Kesan hidroksietil selulosa eter pada penghidratan awal simen CSA

Kesan daripadahidroksietil selulosa (HEC)dan penggantian tinggi atau rendah hidroksietil metil selulosa (H HMEC, L HEMC) pada proses penghidratan awal dan produk penghidratan simen sulfoaluminat (CSA) telah dikaji. Keputusan menunjukkan bahawa kandungan L‑HEMC yang berbeza boleh menggalakkan penghidratan simen CSA dalam 45.0 min~10.0 h. Ketiga-tiga eter selulosa melambatkan penghidratan pembubaran simen dan peringkat transformasi CSA terlebih dahulu, dan kemudian menggalakkan penghidratan dalam masa 2.0~10.0 jam. Pengenalan kumpulan metil meningkatkan kesan penggalakan eter hidroksietil selulosa pada penghidratan simen CSA, dan L HEMC mempunyai kesan penggalakan yang paling kuat; Kesan selulosa eter dengan substituen berbeza dan darjah penggantian ke atas produk penghidratan dalam masa 12.0 jam sebelum penghidratan adalah berbeza dengan ketara. HEMC mempunyai kesan promosi yang lebih kuat pada produk penghidratan berbanding HEC. Buburan simen CSA L HEMC yang diubah suai menghasilkan paling banyak kalsium-vanadite dan gusi aluminium pada 2.0 dan 4.0 jam penghidratan.
Kata kunci: simen sulfoaluminat; Eter selulosa; Pengganti; Darjah penggantian; Proses penghidratan; Produk penghidratan

Simen Sulfoaluminate (CSA) dengan kalsium sulfoaluminat kontang (C4A3) dan boheme (C2S) sebagai mineral klinker utama adalah dengan kelebihan pengerasan cepat dan kekuatan awal, anti-beku dan anti-ketelapan, kealkalian rendah, dan penggunaan haba yang rendah dalam proses pengeluaran, dengan mudah mengisar klinker. Ia digunakan secara meluas dalam pembaikan tergesa-gesa, anti-ketelapan dan projek lain. Eter selulosa (CE) digunakan secara meluas dalam pengubahsuaian mortar kerana sifat penahan air dan penebalannya. Tindak balas penghidratan simen CSA adalah kompleks, tempoh aruhan adalah sangat singkat, tempoh pecutan adalah pelbagai peringkat, dan penghidratannya terdedah kepada pengaruh campuran dan suhu pengawetan. Zhang et al. mendapati bahawa HEMC boleh memanjangkan tempoh aruhan penghidratan simen CSA dan menjadikan kemuncak utama pelepasan haba penghidratan ketinggalan. Sun Zhenping et al. mendapati bahawa kesan penyerapan air HEMC menjejaskan penghidratan awal buburan simen. Wu Kai et al. percaya bahawa penjerapan HEMC yang lemah pada permukaan simen CSA tidak mencukupi untuk menjejaskan kadar pelepasan haba penghidratan simen. Keputusan penyelidikan mengenai kesan HEMC pada penghidratan simen CSA adalah tidak seragam, yang mungkin disebabkan oleh komponen klinker simen yang berbeza yang digunakan. Wan et al. mendapati bahawa pengekalan air HEMC adalah lebih baik daripada hidroksietil selulosa (HEC), dan kelikatan dinamik dan tegangan permukaan larutan lubang buburan simen CSA diubahsuai HEMC dengan tahap penggantian yang tinggi adalah lebih besar. Li Jian et al. memantau perubahan suhu dalaman awal mortar simen CSA yang diubah suai HEMC di bawah kecairan tetap dan mendapati bahawa pengaruh HEMC dengan darjah penggantian yang berbeza adalah berbeza.
Walau bagaimanapun, kajian perbandingan tentang kesan CE dengan substituen dan darjah penggantian yang berbeza pada penghidratan awal simen CSA tidak mencukupi. Dalam makalah ini, kesan hidroksietil selulosa eter dengan kandungan berbeza, kumpulan substituen dan darjah penggantian terhadap penghidratan awal simen CSA telah dikaji. Undang-undang pembebasan haba penghidratan bagi simen CSA ubah suai 12j dengan eter selulosa hidroksietil telah dianalisis dengan tegas, dan produk penghidratan dianalisis secara kuantitatif.

