Ефект на хидроксиетилцелулозен етер на рана хидратација на CSA цемент

Ефектите одхидроксиетил целулоза (HEC)и хидроксиетил метил целулоза со висока или ниска супституција (H HMEC, L HEMC) на процесот на рана хидратација и производите за хидратација на сулфоалуминат (CSA) цемент беа проучувани. Резултатите покажаа дека различните содржини на L-HEMC може да ја промовираат хидратацијата на CSA цементот за 45,0 мин-10,0 часа. Сите три целулозни етери прво ја одложија хидратацијата на цементното растворање и фазата на трансформација на CSA, а потоа ја промовираа хидратацијата во рок од 2,0-10,0 часа. Воведувањето на метил групата го зајакна промовирачкиот ефект на хидроксиетил целулозниот етер врз хидратацијата на CSA цементот, а L HEMC имаше најсилен промотивен ефект; Ефектот на целулозниот етер со различни супституенти и степени на супституција врз производите за хидратација во рок од 12,0 часа пред хидратацијата е значително различен. HEMC има посилен промотивен ефект на производите за хидратација од HEC. L HEMC модифицираната CSA цементна кашеста маса произведува најмногу калциум-ванадит и алуминиумска гума за хидратација на 2,0 и 4,0 часа.
Клучни зборови: сулфоалуминат цемент; Целулоза етер; Супституент; Степен на замена; Процес на хидратација; Производ за хидратација

Сулфоалуминат (CSA) цемент со безводен калциум сулфоалуминат (C4A3) и бохем (C2S) како главен минерал за клинкер е со предностите на брзо стврднување и рана цврстина, анти-смрзнување и антипропустливост, ниска алкалност и мала потрошувачка на топлина во производствен процес, со лесно мелење на клинкер. Широко се користи во брза поправка, антипропустливост и други проекти. Целулозниот етер (CE) е широко користен во модификацијата на малтерот поради неговите својства за задржување и згуснување на водата. Реакцијата на хидратација на цемент CSA е сложена, периодот на индукција е многу краток, периодот на забрзување е повеќестепен, а неговата хидратација е подложна на влијанието на температурата на мешавината и стврднувањето. Џанг и сор. откри дека HEMC може да го продолжи индукцискиот период на хидратација на CSA цементот и да го направи главниот врв на доцнењето на хидратационото ослободување на топлина. Sun Zhenping et al. откри дека ефектот на апсорпција на вода на HEMC влијае на раната хидратација на цементната кашеста маса. Ву Каи и сор. се веруваше дека слабата адсорпција на HEMC на површината на CSA цементот не е доволна за да влијае на брзината на ослободување на топлина при хидратација на цементот. Резултатите од истражувањето за ефектот на HEMC врз хидратацијата на цементот на CSA не беа униформни, што може да биде предизвикано од различни компоненти на употребениот цементен клинкер. Ван и сор. откриле дека задржувањето на водата на HEMC е подобро од она на хидроксиетил целулоза (HEC), а динамичкиот вискозитет и површинскиот напон на растворот од дупката на HEMC-модифицираната CSA цементна кашеста маса со висок степен на супституција биле поголеми. Ли Џијан и сор. ги следеше раните внатрешни температурни промени на HEMC-модифицираните CSA цементни малтери под фиксна флуидност и откри дека влијанието на HEMC со различни степени на супституција е различно.
Сепак, компаративната студија за ефектите на CE со различни супституенти и степени на супституција врз раната хидратација на CSA цементот не е доволна. Во овој труд, беа проучувани ефектите на хидроксиетил целулозниот етер со различна содржина, групи на супституенти и степени на супституција врз раната хидратација на CSA цементот. Законот за ослободување на топлина за хидратација на 12 часа модифициран CSA цемент со етер на хидроксиетил целулоза беше нагласено анализиран, а производите за хидратација беа квантитативно анализирани.

1. Тест
1.1 Суровини
Цементот е CSA цемент со брзо стврднување од 42,5 степени, почетното и последното време на стврднување е 28 мин и 50 мин, соодветно. Неговиот хемиски состав и минерален состав (масена фракција, дозирањето и односот вода-цемент споменати во овој труд се масена фракција или однос на маса) модификаторот CE вклучува 3 етери на хидроксиетил целулоза со сличен вискозитет: хидроксиетил целулоза (HEC), висок степен на супституција хидроксиетил метил целулоза (H HEMC), низок степен на супституција хидроксиетил метил фибрин (L HEMC), вискозност од 32, 37, 36 Pa·s, степенот на замена од 2,5, 1,9, 1,6 вода за мешање за дејонизирана вода.
