Целлюлоза эфирінің әртүрлі цемент пен дара кеннің гидратация жылуына әсері

целлюлоза эфирінің портландцементтің, сульфоалюминат цементінің, трикальций силикаты мен үшкальций алюминатының гидратация жылуына 72 сағаттағы әсері изотермиялық калориметриялық сынақ арқылы салыстырылды. Нәтижелер целлюлоза эфирі портландцемент пен үшкальций силикатының ылғалдануын және жылу бөліну жылдамдығын айтарлықтай төмендете алатынын және үшкальций силикатының гидратация мен жылу бөліну жылдамдығының төмендеуіне әсері маңыздырақ екенін көрсетті. Сульфоалюминат цементінің гидратациясының жылу бөлу жылдамдығын төмендетуге целлюлоза эфирінің әсері өте әлсіз, бірақ үшкальций алюминатының гидратациясының жылу бөлу жылдамдығын жақсартуға әлсіз әсер етеді. Целлюлоза эфирі кейбір гидратация өнімдерімен адсорбцияланады, осылайша гидратация өнімдерінің кристалдануын кешіктіреді, содан кейін цемент пен жалғыз руданың гидратация жылуын шығару жылдамдығына әсер етеді.

Негізгі сөздер:целлюлоза эфирі; Цемент; Жалғыз кен; Гидратация жылуы; адсорбция

1. Кіріспе

Целлюлоза эфирі құрғақ аралас ерітіндіде, өздігінен нығыздалатын бетонда және басқа цемент негізіндегі жаңа материалдарда маңызды қоюландырғыш және суды ұстайтын агент болып табылады. Дегенмен, целлюлоза эфирі цементтің ылғалдануын кешіктіреді, бұл цемент негізіндегі материалдардың жұмыс уақытын жақсартуға, ерітіндінің консистенциясы мен бетонның шөгу уақытын жоғалтуға қолайлы, сонымен қатар құрылыс барысын кешіктіруі мүмкін. Атап айтқанда, ол төмен температуралық орта жағдайында қолданылатын ерітіндіге және бетонға теріс әсер етеді. Сондықтан цемент гидратация кинетикасындағы целлюлоза эфирінің заңын түсіну өте маңызды.

OU және Pourchez цемент гидратация кинетикасына целлюлоза эфирінің молекулалық салмағы, алмастырғыштың түрі немесе орын басу дәрежесі сияқты молекулалық параметрлердің әсерін жүйелі түрде зерттеп, көптеген маңызды қорытындылар жасады: Гидроксиэтил целлюлоза эфирінің (ГЭС) гидратацияны кешіктіру қабілеті. цемент әдетте метилцеллюлоза эфиріне (HPMC), гидроксиметил этил целлюлоза эфиріне (HEMC) және метилцеллюлоза эфиріне (MC) қарағанда берік. Құрамында метил бар целлюлоза эфирінде метил мөлшері аз болған сайын цементтің гидратациясын кешіктіру қабілеті күштірек болады; Целлюлоза эфирінің молекулалық массасы неғұрлым төмен болса, цементтің гидратациясын кешіктіру қабілеті соғұрлым күшті болады. Бұл тұжырымдар целлюлоза эфирін дұрыс таңдауға ғылыми негіз береді.

Цементтің әртүрлі құрамдас бөліктері үшін целлюлоза эфирінің цемент гидратация кинетикасына әсері инженерлік қолданбаларда өте маңызды мәселе болып табылады. Алайда, бұл аспектіде ешқандай зерттеулер жоқ. Бұл жұмыста целлюлоза эфирінің қарапайым портландцементтің, C3S(трикальций силикаты), C3A(трикальций алюминаты) және сульфоалюминат цементінің (SAC) гидратация кинетикасына әсері изотермиялық калориметриялық тест арқылы зерттелді. целлюлоза эфирі мен цемент гидратация өнімдері арасындағы ішкі механизм. Ол цемент негізіндегі материалдарда целлюлоза эфирін ұтымды пайдаланудың әрі қарай ғылыми негізін қамтамасыз етеді, сонымен қатар басқа қоспалар мен цемент гидратация өнімдерінің өзара әрекеттесуіне зерттеу негізін береді.