1. Ujian
1.1 Bahan Mentah
Simen ialah simen CSA pengerasan cepat gred 42.5, masa penetapan awal dan akhir ialah 28 min dan 50 min, masing-masing. Komposisi kimia dan komposisi mineralnya (pecahan jisim, dos dan nisbah air-simen yang dinyatakan dalam kertas ini ialah pecahan jisim atau nisbah jisim) pengubah suai CE termasuk 3 eter selulosa hidroksietil dengan kelikatan yang sama: Hydroxyethyl cellulose (HEC), hidroksietil penggantian yang tinggi. metil selulosa (H HEMC), tahap rendah penggantian hidroksietil metil fibrin (L HEMC), kelikatan 32, 37, 36 Pa·s, tahap penggantian 2.5, 1.9, 1.6 air campuran untuk air ternyahion.
1.2 Nisbah campuran
Nisbah air-simen tetap 0.54, kandungan L HEMC (kandungan artikel ini dikira dengan kualiti lumpur air) wL=0%, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, HEC dan Kandungan H HEMC sebanyak 0.5%. Dalam kertas ini: L HEMC 0.1 wL=0.1% L HEMC menukar simen CSA, dan seterusnya; CSA ialah simen CSA tulen; Simen CSA diubahsuai HEC, simen CSA diubahsuai L HEMC, simen CSA diubahsuai H HEMC masing-masing dirujuk sebagai HCSA, LHCSA, HHCSA.
1.3 Kaedah ujian
Mikrometer isoterma lapan saluran dengan julat ukuran 600 mW digunakan untuk menguji haba penghidratan. Sebelum ujian, instrumen telah distabilkan pada (20±2) ℃ dan kelembapan relatif RH= (60±5) % selama 6.0~8.0 jam. Simen CSA, CE dan air bancuhan dicampur mengikut nisbah bancuhan dan bancuhan elektrik dilakukan selama 1min pada kelajuan 600 r/min. Timbang segera (10.0±0.1) g buburan ke dalam ampul, masukkan ampul ke dalam instrumen dan mulakan ujian pemasaan. Suhu penghidratan ialah 20 ℃, dan data direkodkan setiap 1 minit, dan ujian berlangsung sehingga 12.0j.
Analisis Termogravimetrik (TG): Buburan simen disediakan mengikut ISO 9597-2008 Simen — Kaedah ujian — Penentuan masa penetapan dan kekukuhan. Buburan simen campuran dimasukkan ke dalam acuan ujian 20 mm × 20 mm × 20 mm, dan selepas getaran buatan selama 10 kali, ia diletakkan di bawah (20±2) ℃ dan RH= (60±5) % untuk pengawetan. Sampel telah diambil pada umur t=2.0, 4.0 dan 12.0 h, masing-masing. Selepas mengeluarkan lapisan permukaan sampel (≥1 mm), ia dipecahkan kepada kepingan kecil dan direndam dalam isopropil alkohol. Isopropil alkohol diganti setiap 1d selama 7 hari berturut-turut untuk memastikan penggantungan lengkap tindak balas penghidratan, dan dikeringkan pada 40 ℃ kepada berat malar. Timbang (75±2) mg sampel ke dalam mangkuk pijar, panaskan sampel dari 30℃ hingga 1000℃ pada kadar suhu 20 ℃/min dalam atmosfera nitrogen di bawah keadaan adiabatik. Penguraian terma produk penghidratan simen CSA terutamanya berlaku pada 50~550 ℃, dan kandungan air terikat secara kimia boleh diperoleh dengan mengira kadar kehilangan jisim sampel dalam julat ini. AFt kehilangan 20 air kristal dan AH3 kehilangan 3 air kristal semasa penguraian terma pada 50-180 ℃. Kandungan setiap produk penghidratan boleh dikira mengikut keluk TG.

