Celulozes ētera ietekme uz dažādu cementa un vienas rūdas hidratācijas siltumu

celulozes ētera ietekme uz portlandcementa, sulfoalumināta cementa, trikalcija silikāta un trikalcija alumināta hidratācijas siltumu 72h tika salīdzināta ar izotermisko kalorimetrijas testu. Rezultāti liecina, ka celulozes ēteris var ievērojami samazināt portlandcementa un trikalcija silikāta hidratācijas un siltuma izdalīšanās ātrumu, un trikalcija silikāta hidratācijas un siltuma izdalīšanās ātruma samazināšanās ir nozīmīgāka. Celulozes ētera ietekme uz sulfoalumināta cementa hidratācijas siltuma izdalīšanās ātruma samazināšanos ir ļoti vāja, bet tai ir vāja ietekme uz trikalcija alumināta hidratācijas siltuma izdalīšanās ātruma uzlabošanu. Celulozes ēteris tiks adsorbēts ar dažiem hidratācijas produktiem, tādējādi aizkavējot hidratācijas produktu kristalizāciju un pēc tam ietekmējot cementa un vienas rūdas hidratācijas siltuma izdalīšanās ātrumu.

Atslēgas vārdi:celulozes ēteris; Cements; Viena rūda; hidratācijas siltums; adsorbcija

1. Ievads

Celulozes ēteris ir svarīgs biezinātājs un ūdeni aizturošs līdzeklis sausā jauktā javā, pašblīvējošā betonā un citos jaunos cementa bāzes materiālos. Tomēr celulozes ēteris arī aizkavēs cementa hidratāciju, kas uzlabo cementa bāzes materiālu darbības laiku, uzlabo javas konsistenci un betona noslīdēšanas laika zudumu, kā arī var aizkavēt būvniecības gaitu. Jo īpaši tas nelabvēlīgi ietekmēs javu un betonu, ko izmanto zemas temperatūras vides apstākļos. Tāpēc ir ļoti svarīgi izprast celulozes ētera likumu par cementa hidratācijas kinētiku.

OU un Purčess sistemātiski pētīja molekulāro parametru, piemēram, celulozes ētera molekulmasas, aizvietotāja veida vai aizvietošanas pakāpes ietekmi uz cementa hidratācijas kinētiku un izdarīja daudzus svarīgus secinājumus: hidroksietilcelulozes ētera (HEC) spēja aizkavēt celulozes ētera hidratāciju. cements parasti ir stiprāks nekā metilcelulozes ēteris (HPMC), hidroksimetiletilcelulozes ēteris (HEMC) un metilcelulozes ēteris (MC). Celulozes ēterī, kas satur metilu, jo zemāks ir metila saturs, jo spēcīgāka ir spēja aizkavēt cementa hidratāciju; Jo mazāka ir celulozes ētera molekulmasa, jo spēcīgāka ir spēja aizkavēt cementa hidratāciju. Šie secinājumi sniedz zinātnisku pamatojumu pareizai celulozes ētera izvēlei.

Attiecībā uz dažādām cementa sastāvdaļām celulozes ētera ietekme uz cementa hidratācijas kinētiku ir arī ļoti satraucoša problēma inženiertehniskajos lietojumos. Tomēr nav pētījumu par šo aspektu. Šajā rakstā celulozes ētera ietekme uz parastā portlandcementa, C3S (trikalcija silikāta), C3A (trikalcija alumināta) un sulfoalumināta cementa (SAC) hidratācijas kinētiku tika pētīta, izmantojot izotermisko kalorimetrijas testu, lai labāk izprastu mijiedarbību un iekšējais mehānisms starp celulozes ēteri un cementa hidratācijas produktiem. Tas nodrošina turpmāku zinātnisku pamatojumu racionālai celulozes ētera izmantošanai cementa bāzes materiālos, kā arī nodrošina pētījumu bāzi mijiedarbībai starp citiem piemaisījumiem un cementa hidratācijas produktiem.

2. Pārbaude

2.1. Izejvielas

(1) parastais portlandcements (P·0). Ražots Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., specifikācija ir P·042.5 (GB 175-2007), kas noteikta ar viļņa garuma dispersijas tipa rentgena fluorescences spektrometru (AXIOS Advanced, PANalytical Co., LTD.). Saskaņā ar JADE 5.0 programmatūras analīzi cementa izejvielās papildus cementa klinkera minerāliem C3S, C2s, C3A, C4AF un ģipsim ir arī kalcija karbonāts.

(2) sulfoalumināta cements (SAC). Ātri cietais sulfoalumināta cements, ko ražo Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd., ir R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Tās galvenās grupas ir kalcija sulfoalumināts un dikalcija silikāts.

