Kesan eter selulosa pada evolusi komponen air dan produk penghidratan pes simen sulfoaluminat

Komponen air dan evolusi mikrostruktur dalam buburan simen sulfoaluminat (CSA) yang diubah suai selulosa eter telah dikaji oleh resonans magnet nuklear medan rendah dan penganalisis haba. Keputusan menunjukkan bahawa selepas penambahan eter selulosa, ia menjerap air antara struktur pemberbukuan, yang dicirikan sebagai puncak kelonggaran ketiga dalam spektrum masa kelonggaran melintang (T2), dan jumlah air terjerap berkorelasi positif dengan dos. Di samping itu, eter selulosa dengan ketara memudahkan pertukaran air antara struktur dalaman dan antara flok bagi flok CSA. Walaupun penambahan eter selulosa tidak mempunyai kesan ke atas jenis produk penghidratan simen sulfoaluminat, ia akan menjejaskan jumlah produk penghidratan umur tertentu.

Kata kunci:selulosa eter; simen sulfoaluminat; air; produk penghidratan

0、Mukadimah

Eter selulosa, yang diproses daripada selulosa semula jadi melalui satu siri proses, ialah bahan campuran kimia yang boleh diperbaharui dan hijau. Eter selulosa biasa seperti metilselulosa (MC), etilselulosa (HEC), dan hidroksietilmetilselulosa (HEMC) digunakan secara meluas dalam bidang perubatan, pembinaan dan industri lain. Mengambil HEMC sebagai contoh, ia boleh meningkatkan pengekalan air dan konsistensi simen Portland dengan ketara, tetapi melambatkan penetapan simen. Pada peringkat mikroskopik, HEMC juga mempunyai kesan yang ketara terhadap struktur mikro dan struktur liang pes simen. Sebagai contoh, etringit produk penghidratan (AFt) lebih berkemungkinan berbentuk batang pendek, dan nisbah aspeknya lebih rendah; pada masa yang sama, sejumlah besar liang tertutup dimasukkan ke dalam pes simen, mengurangkan bilangan liang berkomunikasi.

Kebanyakan kajian sedia ada mengenai pengaruh eter selulosa terhadap bahan berasaskan simen tertumpu kepada simen Portland. Simen Sulphoaluminate (CSA) ialah simen rendah karbon yang dibangunkan secara bebas di negara saya pada abad ke-20, dengan kalsium sulfoaluminat kontang sebagai mineral utama. Oleh kerana sejumlah besar AFt boleh dijana selepas penghidratan, CSA mempunyai kelebihan kekuatan awal, kebolehtelapan tinggi, dan rintangan kakisan, dan digunakan secara meluas dalam bidang percetakan 3D konkrit, pembinaan kejuruteraan marin, dan pembaikan pantas dalam persekitaran suhu rendah. . Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, Li Jian et al. menganalisis pengaruh HEMC pada mortar CSA dari perspektif kekuatan mampatan dan ketumpatan basah; Wu Kai et al. mengkaji kesan HEMC pada proses penghidratan awal simen CSA, tetapi air dalam simen CSA yang diubah suai Undang-undang evolusi komponen dan komposisi buburan tidak diketahui. Berdasarkan ini, kerja ini memberi tumpuan kepada pengagihan masa kelonggaran melintang (T2) dalam buburan simen CSA sebelum dan selepas menambah HEMC dengan menggunakan instrumen resonans magnet nuklear medan rendah, dan seterusnya menganalisis migrasi dan undang-undang perubahan air dalam buburan. Perubahan komposisi pes simen telah dikaji.

1. Eksperimen

1.1 Bahan mentah

Dua simen sulfoaluminat yang tersedia secara komersil telah digunakan, dilambangkan sebagai CSA1 dan CSA2, dengan kehilangan pada pencucuhan (LOI) kurang daripada 0.5% (pecahan jisim).

Tiga hidroksietil metilselulosa berbeza digunakan, yang masing-masing dilambangkan sebagai MC1, MC2 dan MC3. MC3 diperolehi dengan mencampurkan 5% (pecahan jisim) poliakrilamida (PAM) dalam MC2.

