Ефекти на целулозните етери врз еволуцијата на водните компоненти и производите за хидратација на сулфоалуминатната цементна паста

Водните компоненти и еволуцијата на микроструктурата во кашеста маса со модифициран сулфоалуминат цемент со целулоза етер (CSA) беа проучувани со нуклеарна магнетна резонанца со ниско поле и термички анализатор. Резултатите покажаа дека по додавањето на целулозниот етер, тој адсорбира вода помеѓу структурите на флокулација, што се карактеризира како трет врв на релаксација во спектарот на попречното време на релаксација (T2), а количината на адсорбирана вода беше позитивна корелација со дозата. Покрај тоа, целулозниот етер значително ја олесни размената на вода помеѓу внатрешните и интер-флок структурите на CSA флокови. Иако додавањето на целулозниот етер нема ефект врз видовите производи за хидратација на сулфоалуминат цемент, тоа ќе влијае на количината на производи за хидратација на одредена возраст.

Клучни зборови:целулоза етер; сулфоалуминат цемент; вода; производи за хидратација

0,Предговор

Целулозниот етер, кој се обработува од природна целулоза преку низа процеси, е обновлива и зелена хемиска мешавина. Вообичаените целулозни етери како што се метилцелулозата (MC), етилцелулозата (HEC) и хидроксиетилметилцелулозата (HEMC) се широко користени во медицината, градежништвото и други индустрии. Земајќи го HEMC како пример, тој може значително да го подобри задржувањето на водата и конзистентноста на портланд цементот, но да го одложи цврстината на цементот. На микроскопско ниво, HEMC исто така има значително влијание врз микроструктурата и структурата на порите на цементната паста. На пример, производот за хидратација етрингит (AFt) е поверојатно да биде во облик на кратка прачка, а неговиот сооднос е помал; во исто време, голем број затворени пори се внесуваат во цементната паста, со што се намалува бројот на порите кои комуницираат.

Повеќето од постоечките студии за влијанието на целулозните етери врз материјалите базирани на цемент се фокусираат на Портланд цементот. Сулфоалуминатен цемент (CSA) е цемент со низок јаглерод независно развиен во мојата земја во 20 век, со безводен калциум сулфоалуминат како главен минерал. Бидејќи голема количина на AFt може да се генерира по хидратација, CSA ги има предностите на рана јачина, висока непропустливост и отпорност на корозија и широко се користи во областа на бетонско 3D печатење, морска инженерска конструкција и брза поправка во средини со ниска температура . Во последниве години, Ли Џијан и сор. го анализираше влијанието на HEMC врз CSA малтер од перспектива на цврстина на притисок и влажна густина; Ву Каи и сор. го проучувал ефектот на HEMC врз процесот на рана хидратација на CSA цементот, но водата во модифицираниот CSA цемент Законот за еволуција на компонентите и составот на кашеста маса е непознат. Врз основа на ова, оваа работа се фокусира на распределбата на попречното време на релаксација (T2) во CSA цементната кашеста маса пред и по додавањето на HEMC со користење на инструмент за нуклеарна магнетна резонанца со ниско поле, и дополнително го анализира законот за миграција и промена на водата во кашеста маса. Проучена е промената на составот на цементната паста.

1. Експериментирајте

1.1 Суровини

Беа користени два комерцијално достапни сулфоалуминатни цементи, означени како CSA1 и CSA2, со загуба при палење (LOI) помала од 0,5% (масен дел).

Се користат три различни хидроксиетил метилцелулози, кои се означени како MC1, MC2 и MC3 соодветно. MC3 се добива со мешање на 5% (масен дел) полиакриламид (PAM) во MC2.

1.2 Сооднос на мешање

Три вида целулозни етери беа измешани во сулфоалуминатниот цемент, соодветно, дозите беа 0,1%, 0,2% и 0,3% (масовна фракција, истата подолу). Фиксниот однос вода-цемент е 0,6, а односот вода-цемент на односот вода-цемент има добра обработливост и нема крварење преку тестот за потрошувачка на вода со стандардна конзистентност.

1.3 Метод

Опремата за NMR со ниско поле што се користи во експериментот е PQ⁃001 NMR анализатор од Shanghai Numei Analytical Instrument Co., Ltd.°В. За време на тестот, малото стаклено шише кое го содржи цилиндричниот примерок беше ставено во намотката на сондата на инструментот, а секвенцата CPMG беше искористена за да се собере сигналот за релаксација на цементната паста. По инверзијата со софтверот за анализа на корелација, кривата на инверзија Т2 е добиена со користење на алгоритам за инверзија на Сирт. Водата со различни степени на слобода во кашеста маса ќе се карактеризира со различни врвови на релаксација во попречниот спектар на релаксација, а површината на врвот на релаксација е во позитивна корелација со количината на вода, врз основа на која видот и содржината на водата во кашеста маса може да се анализира. За да се генерира нуклеарна магнетна резонанца, неопходно е да се осигура дека централната фреквенција О1 (единица: kHz) на радиофреквенцијата е конзистентна со фреквенцијата на магнетот, а О1 се калибрира секој ден за време на тестот.