(3) trikalcija silikāts (C3S). Nospiediet Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 un H2O pie 3:1:0,08: Masas attiecība 10 tika vienmērīgi sajaukta un presēta pastāvīgā 60 MPa spiedienā, lai izveidotu cilindrisku zaļu sagatavi. Sagatave tika kalcinēta 1400 ℃ 1,5 ~ 2 stundas silīcija-molibdēna stieņu augstas temperatūras elektriskā krāsnī un pēc tam pārvietota uz mikroviļņu krāsni turpmākai karsēšanai mikroviļņu krāsnī 40 minūtes. Pēc sagataves izņemšanas tas tika pēkšņi atdzesēts un vairākkārt lauzts un kalcinēts, līdz brīvā CaO saturs gatavajā produktā bija mazāks par 1,0%.

(4) trikalcija alumināts (c3A). CaO un A12O3 tika vienmērīgi sajaukti, 4 stundas kalcinēti 1450 ℃ silīcija-molibdēna stieņu elektriskā krāsnī, samalti pulverī un atkārtoti kalcinēti, līdz brīvā CaO saturs bija mazāks par 1,0%, un tika iegūti C12A7 un CA maksimumi. ignorēts.

(5) celulozes ēteris. Iepriekšējā darbā tika salīdzināta 16 veidu celulozes ēteru ietekme uz parastā portlandcementa hidratācijas un siltuma izdalīšanās ātrumu, un tika konstatēts, ka dažādiem celulozes ēteru veidiem ir būtiskas atšķirības cementa hidratācijas un siltuma izdalīšanās likumā, kā arī analizēts iekšējais mehānisms. no šīs būtiskās atšķirības. Saskaņā ar iepriekšējā pētījuma rezultātiem tika izvēlēti trīs celulozes ētera veidi, kuriem ir acīmredzama aizkavējoša iedarbība uz parasto portlandcementu. Tajos ietilpst hidroksietilcelulozes ēteris (HEC), hidroksipropilmetilcelulozes ēteris (HPMC) un hidroksietilmetilcelulozes ēteris (HEMC). Celulozes ētera viskozitāte tika mērīta ar rotējošu viskozimetru ar testa koncentrāciju 2%, temperatūru 20 ℃ un griešanās ātrumu 12 apgr./min. Celulozes ētera viskozitāte tika mērīta ar rotējošu viskozimetru ar testa koncentrāciju 2%, temperatūru 20 ℃ un griešanās ātrumu 12 apgr./min. Celulozes ētera molārās aizstāšanas pakāpi nodrošina ražotājs.

(6) Ūdens. Izmantojiet sekundāro destilētu ūdeni.

2.2 Pārbaudes metode

Hidratācijas siltums. Tika pieņemts TA Instrument Company ražotais 8 kanālu izotermiskais kalorimetrs TAM Air. Pirms eksperimenta visas izejvielas tika turētas nemainīgā temperatūrā līdz testa temperatūrai (piemēram, (20±0,5) ℃). Vispirms kalorimetrā tika pievienoti 3 g cementa un 18 mg celulozes ētera pulvera (celulozes ētera masas attiecība pret celulozes materiālu bija 0,6%). Pēc pilnīgas sajaukšanas tika pievienots sajaukts ūdens (sekundāri destilēts ūdens) atbilstoši noteiktajai ūdens un cementa attiecībai un vienmērīgi maisīts. Pēc tam to ātri ievietoja kalorimetrā testēšanai. Ūdens un saistvielas attiecība c3A ir 1,1, un pārējo trīs cementa materiālu ūdens saistvielas attiecība ir 0,45.

3. Rezultāti un diskusija

3.1 Pārbaudes rezultāti

HEC, HPMC un HEMC ietekme uz parastā portlandcementa, C3S un C3A hidratācijas siltuma izdalīšanās ātrumu un kumulatīvo siltuma izdalīšanās ātrumu 72 stundu laikā, kā arī HEC ietekmi uz sulfoalumināta cementa hidratācijas siltuma izdalīšanās ātrumu un kumulatīvo siltuma izdalīšanās ātrumu 72 stundu laikā HEC ir celulozes ēteris ar spēcīgāko aiztures efektu cita cementa un vienas rūdas hidratācijā. Apvienojot abus efektus, var konstatēt, ka, mainoties cementa materiāla sastāvam, celulozes ēteris atšķirīgi ietekmē hidratācijas siltuma izdalīšanās ātrumu un kumulatīvo siltuma izdalīšanos. Izvēlētais celulozes ēteris var ievērojami samazināt parastā portlandcementa un C, S hidratācijas un siltuma izdalīšanās ātrumu, galvenokārt pagarina indukcijas perioda laiku, aizkavē hidratācijas un siltuma izdalīšanās maksimuma parādīšanos, tostarp celulozes ētera līdz C, S hidratācijai un siltuma izdalīšanās ātruma aizkave ir acīmredzamāka nekā parastā portlandcementa hidratācijas un siltuma izdalīšanās ātruma aizkavēšanās; Celulozes ēteris var arī aizkavēt sulfoalumināta cementa hidratācijas siltuma izdalīšanās ātrumu, taču kavēšanās spēja ir ļoti vāja un galvenokārt aizkavē hidratāciju pēc 2 stundām; C3A hidratācijas siltuma izdalīšanas ātrumam celulozes ēterim ir vāja paātrināšanas spēja.

