다양한 시멘트 및 단일 광석의 수화열에 대한 셀룰로오스 에테르의 영향

72시간 포틀랜드 시멘트, 설포알루미네이트 시멘트, 규산삼칼슘 및 알루민산삼칼슘의 수화열에 대한 셀룰로오스 에테르의 영향을 등온열량법 시험을 통해 비교하였다. 결과는 셀룰로오스 에테르가 포틀랜드 시멘트와 규산삼칼슘의 수화 및 열 방출 속도를 크게 감소시킬 수 있으며, 규산 삼칼슘의 수화 및 열 방출 속도에 대한 감소 효과가 더 크다는 것을 보여줍니다. 셀룰로오스 에테르의 설포알루미네이트 시멘트 수화 열방출률 감소 효과는 매우 약하지만, 알루민산삼칼슘 수화 열방출률 향상 효과는 미약하다. 셀룰로오스 에테르는 일부 수화 제품에 흡착되어 수화 제품의 결정화를 지연시키고 시멘트 및 단일 광석의 수화 열 방출 속도에 영향을 미칩니다.

핵심 단어:셀룰로오스 에테르; 시멘트; 단일 광석; 수화열; 흡착

1. 소개

셀룰로오스 에테르는 건식 혼합 모르타르, 자기 압축 콘크리트 및 기타 새로운 시멘트 기반 재료에서 중요한 증점제 및 보수제입니다. 그러나 셀룰로오스 에테르는 시멘트 수화를 지연시켜 시멘트 기반 재료의 작동 시간을 개선하고 모르타르 일관성 및 콘크리트 슬럼프 시간 손실을 개선하는 데 도움이 되지만 건설 진행도 지연시킬 수 있습니다. 특히 저온 환경 조건에서 사용되는 모르타르나 콘크리트에는 악영향을 미치게 됩니다. 그러므로 시멘트 수화 동역학에 대한 셀룰로오스 에테르의 법칙을 이해하는 것은 매우 중요합니다.

OU와 Pourchez는 셀룰로오스 에테르의 분자량, 치환체 유형 또는 치환도와 같은 분자 매개변수가 시멘트 수화 동역학에 미치는 영향을 체계적으로 연구하고 많은 중요한 결론을 도출했습니다. 시멘트는 일반적으로 메틸 셀룰로오스 에테르(HPMC), 하이드록시메틸 에틸 셀룰로오스 에테르(HEMC) 및 메틸 셀룰로오스 에테르(MC)보다 더 강합니다. 메틸을 함유한 셀룰로오스 에테르에서 메틸 함량이 낮을수록 시멘트의 수화를 지연시키는 능력이 강해집니다. 셀룰로오스 에테르의 분자량이 낮을수록 시멘트의 수화를 지연시키는 능력이 강해집니다. 이러한 결론은 셀룰로오스 에테르를 올바르게 선택하기 위한 과학적 근거를 제공합니다.

시멘트의 다양한 구성요소에 대해 셀룰로오스 에테르가 시멘트 수화 동역학에 미치는 영향은 엔지니어링 응용 분야에서도 매우 우려되는 문제입니다. 그러나 이 부분에 대한 연구는 없습니다. 본 논문에서는 일반 포틀랜드 시멘트, C3S(규산삼칼슘), C3A(삼칼슘 알루미네이트) 및 설포알루미네이트 시멘트(SAC)의 수화 동역학에 대한 셀룰로오스 에테르의 영향을 등온 열량계 테스트를 통해 연구하여 상호 작용 및 셀룰로오스 에테르와 시멘트 수화 제품 사이의 내부 메커니즘. 이는 시멘트 기반 재료에서 셀룰로오스 에테르를 합리적으로 사용하기 위한 추가적인 과학적 기반을 제공하고 다른 혼화제와 시멘트 수화 제품 간의 상호 작용에 대한 연구 기반도 제공합니다.

2. 테스트

2.1 원자재

(1) 일반 포틀랜드 시멘트(P·0). 제조원: 무한화신시멘트(주), 규격은 P·042.5(GB 175-2007), 파장분산형 X선 형광분광기(AXIOS Advanced, PANalytical Co., LTD.)로 측정. JADE 5.0 소프트웨어 분석에 따르면 시멘트 클링커 광물 C3S, C2s, C3A, C4AF 및 석고 외에도 시멘트 원료에는 탄산 칼슘도 포함되어 있습니다.