2. Тест

2.1 Шикізат

(1) кәдімгі портландцемент (P·0). Wuhan Huaxin Cement Co., LTD. компаниясы шығарған, спецификация P· 042.5 (GB 175-2007), толқын ұзындығының дисперсиялық типті рентгендік флуоресценция спектрометрімен (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.) анықталады. JADE 5.0 бағдарламалық жасақтамасының талдауы бойынша цемент шикізатының құрамына C3S, C2s, C3A, C4AF және гипс клинкер минералдарынан басқа кальций карбонаты да кіреді.

(2) сульфоалюминат цементі (SAC). Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. өндіретін жылдам қатты сульфоалюминат цементі R.Star 42,5 (GB 20472-2006) болып табылады. Оның негізгі топтары кальций сульфоалюминаты және дикальций силикаты.

(3) үшкальций силикаты (C3S). 3:1:0,08 кезінде Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 және H2O басыңыз: 10 массалық қатынасы біркелкі араластырылды және цилиндрлік жасыл дайындаманы жасау үшін 60МПа тұрақты қысыммен басылды. Дайындама кремний-молибден таяқшасы жоғары температуралы электр пешінде 1,5 ~ 2 сағат бойы 1400 ° C температурада күйдірілді, содан кейін микротолқынды пешке 40 минут бойы қосымша қыздыру үшін ауыстырылды. Дайындаманы шығарғаннан кейін оны кенет салқындатып, қайта-қайта сындырып, дайын өнімдегі бос СаО мөлшері 1,0%-дан аз болғанша күйдірді.

(4) үшкальций алюминаты (c3A). CaO және A12O3 біркелкі араласып, кремний-молибден таяқшалы электр пешінде 4 сағат бойы 1450 ° C күйдірілген, ұнтақталған және бос CaO мазмұны 1,0% -дан аз болғанша қайта-қайта күйдірілген және C12A7 және CA шыңдары болды. еленбейді.

(5) целлюлоза эфирі. Алдыңғы жұмыста 16 түрлі целлюлоза эфирлерінің кәдімгі портландцементтің ылғалдануы мен жылу бөлу жылдамдығына әсері салыстырылды және целлюлоза эфирлерінің әртүрлі түрлері цементтің ылғалдану және жылу бөлу заңында айтарлықтай айырмашылықтары бар екені анықталды және ішкі механизміне талдау жасалды. бұл маңызды айырмашылық. Алдыңғы зерттеу нәтижелері бойынша қарапайым портландцементке айқын баяулататын әсер ететін целлюлоза эфирінің үш түрі таңдалды. Оларға гидроксиэтил целлюлоза эфирі (HEC), гидроксипропилметилцеллюлоза эфирі (HPMC) және гидроксиэтилметилцеллюлоза эфирі (HEMC) жатады. Целлюлоза эфирінің тұтқырлығы сынақ концентрациясы 2%, температурасы 20°C және айналу жылдамдығы 12 р/мин болатын айналмалы вискозиметрмен өлшенді. Целлюлоза эфирінің тұтқырлығы сынақ концентрациясы 2%, температурасы 20°C және айналу жылдамдығы 12 р/мин болатын айналмалы вискозиметрмен өлшенді. Целлюлоза эфирінің молярлық алмастыру дәрежесін өндіруші қамтамасыз етеді.

(6) Су. Екінші дистилденген суды қолданыңыз.

