Целлюлозын эфирийн усны бүрэлдэхүүн хэсэг ба сульфоалюминат цементийн зуурмагийн усжилтын бүтээгдэхүүний хувьсалд үзүүлэх нөлөө

Целлюлозын эфирээр өөрчилсөн сульфоалюминат цемент (CSA) зутан дахь усны бүрэлдэхүүн хэсгүүд болон микро бүтцийн хувьслыг бага талбарт цөмийн соронзон резонансын болон дулааны анализатороор судалсан. Үр дүн нь целлюлозын эфирийг нэмсний дараа флоккуляцийн бүтцийн хооронд усыг шингээж авсан нь хөндлөн тайвшрах хугацааны (T2) спектрийн гурав дахь амралтын оргил гэж тодорхойлогддог бөгөөд шингэсэн усны хэмжээ нь тунтай эерэг хамааралтай болохыг харуулсан. Нэмж дурдахад целлюлозын эфир нь CSA flocs-ийн дотоод болон флок хоорондын бүтцийн хоорондох усны солилцоог ихээхэн хөнгөвчилсөн. Целлюлозын эфир нэмэх нь сульфоалюминат цементийн чийгшүүлэх бүтээгдэхүүний төрөлд ямар ч нөлөө үзүүлэхгүй ч тодорхой насны чийгшүүлэх бүтээгдэхүүний хэмжээнд нөлөөлнө.

Түлхүүр үгс:целлюлозын эфир; сульфоалюминат цемент; ус; чийгшүүлэх бүтээгдэхүүн

0、Өмнөх үг

Целлюлозын эфир нь байгалийн целлюлозоос хэд хэдэн процессоор боловсруулагддаг бөгөөд нөхөн сэргээгдэх, ногоон химийн хольц юм. Метилцеллюлоз (MC), этилцеллюлоз (HEC), гидроксиэтилметилцеллюлоз (HEMC) зэрэг нийтлэг целлюлозын эфирийг анагаах ухаан, барилга болон бусад үйлдвэрүүдэд өргөнөөр ашигладаг. HEMC-ийг жишээ болгон авч үзвэл энэ нь портланд цементийн ус хадгалах, тууштай байдлыг мэдэгдэхүйц сайжруулж болох боловч цементийн хатуурлыг хойшлуулдаг. Микроскопийн түвшинд HEMC нь цементийн зуурмагийн микро бүтэц, нүх сүвний бүтцэд чухал нөлөө үзүүлдэг. Жишээлбэл, чийгшүүлэх бүтээгдэхүүн ettringite (AFt) нь богино саваа хэлбэртэй байх магадлалтай бөгөөд түүний харьцаа бага байдаг; Үүний зэрэгцээ цементийн зуурмагт олон тооны хаалттай нүх сүвийг нэвтрүүлж, харилцах нүхний тоог бууруулдаг.

Целлюлозын эфирийн цементэд суурилсан материалд үзүүлэх нөлөөг судлах ихэнх судалгаанууд нь портланд цемент дээр төвлөрдөг. Сульфоалюминат цемент (CSA) нь 20-р зуунд манай улсад бие даан боловсруулсан нүүрстөрөгч багатай цемент бөгөөд үндсэн эрдэс нь усгүй сульфоалюминат юм. Ус чийгшүүлсний дараа их хэмжээний AFt үүсэх боломжтой тул CSA нь бат бөх, өндөр ус үл нэвтрэх, зэврэлтэнд тэсвэртэй байх давуу талтай бөгөөд бетоны 3D хэвлэлт, далайн инженерийн барилга байгууламж, бага температурт хурдан засварын салбарт өргөн хэрэглэгддэг. . Сүүлийн жилүүдэд Ли Жиан нар. шахалтын бат бэх ба нойтон нягтын үүднээс CSA зуурмаг дээр HEMC-ийн нөлөөллийг шинжилсэн; Ву Кай нар. HEMC-ийн CSA цементийн эрт чийгшүүлэх процесст үзүүлэх нөлөөг судалсан боловч өөрчлөгдсөн CSA цемент дэх ус Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хувьслын хууль, зутангийн найрлага тодорхойгүй байна. Үүний үндсэн дээр энэхүү ажил нь бага талбарт цөмийн соронзон резонансын багаж ашиглан HEMC нэмэхээс өмнө болон дараа нь CSA цементийн зутан дахь хөндлөн сулрах хугацааны (T2) хуваарилалтад анхаарлаа хандуулж, усны шилжилт, өөрчлөлтийн хуулийг цаашид шинжлэх болно. зутан. Цементийн зуурмагийн найрлагын өөрчлөлтийг судалсан.