(2) 설포알루미네이트 시멘트(SAC). Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd.에서 생산하는 속경질 설포알루미네이트 시멘트는 R.Star 42.5(GB 20472-2006)입니다. 주요 그룹은 칼슘 설포알루미네이트와 디칼슘 실리케이트입니다.

(3) 규산삼칼슘(C3S). Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 및 H2O를 3:1:0.08로 압착: 질량비 10을 균일하게 혼합한 후 60MPa의 일정한 압력으로 압착하여 원통형 녹색 빌렛을 제조하였다. 빌렛을 실리콘-몰리브덴 봉 고온 전기로에서 1400℃에서 1.5 ~ 2시간 동안 소성한 후 전자레인지로 옮겨 40분간 추가로 가열하였다. 빌렛을 꺼낸 후 완제품의 유리 CaO 함량이 1.0% 미만이 될 때까지 급랭하고 파쇄와 소성을 반복하였다.

(4) 삼칼슘 알루미네이트(c3A). CaO와 A12O3를 균일하게 혼합한 후 실리콘-몰리브덴봉 전기로에서 1450℃에서 4시간 소성한 후 분말로 분쇄한 후 유리 CaO 함량이 1.0% 미만이 될 때까지 반복 소성하였으며, C12A7과 CA의 피크는 무시되었습니다.

(5) 셀룰로오스 에테르. 이전 연구에서는 16종의 셀룰로오스 에테르가 일반 포틀랜드 시멘트의 수화 및 열 방출 속도에 미치는 영향을 비교한 결과, 종류에 따라 셀룰로오스 에테르가 시멘트의 수화 및 열 방출 법칙에 상당한 차이가 있음을 확인하고 내부 메커니즘을 분석했습니다. 이 중요한 차이의. 이전 연구 결과에 따르면, 일반 포틀랜드 시멘트에 대해 뚜렷한 지연 효과를 나타내는 세 가지 종류의 셀룰로오스 에테르가 선택되었습니다. 여기에는 하이드록시에틸 셀룰로오스 에테르(HEC), 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스 에테르(HPMC) 및 하이드록시에틸 메틸 셀룰로오스 에테르(HEMC)가 포함됩니다. 셀룰로오스에테르의 점도는 회전점도계를 사용하여 시험농도 2%, 온도 20℃, 회전속도 12 r/min으로 측정하였다. 셀룰로오스에테르의 점도는 회전점도계를 사용하여 시험농도 2%, 온도 20℃, 회전속도 12 r/min으로 측정하였다. 셀룰로오스 에테르의 몰 치환도는 제조업체에서 제공합니다.

(6) 물. 2차 증류수를 사용하세요.

2.2 시험방법

수화열. TA Instrument Company에서 생산한 TAM Air 8채널 등온 열량계를 채택했습니다. 모든 원료는 실험 전 시험온도(예: (20±0.5)℃)까지 일정한 온도를 유지하였다. 먼저, 시멘트 3g과 셀룰로오스 에테르 분말 18mg을 열량계에 첨가했습니다(셀룰로오스 에테르 대 시멘트화 물질의 질량비는 0.6%였습니다). 충분히 혼합한 후, 규정된 물-시멘트 비율에 따라 혼합수(2차 증류수)를 첨가하고 균일하게 교반하였다. 그런 다음 테스트를 위해 신속하게 열량계에 넣었습니다. c3A의 물-결합제 비율은 1.1이고, 다른 세 가지 시멘트질 재료의 물-결합제 비율은 0.45입니다.

3. 결과 및 논의

3.1 테스트 결과

HEC, HPMC, HEMC가 일반 포틀랜드 시멘트, C3S, C3A의 72시간 내 수화 열방출률 및 누적 열방출률에 미치는 영향과 HEC가 설포알루미네이트 시멘트의 수화 열방출률 및 누적 열방출률에 미치는 영향 72시간 이내에 HEC는 다른 시멘트 및 단일 광석의 수화에 가장 강력한 지연 효과를 갖는 셀룰로오스 에테르입니다. 두 가지 효과를 결합하면 시멘트질 재료 조성의 변화에 ​​따라 셀룰로오스 에테르가 수화 열 방출률과 누적 열 방출에 서로 다른 영향을 미친다는 것을 알 수 있습니다. 선택된 셀룰로오스 에테르는 일반 포틀랜드 시멘트와 C, S의 수화 및 열 방출 속도를 크게 감소시킬 수 있으며 주로 유도 기간을 연장하고 수화 및 열 방출 피크의 출현을 지연시킵니다. 그 중 셀룰로오스 에테르는 C, S 수화 및 열 방출 속도 지연은 일반 포틀랜드 시멘트 수화 및 열 방출 속도 지연보다 더 분명합니다. 셀룰로오스 에테르는 또한 설포알루미네이트 시멘트 수화의 열 방출 속도를 지연시킬 수 있지만 지연 능력은 매우 약하며 주로 2시간 후에 수화를 지연시킵니다. C3A 수화의 열 방출 속도에 대해 셀룰로오스 에테르는 가속 능력이 약합니다.