3.2. Analīze un diskusija

Celulozes ētera mehānisms aizkavē cementa hidratāciju. Silva et al. izvirzīja hipotēzi, ka celulozes ēteris palielina poru šķīduma viskozitāti un kavē jonu kustības ātrumu, tādējādi aizkavējot cementa hidratāciju. Tomēr liela daļa literatūras ir apšaubījusi šo pieņēmumu, jo viņu eksperimenti atklāja, ka celulozes ēteriem ar zemāku viskozitāti ir spēcīgāka spēja aizkavēt cementa hidratāciju. Faktiski jonu kustības vai migrācijas laiks ir tik īss, ka tas acīmredzami nav salīdzināms ar cementa hidratācijas aizkavēšanās laiku. Adsorbcija starp celulozes ēteri un cementa hidratācijas produktiem tiek uzskatīta par patieso iemeslu cementa hidratācijas aizkavēšanai ar celulozes ēteri. Celulozes ēteris viegli adsorbējas uz hidratācijas produktu, piemēram, kalcija hidroksīda, CSH gēla un kalcija alumināta hidrāta, virsmas, taču to nav viegli adsorbēt ar ettringītu un nehidrētu fāzi, un celulozes ētera adsorbcijas spēja uz kalcija hidroksīda ir lielāka nekā ka CSH gēls. Tāpēc parastajiem portlandcementa hidratācijas produktiem celulozes ēterim ir visspēcīgākā kalcija hidroksīda aizkave, spēcīgākā kalcija aizkavēšanās, otrā CSH gēla aizkave un vājākā ettringīta kavēšanās.

Iepriekšējie pētījumi ir parādījuši, ka adsorbcija starp nejonu polisaharīdu un minerālu fāzi galvenokārt ietver ūdeņraža saiti un ķīmisko kompleksu veidošanos, un šie divi efekti rodas starp polisaharīda hidroksilgrupu un metāla hidroksīdu uz minerāla virsmas. Liu et al. tālāk klasificēja adsorbciju starp polisaharīdiem un metālu hidroksīdiem kā skābes un bāzes mijiedarbību, ar polisaharīdiem kā skābēm un metālu hidroksīdiem kā bāzes. Konkrētam polisaharīdam minerāla virsmas sārmainība nosaka polisaharīdu un minerālvielu mijiedarbības stiprumu. Starp četriem šajā rakstā pētītajiem želējošajiem komponentiem galvenie metāla vai nemetāla elementi ir Ca, Al un Si. Atbilstoši metālu aktivitātes secībai to hidroksīdu sārmainība ir Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4.Faktiski Si(OH)4 šķīdums ir skābs un neadsorbē celulozes ēteri.Tāpēc Ca(OH)2 saturs uz cementa hidratācijas produktu virsmas nosaka hidratācijas produktu un celulozes ētera adsorbcijas spēju Jo kalcija hidroksīds, CSH gēls (3CaO·2SiO2·3H20), ettringīts (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). un kalcija alumināta hidrāts (3CaO·Al2O3·6H2O) CaO neorganisko oksīdu saturā ir 100%, 58,33%, 49,56% un 62 ,2%. Tāpēc to adsorbcijas spēja ar celulozes ēteri ir kalcija hidroksīds > kalcijs alumināts > CSH gēls > ettringīts, kas atbilst literatūrā atrodamajiem rezultātiem.

C3S hidratācijas produkti galvenokārt ietver Ca (OH) un csH gēlu, un celulozes ēterim ir laba aiztures iedarbība. Tāpēc celulozes ēterim ir ļoti acīmredzama C3s hidratācijas aizkavēšanās. Parastajā portlandcementā bez c3S ir arī C2s hidratācija, kas ir lēnāka, tāpēc celulozes ētera aizkavēšanās efekts nav acīmredzams agrīnā stadijā. Parastā silikāta hidratācijas produkti ietver arī ettringītu, un celulozes ētera kavēšanās efekts ir vājš. Tāpēc celulozes ētera aiztures spēja pret c3s ir spēcīgāka nekā testā novērotajam parastajam portlandcementam.