1.2 Nisbah pencampuran

Tiga jenis eter selulosa masing-masing dicampur ke dalam simen sulfoaluminat, dosnya ialah 0.1%, 0.2% dan 0.3% (pecahan jisim, sama di bawah). Nisbah air-simen tetap ialah 0.6, dan nisbah air-simen nisbah air-simen mempunyai kebolehkerjaan yang baik dan tiada pendarahan melalui ujian penggunaan air ketekalan standard.

1.3 Kaedah

Peralatan NMR medan rendah yang digunakan dalam eksperimen ialah PQ⁃Penganalisis NMR 001 dari Shanghai Numei Analytical Instrument Co., Ltd. Kekuatan medan magnet magnet kekal ialah 0.49T, frekuensi resonans proton ialah 21MHz, dan suhu magnet dikekalkan malar pada 32.0°C. Semasa ujian, botol kaca kecil yang mengandungi sampel silinder dimasukkan ke dalam gegelung probe instrumen, dan urutan CPMG digunakan untuk mengumpul isyarat kelonggaran pes simen. Selepas penyongsangan oleh perisian analisis korelasi, keluk penyongsangan T2 diperoleh dengan menggunakan algoritma penyongsangan Sirt. Air dengan darjah kebebasan yang berbeza dalam buburan akan dicirikan oleh puncak kelonggaran yang berbeza dalam spektrum kelonggaran melintang, dan kawasan puncak kelonggaran berkorelasi positif dengan jumlah air, berdasarkan jenis dan kandungan air dalam buburan. boleh dianalisis. Untuk menjana resonans magnetik nuklear, adalah perlu untuk memastikan bahawa frekuensi pusat O1 (unit: kHz) frekuensi radio adalah konsisten dengan frekuensi magnet, dan O1 ditentukur setiap hari semasa ujian.

Sampel telah dianalisis oleh TG?DSC dengan penganalisis terma gabungan STA 449C dari NETZSCH, Jerman. N2 digunakan sebagai atmosfera pelindung, kadar pemanasan adalah 10°C/min, dan julat suhu pengimbasan ialah 30-800°C.

2. Keputusan dan perbincangan

2.1 Evolusi komponen air

2.1.1 Eter selulosa tidak terdod

Dua puncak kelonggaran (ditakrifkan sebagai puncak kelonggaran pertama dan kedua) boleh diperhatikan dengan jelas dalam spektrum masa kelonggaran melintang (T2) bagi dua buburan simen sulfoaluminat. Puncak kelonggaran pertama berasal dari bahagian dalam struktur pemberbukuan, yang mempunyai tahap kebebasan yang rendah dan masa kelonggaran melintang yang singkat; puncak kelonggaran kedua berasal dari antara struktur pemberbukuan, yang mempunyai tahap kebebasan yang besar dan masa kelonggaran melintang yang panjang. Sebaliknya, T2 yang sepadan dengan puncak kelonggaran pertama kedua-dua simen adalah setanding, manakala puncak kelonggaran kedua CSA1 muncul kemudian. Berbeza daripada klinker simen sulfoaluminat dan simen buatan sendiri, dua puncak kelonggaran CSA1 dan CSA2 sebahagiannya bertindih daripada keadaan awal. Dengan kemajuan penghidratan, puncak kelonggaran pertama secara beransur-ansur cenderung bebas, kawasan itu beransur-ansur berkurangan, dan ia hilang sepenuhnya pada kira-kira 90 minit. Ini menunjukkan bahawa terdapat tahap pertukaran air tertentu antara struktur pemberbukuan dan struktur pemberbukuan kedua-dua pes simen.

Perubahan kawasan puncak puncak kelonggaran kedua dan perubahan nilai T2 yang sepadan dengan puncak puncak masing-masing mencirikan perubahan air bebas dan kandungan air terikat secara fizikal dan perubahan darjah kebebasan air dalam buburan . Gabungan kedua-duanya boleh mencerminkan secara lebih komprehensif proses penghidratan buburan. Dengan kemajuan penghidratan, kawasan puncak secara beransur-ansur berkurangan, dan peralihan nilai T2 ke kiri secara beransur-ansur meningkat, dan terdapat hubungan sepadan tertentu di antara mereka.