2.2 Тест әдісі

Гидратация жылуы. TA Instrument компаниясы шығарған TAM Air 8 арналы изотермиялық калориметрі қабылданды. Барлық шикізат эксперимент алдында тұрақты температурада (мысалы, (20± 0,5)℃) сынақ температурасына дейін ұсталды. Алдымен калориметрге 3 г цемент және 18 мг целлюлоза эфирі ұнтағы қосылды (целлюлоза эфирінің целлюлозалық материалға массалық қатынасы 0,6%). Толық араластырғаннан кейін көрсетілген су-цемент қатынасы бойынша аралас су (екінші реттік тазартылған су) қосылып, біркелкі араластырылды. Содан кейін ол сынау үшін тез калориметрге қойылды. c3A су-байланыстырғыш қатынасы 1,1, ал қалған үш цементті материалдың су-байланыстырғыш қатынасы 0,45.

3. Нәтижелер және талқылау

3.1 Тест нәтижелері

HEC, HPMC және HEMC-тің гидратациялық жылу бөлу жылдамдығына және кәдімгі портландцементтің, C3S және C3A-ның 72 сағат ішінде жинақталған жылу бөлу жылдамдығына әсері және HEC-тің сульфоалюминат цементінің гидратация жылу бөлу жылдамдығына және жинақталған жылу бөлу жылдамдығына әсері 72 сағ ішінде HEC басқа цемент пен жалғыз руданың гидратациясында ең күшті кешігу әсері бар целлюлоза эфирі болып табылады. Екі әсерді біріктіре отырып, цементті материал құрамының өзгеруімен целлюлоза эфирі гидратация жылуының бөліну жылдамдығына және жинақталған жылу бөлінуіне әртүрлі әсер ететінін анықтауға болады. Таңдалған целлюлоза эфирі кәдімгі портландцемент пен C, S ылғалдануы мен жылу шығару жылдамдығын айтарлықтай төмендетеді, негізінен индукциялық кезең уақытын ұзартады, гидратацияның пайда болуын және жылуды шығару шыңын кешіктіреді, олардың арасында целлюлоза эфирі C, S гидратациясына дейін және жылудың бөліну жылдамдығының кешігуі кәдімгі портландцемент гидратациясына және жылу шығару жылдамдығының кешігуіне қарағанда айқынырақ; Целлюлоза эфирі сонымен қатар сульфоалюминат цемент гидратациясының жылу бөліну жылдамдығын кешіктіруі мүмкін, бірақ кешіктіру қабілеті өте әлсіз және негізінен гидратацияны 2 сағаттан кейін кешіктіреді; C3A гидратациясының жылу шығару жылдамдығы үшін целлюлоза эфирі әлсіз жеделдету қабілетіне ие.

3.2 Талдау және талқылау

Целлюлозды эфирдің механизмі цементтің гидратациясын кешіктіреді. Silva және т.б. Целлюлозды эфир кеуек ерітіндісінің тұтқырлығын арттырып, иондық қозғалыс жылдамдығына кедергі келтіреді, осылайша цемент гидратациясын кешіктіреді деп болжаған. Дегенмен, көптеген әдебиеттер бұл болжамға күмән келтірді, өйткені олардың тәжірибелері тұтқырлығы төмен целлюлоза эфирлерінің цементтің гидратациясын кешіктіру қабілеті күштірек екенін анықтады. Шындығында, иондардың қозғалу немесе көшу уақыты соншалықты қысқа, оны цемент гидратациясының кешігу уақытымен салыстыруға болмайтыны анық. Целлюлоза эфирімен цемент гидратациясының кешігуінің нақты себебі целлюлоза эфирі мен цемент гидратация өнімдері арасындағы адсорбция болып саналады. Целлюлоза эфирі кальций гидроксиді, CSH гелі және кальций алюминат гидраты сияқты гидратация өнімдерінің бетіне оңай адсорбцияланады, бірақ этрингит және гидратацияланбаған фаза арқылы адсорбциялану оңай емес, ал целлюлоза эфирінің кальций гидроксидіне адсорбциялық қабілеті жоғарырақ. CSH гелі. Сондықтан кәдімгі портландцемент гидратация өнімдері үшін целлюлоза эфирі кальций гидроксиді бойынша ең күшті кешігуге ие, кальцийде ең күшті кешігу, CSH гелінде екінші кідіріс және эттрингитте ең әлсіз кешігу.