1.2 Сооднос на мешање
Фиксен однос вода-цемент од 0,54, содржината на L HEMC (содржината на овој член се пресметува според квалитетот на водената кал) wL=0%, 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5%, HEC и H содржина на HEMC од 0,5%. Во овој труд: L HEMC 0,1 wL=0,1% L HEMC промена на CSA цемент, и така натаму; CSA е чист CSA цемент; HEC модифициран CSA цемент, L HEMC модифициран CSA цемент, H HEMC модифициран CSA цемент се соодветно наведени како HCSA, LHCSA, HHCSA.
1.3 Метод на тестирање
За тестирање на топлината на хидратацијата се користеше осумканален изотермичен микрометар со опсег на мерење од 600 mW. Пред тестот, инструментот беше стабилизиран на (20±2) ℃ и релативна влажност RH= (60±5) % за 6,0-8,0 часа. CSA цементот, CE и водата за мешање беа измешани според соодносот на мешање и електрично мешање беше изведено 1 мин со брзина од 600 r/min. Веднаш измерете (10,0±0,1) g кашеста маса во ампулата, ставете ја ампулата во инструментот и започнете со тестот за тајминг. Температурата на хидратација беше 20 ℃, а податоците се снимаа на секои 1 мин, а тестот траеше до 12.0 часот.
Термогравиметриска (TG) анализа: Цементната кашеста маса е подготвена според ISO 9597-2008 Цемент - Методи за тестирање - Определување на време на стврднување и цврстина. Мешаната цементна кашеста маса се става во тест калап од 20 mm×20 mm×20 mm и по 10 пати вештачки вибрации се става под (20±2) ℃ и RH= (60±5) % за стврднување. Примероците се извадени на возраст од t=2,0, 4,0 и 12,0 часа, соодветно. По отстранувањето на површинскиот слој на примерокот (≥1 mm), тој беше скршен на мали парчиња и натопен во изопропил алкохол. Изопропил алкохолот се заменуваше на секои 1 ден последователни 7 дена за да се обезбеди целосна суспензија на реакцијата на хидратација и се сушеше на 40 ℃ до константна тежина. Измерете (75±2) mg примероци во садот, загрејте ги примероците од 30 ℃ до 1000 ℃ со температурна стапка од 20 ℃ / мин во азотна атмосфера под адијабатска состојба. Термичкото распаѓање на производите за хидратација на цемент CSA главно се случува на 50~550℃, а содржината на хемиски врзана вода може да се добие со пресметување на стапката на загуба на маса на примероците во овој опсег. AFt изгуби 20 кристални води и AH3 изгуби 3 кристални води при термичко распаѓање на 50-180 ℃. Содржината на секој производ за хидратација може да се пресмета според кривата TG.

2. Резултати и дискусија
2.1 Анализа на процесот на хидратација
2.1.1 Влијание на содржината на CE врз процесот на хидратација
Според хидратационите и егзотермните криви со различна содржина L HEMC модифицирана CSA цементна кашеста маса, постојат 4 егзотермни врвови на хидратационите и егзотермните криви на чистата CSA цементна кашеста маса (wL=0%). Процесот на хидратација може да се подели на фаза на растворање (0~15,0min), фаза на трансформација (15,0~45,0min) и фаза на забрзување (45,0min) ~54,0min), фаза на забавување (54,0min~2,0h), фаза на динамична рамнотежа ( 2.0~4.0h), фаза на повторно забрзување (4.0~5.0h), фаза на повторно забавување (5.0~10.0h) и фаза на стабилизација (10.0h~). За 15,0 минути пред хидратацијата, цементниот минерал брзо се раствора, а првиот и вториот егзотермичен врв на хидратација во оваа фаза и 15,0-45,0 мин одговараа на формирањето на метастабилната фаза AFt и нејзината трансформација во моносулфиден калциум алуминат хидрат (AFm), соодветно. Третиот егзотермичен врв на 54,0 минути хидратација беше искористен за поделба на фазите на забрзување и забавување на хидратацијата, а стапките на генерирање на AFt и AH3 го земаа ова како точка на флексија, од бум до опаѓање, а потоа влегоа во фазата на динамичка рамнотежа која трае 2,0 часа . Кога хидратацијата беше 4,0 часа, хидратацијата повторно влезе во фазата на забрзување, C4A3 е брзо растворање и генерирање на производи за хидратација, а во 5,0 часот се појави врв на хидратација егзотермна топлина, а потоа повторно влезе во фаза на забавување. Хидратацијата се стабилизира по околу 10,0 часа.