2. Keputusan dan perbincangan
2.1 Analisis proses penghidratan
2.1.1 Pengaruh kandungan CE terhadap proses penghidratan
Menurut lengkung penghidratan dan eksotermik kandungan berbeza L HEMC buburan simen CSA yang diubah suai, terdapat 4 puncak eksotermik pada lengkung penghidratan dan eksotermik buburan simen CSA tulen (wL=0%). Proses penghidratan boleh dibahagikan kepada peringkat pembubaran (0~15.0min), peringkat transformasi (15.0~45.0min) dan peringkat pecutan (45.0min) ~54.0min), peringkat nyahpecutan (54.0min~2.0j), peringkat keseimbangan dinamik ( 2.0~4.0j), peringkat pecutan semula (4.0~5.0j), peringkat nyahpecutan semula (5.0~10.0j) dan peringkat penstabilan (10.0j~). Dalam 15.0 minit sebelum penghidratan, mineral simen dibubarkan dengan cepat, dan penghidratan pertama dan kedua puncak eksotermik dalam peringkat ini dan 15.0-45.0 min sepadan dengan pembentukan fasa metastabil AFt dan transformasinya kepada monosulfida kalsium aluminat hidrat (AFm), masing-masing. Puncak eksoterma ketiga pada 54.0min penghidratan digunakan untuk membahagikan peringkat pecutan dan nyahpecutan penghidratan, dan kadar penjanaan AFt dan AH3 mengambil ini sebagai titik infleksi, dari ledakan kepada penurunan, dan kemudian memasuki tahap keseimbangan dinamik yang berlangsung selama 2.0 jam . Apabila penghidratan adalah 4.0j, penghidratan sekali lagi memasuki peringkat pecutan, C4A3 ialah pembubaran dan penjanaan produk penghidratan yang cepat, dan pada 5.0j, puncak haba eksotermik penghidratan muncul, dan kemudian memasuki peringkat nyahpecutan semula. Penghidratan stabil selepas kira-kira 10.0j.
Pengaruh kandungan L HEMC terhadap pembubaran penghidratan simen CSAdan peringkat penukaran adalah berbeza: apabila kandungan L HEMC adalah rendah, L HEMC ubah suai tampal simen CSA puncak pelepasan haba penghidratan kedua muncul lebih awal sedikit, kadar pelepasan haba dan nilai puncak pelepasan haba adalah jauh lebih tinggi daripada tampal simen CSA tulen; Dengan peningkatan kandungan L HEMC, kadar pelepasan haba L HEMC yang diubah suai buburan simen CSA menurun secara beransur-ansur, dan lebih rendah daripada buburan simen CSA tulen. Bilangan puncak eksotermik dalam lengkung eksotermik penghidratan L HEMC 0.1 adalah sama dengan pes simen CSA tulen, tetapi puncak eksotermik penghidratan ke-3 dan ke-4 masing-masing meningkat kepada 42.0min dan 2.3j, dan dibandingkan dengan 33.5 dan 9.0 mW/g pes simen CSA tulen, puncak eksotermiknya masing-masing meningkat kepada 36.9 dan 10.5 mW/g. Ini menunjukkan bahawa 0.1% L HEMC mempercepatkan dan meningkatkan penghidratan simen CSA diubahsuai L HEMC pada peringkat yang sepadan. Dan kandungan L HEMC ialah 0.2%~0.5%, L HEMC diubah suai pecutan simen CSA dan peringkat nyahpecutan secara beransur-ansur digabungkan, iaitu, puncak eksotermik keempat terlebih dahulu dan digabungkan dengan puncak eksotermik ketiga, bahagian tengah tahap keseimbangan dinamik tidak lagi muncul , L HEMC pada kesan promosi penghidratan simen CSA adalah lebih ketara.