2.1.2 Menambah eter selulosa

Mengambil CSA2 dicampur dengan 0.3% MC2 sebagai contoh, spektrum kelonggaran T2 simen sulfoaluminat selepas menambah selulosa eter boleh dilihat. Selepas menambah eter selulosa, puncak kelonggaran ketiga yang mewakili penjerapan air oleh eter selulosa muncul pada kedudukan di mana masa kelonggaran melintang lebih daripada 100ms, dan kawasan puncak secara beransur-ansur meningkat dengan peningkatan kandungan eter selulosa.

Jumlah air antara struktur pemberbukuan dipengaruhi oleh penghijrahan air di dalam struktur pemberbukuan dan penjerapan air selulosa eter. Oleh itu, jumlah air antara struktur pemberbukuan adalah berkaitan dengan struktur liang dalaman buburan dan kapasiti penjerapan air selulosa eter. Luas puncak kelonggaran kedua berbeza dengan Kandungan eter selulosa berbeza dengan jenis simen yang berbeza. Kawasan puncak kelonggaran kedua buburan CSA1 menurun secara berterusan dengan peningkatan kandungan selulosa eter, dan merupakan yang terkecil pada kandungan 0.3%. Sebaliknya, kawasan puncak kelonggaran kedua buburan CSA2 meningkat secara berterusan dengan peningkatan kandungan eter selulosa.

Senaraikan perubahan luas puncak kelonggaran ketiga dengan peningkatan kandungan selulosa eter. Memandangkan kawasan puncak dipengaruhi oleh kualiti sampel, adalah sukar untuk memastikan kualiti sampel yang ditambah adalah sama semasa memuatkan sampel. Oleh itu, nisbah kawasan digunakan untuk mencirikan jumlah isyarat puncak kelonggaran ketiga dalam sampel yang berbeza. Daripada perubahan luas puncak kelonggaran ketiga dengan peningkatan kandungan selulosa eter, dapat dilihat bahawa dengan peningkatan kandungan selulosa eter, luas puncak kelonggaran ketiga pada dasarnya menunjukkan trend yang meningkat (dalam CSA1, apabila kandungan MC1 adalah 0.3%, ia adalah lebih Luas puncak kelonggaran ketiga berkurangan sedikit pada 0.2%), menunjukkan bahawa dengan peningkatan kandungan selulosa eter, air yang terserap juga meningkat secara beransur-ansur. Antara buburan CSA1, MC1 mempunyai penyerapan air yang lebih baik daripada MC2 dan MC3; manakala antara buburan CSA2, MC2 mempunyai penyerapan air yang terbaik.

Ia boleh dilihat daripada perubahan kawasan puncak kelonggaran ketiga per unit jisim buburan CSA2 dengan masa pada kandungan 0.3% eter selulosa bahawa kawasan puncak kelonggaran ketiga per unit jisim berkurangan secara berterusan dengan penghidratan, menunjukkan Oleh kerana kadar penghidratan CSA2 lebih cepat daripada klinker dan simen buatan sendiri, eter selulosa tidak mempunyai masa untuk penjerapan air selanjutnya, dan membebaskan air yang terjerap disebabkan peningkatan pesat kepekatan fasa cecair dalam buburan. Di samping itu, penjerapan air MC2 adalah lebih kuat daripada MC1 dan MC3, yang konsisten dengan kesimpulan sebelumnya. Ia boleh dilihat daripada perubahan kawasan puncak per unit jisim puncak kelonggaran ketiga CSA1 dengan masa pada dos eter selulosa 0.3% yang berbeza bahawa peraturan perubahan puncak kelonggaran ketiga CSA1 adalah berbeza daripada CSA2, dan kawasan CSA1 meningkat seketika pada peringkat awal penghidratan. Selepas meningkat dengan cepat, ia berkurangan untuk hilang, yang mungkin disebabkan oleh masa pembekuan CSA1 yang lebih lama. Di samping itu, CSA2 mengandungi lebih banyak gipsum, penghidratan mudah untuk membentuk lebih banyak AFt (3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O), menggunakan banyak air bebas, dan kadar penggunaan air melebihi kadar penjerapan air oleh eter selulosa, yang boleh menyebabkan The kawasan puncak kelonggaran ketiga buburan CSA2 terus berkurangan.