1. Туршилт хийх

1.1 Түүхий эд

Худалдааны боломжтой хоёр сульфоалюминат цементийг ашигласан бөгөөд тэдгээрийг CSA1 ба CSA2 гэж тэмдэглэсэн бөгөөд гал асаах үед (LOI) 0.5% -иас бага алдагдалтай (массын хэсэг).

Гурван өөр гидроксиэтил метилцеллюлозыг ашигладаг бөгөөд тэдгээрийг MC1, MC2, MC3 гэж тус тус тэмдэглэдэг. MC3-ийг MC2 дахь 5% (массын фракц) полиакриламид (PAM) холих замаар гаргаж авдаг.

1.2 Холих харьцаа

Гурван төрлийн целлюлозын эфирийг сульфоалюминат цементэд хольсон бөгөөд тун нь 0.1%, 0.2%, 0.3% байв (массын хэсэг, доор нь ижил). Тогтмол ус-цементийн харьцаа 0.6, ус-цементийн харьцааны ус-цементийн харьцаа нь стандарт тууштай ус зарцуулалтын туршилтаар ажиллах чадвар сайтай, цус алдалтгүй.

1.3 Арга

Туршилтанд ашигласан бага талбайн NMR төхөөрөмж нь PQ юм⁃Shanghai Numei Analytical Instrument Co., Ltd-ийн 001 NMR анализатор Байнгын соронзны соронзон орны хүч нь 0.49T, протоны резонансын давтамж 21MHz, соронзны температурыг 32.0-д тогтмол байлгадаг.°C. Туршилтын явцад цилиндр дээж агуулсан жижиг шилэн савыг багажийн датчикийн ороомог руу хийж, цементийн зуурмагийн сулрах дохиог цуглуулахад CPMG дарааллыг ашигласан. Корреляцийн шинжилгээний программаар урвуу оруулсны дараа Сирт инверцийн алгоритмыг ашиглан T2 инверцийн муруйг олж авсан. Булан дахь янз бүрийн чөлөөт зэрэгтэй ус нь хөндлөн тайвшралын спектрийн янз бүрийн амралтын оргилуудаар тодорхойлогддог бөгөөд сулралтын оргилын талбай нь усны хэмжээтэй эерэг хамааралтай байдаг бөгөөд үүнд үндэслэн зутан дахь усны төрөл, агуулга хамаарна. дүн шинжилгээ хийх боломжтой. Цөмийн соронзон резонанс үүсгэхийн тулд радио давтамжийн төвийн давтамж O1 (нэгж: кГц) нь соронзон давтамжтай нийцэж байгаа эсэхийг баталгаажуулах шаардлагатай бөгөөд туршилтын явцад өдөр бүр O1 тохируулга хийнэ.

Дээжийг Германы NETZSCH компанийн STA 449C хосолсон дулааны анализатороор TG?DSC-д шинжлэв. N2-ыг хамгаалалтын уур амьсгал болгон ашигласан, халаалтын хурд нь 10 байсан°С/мин, сканнердах температурын хүрээ 30-800 байв°C.

