Cellulose-ether over de morfologie van vroege ettringiet

De effecten van hydroxyethylmethylcellulose-ether en methylcellulose-ether op de morfologie van ettringiet in vroege cementslurry werden bestudeerd met behulp van scanning-elektronenmicroscopie (SEM). De resultaten laten zien dat de lengte-diameterverhouding van ettringietkristallen in met hydroxyethylmethylcellulose-ether gemodificeerde slurry kleiner is dan die in gewone slurry, en dat de morfologie van ettringietkristallen kort staafachtig is. De lengte-diameterverhouding van ettringietkristallen in met methylcellulose-ether gemodificeerde slurry is groter dan die in gewone slurry, en de morfologie van ettringietkristallen is naaldstaaf. De ettringietkristallen in gewone cementslurries hebben een aspectverhouding ergens daartussenin. Door het bovenstaande experimentele onderzoek is het verder duidelijk dat het verschil in molecuulgewicht van twee soorten cellulose-ether de belangrijkste factor is die de morfologie van ettringiet beïnvloedt.

Trefwoorden:ettringiet; Lengte-diameter verhouding; Methylcellulose-ether; Hydroxyethylmethylcellulose-ether; morfologie

Ettringiet heeft als licht geëxpandeerd hydratatieproduct een aanzienlijk effect op de prestaties van cementbeton en is altijd de onderzoekshotspot geweest van materialen op cementbasis. Ettringiet is een soort calciumaluminaathydraat van het trisulfidetype, de chemische formule is [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, of kan worden geschreven als 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, vaak afgekort als AFt . In het Portland-cementsysteem wordt ettringiet voornamelijk gevormd door de reactie van gips met aluminaat- of ijzeraluminaatmineralen, wat de rol speelt bij het vertragen van de hydratatie en de vroege sterkte van cement. De vorming en morfologie van ettringiet wordt beïnvloed door vele factoren, zoals temperatuur, pH-waarde en ionenconcentratie. Al in 1976 hebben Metha et al. gebruikte scanning-elektronenmicroscopie om de morfologische kenmerken van AFt te bestuderen, en ontdekte dat de morfologie van dergelijke licht geëxpandeerde hydratatieproducten enigszins anders was wanneer de groeiruimte groot genoeg was en wanneer de ruimte beperkt was. De eerste bestond meestal uit dunne naaldvormige bolletjes, terwijl de laatste meestal uit een kort staafvormig prisma bestond. Uit het onderzoek van Yang Wenyan bleek dat AFt-vormen verschillend waren onder verschillende uithardingsomgevingen. Natte omgevingen zouden de vorming van AFt in uitzettingsgedoteerd beton vertragen en de kans op zwelling en scheuren van beton vergroten. Verschillende omgevingen beïnvloeden niet alleen de vorming en microstructuur van AFt, maar ook de volumestabiliteit ervan. Chen Huxing et al. ontdekte dat de langetermijnstabiliteit van AFt afnam met de toename van het C3A-gehalte. Clark en Monteiro et al. ontdekte dat met de toename van de omgevingsdruk de AFt-kristalstructuur veranderde van orde in wanorde. Balonis en Glasser hebben de dichtheidsveranderingen van AFm en AFt beoordeeld. Renaudin et al. bestudeerde de structurele veranderingen van AFt voor en na onderdompeling in oplossing en de structurele parameters van AFt in het Raman-spectrum. Kunther et al. bestudeerde het effect van de interactie tussen CSH-gel calcium-siliciumverhouding en sulfaation op AFt-kristallisatiedruk door NMR. Tegelijkertijd, op basis van de toepassing van AFt in materialen op cementbasis, hebben Wenk et al. bestudeerde AFt-kristaloriëntatie van betondoorsnede door middel van harde synchrotronstraling Röntgendiffractie-afwerkingstechnologie. De vorming van AFt in gemengd cement en de onderzoekshotspot van ettringiet werden onderzocht. Op basis van de vertraagde ettringietreactie hebben sommige wetenschappers veel onderzoek gedaan naar de oorzaak van de AFt-fase.