Selepas pemerbadanan eter selulosa, puncak kelonggaran pertama dan kedua juga berubah sedikit sebanyak. Ia boleh dilihat dari lebar puncak puncak kelonggaran kedua bagi dua jenis buburan simen dan buburan segar selepas menambah eter selulosa bahawa lebar puncak puncak kelonggaran kedua buburan segar adalah berbeza selepas menambah eter selulosa. meningkat, bentuk puncak cenderung meresap. Ini menunjukkan bahawa penggabungan eter selulosa menghalang penggumpalan zarah simen pada tahap tertentu, menjadikan struktur pemberbukuan agak longgar, melemahkan tahap pengikatan air, dan meningkatkan tahap kebebasan air antara struktur pemberbukuan. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan dos, peningkatan lebar puncak tidak jelas, dan lebar puncak beberapa sampel malah berkurangan. Mungkin peningkatan dos meningkatkan kelikatan fasa cecair buburan, dan pada masa yang sama, penjerapan selulosa eter kepada zarah simen dipertingkatkan untuk menyebabkan pemberbukuan. Tahap kebebasan kelembapan antara struktur dikurangkan.

Resolusi boleh digunakan untuk menerangkan tahap pemisahan antara puncak kelonggaran pertama dan kedua. Darjah pemisahan boleh dikira mengikut tahap resolusi = (Komponen Pertama-Asaddle)/komponen Pertama, di mana komponen Afirst dan Asaddle mewakili amplitud maksimum puncak kelonggaran pertama dan amplitud titik terendah antara dua puncak, masing-masing. Tahap pemisahan boleh digunakan untuk mencirikan tahap pertukaran air antara struktur pemberbukuan buburan dan struktur pemberbukuan, dan nilainya secara amnya 0-1. Nilai yang lebih tinggi untuk Pengasingan menunjukkan bahawa kedua-dua bahagian air lebih sukar untuk ditukar, dan nilai yang sama dengan 1 menunjukkan bahawa kedua-dua bahagian air tidak boleh bertukar sama sekali.

Ia boleh dilihat daripada hasil pengiraan darjah pemisahan bahawa darjah pemisahan dua simen tanpa menambah eter selulosa adalah setara, kedua-duanya adalah kira-kira 0.64, dan darjah pemisahan berkurangan dengan ketara selepas menambah eter selulosa. Di satu pihak, resolusi semakin berkurangan dengan peningkatan dos, dan resolusi kedua-dua puncak malah jatuh kepada 0 dalam CSA2 dicampur dengan 0.3% MC3, menunjukkan bahawa selulosa eter dengan ketara menggalakkan pertukaran air di dalam dan antara struktur pemberbukuan . Berdasarkan fakta bahawa penggabungan eter selulosa pada dasarnya tidak mempunyai kesan ke atas kedudukan dan kawasan puncak kelonggaran pertama, boleh dibuat spekulasi bahawa penurunan dalam resolusi adalah sebahagiannya disebabkan oleh peningkatan lebar puncak kelonggaran kedua, dan struktur pemberbukuan yang longgar menjadikan pertukaran air antara bahagian dalam dan luar lebih mudah. Di samping itu, pertindihan eter selulosa dalam struktur buburan meningkatkan lagi tahap pertukaran air antara bahagian dalam dan luar struktur pemberbukuan. Sebaliknya, kesan pengurangan resolusi selulosa eter pada CSA2 adalah lebih kuat daripada CSA1, yang mungkin disebabkan oleh luas permukaan spesifik yang lebih kecil dan saiz zarah yang lebih besar CSA2, yang lebih sensitif kepada kesan penyebaran selulosa eter selepas pemerbadanan.

2.2 Perubahan dalam komposisi buburan

Daripada spektrum TG-DTG buburan CSA1 dan CSA2 yang dihidratkan selama 90 min, 150 min dan 1 hari, dapat dilihat bahawa jenis produk penghidratan tidak berubah sebelum dan selepas menambah selulosa eter, dan AFt, AFm dan AH3 semuanya terbentuk. Kesusasteraan menunjukkan bahawa julat penguraian AFt ialah 50-120°C; julat penguraian AFm ialah 160-220°C; julat penguraian AH3 ialah 220-300°C. Dengan kemajuan penghidratan, penurunan berat sampel secara beransur-ansur meningkat, dan ciri puncak DTG AFt, AFm dan AH3 secara beransur-ansur menjadi jelas, menunjukkan bahawa pembentukan tiga produk penghidratan meningkat secara beransur-ansur.