L HEMC menggalakkan penghidratan simen CSA dengan ketara dalam 45.0 min~10.0 jam. Dalam 45.0min ~ 5.0j, 0.1%L HEMC mempunyai sedikit kesan ke atas penghidratan simen CSA, tetapi apabila kandungan L HEMC meningkat kepada 0.2%~0.5%, kesannya tidak ketara. Ini berbeza sama sekali daripada kesan CE pada penghidratan simen Portland. Kajian kesusasteraan telah menunjukkan bahawa CE yang mengandungi sejumlah besar kumpulan hidroksil dalam molekul akan terjerap pada permukaan zarah simen dan produk penghidratan akibat interaksi asid-bes, dengan itu melambatkan penghidratan awal simen Portland, dan semakin kuat penjerapan, semakin jelas kelewatan. Walau bagaimanapun, didapati dalam literatur bahawa kapasiti penjerapan CE pada permukaan AFt adalah lebih lemah daripada pada gel kalsium silikat hidrat (C‑S‑H), Ca (OH) 2 dan permukaan hidrat kalsium aluminat, manakala kapasiti penjerapan bagi HEMC pada zarah simen CSA juga lebih lemah daripada zarah simen Portland. Di samping itu, atom oksigen pada molekul CE boleh menetapkan air bebas dalam bentuk ikatan hidrogen sebagai air terjerap, mengubah keadaan air sejat dalam buburan simen, dan kemudian menjejaskan penghidratan simen. Walau bagaimanapun, penjerapan yang lemah dan penyerapan air CE akan beransur-ansur lemah dengan lanjutan masa penghidratan. Selepas masa tertentu, air yang terjerap akan dibebaskan dan seterusnya bertindak balas dengan zarah simen yang tidak terhidrat. Selain itu, kesan penciptaan CE juga boleh menyediakan ruang yang panjang untuk produk penghidratan. Ini mungkin sebab mengapa L HEMC menggalakkan penghidratan simen CSA selepas 45.0 min penghidratan.
2.1.2 Pengaruh substituen CE dan tahapnya terhadap proses penghidratan
Ia boleh dilihat daripada lengkung pelepasan haba penghidratan bagi tiga buburan CSA yang diubah suai CE. Berbanding dengan L HEMC, lengkung kadar pelepasan haba penghidratan bagi buburan CSA diubah suai HEC dan H HEMC juga mempunyai empat puncak pelepasan haba penghidratan. Kesemua tiga CE mempunyai kesan tertunda pada peringkat pembubaran dan penukaran penghidratan simen CSA, dan HEC dan H HEMC mempunyai kesan tertunda yang lebih kuat, melambatkan kemunculan peringkat penghidratan dipercepatkan. Penambahan HEC dan H‑HEMC sedikit melambatkan puncak eksotermik penghidratan ke-3, dengan ketara memajukan puncak eksotermik penghidratan ke-4, dan meningkatkan kemuncak puncak eksotermik penghidratan ke-4. Kesimpulannya, pelepasan haba penghidratan bagi tiga buburan CSA yang diubah suai CE adalah lebih besar daripada buburan CSA tulen dalam tempoh penghidratan 2.0~10.0 jam, menunjukkan bahawa ketiga-tiga CE itu semuanya menggalakkan penghidratan simen CSA pada peringkat ini. Dalam tempoh penghidratan 2.0~5.0 h, pelepasan haba penghidratan simen CSA diubah suai L HEMC adalah yang terbesar, dan H HEMC dan HEC adalah yang kedua, menunjukkan bahawa kesan promosi HEMC penggantian rendah pada penghidratan simen CSA adalah lebih kuat. . Kesan pemangkin HEMC adalah lebih kuat daripada HEC, menunjukkan bahawa pengenalan kumpulan metil meningkatkan kesan pemangkin CE pada penghidratan simen CSA. Struktur kimia CE mempunyai pengaruh yang besar terhadap penjerapannya pada permukaan zarah simen, terutamanya tahap penggantian dan jenis substituen.
Halangan sterik CE adalah berbeza dengan substituen yang berbeza. HEC hanya mempunyai hidroksietil dalam rantai sisi, yang lebih kecil daripada HEMC yang mengandungi kumpulan metil. Oleh itu, HEC mempunyai kesan penjerapan terkuat pada zarah simen CSA dan pengaruh terbesar pada tindak balas sentuhan antara zarah simen dan air, jadi ia mempunyai kesan kelewatan yang paling jelas pada puncak eksotermik penghidratan ketiga. Penyerapan air HEMC dengan penggantian tinggi adalah jauh lebih kuat daripada HEMC dengan penggantian rendah. Akibatnya, air bebas yang terlibat dalam tindak balas penghidratan antara struktur terkumpul dikurangkan, yang mempunyai pengaruh yang besar pada penghidratan awal simen CSA yang diubah suai. Disebabkan ini, puncak hidroterma ketiga ditangguhkan. HEMC penggantian rendah mempunyai penyerapan air yang lemah dan masa tindakan yang singkat, mengakibatkan pelepasan awal air penjerap dan penghidratan selanjutnya bagi sejumlah besar zarah simen tidak terhidrat. Penjerapan yang lemah dan penyerapan air mempunyai kesan tertunda yang berbeza pada tahap pembubaran penghidratan dan tahap transformasi simen CSA, mengakibatkan perbezaan dalam promosi penghidratan simen pada peringkat akhir CE.