Влијанието на содржината на L HEMC врз растворањето на хидратација на CSA цементи фазата на конверзија е различна: кога содржината на L HEMC е ниска, L HEMC модифицираната CSA цементна паста, вториот врв на ослободување на топлина за хидратација се појави малку порано, брзината на ослободување топлина и максималната вредност на ослободување на топлина се значително повисоки од чистата цементна паста CSA; Со зголемувањето на содржината на L HEMC, стапката на ослободување на топлина на L HEMC модифицираната CSA цементна кашеста маса постепено се намалуваше и пониска од чистата CSA цементна кашеста маса. Бројот на егзотермни врвови во егзотермната крива на хидратација на L HEMC 0,1 е ист како оној на чистата цементна паста CSA, но третиот и четвртиот хидратациски егзотермичен врв се напреднати до 42,0 минути и 2,3 часа, соодветно, и споредени со 33,5 и 9. mW/g чиста CSA цементна паста, нивните егзотермни врвови се зголемени на 36,9 и 10,5 mW/g, соодветно. Ова покажува дека 0,1% L HEMC ја забрзува и ја подобрува хидратацијата на L HEMC модифицираниот CSA цемент во соодветната фаза. И содржината на L HEMC е 0,2% ~ 0,5%, L HEMC модифицираната CSA цементна фаза на забрзување и забавување постепено се комбинираат, односно четвртиот егзотермичен врв однапред и во комбинација со третиот егзотермичен врв, средината на фазата на динамичка рамнотежа повеќе не се појавува , L HEMC на CSA цемент хидратација ефект на промоција е позначаен.
L HEMC значително ја промовираше хидратацијата на CSA цементот за 45,0 min~10,0 часа. За 45,0 мин ~ 5,0 часа, 0,1% L HEMC има мало влијание врз хидратацијата на CSA цементот, но кога содржината на L HEMC се зголемува на 0,2% ~ 0,5%, ефектот не е значаен. Ова е сосема различно од ефектот на CE врз хидратацијата на Портланд цементот. Студиите на литературата покажаа дека CE што содржи голем број хидроксилни групи во молекулата ќе се адсорбира на површината на цементните честички и производите за хидратација поради киселинско-базната интеракција, со што ќе се одложи раната хидратација на портланд цементот и колку е посилна адсорпцијата, толку е поочигледно доцнењето. Сепак, во литературата беше откриено дека капацитетот на адсорпција на CE на AFt површината е послаб од оној на калциум силикат хидрат (C‑S‑H) гел, Ca (OH) 2 и површината на калциум алуминат хидрат, додека капацитетот за адсорпција на HEMC на честичките од цемент CSA исто така беше послаб од оној на честичките од портланд цементот. Покрај тоа, атомот на кислород на молекулата CE може да ја фиксира слободната вода во форма на водородна врска како адсорбирана вода, да ја промени состојбата на испарлива вода во цементната кашеста маса, а потоа да влијае на хидратацијата на цементот. Сепак, слабата адсорпција и апсорпција на вода на CE постепено ќе ослабуваат со продолжување на времето на хидратација. По одредено време, адсорбираната вода ќе се ослободи и понатаму ќе реагира со нехидрираните цементни честички. Покрај тоа, ефектот на CE може да обезбеди долг простор за производи за хидратација. Ова може да биде причината зошто L HEMC промовира хидратација на CSA цемент по 45,0 мин.
2.1.2 Влијание на CE супституентот и неговиот степен врз процесот на хидратација
Тоа може да се види од кривите за ослободување на топлина за хидратација на три кашеста маса CSA модифицирани со CE. Во споредба со L HEMC, кривите на брзината на ослободување на топлина на хидратација на HEC и H HEMC модифицираните CSA кашеста маса, исто така, имаат четири врвови на ослободување на топлина за хидратација. Сите три CE имаат задоцнети ефекти врз фазите на растворање и конверзија на хидратацијата на цементот CSA, а HEC и H HEMC имаат посилни одложени ефекти, одложувајќи го појавувањето на фазата на забрзана хидратација. Додавањето на HEC и H‑HEMC малку го одложи третиот хидратациски егзотермичен врв, значително го унапреди четвртиот хидратациски егзотермичен врв и го зголеми врвот на 4-от егзотермичен врв на хидратација. Како заклучок, ослободувањето на топлина од хидратација на трите CE модифицирани кашеста маса е поголемо од она на чистите CSA кашеста маса во периодот на хидратација од 2,0-10,0 часа, што покажува дека сите три CE промовираат хидратација на CSA цемент во оваа фаза. Во периодот на хидратација од 2,0-5,0 часа, ослободувањето на топлината на хидратација на L HEMC модифицираниот CSA цемент е најголемо, а H HEMC и HEC се втори, што покажува дека ефектот на промоција на HEMC со ниска супституција врз хидратацијата на CSA цементот е посилен. . Каталитичкиот ефект на HEMC беше посилен од оној на HEC, што покажува дека воведувањето на метил групата го подобри каталитичкиот ефект на CE врз хидратацијата на CSA цементот. Хемиската структура на СЕ има големо влијание врз неговата адсорпција на површината на цементните честички, особено степенот на супституција и видот на супституентот.
