Eter selulosa pada morfologi etringit awal

Kesan hidroksietil metil selulosa eter dan metil selulosa eter pada morfologi etringit dalam buburan simen awal telah dikaji dengan mengimbas mikroskop elektron (SEM). Keputusan menunjukkan bahawa nisbah panjang-diameter kristal etringit dalam buburan diubah suai hidroksietil metil selulosa eter adalah lebih kecil daripada buburan biasa, dan morfologi kristal etringit adalah seperti batang pendek. Nisbah panjang-diameter kristal etringit dalam buburan diubah suai metil selulosa eter adalah lebih besar daripada buburan biasa, dan morfologi kristal etringit ialah batang jarum. Kristal etringit dalam buburan simen biasa mempunyai nisbah aspek di antaranya. Melalui kajian eksperimen di atas, lebih jelas lagi bahawa perbezaan berat molekul dua jenis eter selulosa adalah faktor terpenting yang mempengaruhi morfologi etringit.

Kata kunci:etringit; Nisbah panjang-diameter; Metil selulosa eter; Hidroksietil metil selulosa eter; morfologi

Ettringite, sebagai produk penghidratan yang berkembang sedikit, mempunyai kesan ketara ke atas prestasi konkrit simen, dan sentiasa menjadi tumpuan penyelidikan bahan berasaskan simen. Ettringite ialah sejenis kalsium aluminat hidrat jenis trisulfida, formula kimianya ialah [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, atau boleh ditulis sebagai 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, selalunya disingkatkan sebagai AFt . Dalam sistem simen Portland, ettringit terutamanya dibentuk oleh tindak balas gipsum dengan mineral aluminat atau ferik aluminat, yang memainkan peranan melambatkan penghidratan dan kekuatan awal simen. Pembentukan dan morfologi etringit dipengaruhi oleh banyak faktor seperti suhu, nilai pH dan kepekatan ion. Seawal tahun 1976, Metha et al. menggunakan mikroskop elektron pengimbasan untuk mengkaji ciri morfologi AFt, dan mendapati bahawa morfologi produk penghidratan yang mengembang sedikit itu sedikit berbeza apabila ruang pertumbuhan cukup besar dan apabila ruang terhad. Yang pertama kebanyakannya adalah sfera berbentuk batang jarum yang langsing, manakala yang kedua kebanyakannya adalah prisma berbentuk batang pendek. Penyelidikan Yang Wenyan mendapati bahawa bentuk AFt berbeza dengan persekitaran pengawetan yang berbeza. Persekitaran yang basah akan melambatkan penjanaan AFt dalam konkrit doped pengembangan dan meningkatkan kemungkinan pembengkakan dan keretakan konkrit. Persekitaran yang berbeza mempengaruhi bukan sahaja pembentukan dan struktur mikro AFt, tetapi juga kestabilan isipadunya. Chen Huxing et al. mendapati bahawa kestabilan jangka panjang AFt menurun dengan peningkatan kandungan C3A. Clark dan Monteiro et al. mendapati bahawa dengan peningkatan tekanan persekitaran, struktur kristal AFt berubah daripada susunan kepada gangguan. Balonis dan Glasser menyemak perubahan ketumpatan AFm dan AFt. Renaudin et al. mengkaji perubahan struktur AFt sebelum dan selepas rendaman dalam larutan dan parameter struktur AFt dalam spektrum Raman. Kunther et al. mengkaji kesan interaksi antara nisbah kalsium-silikon gel CSH dan ion sulfat ke atas tekanan penghabluran AFt oleh NMR. Pada masa yang sama, berdasarkan penggunaan AFt dalam bahan berasaskan simen, Wenk et al. mengkaji orientasi kristal AFt keratan konkrit melalui sinaran sinkrotron keras teknologi penamat pembelauan sinar-X. Pembentukan AFt dalam simen campuran dan titik panas kajian etringit telah diterokai. Berdasarkan tindak balas etringit yang tertunda, beberapa sarjana telah menjalankan banyak penyelidikan mengenai punca fasa AFt.