2. Үр дүн ба хэлэлцүүлэг

2.1 Усны бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хувьсал

2.1.1 Нэмэлтгүй целлюлозын эфир

Хоёр сульфоалюминат цементийн зутангийн хөндлөн сулрах хугацааны (T2) спектрт сулрах хоёр оргил (эхний болон хоёр дахь сулрах оргил гэж тодорхойлогддог) тодорхой ажиглагдаж болно. Анхны амралтын оргил нь флоккуляцийн бүтцийн дотроос үүсдэг бөгөөд энэ нь эрх чөлөө багатай, хөндлөн тайвшрах хугацаа богино байдаг; Хоёр дахь амралтын оргил нь их хэмжээний эрх чөлөө, урт хөндлөн тайвшрах хугацаатай флоккуляцийн бүтцийн хооронд үүсдэг. Үүний эсрэгээр, хоёр цементийн эхний сулрах оргилд тохирсон T2-ийг харьцуулах боломжтой бол CSA1-ийн хоёр дахь тайвшруулах оргил дараа нь гарч ирдэг. Сульфоалюминат цементийн клинкер болон өөрөө хийсэн цементээс ялгаатай нь CSA1 ба CSA2-ийн сулрах оргилууд нь эхний төлөвөөс хэсэгчлэн давхцдаг. Усжилтын ахиц дэвшилтэй холбоотойгоор эхний тайвшралын оргил үе нь аажмаар бие даасан байх хандлагатай болж, талбай нь аажмаар буурч, 90 минутын дараа бүрэн алга болдог. Энэ нь хоёр цементийн зуурмагийн флокуляцийн бүтэц болон флоккуляцийн бүтцийн хооронд тодорхой хэмжээний усны солилцоо байгааг харуулж байна.

Хоёр дахь амралтын оргилын оргилын талбайн өөрчлөлт ба оргилын оргилд харгалзах T2 утгын өөрчлөлт нь чөлөөт ус ба физикээр холбогдсон усны агууламжийн өөрчлөлт, зутан дахь усны чөлөөт байдлын зэрэг өөрчлөлтийг тодорхойлдог. . Энэ хоёрын хослол нь зутанг чийгшүүлэх үйл явцыг илүү нарийвчлан тусгаж чадна. Усжилтын явц ахих тусам оргилын талбай аажмаар буурч, T2 утгын зүүн тийш шилжих нь аажмаар нэмэгдэж, тэдгээрийн хооронд тодорхой харгалзах хамаарал үүсдэг.

2.1.2 Целлюлозын эфир нэмсэн

Жишээ болгон CSA2-ийг 0.3% MC2-тай хольж авч үзвэл целлюлозын эфир нэмсний дараа сульфоалюминат цементийн T2 сулрах спектрийг харж болно. Целлюлозын эфирийг нэмсний дараа целлюлозын эфирээр усыг шингээх 3 дахь тайвшруулах оргил нь хөндлөн сулрах хугацаа 100 мс-ээс их байх байрлалд гарч ирсэн ба целлюлозын эфирийн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр оргилын талбай аажмаар нэмэгдэв.

Флокуляцийн бүтэц хоорондын усны хэмжээ нь флоккуляцийн бүтэц доторх усны шилжилт, целлюлозын эфирийн усны шингээлт зэрэгт нөлөөлдөг. Иймээс флоккуляцийн бүтцийн хоорондох усны хэмжээ нь зутангийн дотоод нүх сүвний бүтэц, целлюлозын эфирийн ус шингээх чадвараас хамаарна. Хоёр дахь амралтын оргилын талбай нь өөр өөр байдаг Целлюлозын эфирийн агууламж янз бүрийн төрлийн цементээс хамаарч өөр өөр байдаг. CSA1 зутангийн хоёр дахь сулрах оргилын талбай нь целлюлозын эфирийн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр тасралтгүй буурч, хамгийн бага нь 0.3% байв. Үүний эсрэгээр, CSA2 зутангийн хоёр дахь амралтын оргил хэсэг нь целлюлозын эфирийн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр тасралтгүй нэмэгддэг.

Целлюлозын эфирийн агууламж ихэссэнээр гурав дахь амралтын оргилын талбайн өөрчлөлтийг жагсаа. Оргил талбай нь дээжийн чанарт нөлөөлдөг тул дээжийг ачаалах үед нэмсэн дээжийн чанар ижил байх нь хэцүү байдаг. Тиймээс талбайн харьцааг янз бүрийн дээжинд гурав дахь амралтын оргилын дохионы хэмжээг тодорхойлоход ашигладаг. Целлюлозын эфирийн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр гурав дахь амралтын оргилын талбайн өөрчлөлтөөс харахад целлюлозын эфирийн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр гурав дахь амралтын оргилын талбай үндсэндээ нэмэгдэх хандлагатай байгааг харж болно. CSA1, MC1-ийн агууламж 0.3% байхад илүү их байсан Гурав дахь амралтын оргилын талбай бага зэрэг буурч 0.2% байгаа нь целлюлозын эфирийн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр шингэсэн ус мөн аажмаар нэмэгдэж байгааг харуулж байна. CSA1 зутан дотроос MC1 нь MC2 ба MC3-аас илүү ус шингээх чадвартай; Харин CSA2 зутан дотроос MC2 ус шингээх чадвар сайтай байжээ.