Примероците беа анализирани со TG?DSC со комбиниран термички анализатор STA 449C од NETZSCH, Германија. N2 се користеше како заштитна атмосфера, стапката на загревање беше 10°C/min, а температурниот опсег на скенирање беше 30-800°C.

2. Резултати и дискусија

2.1 Еволуција на компонентите на водата

2.1.1 Недопиран целулозен етер

Два врвови на релаксација (дефинирани како прв и втор врв на релаксација) може јасно да се забележат во спектрите на попречното време на релаксација (T2) на двете сулфоалуминатни цементни кашеста маса. Првиот врв на релаксација потекнува од внатрешноста на структурата на флокулација, која има низок степен на слобода и кратко попречно време на релаксација; вториот врв на релаксација потекнува помеѓу флокулационите структури, кој има голем степен на слобода и долго попречно време на релаксација. Спротивно на тоа, T2 што одговара на првиот врв на релаксација на двата цементи е споредлив, додека вториот врв на релаксација на CSA1 се појавува подоцна. Различно од сулфоалуминатниот цементен клинкер и самопроизведениот цемент, двата врва за релаксација на CSA1 и CSA2 делумно се преклопуваат од почетната состојба. Со напредокот на хидратацијата, првиот врв на релаксација постепено се стреми да биде независен, областа постепено се намалува и целосно исчезнува на околу 90 минути. Ова покажува дека постои одреден степен на размена на вода помеѓу структурата на флокулација и структурата на флокулација на двете цементни пасти.

Промената на површината на врвот на вториот врв на релаксација и промената на вредноста Т2 што одговара на врвот на врвот соодветно ја карактеризираат промената на содржината на слободната вода и физички врзаната вода и промената на степенот на слобода на водата во кашеста маса. . Комбинацијата на двете може посеопфатно да го одрази процесот на хидратација на кашеста маса. Со напредокот на хидратацијата, површината на врвот постепено се намалува, а поместувањето на вредноста на Т2 налево постепено се зголемува и постои одредена соодветна врска меѓу нив.

2.1.2 Додаден целулозен етер

Земајќи го CSA2 измешан со 0,3% MC2 како пример, може да се види спектарот на релаксација Т2 на сулфоалуминат цемент по додавање на целулозниот етер. По додавањето на целулозниот етер, третиот врв на релаксација кој ја претставува адсорпцијата на вода од целулозниот етер се појави на позицијата каде што времето на попречно релаксација беше поголемо од 100ms, а површината на врвот постепено се зголемуваше со зголемувањето на содржината на целулозниот етер.

Количината на вода помеѓу структурите на флокулација е под влијание на миграцијата на водата во внатрешноста на структурата на флокулацијата и адсорпцијата на водата на целулозниот етер. Затоа, количината на вода помеѓу структурите на флокулација е поврзана со структурата на внатрешната пора на кашеста маса и капацитетот на адсорпција на вода на целулозниот етер. Површината на вториот врв на релаксација варира со Содржината на целулозниот етер варира кај различни видови цемент. Областа на вториот врв на релаксација на кашеста маса CSA1 континуирано се намалуваше со зголемувањето на содржината на целулозниот етер и беше најмала со содржина од 0,3%. Спротивно на тоа, втората област на врвот на релаксација на кашеста маса CSA2 постојано се зголемува со зголемувањето на содржината на целулозниот етер.

Наведете ја промената на површината на третиот врв на релаксација со зголемувањето на содржината на целулозниот етер. Бидејќи површината на врвот е под влијание на квалитетот на примерокот, тешко е да се осигура дека квалитетот на додадената мостра е ист кога се вчитува примерокот. Затоа, односот на површината се користи за карактеризирање на количината на сигналот на третиот врв на релаксација во различни примероци. Од промената на површината на третиот врв на релаксација со зголемувањето на содржината на целулозниот етер, може да се забележи дека со зголемувањето на содржината на целулозниот етер, површината на третиот врв на релаксација во основа покажала тренд на зголемување (во CSA1, кога содржината на MC1 беше 0,3%, беше повеќе Површината на третиот врв на релаксација благо се намалува на 0,2%), што укажува дека со зголемувањето на содржината на целулозниот етер постепено се зголемува и адсорбираната вода. Меѓу кашеста маса CSA1, MC1 имаше подобра апсорпција на вода од MC2 и MC3; додека меѓу кашеста маса CSA2, MC2 имаше најдобра апсорпција на вода.

