშის მომზადება განხორციელდა GB1346-2011 „წყლის მოხმარების ტესტირების მეთოდი, ცემენტის სტანდარტის კონსისტენციის სტაბილურობა“ მიხედვით. ნიმუშის ფორმირების შემდეგ, პლასტმასის ფირი ჩაკეტეს ყალიბის ზედაპირზე, რათა თავიდან აიცილონ ზედაპირული წყლის აორთქლება და კარბონიზაცია, და ნიმუში მოთავსებული იქნა გამაგრილებელ ოთახში (20±2)℃ ტემპერატურა და ფარდობითი ტენიანობა (60±5). ) %. 1 დღის შემდეგ, ყალიბი ამოიღეს და ნიმუში გატეხეს, შემდეგ აიღეს მცირე ნიმუში შუადან და გაჟღენთილია უწყლო ეთანოლში ჰიდრატაციის შესაწყვეტად, ხოლო ნიმუში ამოიღეს და გაშრეს ტესტირებამდე. გამხმარი ნიმუშები სინჯის მაგიდაზე იყო დამაგრებული გამტარი ორმხრივი წებოვანი საშუალებით, ხოლო ზედაპირზე ოქროს ფირის ფენა დაასხურეს Cressington 108-ის ავტომატური იონური დაფრქვევის ინსტრუმენტით. გამოფრქვევის დენი იყო 20 mA, ხოლო დაფრქვევის დრო 60 წმ. FEI QUANTAFEG 650 გარემოს სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპი (ESEM) გამოყენებული იყო AFt-ის მორფოლოგიური მახასიათებლების დასაკვირვებლად ნიმუშის მონაკვეთზე. მაღალი ვაკუუმის მეორადი ელექტრონული რეჟიმი გამოიყენებოდა AFT-ის დასაკვირვებლად. აჩქარების ძაბვა იყო 15 კვ, სხივის ლაქის დიამეტრი 3.0 ნმ, ხოლო სამუშაო მანძილი კონტროლდებოდა დაახლოებით 10 მმ-ზე.

2. შედეგები და დისკუსია

ეტრინგიტის SEM გამოსახულებები გამაგრებულ HEMC-მოდიფიცირებულ ცემენტის ხსნარში აჩვენა, რომ ფენიანი Ca (OH)2(CH) ორიენტაციის ზრდა აშკარა იყო, და AFt აჩვენებდა მოკლე ღეროს მსგავსი AFt-ის არარეგულარულ დაგროვებას და ზოგიერთი მოკლე ღეროს მსგავსი AFT იყო დაფარული. HEMC მემბრანული სტრუქტურით. ჟანგ დონფანგი და სხვ. ასევე ნაპოვნია მოკლე ღეროსმაგვარი AFt HEMC მოდიფიცირებული ცემენტის შლამის მიკროსტრუქტურის ცვლილებებზე დაკვირვებისას ESEM-ის მეშვეობით. მათ სჯეროდათ, რომ ჩვეულებრივი ცემენტის ხსნარი სწრაფად რეაგირებდა წყალთან შეხვედრის შემდეგ, ამიტომ AFt კრისტალი თხელი იყო და ჰიდრატაციის ასაკის გახანგრძლივებამ გამოიწვია სიგრძე-დიამეტრის თანაფარდობის მუდმივი ზრდა. თუმცა, HEMC-მ გაზარდა ხსნარის სიბლანტე, შეამცირა იონების შეკავშირების სიჩქარე ხსნარში და დააყოვნა წყლის მოსვლა კლინკერის ნაწილაკების ზედაპირზე, ამიტომ AFt სიგრძე-დიამეტრის თანაფარდობა გაიზარდა სუსტი ტენდენციით და მისი მორფოლოგიური მახასიათებლები აჩვენა. მოკლე ჯოხის მსგავსი ფორმა. AFt-თან შედარებით იმავე ასაკის ჩვეულებრივ ცემენტის ხსნარში, ეს თეორია ნაწილობრივ დამოწმებულია, მაგრამ იგი არ გამოიყენება AFt-ის მორფოლოგიური ცვლილებების ასახსნელად MC მოდიფიცირებულ ცემენტის ხსნარში. ეტრიდიტის SEM გამოსახულებები 1 დღის გამაგრებულ MC მოდიფიცირებულ ცემენტის შლამში ასევე აჩვენებდნენ ფენიანი Ca(OH)2-ის ორიენტირებულ ზრდას, ზოგიერთი AFt ზედაპირი ასევე დაფარული იყო MC-ის ფირის სტრუქტურით და AFt აჩვენებდა კასეტური ზრდის მორფოლოგიურ მახასიათებლებს. თუმცა, შედარებისთვის, AFt კრისტალს MC მოდიფიცირებულ ცემენტის შლამში აქვს უფრო დიდი სიგრძისა და დიამეტრის თანაფარდობა და უფრო თხელი მორფოლოგია, რაც გვიჩვენებს ტიპურ აციკულურ მორფოლოგიას.