0.3% целлюлозын эфирийн агууламжтай CSA2 зутангийн нэгж массын гурав дахь сулрах оргилын талбайн хэмжээ цаг хугацааны явцад өөрчлөгдснөөс харахад нэгж масс дахь гурав дахь сулрах оргилын талбай нь чийгшүүлэхийн хэрээр тасралтгүй буурч байгааг харуулж байна. CSA2-ийн усжилтын хурд нь чулуунцар ба өөрөө хийсэн цементээс хурдан байдаг тул целлюлозын эфир нь цаашдаа ус шингээх хугацаагүй бөгөөд зутан дахь шингэний фазын концентраци хурдацтай нэмэгдэж, шингэсэн усыг ялгаруулдаг. Түүнчлэн MC2-ийн усны шингээлт нь MC1 ба MC3-ээс илүү хүчтэй байгаа нь өмнөх дүгнэлттэй нийцэж байна. Целлюлозын эфирийн 0.3%-ийн өөр өөр тунгаар CSA1-ийн гурав дахь тайвшруулах оргилын нэгж массын оргилын талбайн өөрчлөлтөөс CSA1-ийн гурав дахь амралт оргилын өөрчлөлтийн дүрэм нь CSA2-аас өөр болохыг харж болно. Усжилтын эхний шатанд CSA1-ийн талбай богино хугацаанд нэмэгддэг. Хурдан өссөний дараа алга болохын тулд багассан нь CSA1-ийн бүлэгнэлтийн хугацаа уртассантай холбоотой байж болох юм. Нэмж дурдахад CSA2 нь илүү их гипс агуулдаг, чийгшүүлэх нь илүү их AFt (3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O) үүсгэхэд хялбар, их хэмжээний чөлөөт ус хэрэглэдэг, усны хэрэглээний хурд нь целлюлозын эфирээр ус шингээх хурдаас давж, CSA2 зутангийн гурав дахь амралтын оргилын талбай багассаар байна.

Целлюлозын эфирийг оруулсны дараа эхний болон хоёр дахь тайвшруулах оргилууд нь тодорхой хэмжээгээр өөрчлөгдсөн. Целлюлозын эфир нэмсэн шинэ зутан, хоёр төрлийн цементийн зутангийн хоёр дахь суллах оргилын оргилын өргөнөөс харахад целлюлозын эфир нэмсний дараа хоёр дахь сулралтын оргилын оргилын өргөн өөр байна. нэмэгдэж, оргил хэлбэр нь сарнисан байх хандлагатай байдаг. Үүнээс үзэхэд целлюлозын эфир орсон нь цементийн хэсгүүдийн бөөгнөрөлөөс тодорхой хэмжээгээр сэргийлж, флоккуляцийн бүтцийг харьцангуй сул болгож, усны холболтын зэрэглэлийг сулруулж, флоккуляцийн бүтэц хоорондын усны чөлөөт байдлыг нэмэгдүүлнэ. Гэсэн хэдий ч тунг ихэсгэх тусам оргилын өргөн нэмэгдэх нь тодорхойгүй бөгөөд зарим дээжийн оргил өргөн нь бүр буурдаг. Энэ нь тунг нэмэгдүүлэх нь зутангийн шингэн фазын зуурамтгай чанарыг нэмэгдүүлж, үүнтэй зэрэгцэн цементийн хэсгүүдэд целлюлозын эфирийн шингээлтийг сайжруулж, флоккуляци үүсгэдэг байж магадгүй юм. Бүтэц хоорондын чийгийн эрх чөлөөний түвшин багасна.