2.2 Analisis produk penghidratan
2.2.1 Pengaruh kandungan CE ke atas produk penghidratan
Tukar keluk TG DTG buburan air CSA dengan kandungan L HEMC yang berbeza; Kandungan air ww terikat secara kimia dan produk penghidratan AFt dan AH3 wAFt dan wAH3 dikira mengikut keluk TG. Keputusan yang dikira menunjukkan bahawa lengkung DTG pes simen CSA tulen menunjukkan tiga puncak pada 50~180 ℃, 230~300 ℃ dan 642~975 ℃. Sepadan dengan penguraian AFt, AH3 dan dolomit, masing-masing. Pada penghidratan 2.0 jam, lengkung TG buburan CSA diubah suai L HEMC adalah berbeza. Apabila tindak balas penghidratan mencapai 12.0 h, tiada perbezaan yang ketara dalam lengkung. Pada penghidratan 2.0j, kandungan air pengikat kimia wL=0%, 0.1%, 0.5% L pes simen CSA diubah suai HEMC ialah 14.9%, 16.2%, 17.0%, dan kandungan AFt ialah 32.8%, 35.2%, 36.7%, masing-masing. Kandungan AH3 ialah 3.1%, 3.5% dan 3.7%, masing-masing, menunjukkan bahawa penggabungan L HEMC meningkatkan tahap penghidratan penghidratan buburan simen selama 2.0 jam, dan meningkatkan pengeluaran produk penghidratan AFt dan AH3, iaitu, digalakkan. penghidratan simen CSA. Ini mungkin kerana HEMC mengandungi kedua-dua kumpulan hidrofobik metil dan kumpulan hidrofilik hidroksietil, yang mempunyai aktiviti permukaan yang tinggi dan boleh mengurangkan dengan ketara tegangan permukaan fasa cecair dalam buburan simen. Pada masa yang sama, ia mempunyai kesan entraining udara untuk memudahkan penjanaan produk penghidratan simen. Pada 12.0 jam penghidratan, kandungan AFt dan AH3 dalam L HEMC diubah suai buburan simen CSA dan buburan simen CSA tulen tidak mempunyai perbezaan yang ketara.
2.2.2 Pengaruh substituen CE dan darjah penggantiannya pada produk penghidratan
Keluk TG DTG buburan simen CSA diubah suai oleh tiga CE (kandungan CE ialah 0.5%); Keputusan pengiraan sepadan ww, wAFt dan wAH3 adalah seperti berikut: pada penghidratan 2.0 dan 4.0 h, lengkung TG bagi buburan simen yang berbeza adalah berbeza dengan ketara. Apabila penghidratan mencapai 12.0 h, lengkung TG bagi buburan simen yang berbeza tidak mempunyai perbezaan yang ketara. Pada penghidratan 2.0 jam, kandungan air terikat secara kimia bagi buburan simen CSA tulen dan buburan simen CSA diubahsuai HEC, L HEMC, H HEMC masing-masing adalah 14.9%, 15.2%, 17.0%, 14.1%. Pada 4.0 jam penghidratan, lengkung TG buburan simen CSA tulen menurun paling sedikit. Tahap penghidratan bagi tiga buburan CSA yang diubah suai CE adalah lebih tinggi daripada buburan CSA tulen, dan kandungan air yang terikat secara kimia bagi buburan CSA yang diubah suai HEMC adalah lebih tinggi daripada buburan CSA yang diubah suai HEC. L HEMC diubah suai CSA buburan simen kandungan air mengikat kimia adalah yang terbesar. Kesimpulannya, CE dengan substituen dan darjah penggantian yang berbeza mempunyai perbezaan yang ketara pada produk penghidratan awal simen CSA, dan L‑HEMC mempunyai kesan promosi yang paling besar terhadap pembentukan produk penghidratan. Pada penghidratan 12.0 jam, tidak terdapat perbezaan yang ketara antara kadar kehilangan jisim bagi tiga slurp simen CSA yang diubah suai CE dan slurp simen CSA tulen, yang konsisten dengan keputusan pelepasan haba terkumpul, menunjukkan bahawa CE hanya menjejaskan penghidratan dengan ketara. Simen CSA dalam masa 12.0 jam.