De volume-expansie veroorzaakt door de vorming van ettringiet is soms gunstig en kan fungeren als een “expansie” vergelijkbaar met magnesiumoxide-expansiemiddel om de volumestabiliteit van materialen op cementbasis te behouden. De toevoeging van polymeeremulsie en herdispergeerbaar emulsiepoeder verandert de macroscopische eigenschappen van materialen op cementbasis vanwege hun significante effecten op de microstructuur van materialen op cementbasis. In tegenstelling tot het herdispergeerbare emulsiepoeder, dat vooral de hechtingseigenschappen van uitgeharde mortel verbetert, geeft de in water oplosbare polymeercellulose-ether (CE) de nieuw gemengde mortel echter een goed waterretentie- en verdikkingseffect, waardoor de verwerkingsprestaties worden verbeterd. Niet-ionisch CE wordt vaak gebruikt, waaronder methylcellulose (MC), hydroxyethylcellulose (HEC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC),hydroxyethylmethylcellulose (HEMC)enz., en CE speelt een rol in nieuw gemengde mortel, maar beïnvloedt ook het hydratatieproces van cementslurry. Studies hebben aangetoond dat HEMC de hoeveelheid AFt die als hydratatieproduct wordt geproduceerd, verandert. Er zijn echter geen studies die het effect van CE op de microscopische morfologie van AFt systematisch hebben vergeleken, dus onderzoekt dit artikel het verschil in het effect van HEMC en MC op de microscopische morfologie van ettringham in vroege (1-daagse) cementslurry door middel van beeldanalyse en vergelijking.

1. Experimenteer

1.1 Grondstoffen

P·II 52.5R Portland-cement, geproduceerd door Anhui Conch Cement Co., LTD, werd als cement in het experiment gekozen. De twee cellulose-ethers zijn respectievelijk hydroxyethylmethylcellulose (HEMC) en methylcellulose (methylcellulose, Shanghai Sinopath Group). MC); Het aanmaakwater is leidingwater.

1.2 Experimentele methoden

De water-cementverhouding van het cementpastamonster was 0,4 (de massaverhouding van water tot cement) en het gehalte aan cellulose-ether was 1% van de massa cement. De voorbereiding van het monster werd uitgevoerd volgens GB1346-2011 “Testmethode voor waterverbruik, uithardingstijd en stabiliteit van standaardconsistentie van cement”. Na het vormen van het monster werd plastic film ingekapseld op het oppervlak van de mal om verdamping en carbonisatie van oppervlaktewater te voorkomen, en het monster werd in een uithardingsruimte geplaatst met een temperatuur van (20 ± 2) ℃ en een relatieve vochtigheid van (60 ± 5). ) %. Na 1 dag werd de mal verwijderd en het monster gebroken, vervolgens werd een klein monster uit het midden genomen en in watervrije ethanol gedrenkt om de hydratatie te beëindigen, en het monster werd eruit gehaald en gedroogd vóór het testen. De gedroogde monsters werden met geleidende dubbelzijdige lijm op de monstertafel gelijmd en een laag goudfilm werd op het oppervlak gespoten door het Cressington 108auto automatische ionensputterinstrument. De sputterstroom bedroeg 20 mA en de sputtertijd bedroeg 60 s. FEI QUANTAFEG 650 omgevingsscanning-elektronenmicroscoop (ESEM) werd gebruikt om de morfologische kenmerken van AFt op de monstersectie te observeren. De secundaire elektronenmodus met hoog vacuüm werd gebruikt om de AFT te observeren. De versnellingsspanning was 15 kV, de straalvlekdiameter was 3,0 nm en de werkafstand werd geregeld op ongeveer 10 mm.

2. Resultaten en discussie

SEM-beelden van ettringiet in geharde HEMC-gemodificeerde cementslurry toonden aan dat de oriëntatiegroei van gelaagd Ca (OH) 2 (CH) duidelijk was, en AFt onregelmatige accumulatie van korte staafachtige AFt vertoonde, en dat enkele korte staafachtige AFT bedekt was met HEMC-membraanstructuur. Zhang Dongfang et al. vond ook korte staafachtige AFt bij het observeren van de microstructuurveranderingen van HEMC-gemodificeerde cementslurry via ESEM. Ze geloofden dat gewone cementslurry snel reageerde na contact met water, dus het AFt-kristal was slank en de verlenging van de hydratatieleeftijd leidde tot de voortdurende toename van de lengte-diameterverhouding. HEMC verhoogde echter de viscositeit van de oplossing, verlaagde de bindingssnelheid van ionen in de oplossing en vertraagde de aankomst van water op het oppervlak van klinkerdeeltjes, zodat de lengte-diameterverhouding van AFt in een zwakke trend toenam en de morfologische kenmerken ervan vertoonden korte staafachtige vorm. Vergeleken met AFt in gewone cementslurry van dezelfde leeftijd is deze theorie gedeeltelijk geverifieerd, maar deze is niet toepasbaar om de morfologische veranderingen van AFt in MC-gemodificeerde cementslurry te verklaren. SEM-beelden van ettridiet in 1-dag geharde MC-gemodificeerde cementslurry toonden ook georiënteerde groei van gelaagd Ca(OH)2, sommige AFt-oppervlakken waren ook bedekt met filmstructuur van MC, en AFt vertoonde morfologische kenmerken van clustergroei. Ter vergelijking: AFt-kristal in MC-gemodificeerde cementslurry heeft echter een grotere lengte-diameterverhouding en een slankere morfologie, wat een typische naaldvormige morfologie vertoont.