Daripada pecahan jisim setiap produk penghidratan dalam sampel pada umur penghidratan yang berbeza, dapat dilihat bahawa penjanaan AFt bagi sampel kosong pada umur 1 hari melebihi sampel yang dicampur dengan selulosa eter, menunjukkan bahawa selulosa eter mempunyai pengaruh yang besar terhadap penghidratan buburan selepas pembekuan. Terdapat kesan kelewatan tertentu. Pada 90 minit, pengeluaran AFm bagi tiga sampel kekal sama; pada 90-150 minit, pengeluaran AFm dalam sampel kosong adalah jauh lebih perlahan daripada dua kumpulan sampel yang lain; selepas 1 hari, kandungan AFm dalam sampel kosong adalah sama dengan sampel yang dicampur dengan MC1, dan kandungan AFm sampel MC2 adalah jauh lebih rendah dalam sampel lain. Bagi produk penghidratan AH3, kadar penjanaan sampel kosong CSA1 selepas penghidratan selama 90 minit adalah lebih perlahan daripada eter selulosa, tetapi kadar penjanaan adalah lebih cepat selepas 90 minit, dan jumlah pengeluaran AH3 bagi tiga sampel adalah bersamaan pada 1 hari.

Selepas buburan CSA2 dihidratkan selama 90 minit dan 150 minit, jumlah AFT yang dihasilkan dalam sampel bercampur dengan eter selulosa adalah jauh lebih rendah daripada sampel kosong, menunjukkan bahawa eter selulosa juga mempunyai kesan melambatkan tertentu pada buburan CSA2. Dalam sampel pada umur 1 hari, didapati bahawa kandungan AFt sampel kosong masih lebih tinggi daripada sampel yang dicampur dengan selulosa eter, menunjukkan bahawa selulosa eter masih mempunyai kesan terencat tertentu pada penghidratan CSA2 selepas penetapan akhir, dan tahap terencat pada MC2 adalah lebih besar daripada sampel yang ditambah dengan selulosa eter. MC1. Pada 90 minit, jumlah AH3 yang dihasilkan oleh sampel kosong adalah kurang sedikit daripada sampel yang dicampur dengan selulosa eter; pada 150 minit, AH3 yang dihasilkan oleh sampel kosong melebihi sampel yang dicampur dengan selulosa eter; pada 1 hari, AH3 yang dihasilkan oleh ketiga-tiga sampel adalah setara.

3. Kesimpulan

(1) Eter selulosa boleh menggalakkan pertukaran air dengan ketara antara struktur pemberbukuan dan struktur pemberbukuan. Selepas pemerbadanan eter selulosa, eter selulosa menyerap air dalam buburan, yang dicirikan sebagai puncak kelonggaran ketiga dalam spektrum masa kelonggaran melintang (T2). Dengan peningkatan kandungan selulosa eter, penyerapan air selulosa eter meningkat, dan kawasan puncak kelonggaran ketiga meningkat. Air yang diserap oleh selulosa eter dilepaskan secara beransur-ansur ke dalam struktur pemberbukuan dengan penghidratan buburan.

(2) Penggabungan eter selulosa menghalang aglomerasi zarah simen ke tahap tertentu, menjadikan struktur pemberbukuan agak longgar; dan dengan peningkatan kandungan, kelikatan fasa cecair buburan meningkat, dan eter selulosa mempunyai kesan yang lebih besar pada zarah simen. Kesan penjerapan yang dipertingkatkan mengurangkan tahap kebebasan air antara struktur terkumpul.

(3) Sebelum dan selepas penambahan eter selulosa, jenis produk penghidratan dalam buburan simen sulfoaluminat tidak berubah, dan AFt, AFm dan gam aluminium telah terbentuk; tetapi selulosa eter sedikit melambatkan pembentukan kesan produk penghidratan.