Алдыңғы зерттеулер көрсеткендей, иондық емес полисахарид пен минералды фаза арасындағы адсорбция негізінен сутектік байланыс пен химиялық комплекс түзуді қамтиды және бұл екі әсер полисахаридтің гидроксил тобы мен минерал бетіндегі металл гидроксиді арасында болады. Лю және т.б. одан әрі полисахаридтер мен металл гидроксидтері арасындағы адсорбцияны қышқылдық-негіздік әрекеттесу, полисахаридтермен қышқылдар, ал металдар гидроксидтері негіздер ретінде жіктеді. Берілген полисахарид үшін минерал бетінің сілтілігі полисахаридтер мен минералдар арасындағы әрекеттесу күшін анықтайды. Осы мақалада зерттелген төрт гель түзуші компоненттердің ішінде негізгі металл немесе металл емес элементтерге Ca, Al және Si кіреді. Металдардың белсенділік тәртібі бойынша олардың гидроксидтерінің сілтілігі Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Шындығында Si(OH)4 ерітіндісі қышқыл және целлюлоза эфирін адсорбцияламайды. Сондықтан цемент гидратация өнімдерінің бетіндегі Ca(OH)2 мөлшері гидратация өнімдері мен целлюлоза эфирінің адсорбциялық қабілетін анықтайды, өйткені кальций гидроксиді, CSH гелі (3CaO·2SiO2·3H20), эттрингит (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). және кальций алюминат гидраты (3CaO·Al2O3·6H2O) құрамындағы бейорганикалық оксидтер СаО 100%, 58,33%, 49,56% және 62 ,2%, сондықтан олардың целлюлоза эфирімен адсорбциялық қабілетінің тәртібі >кальций. алюминат >CSH гелі > эттрингит, бұл әдебиеттегі нәтижелерге сәйкес келеді.

c3S гидратация өнімдері негізінен Ca(OH) және csH гелін қамтиды, ал целлюлоза эфирі оларға жақсы кешіктіргіш әсер етеді. Сондықтан целлюлоза эфирі C3s гидратациясында өте айқын кешігуге ие. Кәдімгі портландцемент c3S-тен басқа, C2s гидратациясын да қамтиды, ол баяуырақ, бұл целлюлоза эфирінің кешігу әсерін ерте кезеңде айқын емес етеді. Кәдімгі силикаттың гидратация өнімдеріне эттрингит де кіреді, ал целлюлоза эфирінің кешіктіру әсері нашар. Сондықтан целлюлоза эфирінің c3s-ке кешіктіру қабілеті сынақта байқалған қарапайым портландцементке қарағанда күштірек.

C3A сумен кездескенде тез ериді және ылғалданады, ал гидратация өнімдері әдетте C2AH8 және c4AH13 болады және гидратация жылуы бөлінеді. C2AH8 және c4AH13 ерітінділері қанығуға жеткенде, C2AH8 және C4AH13 алтыбұрышты парақ гидратының кристалдануы пайда болады және реакция жылдамдығы мен гидратация жылуы бір уақытта төмендейді. Целлюлоза эфирінің кальций алюминат гидратының (CxAHy) бетіне адсорбциялануына байланысты целлюлоза эфирінің болуы C2AH8 және C4AH13 алтыбұрышты пластина гидратының кристалдануын кешіктіреді, нәтижесінде реакция жылдамдығы мен гидратация жылуының бөліну жылдамдығы төмендейді. таза C3A, бұл целлюлоза эфирінің C3A гидратациясына әлсіз жеделдету қабілетін көрсетеді. Бұл сынақта целлюлоза эфирінің таза c3A гидратациясына әлсіз үдеткіш қабілеті бар екенін атап өткен жөн. Алайда, қарапайым портландцементте, c3A гипспен әрекеттесіп, эттрингит түзетіндіктен, суспензия ерітіндісіндегі ca2+ балансының әсерінен целлюлоза эфирі эттрингит түзілуін кешіктіреді, осылайша c3A гидратациясын кешіктіреді.