Pengembangan isipadu yang disebabkan oleh pembentukan etringit kadangkala menguntungkan, dan ia boleh bertindak sebagai "pengembangan" serupa dengan agen pengembangan magnesium oksida untuk mengekalkan kestabilan isipadu bahan berasaskan simen. Penambahan emulsi polimer dan serbuk emulsi boleh larut semula mengubah sifat makroskopik bahan berasaskan simen kerana kesan ketaranya terhadap struktur mikro bahan berasaskan simen. Walau bagaimanapun, tidak seperti serbuk emulsi boleh disebarkan semula yang terutamanya meningkatkan sifat ikatan mortar yang dikeraskan, eter selulosa polimer larut air (CE) memberikan mortar yang baru dicampur dengan pengekalan air yang baik dan kesan pemekatan, sekali gus meningkatkan prestasi kerja. CE bukan ionik biasanya digunakan, termasuk metil selulosa (MC), hidroksietil selulosa (HEC), hidroksipropil metil selulosa (HPMC),hidroksietil metil selulosa (HEMC), dsb., dan CE memainkan peranan dalam mortar yang baru dicampur tetapi juga mempengaruhi proses penghidratan buburan simen. Kajian telah menunjukkan bahawa HEMC mengubah jumlah AFt yang dihasilkan sebagai produk penghidratan. Walau bagaimanapun, tiada kajian telah membandingkan secara sistematik kesan CE pada morfologi mikroskopik AFt, jadi kertas kerja ini meneroka perbezaan kesan HEMC dan MC pada morfologi mikroskopik ettringham dalam buburan simen awal (1 hari) melalui analisis imej dan perbandingan.

1. Eksperimen

1.1 Bahan Mentah

Simen P·II 52.5R Portland yang dihasilkan oleh Anhui Conch Cement Co., LTD telah dipilih sebagai simen dalam eksperimen. Dua eter selulosa masing-masing ialah hidroksietil metilselulosa (HEMC) dan metilselulosa (metilselulosa, Shanghai Sinopath Group). MC); Air bancuhan ialah air paip.

1.2 Kaedah eksperimen

Nisbah air-simen sampel pes simen ialah 0.4 (nisbah jisim air kepada simen), dan kandungan eter selulosa ialah 1% daripada jisim simen. Penyediaan spesimen telah dijalankan mengikut GB1346-2011 “Kaedah Pengujian Penggunaan Air, Menetapkan Masa dan Kestabilan Ketekalan Piawaian Simen”. Selepas membentuk spesimen, filem plastik dikapsulkan pada permukaan acuan untuk mengelakkan penyejatan air permukaan dan pengkarbonan, dan spesimen diletakkan di dalam bilik pengawetan dengan suhu (20±2) ℃ dan kelembapan relatif (60±5). ) %. Selepas 1 hari, acuan dikeluarkan, dan spesimen dipecahkan, kemudian sampel kecil diambil dari tengah dan direndam dalam etanol kontang untuk menamatkan penghidratan, dan sampel dikeluarkan dan dikeringkan sebelum ujian. Sampel yang telah kering dilekatkan pada meja sampel dengan pelekat dua muka konduktif, dan lapisan filem emas disembur pada permukaan oleh alat pemercik ion automatik Cressington 108auto. Arus sputtering ialah 20 mA dan masa sputtering ialah 60 s. Mikroskop elektron pengimbasan persekitaran FEI QUANTAFEG 650 (ESEM) digunakan untuk memerhati ciri morfologi AFt pada bahagian sampel. Mod elektron sekunder vakum tinggi digunakan untuk memerhatikan AFT. Voltan pecutan ialah 15 kV, diameter titik rasuk ialah 3.0 nm, dan jarak kerja dikawal pada kira-kira 10 mm.

2. Keputusan dan perbincangan

Imej SEM etringit dalam buburan simen diubahsuai HEMC yang dikeraskan menunjukkan bahawa pertumbuhan orientasi lapisan Ca (OH) 2 (CH) adalah jelas, dan AFt menunjukkan pengumpulan tidak teratur AFt seperti batang pendek, dan beberapa AFT seperti batang pendek dilindungi dengan struktur membran HEMC. Zhang Dongfang et al. juga menemui AFt seperti batang pendek apabila memerhatikan perubahan struktur mikro buburan simen diubah suai HEMC melalui ESEM. Mereka percaya bahawa buburan simen biasa bertindak balas dengan cepat selepas menemui air, jadi kristal AFt adalah langsing, dan lanjutan umur penghidratan membawa kepada peningkatan berterusan nisbah diameter panjang. Walau bagaimanapun, HEMC meningkatkan kelikatan larutan, mengurangkan kadar pengikatan ion dalam larutan dan melambatkan ketibaan air pada permukaan zarah klinker, jadi nisbah panjang-diameter AFt meningkat dalam trend yang lemah dan ciri morfologinya menunjukkan. bentuk seperti batang pendek. Berbanding dengan AFt dalam buburan simen biasa pada umur yang sama, teori ini telah disahkan sebahagiannya, tetapi ia tidak boleh digunakan untuk menerangkan perubahan morfologi AFt dalam buburan simen diubah suai MC. Imej SEM ettridit dalam buburan simen diubah suai MC yang dikeraskan selama 1 hari juga menunjukkan pertumbuhan berorientasikan Ca(OH)2 berlapis, beberapa permukaan AFt juga ditutup dengan struktur filem MC, dan AFt menunjukkan ciri morfologi pertumbuhan kelompok. Walau bagaimanapun, sebagai perbandingan, kristal AFt dalam buburan simen diubah suai MC mempunyai nisbah diameter panjang yang lebih besar dan morfologi yang lebih langsing, menunjukkan morfologi acicular tipikal.