Може да се види од промената на површината на третиот врв на релаксација по единица маса на кашеста маса на CSA2 со време при содржината на 0,3% целулоза етер дека површината на третиот врв на релаксација по единица маса континуирано се намалува со хидратацијата, што укажува на дека Со оглед на тоа што стапката на хидратација на CSA2 е побрза од онаа на клинкерот и самопроизведениот цемент, целулозниот етер нема време за понатамошна адсорпција на вода и ја ослободува адсорбираната вода поради брзото зголемување на концентрацијата на течната фаза во кашеста маса. Дополнително, адсорпцијата на вода на MC2 е посилна од онаа на MC1 и MC3, што е во согласност со претходните заклучоци. Може да се види од промената на површината на врвот по единица маса на третиот врв на релаксација на CSA1 со време при различни 0,3% дози на целулозни етери дека правилото за промена на третиот врв на релаксација на CSA1 е различно од она на CSA2, и површината на CSA1 накратко се зголемува во раната фаза на хидратација. По брзото зголемување, се намали за да исчезне, што може да се должи на подолгото време на коагулација на CSA1. Покрај тоа, CSA2 содржи повеќе гипс, хидратацијата лесно се формира повеќе AFt (3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O), троши многу слободна вода, а стапката на потрошувачка на вода ја надминува стапката на адсорпција на вода од целулозниот етер, што може да доведе до областа на третиот врв на релаксација на кашеста маса CSA2 продолжи да се намалува.

По инкорпорирањето на целулозниот етер, првиот и вториот врв на релаксација исто така се променија до одреден степен. Може да се види од максималната ширина на вториот врв на релаксација на двата вида цементна кашеста маса и свежата кашеста маса по додавањето на целулозниот етер дека максималната ширина на вториот врв на релаксација на свежата кашеста маса е различна по додавањето на целулозниот етер. се зголемува, обликот на врвот има тенденција да биде дифузен. Ова покажува дека вградувањето на целулозниот етер го спречува агломерацијата на цементните честички до одреден степен, ја прави структурата на флокулацијата релативно лабава, го ослабува степенот на врзување на водата и го зголемува степенот на слобода на водата помеѓу структурите на флокулација. Меѓутоа, со зголемувањето на дозата, зголемувањето на ширината на врвот не е очигледно, а ширината на врвот кај некои примероци дури се намалува. Можеби зголемувањето на дозата ја зголемува вискозноста на течната фаза на кашеста маса, а во исто време, адсорпцијата на целулозниот етер до честичките на цементот е зголемена за да предизвика флокулација. Степенот на слобода на влага помеѓу структурите е намален.

Резолуцијата може да се користи за да се опише степенот на одвојување помеѓу првиот и вториот врв на релаксација. Степенот на одвојување може да се пресмета според степенот на резолуција = (Прва компонента-Asaddle)/Прва компонента, каде што Afirst компонента и Asaddle ја претставуваат максималната амплитуда на првиот врв на релаксација и амплитудата на најниската точка помеѓу двата врва, соодветно. Степенот на одвојување може да се користи за да се карактеризира степенот на размена на вода помеѓу структурата на флокулација на кашеста маса и структурата на флокулација, а вредноста е генерално 0-1. Поголема вредност за Сепарација покажува дека двата дела на вода се потешки за размена, а вредност еднаква на 1 покажува дека двата дела од водата воопшто не можат да се разменат.

Од пресметковните резултати на степенот на одвојување може да се види дека степенот на одвојување на двата цементи без додавање на целулозен етер е еквивалентен, и двата се околу 0,64, а степенот на одвојување е значително намален по додавањето на целулозниот етер. Од една страна, резолуцијата дополнително се намалува со зголемувањето на дозата, а резолуцијата на двата врва дури паѓа на 0 во CSA2 измешана со 0,3% MC3, што покажува дека целулозниот етер значително ја промовира размената на вода внатре и помеѓу флокулациони структури . Врз основа на фактот дека инкорпорирањето на целулозниот етер во основа нема никакво влијание врз положбата и површината на првиот врв на релаксација, може да се шпекулира дека намалувањето на резолуцијата делумно се должи на зголемувањето на ширината на вториот врв на релаксација, и лабавата структура на флокулација ја олеснува размената на вода помеѓу внатрешната и надворешната страна. Дополнително, преклопувањето на целулозниот етер во структурата на кашеста маса дополнително го подобрува степенот на размена на вода помеѓу внатрешната и надворешната страна на структурата на флокулацијата. Од друга страна, ефектот на намалување на резолуцијата на целулозниот етер на CSA2 е посилен од оној на CSA1, што може да се должи на помалата специфична површина и поголемата големина на честичките на CSA2, што е почувствително на ефектот на дисперзија на целулозниот етер по инкорпорација.