HEC, HPMC және HEMC әсерінен қарапайым портландцементтің гидратация және жылу бөлу жылдамдығына және жинақталған жылу бөлінуіне 72 сағат ішінде, C3S және C3A, және HEC сульфоалюминаттың гидратация мен жылу бөлу жылдамдығына және жинақталған жылу бөлінуіне әсерінен. цементті 72 сағат ішінде өңдегенде, таңдалған үш целлюлоза эфирінің ішінде c3s және портландцементтің кешіктірілген гидратация қабілеті HEC-те ең күшті, одан кейін HEMC-те, ал HPMC-де ең әлсіз екенін көруге болады. C3A-ға келетін болсақ, үш целлюлоза эфирінің гидратацияны жеделдету қабілеті де бірдей тәртіпте, яғни HEC - ең күшті, HEMC - екінші, HPMC - ең әлсіз және күшті. Бұл целлюлоза эфирі гельдік материалдардың гидратация өнімдерінің түзілуін кешіктіргенін өзара растады.

Сульфоалюминатты цементтің негізгі гидратация өнімдері - эттрингит және Al(OH)3 гелі. Сульфоалюминат цементіндегі C2S де бөлек гидраттанып, Ca(OH)2 және cSH гелін түзеді. Целлюлоза эфирі мен эттрингиттің адсорбциясын елемеуге болатындықтан, ал сульфоалюминаттың гидратациясы тым жылдам, сондықтан гидратацияның бастапқы кезеңінде целлюлоза эфирі сульфоалюминат цементінің гидратация жылуын бөлу жылдамдығына аз әсер етеді. Бірақ гидратацияның белгілі бір уақытына дейін, c2s Ca(OH)2 және CSH гелін генерациялау үшін бөлек гидратталатындықтан, бұл екі гидратация өнімі целлюлоза эфирімен кешіктіріледі. Сондықтан целлюлоза эфирі сульфоалюминат цементінің гидратациясын 2 сағаттан кейін кешіктіретіні байқалды.

4. Қорытынды

Бұл жұмыста изотермиялық калориметриялық сынау арқылы қарапайым портландцементтің, c3s, c3A, сульфоалюминат цементінің және басқа да әр түрлі құрамдас бөліктердің гидратациялық жылуына целлюлоза эфирінің 72 сағ ішінде әсер ету заңы мен түзілу механизмі салыстырылды. Негізгі қорытындылар келесідей:

(1) Целлюлоза эфирі кәдімгі портландцемент пен үшкальций силикатының гидратациялық жылуды шығару жылдамдығын айтарлықтай төмендете алады, ал үшкальций силикатының гидратация жылуын шығару жылдамдығын төмендету әсері маңыздырақ; Сульфоалюминат цементінің жылу бөлу жылдамдығын төмендетуге целлюлоза эфирінің әсері өте әлсіз, бірақ үшкальций алюминатының жылу бөлу жылдамдығын жақсартуға әлсіз әсер етеді.

(2) целлюлоза эфирі кейбір гидратация өнімдерімен адсорбцияланады, осылайша гидратация өнімдерінің кристалдануын кешіктіреді, цемент гидратациясының жылу шығару жылдамдығына әсер етеді. Гидратация өнімдерінің түрі мен мөлшері цемент шоғыры кенінің әртүрлі құрамдас бөліктері үшін әртүрлі, сондықтан олардың гидратация жылуына целлюлоза эфирінің әсері бірдей емес.