C3A ātri izšķīst un hidratēsies, saskaroties ar ūdeni, un hidratācijas produkti parasti ir C2AH8 un c4AH13, un hidratācijas siltums tiks atbrīvots. Kad C2AH8 un c4AH13 šķīdums sasniedz piesātinājumu, tiks veidota C2AH8 un C4AH13 sešstūra lokšņu hidrāta kristalizācija, un tajā pašā laikā tiks samazināts reakcijas ātrums un hidratācijas siltums. Celulozes ētera adsorbcijas dēļ kalcija alumināta hidrāta (CxAHy) virsmā celulozes ētera klātbūtne aizkavētu C2AH8 un C4AH13 sešstūra plāksnes hidrāta kristalizāciju, kā rezultātā samazinās reakcijas ātrums un hidratācijas siltuma izdalīšanās ātrums. tīra C3A, kas parāda, ka celulozes ēterim ir vāja C3A hidratācijas paātrinājuma spēja. Ir vērts atzīmēt, ka šajā testā celulozes ēterim ir vāja spēja paātrināt tīra c3A hidratāciju. Savukārt parastajā portlandcementā, tā kā c3A reaģēs ar ģipsi, veidojot ettringītu, vircas šķīdumā esošā ca2+ līdzsvara ietekmē celulozes ēteris aizkavēs ettringīta veidošanos, tādējādi aizkavējot c3A hidratāciju.

No HEC, HPMC un HEMC ietekmes uz parastā portlandcementa, C3S un C3A hidratācijas un siltuma izdalīšanās ātrumu un kumulatīvo siltuma izdalīšanos 72 stundu laikā, un HEC ietekmi uz sulfoalumināta hidratācijas un siltuma izdalīšanās ātrumu un kumulatīvo siltuma izdalīšanos cements 72 stundu laikā, var redzēt, ka starp trim atlasītajiem celulozes ēteriem c3s un portlandcementa aizkavētās hidratācijas spēja bija spēcīgākā HEC, kam sekoja HEMC, un vājākā HPMC. Kas attiecas uz C3A, arī trīs celulozes ēteru spēja paātrināt hidratāciju ir vienā secībā, tas ir, HEC ir spēcīgākais, HEMC ir otrais, HPMC ir vājākais un spēcīgākais. Tas abpusēji apstiprināja, ka celulozes ēteris ir aizkavējis želējošu materiālu hidratācijas produktu veidošanos.

Galvenie sulfoalumināta cementa hidratācijas produkti ir ettringīts un Al(OH)3 gēls. C2S sulfoalumināta cementā arī hidratēsies atsevišķi, veidojot Ca(OH)2 un cSH gēlu. Tā kā celulozes ētera un ettringīta adsorbciju var ignorēt un sulfoalumināta hidratācija ir pārāk ātra, tāpēc agrīnā hidratācijas stadijā celulozes ēteris maz ietekmē sulfoalumināta cementa hidratācijas siltuma izdalīšanās ātrumu. Bet līdz noteiktam hidratācijas laikam, jo ​​c2s atsevišķi hidratēsies, veidojot Ca(OH)2 un CSH gēlu, šos divus hidratācijas produktus aizkavēs celulozes ēteris. Tāpēc tika novērots, ka celulozes ēteris aizkavē sulfoalumināta cementa hidratāciju pēc 2 stundām.

4. Secinājums

Šajā rakstā, izmantojot izotermisko kalorimetrijas testu, tika salīdzināts celulozes ētera ietekmes likums un veidošanās mehānisms uz parastā portlandcementa, c3s, c3A, sulfoalumināta cementa un citu dažādu komponentu un vienas rūdas hidratācijas siltumu 72 stundu laikā. Galvenie secinājumi ir šādi:

(1) Celulozes ēteris var ievērojami samazināt parastā portlandcementa un trikalcija silikāta hidratācijas siltuma izdalīšanās ātrumu, un trikalcija silikāta hidratācijas siltuma izdalīšanās ātruma samazināšanas efekts ir nozīmīgāks; Celulozes ētera ietekme uz sulfoalumināta cementa siltuma izdalīšanās ātruma samazināšanu ir ļoti vāja, bet tai ir vāja ietekme uz trikalcija alumināta siltuma izdalīšanās ātruma uzlabošanu.

(2) celulozes ēteris tiks adsorbēts ar dažiem hidratācijas produktiem, tādējādi aizkavējot hidratācijas produktu kristalizāciju, ietekmējot cementa hidratācijas siltuma izdalīšanās ātrumu. Hidratācijas produktu veids un daudzums ir atšķirīgs dažādām cementa rūdas sastāvdaļām, tāpēc celulozes ētera ietekme uz to hidratācijas siltumu nav vienāda.