3.2 분석 및 토론

셀룰로오스 에테르 지연 시멘트 수화 메커니즘. Silvaet al. 셀룰로오스 에테르는 기공 용액의 점도를 증가시키고 이온 이동 속도를 방해하여 시멘트 수화를 지연시킨다는 가설을 세웠습니다. 그러나 많은 문헌에서는 점도가 낮은 셀룰로오스 에테르가 시멘트 수화를 지연시키는 더 강한 능력을 가지고 있다는 실험을 통해 이 가정을 의심했습니다. 실제로 이온이 이동하거나 이동하는 시간은 너무 짧아 시멘트 수화 지연 시간과 비교할 수 없습니다. 셀룰로오스 에테르와 시멘트 수화 생성물 사이의 흡착은 셀룰로오스 에테르에 의한 시멘트 수화 지연의 실제 원인으로 간주됩니다. 셀룰로오스에테르는 수산화칼슘, CSH겔, 알루민산칼슘수화물 등 수화제품의 표면에 쉽게 흡착되나, 에트린자이트 및 무수화상에는 흡착이 쉽지 않으며, 수산화칼슘에 대한 셀룰로오스에테르의 흡착능은 수산화칼슘에 비해 높다. CSH 젤의 것. 따라서 일반 포틀랜드 시멘트 수화 제품의 경우 셀룰로오스 에테르는 수산화칼슘에 대해 가장 강한 지연, 칼슘에 대한 가장 강한 지연, CSH 겔에 대한 두 번째 지연, 에트린자이트에 대한 가장 약한 지연을 나타냅니다.

이전 연구에 따르면 비이온성 다당류와 광물상 사이의 흡착은 주로 수소 결합과 화학적 착화합물을 포함하며, 이 두 가지 효과는 다당류의 수산기와 광물 표면의 금속 수산화물 사이에서 발생하는 것으로 나타났습니다. Liu et al. 다당류와 금속 수산화물 사이의 흡착을 산-염기 상호 작용으로, 다당류를 산으로, 금속 수산화물을 염기로 분류했습니다. 특정 다당류의 경우 미네랄 표면의 알칼리도에 따라 다당류와 미네랄 간의 상호 작용 강도가 결정됩니다. 본 논문에서 연구된 4가지 겔화 성분 중 주요 금속 또는 비금속 원소에는 Ca, Al 및 Si가 포함됩니다. 금속 활성의 순서에 따라 수산화물의 알칼리도는 Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4입니다. 실제로 Si(OH)4 용액은 산성이며 셀룰로오스 에테르를 흡착하지 않습니다. 따라서, 시멘트 수화제품 표면의 Ca(OH)2 함량은 수화제품과 셀룰로오스 에테르의 흡착능력을 결정합니다. 왜냐하면 수산화칼슘, CSH 겔(3CaO·2SiO2·3H20), 에트린자이트(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) CaO의 무기산화물 함량은 알루민산칼슘수화물(3CaO·Al2O3·6H2O)이 100%, 58.33%, 49.56%, 62.2%이므로 셀룰로오스에테르와의 흡착능의 순서는 수산화칼슘 > 칼슘이다. 알루미네이트 >CSH 겔 > 에트린자이트는 문헌의 결과와 일치합니다.

c3S의 수화 생성물은 주로 Ca(OH)와 csH 겔을 포함하며, 셀룰로오스 에테르는 이에 대한 지연 효과가 좋습니다. 따라서 셀룰로오스 에테르는 C3s 수화에 있어 매우 명백한 지연을 보입니다. c3S 외에도 일반 포틀랜드 시멘트에는 더 느린 C2s 수화도 포함되어 있어 초기 단계에서는 셀룰로오스 에테르의 지연 효과가 분명하지 않습니다. 일반 규산염의 수화 생성물에는 ettringite도 포함되어 있으며 셀룰로오스 에테르의 지연 효과는 좋지 않습니다. 따라서 셀룰로오스 에테르의 c3s로의 지연 능력은 테스트에서 관찰된 일반 포틀랜드 시멘트보다 더 강합니다.