Стеричната пречка на СЕ е различна со различни супституенти. HEC има само хидроксиетил во страничниот синџир, кој е помал од HEMC што содржи метил група. Затоа, HEC има најсилен ефект на адсорпција на CSA цементните честички и најголемо влијание на контактната реакција помеѓу цементните честички и водата, така што има најочигледен ефект на одложување на третиот егзотермичен врв на хидратација. Апсорпцијата на вода на HEMC со висока супституција е значително посилна од онаа на HEMC со ниска супституција. Како резултат на тоа, слободната вода вклучена во реакцијата на хидратација помеѓу флокулираните структури се намалува, што има големо влијание врз почетната хидратација на модифицираниот CSA цемент. Поради ова, третиот хидротермален врв е одложен. HEMC со ниска супституција имаат слаба апсорпција на вода и кратко време на дејство, што резултира со рано ослободување на адсорбента вода и дополнителна хидратација на голем број нехидрирани цементни честички. Слабата адсорпција и апсорпција на вода имаат различни задоцнети ефекти врз фазата на растворање и трансформација на хидратација на CSA цементот, што резултира со разлика во промовирањето на цементната хидратација во подоцнежната фаза на CE.
2.2 Анализа на производи за хидратација
2.2.1 Влијание на содржината на CE врз производите за хидратација
Променете ја кривата TG DTG на водната кашеста маса CSA со различна содржина на L HEMC; Содржината на хемиски врзаната вода ww и производите за хидратација AFt и AH3 wAFt и wAH3 беа пресметани според TG кривите. Пресметаните резултати покажаа дека кривите DTG на чистата цементна паста CSA покажаа три врвови на 50~180 ℃, 230~300 ℃ и 642~975 ℃. Соодветно на AFt, AH3 и распаѓање на доломит, соодветно. При хидратација 2,0 часа, TG кривите на L HEMC модифицираната CSA кашеста маса се различни. Кога реакцијата на хидратација ќе достигне 12,0 часа, нема значителна разлика во кривите. При хидратација од 2 часа, содржината на хемиска врзувачка вода од wL=0%, 0,1%, 0,5% L HEMC модифицирана CSA цементна паста беше 14,9%, 16,2%, 17,0%, а содржината на AFt беше 32,8%, 35,2%, 36,7%, соодветно. Содржината на AH3 беше 3,1%, 3,5% и 3,7%, соодветно, што укажува на тоа дека вградувањето на L HEMC го подобри степенот на хидратација на хидратација на цементната кашеста маса за 2,0 часа и го зголеми производството на производи за хидратација AFt и AH3, т.е. хидратација на CSA цемент. Ова може да биде затоа што HEMC содржи и хидрофобна група метил и хидрофилна група хидроксиетил, која има висока површинска активност и може значително да го намали површинскиот напон на течната фаза во цементната кашеста маса. Во исто време, тој има ефект на внесување воздух за да го олесни создавањето на производи за хидратација на цемент. На 12,0 часа хидратација, содржината на AFt и AH3 во L HEMC модифицираната CSA цементна кашеста маса и чистата CSA цементна кашеста маса немаа значајна разлика.