2.2 Промени во составот на кашеста маса

Од спектрите TG-DTG на кашеста маса CSA1 и CSA2 хидрирани 90 мин, 150 мин и 1 ден, може да се види дека типовите на производи за хидратација не се промениле пред и по додавањето на целулозниот етер, а AFt, AFm и AH3 се формирана. Во литературата се истакнува дека опсегот на распаѓање на AFt е 50-120°C; опсегот на распаѓање на AFm е 160-220°C; опсегот на распаѓање на AH3 е 220-300°В. Со напредокот на хидратацијата, губењето на тежината на примерокот постепено се зголемуваше, а карактеристичните DTG врвови на AFt, AFm и AH3 постепено станаа очигледни, што укажува дека формирањето на трите производи за хидратација постепено се зголемува.

Од масениот удел на секој производ на хидратација во примерокот на различни возрасти на хидратација, може да се види дека AFt генерацијата на празната мостра на возраст од 1 ден ја надминува онаа на примерокот измешан со целулозниот етер, што покажува дека целулозниот етер има големо влијание врз хидратација на кашеста маса по коагулација. Постои одреден ефект на одложување. На 90 минути, производството на AFm на трите примероци остана исто; на 90-150 минути, производството на AFm во празната мостра беше значително побавно од она на другите две групи примероци; по 1 ден, содржината на AFm во празната мостра беше иста како онаа на примерокот измешан со MC1, а содржината на AFm на примерокот MC2 беше значително помала во другите примероци. Што се однесува до производот за хидратација AH3, стапката на генерирање на празниот примерок CSA1 по хидратација во текот на 90 минути беше значително побавна од онаа на целулозниот етер, но стапката на генерирање беше значително побрза по 90 минути, а количината на производство на AH3 од трите примероци беше еквивалентно на 1 ден.

Откако кашеста маса CSA2 беше хидрирана 90 мин и 150 мин, количината на AFT произведена во примерокот измешан со целулзен етер беше значително помала од онаа на празната мостра, што покажува дека целулозниот етер исто така има одреден забавувачки ефект врз кашеста маса CSA2. Во примероците на возраст од 1 година, беше откриено дека содржината на AFt во празната мостра е сè уште повисока од онаа на примерокот измешан со целулзен етер, што покажува дека целулозниот етер сè уште има одредено забавен ефект врз хидратацијата на CSA2 по конечното поставување, и степенот на ретардација на MC2 беше поголем од оној на примерокот додаден со целулоза етер. MC1. На 90 минути, количината на AH3 произведена од празната мостра беше малку помала од онаа на примерокот измешан со целулозниот етер; на 150 минути, AH3 произведен од празната мостра го надмина оној на примерокот измешан со целулозен етер; на 1 ден, AH3 произведен од трите примероци беше еквивалентен.

3. Заклучок

(1) Целулозниот етер може значително да ја промовира размената на вода помеѓу структурата на флокулација и структурата на флокулација. По инкорпорирањето на целулозниот етер, целулозниот етер ја адсорбира водата во кашеста маса, што се карактеризира како трет врв на релаксација во спектарот на попречно време на релаксација (T2). Со зголемување на содржината на целулозниот етер, се зголемува апсорпцијата на вода на целулозниот етер, а површината на третиот врв на релаксација се зголемува. Водата апсорбирана од целулозниот етер постепено се ослободува во структурата на флокулација со хидратација на кашеста маса.

(2) Вградувањето на целулозниот етер го спречува агломерацијата на цементните честички до одреден степен, правејќи ја структурата на флокулацијата релативно лабава; а со зголемување на содржината се зголемува вискозноста на течната фаза на кашеста маса, а целулозниот етер има поголем ефект врз честичките на цементот. Засилениот ефект на адсорпција го намалува степенот на слобода на водата помеѓу флокулираните структури.

(3) Пред и по додавањето на целулозниот етер, типовите на производи за хидратација во сулфоалуминатната цементна кашеста маса не се променија и се формираа AFt, AFm и алуминиумски лепак; но целулозниот етер малку го одложи формирањето на ефектот на производи за хидратација.