ორივე HEMC და MC შეაფერხა ცემენტის ადრეული ჰიდრატაციის პროცესი და გაზარდა ხსნარის სიბლანტე, მაგრამ განსხვავებები მათ მიერ გამოწვეულ AFt მორფოლოგიურ მახასიათებლებში მაინც მნიშვნელოვანი იყო. ზემოაღნიშნული ფენომენების შემდგომი დამუშავება შესაძლებელია ცელულოზის ეთერის და AFt კრისტალური სტრუქტურის მოლეკულური სტრუქტურის პერსპექტივიდან. რენაუდინი და სხვ. სინთეზირებული AFt გაჟღენთილია მომზადებულ ტუტე ხსნარში, რათა მიეღო „სველი AFt“ და ნაწილობრივ ამოიღეს და გააშრეს გაჯერებული CaCl2 ხსნარის ზედაპირზე (35% ფარდობითი ტენიანობა) „მშრალი AFt“-ის მისაღებად. რამანის სპექტროსკოპიით და რენტგენის ფხვნილის დიფრაქციით სტრუქტურის დახვეწის შესწავლის შემდეგ დადგინდა, რომ ამ ორ სტრუქტურას შორის განსხვავება არ იყო, მხოლოდ უჯრედების კრისტალური ფორმირების მიმართულება შეიცვალა გაშრობის პროცესში, ანუ გარემოსდაცვითი პროცესის დროს. ცვლილება "სველიდან" "მშრალზე", AFt კრისტალები ჩამოყალიბდა უჯრედების ნორმალური მიმართულებით თანდათან გაიზარდა. AFt კრისტალები c ნორმალური მიმართულებით სულ უფრო და უფრო მცირდებოდა. სამგანზომილებიანი სივრცის ყველაზე ძირითადი ერთეული შედგება ნორმალური ხაზისგან, b ნორმალური ხაზისგან და c ნორმალური ხაზისგან, რომლებიც ერთმანეთის პერპენდიკულარულია. იმ შემთხვევაში, როდესაც b ნორმალები დაფიქსირდა, AFt კრისტალები გროვდებოდა ნორმალების გასწვრივ, რის შედეგადაც უჯრედის ჯვარი გადიდებული იყო ab ნორმალების სიბრტყეში. ამრიგად, თუ HEMC „ინახავს“ მეტ წყალს, ვიდრე MC, „მშრალი“ გარემო შეიძლება მოხდეს ლოკალიზებულ არეალში, რაც ხელს უწყობს გვერდითი აგრეგაციას და AFt კრისტალების ზრდას. პატურალი და სხვ. აღმოაჩინა, რომ თავად CE-სთვის, რაც უფრო მაღალია პოლიმერიზაციის ხარისხი (ან რაც უფრო დიდია მოლეკულური წონა), მით მეტია CE-ს სიბლანტე და მით უკეთესია წყლის შეკავების მოქმედება. HEMCs და MCS-ის მოლეკულური სტრუქტურა მხარს უჭერს ამ ჰიპოთეზას, ჰიდროქსიეთილის ჯგუფს აქვს გაცილებით დიდი მოლეკულური წონა, ვიდრე წყალბადის ჯგუფს.

ზოგადად, AFt კრისტალები წარმოიქმნება და ჩამოილექება მხოლოდ მაშინ, როდესაც შესაბამისი იონები მიაღწევენ გარკვეულ გაჯერებას ხსნარის სისტემაში. ამრიგად, ფაქტორებმა, როგორიცაა იონის კონცენტრაცია, ტემპერატურა, pH მნიშვნელობა და ფორმირების სივრცე რეაქციის ხსნარში, შეიძლება მნიშვნელოვნად იმოქმედოს AFt კრისტალების მორფოლოგიაზე, ხოლო ხელოვნური სინთეზის პირობებში ცვლილებამ შეიძლება შეცვალოს AFt კრისტალების მორფოლოგია. მაშასადამე, AFt კრისტალების თანაფარდობა ჩვეულებრივ ცემენტის ხსნარში ამ ორს შორის შეიძლება გამოწვეული იყოს წყლის მოხმარების ერთი ფაქტორით ცემენტის ადრეულ დატენიანებაში. თუმცა, განსხვავება AFt კრისტალების მორფოლოგიაში, რომელიც გამოწვეულია HEMC-ით და MC-ით, ძირითადად უნდა იყოს განპირობებული მათი სპეციალური წყლის შეკავების მექანიზმით. Hemcs და MCS ქმნიან წყლის ტრანსპორტირების „დახურულ მარყუჟს“ სუფთა ცემენტის ნამცხვრის მიკროზონაში, რაც იძლევა „მოკლე პერიოდის“ საშუალებას, რომელშიც წყალი „ადვილია შეღწევა და ძნელი გასასვლელი“. თუმცა, ამ პერიოდის განმავლობაში, ასევე იცვლება თხევადი ფაზის გარემო მიკროზონაში და მის მახლობლად. ფაქტორები, როგორიცაა იონის კონცენტრაცია, pH და ა.შ., ზრდის გარემოს ცვლილება შემდგომში აისახება AFt კრისტალების მორფოლოგიურ მახასიათებლებზე. წყლის ტრანსპორტის ეს „დახურული მარყუჟი“ მსგავსია პურჩეზის და სხვების მიერ აღწერილი მოქმედების მექანიზმისა. HPMC როლს ასრულებს წყლის შეკავებაში.

3. დასკვნა

(1) ჰიდროქსიეთილ მეთილცელულოზის ეთერის (HEMC) და მეთილცელულოზის ეთერის (MC) დამატებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად შეცვალოს ეტრინგიტის მორფოლოგია ადრეულ (1 დღის) ჩვეულებრივ ცემენტის ხსნარში.

(2) ეტრინგიტის კრისტალის სიგრძე და დიამეტრი HEMC მოდიფიცირებულ ცემენტის ხსნარში არის პატარა და მოკლე ღეროს ფორმის; ეტრინგიტის კრისტალების სიგრძისა და დიამეტრის თანაფარდობა MC მოდიფიცირებულ ცემენტის ხსნარში დიდია, რომელიც ნემსის ფორმისაა. ეტრინგიტის კრისტალებს ჩვეულებრივ ცემენტის ხსნარებში აქვთ ასპექტის თანაფარდობა ამ ორს შორის.

(3) ორი ცელულოზის ეთერის განსხვავებული ეფექტი ეტრინგიტის მორფოლოგიაზე არსებითად განპირობებულია მოლეკულური წონის სხვაობით.