Тайвшралыг эхний болон хоёр дахь амралтын оргилуудын хоорондох ялгаа зэргийг тодорхойлоход ашиглаж болно. Тусгаарлалтын зэргийг нягтралын зэргээс хамаарч тооцоолж болно = (Afirst component-Asaddle)/Afirst component, энд Afirst компонент болон Asaddle нь эхний амралтын оргилын хамгийн их далайц ба хоёр оргилын хоорондох хамгийн доод цэгийн далайцыг илэрхийлнэ. тус тус. Тусгаарлалтын зэрэг нь зутан флокуляцийн бүтэц ба флоккуляцийн бүтцийн хоорондох усны солилцооны түвшинг тодорхойлоход ашиглаж болох ба утга нь ерөнхийдөө 0-1 байна. Тусгаарлахын өндөр утга нь усны хоёр хэсэг солилцоход илүү хэцүү болохыг, харин 1-тэй тэнцэх утга нь усны хоёр хэсэг огт солилцох боломжгүйг илтгэнэ.

Целлюлозын эфир нэмэлгүйгээр хоёр цементийн ялгах зэрэг нь тэнцүү, хоёулаа 0.64 орчим, целлюлозын эфир нэмсний дараа ялгарах зэрэг нь мэдэгдэхүйц буурч байгааг ялгах зэрэглэлийн тооцооны үр дүнгээс харж болно. Нэг талаас, тунг ихэсгэх тусам нягтрал улам буурч, 0.3% MC3-тай холилдсон CSA2-д хоёр оргилын нягтрал бүр 0 хүртэл буурч байгаа нь целлюлозын эфир нь дотор болон тэдгээрийн хоорондох усны солилцоог ихээхэн дэмждэг болохыг харуулж байна. флокуляцийн бүтэц. Целлюлозын эфирийг нэгтгэх нь эхний амралтын оргилын байрлал, талбайд үндсэндээ ямар ч нөлөө үзүүлэхгүй гэдгийг үндэслэн нягтрал буурах нь зарим талаараа хоёр дахь амралтын оргилын өргөний хэмжээ ихэссэнтэй холбоотой гэж таамаглаж болно. сул флокуляцийн бүтэц нь дотор болон гадна талын усны солилцоог хялбар болгодог. Мөн зутан бүтэц дэх целлюлозын эфирийн давхардал нь флоккуляцийн бүтцийн дотор болон гадна талын усны солилцооны түвшинг улам сайжруулдаг. Нөгөөтэйгүүр, CSA2-д целлюлозын эфирийн нягтралыг бууруулах нөлөө нь CSA1-ээс илүү хүчтэй байдаг бөгөөд энэ нь целлюлозын эфирийн тархалтын нөлөөнд илүү мэдрэмтгий байдаг CSA2-ийн хувийн гадаргуугийн хэмжээ бага, бөөмийн хэмжээ ихтэй холбоотой байж болох юм. нэгдэл.

2.2 Булингийн найрлага дахь өөрчлөлт

90 мин, 150 мин, 1 өдрийн турш чийгшүүлсэн CSA1 ба CSA2 зутангийн TG-DTG спектрээс харахад целлюлозын эфир нэмэхээс өмнө болон дараа нь чийгшүүлэх бүтээгдэхүүний төрлүүд өөрчлөгдөөгүй ба AFt, AFm, AH3 бүгд өөрчлөгдсөн байна. үүссэн. Уран зохиолд AFt-ийн задралын хүрээ нь 50-120 байна гэж онцолсон°C; AFm-ийн задралын хүрээ нь 160-220 байна°C; AH3-ийн задралын хүрээ нь 220-300 байна°C. Шингэнжилтийн явц ахих тусам дээжийн жингийн алдагдал аажмаар нэмэгдэж, AFt, AFm, AH3-ийн шинж чанарын DTG оргилууд аажмаар тодорхой болсон нь чийгшүүлэх гурван бүтээгдхүүн үүсэх нь аажмаар нэмэгдэж байгааг харуулж байна.