Ia juga boleh dilihat bahawa kekuatan puncak ciri AFt dan AH3 bagi buburan CSA diubah suai L HEMC adalah yang terbesar pada penghidratan 2.0 dan 4.0 jam. Kandungan AFt buburan CSA tulen dan buburan CSA diubah suai HEC, L HEMC, H HEMC ialah 32.8%, 33.3%, 36.7% dan 31.0%, pada penghidratan 2.0j. Kandungan AH3 masing-masing ialah 3.1%, 3.0%, 3.6% dan 2.7%. Pada 4.0 jam penghidratan, kandungan AFt ialah 34.9%, 37.1%, 41.5% dan 39.4%, dan kandungan AH3 masing-masing ialah 3.3%, 3.5%, 4.1% dan 3.6%. Ia boleh dilihat bahawa L HEMC mempunyai kesan menggalakkan yang paling kuat pada pembentukan produk penghidratan simen CSA, dan kesan menggalakkan HEMC adalah lebih kuat daripada HEC. Berbanding dengan L‑HEMC, H‑HEMC meningkatkan kelikatan dinamik larutan liang dengan lebih ketara, sekali gus menjejaskan pengangkutan air, mengakibatkan penurunan kadar penembusan buburan, dan menjejaskan pengeluaran produk penghidratan pada masa ini. Berbanding dengan HEMC, kesan ikatan hidrogen dalam molekul HEC lebih jelas, dan kesan penyerapan air lebih kuat dan tahan lebih lama. Pada masa ini, kesan penyerapan air kedua-dua HEMC penggantian tinggi dan HEMC penggantian rendah tidak lagi jelas. Di samping itu, CE membentuk "gelung tertutup" pengangkutan air dalam zon mikro di dalam buburan simen, dan air yang dilepaskan secara perlahan oleh CE boleh terus bertindak balas secara langsung dengan zarah simen di sekelilingnya. Pada 12.0 jam penghidratan, kesan CE pada pengeluaran AFt dan AH3 buburan simen CSA tidak lagi ketara.

3. Kesimpulan
(1) Penghidratan enap cemar sulfoaluminat (CSA) dalam 45.0 min~10.0 jam boleh digalakkan dengan dos berbeza bagi hidroksietil metil fibrin rendah (L HEMC).
(2) Hydroxyethyl cellulose (HEC), hydroxyethyl methyl cellulose (H HEMC), L HEMC HEMC, ketiga-tiga hydroxyethyl cellulose ether (CE) ini telah melambatkan tahap pembubaran dan penukaran penghidratan simen CSA, dan menggalakkan penghidratan 2.0~ 10.0 j.
(3) Pengenalan metil dalam hidroksietil CE dengan ketara boleh meningkatkan kesan promosinya pada penghidratan simen CSA dalam 2.0~5.0 jam, dan kesan promosi L HEMC pada penghidratan simen CSA adalah lebih kuat daripada H HEMC.
(4) Apabila kandungan CE ialah 0.5%, jumlah AFt dan AH3 yang dihasilkan oleh L HEMC diubah suai buburan CSA pada penghidratan 2.0 dan 4.0 h adalah yang tertinggi, dan kesan menggalakkan penghidratan adalah yang paling ketara; Buburan CSA diubah suai H HEMC dan HEC menghasilkan kandungan AFt dan AH3 yang lebih tinggi daripada buburan CSA tulen hanya pada 4.0 jam penghidratan. Pada 12.0 jam penghidratan, kesan 3 CE pada produk penghidratan simen CSA tidak lagi ketara.