2.2.2 Влијание на CE супституентите и нивните степени на супституција врз производите за хидратација
Кривата TG DTG на CSA цементната кашеста маса модифицирана со три CE (содржината на CE е 0,5%); Соодветните пресметковни резултати на ww, wAFt и wAH3 се како што следува: при хидратација 2,0 и 4,0 часа, TG кривите на различни цементни кашеста маса се значително различни. Кога хидратацијата ќе достигне 12,0 часа, TG кривите на различни цементни кашеста маса немаат значителна разлика. При хидратација од 2,0 часа, содржината на хемиски врзана вода на чистата CSA цементна кашеста маса и HEC, L HEMC, H HEMC модифицираната CSA цементна кашеста маса е 14,9%, 15,2%, 17,0%, 14,1%, соодветно. На 4,0 часа хидратација, кривата TG на чиста CSA цементна кашеста маса се намали најмалку. Степенот на хидратација на трите CE модифицирани CSA кашеста маса беше поголем од оној на чистите CSA кашеста маса, а содржината на хемиски врзана вода на HEMC модифицираните CSA кашеста маса беше поголема од онаа на HEC модифицираните CSA кашеста маса. L HEMC модифицирана CSA цементна кашеста маса со хемиска врзувачка вода содржината на вода е најголема. Како заклучок, CE со различни супституенти и степени на супституција има значителни разлики во однос на почетните производи за хидратација на CSA цементот, а L-HEMC има најголем промотивен ефект врз формирањето на производи за хидратација. При хидратација од 12,0 часа, немаше значајна разлика помеѓу стапката на загуба на маса на трите CE модифицирани CSA цементни кашести и онаа на чистите цементни кашести CSA, што беше во согласност со резултатите од кумулативното ослободување на топлина, што покажува дека CE само значително влијаеше на хидратацијата на ЦСА цемент во рок од 12,0 ч.
Исто така, може да се види дека AFt и AH3 карактеристичната максимална јачина на L HEMC модифицираната CSA кашеста маса се најголеми при хидратација 2,0 и 4,0 часа. Содржината на AFt на чиста CSA кашеста маса и HEC, L HEMC, H HEMC модифицирана CSA кашеста маса беа 32,8%, 33,3%, 36,7% и 31,0%, соодветно, при хидратација од 2,0 часа. Содржината на AH3 беше 3,1%, 3,0%, 3,6% и 2,7%, соодветно. На 4,0 часа хидратација, содржината на AFt беше 34,9%, 37,1%, 41,5% и 39,4%, а содржината на AH3 беше 3,3%, 3,5%, 4,1% и 3,6%, соодветно. Може да се види дека L HEMC има најсилно поттикнувачки ефект врз формирањето на производи за хидратација на CSA цементот, а промовирачкиот ефект на HEMC е посилен од оној на HEC. Во споредба со L-HEMC, H-HEMC значително го подобри динамичкиот вискозитет на растворот на порите, што влијаеше на транспортот на вода, што резултираше со намалување на стапката на пенетрација на кашеста маса и влијае на производството на хидратантниот производ во овој момент. Во споредба со HEMC, ефектот на водородното поврзување во HEC молекулите е поочигледен, а ефектот на апсорпција на вода е посилен и подолготрајно. Во овој момент, ефектот на апсорпција на вода и на HEMC со висока супституција и на HEMC со ниска супституција повеќе не е очигледен. Дополнително, CE формира „затворена јамка“ за транспорт на вода во микро-зоната во внатрешноста на цементната кашеста маса, а водата што полека се ослободува од CE може дополнително да реагира директно со околните цементни честички. На 12,0 часа хидратација, ефектите на CE врз производството на AFt и AH3 на CSA цементна кашеста маса повеќе не беа значајни.

3. Заклучок
(1) Хидратацијата на тињата од сулфоалуминат (CSA) за 45,0 мин~10,0 часа може да се промовира со различни дози на ниска хидроксиетил метил фибрин (L HEMC).
(2) Хидроксиетил целулоза (HEC), хидроксиетил метил целулоза со висока супституција (H HEMC), L HEMC HEMC, овие три хидроксиетил целулозни етери (CE) ја одложија фазата на растворање и конверзија на CSA цементната хидратација и промовираа хидратација на 2,0~ 10,0 ч.
(3) Воведувањето на метил во хидроксиетил CE може значително да го подобри неговиот промотивен ефект врз хидратацијата на CSA цемент за 2,0~5,0 часа, а промотивниот ефект на L HEMC врз хидратацијата на CSA цементот е посилен од H HEMC.
(4) Кога содржината на CE е 0,5%, количината на AFt и AH3 генерирана од L HEMC модифицираната CSA кашеста маса при хидратација 2,0 и 4,0 часа е највисока, а ефектот на промовирање на хидратација е најзначаен; H HEMC и HEC модифицираните CSA кашеста маса произведоа поголема содржина на AFt и AH3 од чистата CSA кашеста маса само при 4,0 часа хидратација. На 12,0 часа хидратација, ефектите од 3 CE врз производите за хидратација на CSA цементот повеќе не беа значајни.