Zowel HEMC als MC vertraagden het vroege hydratatieproces van cement en verhoogden de viscositeit van de oplossing, maar de daardoor veroorzaakte verschillen in AFt-morfologische kenmerken waren nog steeds aanzienlijk. De bovenstaande verschijnselen kunnen verder worden uitgewerkt vanuit het perspectief van de moleculaire structuur van cellulose-ether en de AFt-kristalstructuur. Renaudin et al. de gesynthetiseerde AFt in de bereide alkalioplossing geweekt om “natte AFt” te krijgen, en deze gedeeltelijk verwijderd en gedroogd op het oppervlak van een verzadigde CaCl2-oplossing (35% relatieve vochtigheid) om “droge AFt” te krijgen. Na het structuurverfijningsonderzoek door Raman-spectroscopie en röntgenpoederdiffractie werd ontdekt dat er geen verschil was tussen de twee structuren, alleen de richting van kristalvorming van cellen veranderde tijdens het droogproces, dat wil zeggen tijdens het proces van omgevingsinvloeden. verandering van “nat” naar “droog”, AFt-kristallen vormden cellen langs de normale richting van een geleidelijk toegenomen. De AFt-kristallen langs de c-normaalrichting werden steeds minder. De meest fundamentele eenheid van de driedimensionale ruimte bestaat uit een normale lijn, een normale lijn en een normale lijn die loodrecht op elkaar staan. In het geval dat b-normalen werden gefixeerd, clusterden AFt-kristallen zich langs normalen, resulterend in een vergrote celdwarsdoorsnede in het vlak van ab-normalen. Dus als de HEMC meer water “opslaat” dan de MC, kan er in een gelokaliseerd gebied een “droge” omgeving ontstaan, wat laterale aggregatie en groei van AFt-kristallen bevordert. Patural et al. ontdekte dat voor CE zelf: hoe hoger de polymerisatiegraad (of hoe groter het molecuulgewicht), hoe groter de viscositeit van CE en hoe beter de waterretentieprestaties. De moleculaire structuur van HEMC's en MCS ondersteunt deze hypothese, waarbij de hydroxyethylgroep een veel groter molecuulgewicht heeft dan de waterstofgroep.

Over het algemeen zullen AFt-kristallen zich alleen vormen en neerslaan wanneer relevante ionen een bepaalde verzadiging in het oplossingssysteem bereiken. Daarom kunnen factoren zoals ionenconcentratie, temperatuur, pH-waarde en formatieruimte in de reactieoplossing de morfologie van AFt-kristallen aanzienlijk beïnvloeden, en veranderingen in kunstmatige syntheseomstandigheden kunnen de morfologie van AFt-kristallen veranderen. Daarom kan de verhouding tussen AFt-kristallen in gewone cementslurry tussen de twee worden veroorzaakt door de enkele factor waterverbruik bij de vroege hydratatie van cement. Het verschil in AFt-kristalmorfologie veroorzaakt door HEMC en MC zou echter voornamelijk te wijten moeten zijn aan hun speciale waterretentiemechanisme. Hemcs en MCS creëren een ‘gesloten lus’ van watertransport binnen de microzone van de verse cementslurry, waardoor een ‘korte periode’ mogelijk is waarin water ‘gemakkelijk naar binnen komt en moeilijk naar buiten komt’. Gedurende deze periode verandert echter ook de vloeistoffaseomgeving in en nabij de microzone. Factoren zoals ionenconcentratie, pH, enz. De verandering van de groeiomgeving wordt verder weerspiegeld in de morfologische kenmerken van AFt-kristallen. Deze “gesloten lus” van watertransport is vergelijkbaar met het werkingsmechanisme beschreven door Pourchez et al. HPMC speelt een rol bij het vasthouden van water.

3. Conclusie

(1) De toevoeging van hydroxyethylmethylcellulose-ether (HEMC) en methylcellulose-ether (MC) kan de morfologie van ettringiet in vroege (1 dag) gewone cementslurry aanzienlijk veranderen.

(2) De lengte en diameter van ettringietkristal in HEMC-gemodificeerde cementslurry zijn klein en kort staafvormig; De lengte- en diameterverhouding van ettringietkristallen in MC-gemodificeerde cementslurry is groot, wat de vorm van een naaldstaaf heeft. De ettringietkristallen in gewone cementslurries hebben een aspectverhouding tussen deze twee.

(3) De verschillende effecten van twee cellulose-ethers op de morfologie van ettringiet zijn hoofdzakelijk te wijten aan het verschil in molecuulgewicht.