Янз бүрийн гидратжилтын үеийн дээжинд агуулагдах усжилтын бүтээгдэхүүн тус бүрийн массын хэсгээс үзэхэд 1 насны хоосон дээжийн AFt үүсэх нь целлюлозын эфиртэй холилдсон дээжийн хэмжээнээс давж байгаа нь целлюлозын эфир их хэмжээгээр нөлөөлж байгааг харуулж байна. коагуляцын дараа зутанг чийгшүүлэх. Тодорхой саатлын нөлөө бий. 90 минутын үед гурван дээжийн AFm үйлдвэрлэл ижил хэвээр байна; 90-150 минутын үед хоосон дээж дэх AFm-ийн үйлдвэрлэл бусад хоёр бүлгийн дээжээс хамаагүй удаан байсан; 1 өдрийн дараа хоосон дээж дэх AFm-ийн агууламж MC1-тэй холилдсон дээжийн агууламжтай ижил байсан ба MC2 дээжийн AFm-ийн агууламж бусад дээжинд мэдэгдэхүйц бага байв. AH3 усжуулалтын бүтээгдэхүүний хувьд 90 минутын турш усжуулсаны дараа CSA1 хоосон дээж үүсэх хурд нь целлюлозын эфирийнхээс хамаагүй удаан байсан боловч 90 минутын дараа үүсэх хурд нь мэдэгдэхүйц хурдан байсан ба гурван дээжийн AH3 үйлдвэрлэлийн хэмжээ. 1 өдөртэй тэнцэж байв.

CSA2 зутанг 90 минут ба 150 минутын турш чийгшүүлсний дараа целлюлозын эфиртэй холилдсон дээжинд үүссэн AFT-ийн хэмжээ хоосон дээжийнхээс хамаагүй бага байсан нь целлюлозын эфир нь CSA2 зутан дээр тодорхой удаашруулах нөлөөтэй болохыг харуулж байна. 1 насны дээжүүдэд хоосон дээж дэх AFt агууламж нь целлюлозын эфиртэй холилдсон дээжийн агууламжаас өндөр хэвээр байгаа нь целлюлозын эфир нь эцсийн тохируулгын дараа CSA2-ийн усжилтыг удаашруулах нөлөөтэй хэвээр байгааг харуулж байна. мөн MC2-ийн саатлын зэрэг нь целлюлозын эфир нэмсэн дээжээс их байсан. MC1. 90 минутын үед хоосон дээжээс үүссэн AH3-ийн хэмжээ нь целлюлозын эфиртэй холилдсон дээжээс арай бага байсан; 150 минутын үед хоосон дээжээс үүссэн AH3 нь целлюлозын эфиртэй холилдсон дээжээс давсан; 1 өдөрт гурван дээжийн үйлдвэрлэсэн AH3 тэнцүү байна.

3. Дүгнэлт

(1) Целлюлозын эфир нь флокуляцийн бүтэц ба флоккуляцийн бүтцийн хоорондох усны солилцоог ихээхэн дэмждэг. Целлюлозын эфирийг нэгтгэсний дараа целлюлозын эфир нь зутан дахь усыг шингээж авдаг бөгөөд энэ нь хөндлөн тайвшрах хугацааны (T2) спектрийн гурав дахь амралтын оргил гэж тодорхойлогддог. Целлюлозын эфирийн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр целлюлозын эфирийн усны шингээлт нэмэгдэж, гурав дахь амралтын оргилын талбай нэмэгддэг. Целлюлозын эфирт шингэсэн ус нь зутанг чийгшүүлэх замаар аажмаар флоккуляцийн бүтцэд ордог.

(2) Целлюлозын эфирийг нэгтгэснээр цементийн хэсгүүдийн бөөгнөрөлөөс тодорхой хэмжээгээр сэргийлж, флоккуляцийн бүтцийг харьцангуй сул болгодог; мөн агууламж нэмэгдэхийн хэрээр зутангийн шингэн фазын зуурамтгай чанар нэмэгдэж, цементийн хэсгүүдэд целлюлозын эфир илүү их нөлөө үзүүлдэг. Сайжруулсан шингээлтийн нөлөө нь бөөгнөрсөн бүтэц хоорондын усны эрх чөлөөний түвшинг бууруулдаг.

(3) Целлюлозын эфирийг нэмэхээс өмнө болон дараа нь сульфоалюминат цементийн зутан дахь усжилтын бүтээгдэхүүний төрөл өөрчлөгдөөгүй бөгөөд AFt, AFm, хөнгөн цагаан цавуу үүссэн; харин целлюлозын эфир нь чийгшүүлэх бүтээгдэхүүний нөлөө үүсэхийг бага зэрэг хойшлуулдаг.