C3A는 물을 만날 때 빠르게 용해되고 수화되며 수화 생성물은 일반적으로 C2AH8 및 c4AH13이며 수화열이 방출됩니다. C2AH8과 c4AH13의 용액이 포화 상태에 도달하면 C2AH8과 C4AH13 육각형 시트 수화물의 결정화가 형성되고 반응 속도와 수화열이 동시에 감소합니다. 셀룰로오스에테르가 알루민산칼슘수화물(CxAHy)의 표면에 흡착되기 때문에 셀룰로오스에테르의 존재로 인해 C2AH8 및 C4AH13 육각판수화물의 결정화가 지연되어 반응속도와 수화열방출율이 그보다 감소하게 된다. 이는 셀룰로오스 에테르가 C3A 수화에 대한 약한 가속 능력을 가지고 있음을 보여주는 순수한 C3A입니다. 이 테스트에서 셀룰로오스 에테르는 순수한 c3A의 수화에 대한 가속 능력이 약하다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 그러나 일반 포틀랜드 시멘트에서는 c3A가 석고와 반응하여 에트린자이트를 형성하기 때문에 슬러리 용액의 ca2+ 균형 영향으로 인해 셀룰로오스 에테르는 에트린자이트의 형성을 지연시켜 c3A의 수화를 지연시킵니다.

HEC, HPMC, HEMC가 일반 포틀랜드 시멘트, C3S, C3A의 72시간 내 수화 및 열방출률과 누적 열방출에 미치는 영향과 HEC가 설포알루미네이트의 수화 및 열방출률과 누적 열방출에 미치는 영향 72시간 이내에 시멘트를 처리한 결과, 선택된 세 가지 셀룰로오스 에테르 중 c3s와 포틀랜드 시멘트의 지연 수화 능력은 HEC에서 가장 강했고, HEMC가 그 뒤를 이었고, HPMC에서 가장 약했습니다. C3A에 관한 한, 세 가지 셀룰로오스 에테르의 수화 촉진 능력도 같은 순서입니다. 즉, HEC가 가장 강하고, HEMC가 두 번째, HPMC가 가장 약하고 가장 강합니다. 이는 셀룰로오스 에테르가 겔화 물질의 수화 생성물 형성을 지연시킨다는 것을 상호 확인시켜 주었다.

설포알루미네이트 시멘트의 주요 수화 생성물은 ettringite와 Al(OH)3 겔입니다. 설포알루미네이트 시멘트의 C2S는 별도로 수화되어 Ca(OH)2와 cSH 겔을 형성합니다. 셀룰로오스 에테르와 에트링가이트의 흡착은 무시할 수 있고 설포알루미네이트의 수화 속도가 너무 빠르기 때문에 수화 초기 단계에서 셀룰로오스 에테르는 설포알루미네이트 시멘트의 수화 열 방출 속도에 거의 영향을 미치지 않습니다. 그러나 특정 수화 시간까지는 c2s가 별도로 수화되어 Ca(OH)2와 CSH 겔을 생성하기 때문에 이 두 수화 생성물은 셀룰로오스 에테르에 의해 지연됩니다. 따라서 셀룰로오스 에테르는 2시간 후에 설포알루미네이트 시멘트의 수화를 지연시키는 것으로 관찰되었다.

4. 결론

본 논문에서는 등온 열량 시험을 통해 일반 포틀랜드 시멘트, c3s, c3A, 설포알루미네이트 시멘트 및 기타 성분과 단일 광석의 72시간 수화열에 대한 셀룰로오스 에테르의 영향 법칙 및 형성 메커니즘을 비교했습니다. 주요 결론은 다음과 같습니다.

(1) 셀룰로오스 에테르는 일반 포틀랜드 시멘트와 규산 삼칼슘의 수화 열 방출 속도를 크게 감소시킬 수 있으며 규산 삼칼슘의 수화 열 방출 속도를 감소시키는 효과가 더욱 중요합니다. 셀룰로오스에테르가 설포알루미네이트 시멘트의 열방출률을 감소시키는 효과는 매우 미약하나, 삼칼슘알루미네이트의 열방출률을 향상시키는 효과는 미약하다.

(2) 셀룰로오스 에테르는 일부 수화 생성물에 의해 흡착되어 수화 생성물의 결정화를 지연시켜 시멘트 수화의 열 방출 속도에 영향을 미칩니다. 수화 생성물의 유형과 양은 시멘트 빌 광석의 구성 요소에 따라 다르므로 셀룰로오스 에테르가 수화 열에 미치는 영향은 동일하지 않습니다.