Kedua-dua HEMC dan MC menangguhkan proses penghidratan awal simen dan meningkatkan kelikatan larutan, tetapi perbezaan dalam ciri morfologi AFt yang disebabkan oleh mereka masih ketara. Fenomena di atas boleh dihuraikan dengan lebih lanjut dari perspektif struktur molekul eter selulosa dan struktur kristal AFt. Renaudin et al. rendam AFt yang disintesis dalam larutan alkali yang disediakan untuk mendapatkan "AFt basah", dan dikeluarkan sebahagiannya dan keringkan pada permukaan larutan CaCl2 tepu (35% kelembapan relatif) untuk mendapatkan "AFt kering". Selepas kajian penghalusan struktur secara spektroskopi Raman dan pembelauan serbuk sinar-X, didapati tiada perbezaan antara kedua-dua struktur, hanya arah pembentukan kristal sel berubah dalam proses pengeringan, iaitu dalam proses persekitaran. berubah daripada "basah" kepada "kering", hablur AFt membentuk sel sepanjang arah normal yang meningkat secara beransur-ansur. Hablur AFt sepanjang arah c normal menjadi semakin kurang. Unit paling asas bagi ruang tiga dimensi adalah terdiri daripada garis normal, b garis normal dan c garis normal yang berserenjang antara satu sama lain. Sekiranya b normal telah ditetapkan, hablur AFt berkumpul di sepanjang normal, menghasilkan keratan rentas sel yang diperbesarkan dalam satah ab normal. Oleh itu, jika HEMC "menyimpan" lebih banyak air daripada MC, persekitaran "kering" boleh berlaku di kawasan setempat, menggalakkan pengagregatan sisi dan pertumbuhan kristal AFt. Patural et al. mendapati bahawa untuk CE itu sendiri, semakin tinggi tahap pempolimeran (atau lebih besar berat molekul), semakin besar kelikatan CE dan lebih baik prestasi pengekalan air. Struktur molekul HEMC dan MCS menyokong hipotesis ini, dengan kumpulan hidroksietil mempunyai berat molekul yang jauh lebih besar daripada kumpulan hidrogen.

Secara amnya, hablur AFt akan terbentuk dan mendakan hanya apabila ion yang berkaitan mencapai ketepuan tertentu dalam sistem larutan. Oleh itu, faktor seperti kepekatan ion, suhu, nilai pH dan ruang pembentukan dalam larutan tindak balas boleh menjejaskan morfologi kristal AFt dengan ketara, dan perubahan dalam keadaan sintesis buatan boleh mengubah morfologi kristal AFt. Oleh itu, nisbah kristal AFt dalam buburan simen biasa antara kedua-duanya mungkin disebabkan oleh faktor tunggal penggunaan air dalam penghidratan awal simen. Walau bagaimanapun, perbezaan dalam morfologi kristal AFt yang disebabkan oleh HEMC dan MC sepatutnya disebabkan oleh mekanisme pengekalan air khas mereka. Hemcs dan MCS mencipta "gelung tertutup" pengangkutan air dalam zon mikro buburan simen segar, membolehkan "tempoh yang singkat" di mana air "mudah masuk dan sukar untuk keluar." Walau bagaimanapun, dalam tempoh ini, persekitaran fasa cecair di dalam dan berhampiran zon mikro juga berubah. Faktor seperti kepekatan ion, pH, dsb., Perubahan persekitaran pertumbuhan dicerminkan lagi dalam ciri morfologi hablur AFt. "Gelung tertutup" pengangkutan air ini adalah serupa dengan mekanisme tindakan yang diterangkan oleh Pourchez et al. HPMC memainkan peranan dalam pengekalan air.

3. Kesimpulan

(1) Penambahan hidroksietil metil selulosa eter (HEMC) dan metil selulosa eter (MC) boleh mengubah morfologi etringit dengan ketara pada awal (1 hari) buburan simen biasa.

(2) Panjang dan diameter kristal etringit dalam buburan simen diubah suai HEMC adalah bentuk batang kecil dan pendek; Nisbah panjang dan diameter hablur etringit dalam buburan simen diubah suai MC adalah besar, iaitu bentuk batang jarum. Kristal etringit dalam buburan simen biasa mempunyai nisbah aspek antara kedua-dua ini.

(3) Kesan berbeza dua eter selulosa pada morfologi etringit pada asasnya disebabkan oleh perbezaan berat molekul.