Effect van cellulose-ether op de hydratatiewarmte van verschillende soorten cement en enkelvoudig erts

de effecten van cellulose-ether op de hydratatiewarmte van Portland-cement, sulfoaluminaatcement, tricalciumsilicaat en tricalciumaluminaat in 72 uur werden vergeleken met een isotherme calorimetrietest. De resultaten laten zien dat cellulose-ether de hydratatie en warmteafgiftesnelheid van Portland-cement en tricalciumsilicaat aanzienlijk kan verminderen, en dat het afnemende effect op de hydratatie en warmteafgiftesnelheid van tricalciumsilicaat significanter is. Het effect van cellulose-ether op het verminderen van de warmteafgiftesnelheid bij de hydratatie van sulfoaluminaatcement is zeer zwak, maar het heeft een zwak effect op het verbeteren van de warmteafgiftesnelheid bij de hydratatie van tricalciumaluminaat. Cellulose-ether zal door sommige hydratatieproducten worden geadsorbeerd, waardoor de kristallisatie van hydratatieproducten wordt vertraagd en vervolgens de hydratatiewarmteafgiftesnelheid van cement en enkelvoudig erts wordt beïnvloed.

Trefwoorden:cellulose-ether; Cement; Enkel erts; Warmte van hydratatie; adsorptie

1. Inleiding

Cellulose-ether is een belangrijk verdikkingsmiddel en watervasthoudend middel in droge gemengde mortel, zelfverdichtend beton en andere nieuwe cementgebaseerde materialen. Cellulose-ether zal echter ook de hydratatie van cement vertragen, wat bevorderlijk is voor het verbeteren van de operationele tijd van materialen op cementbasis, het verbeteren van de mortelconsistentie en het tijdverlies door betoninzinking, maar het kan ook de voortgang van de bouw vertragen. In het bijzonder zal het nadelige effecten hebben op mortel en beton die worden gebruikt bij lage temperaturen. Daarom is het erg belangrijk om de wet van cellulose-ether op de hydratatiekinetiek van cement te begrijpen.

OU en Pourchez bestudeerden systematisch de effecten van moleculaire parameters zoals het molecuulgewicht van cellulose-ether, het type substituent of de mate van substitutie op de hydratatiekinetiek van cement, en trokken veel belangrijke conclusies: het vermogen van hydroxyethylcellulose-ether (HEC) om de hydratatie van cement te vertragen cement is meestal sterker dan dat van methylcellulose-ether (HPMC), hydroxymethylethylcellulose-ether (HEMC) en methylcellulose-ether (MC). In de cellulose-ether die methyl bevat, geldt: hoe lager het methylgehalte, hoe sterker het vermogen om de hydratatie van cement te vertragen; Hoe lager het molecuulgewicht van cellulose-ether, hoe sterker het vermogen om de hydratatie van cement te vertragen. Deze conclusies bieden een wetenschappelijke basis voor het correct selecteren van cellulose-ether.

Voor verschillende componenten van cement is het effect van cellulose-ether op de hydratatiekinetiek van cement ook een zeer zorgwekkend probleem in technische toepassingen. Er bestaat echter geen onderzoek naar dit aspect. In dit artikel werd de invloed van cellulose-ether op de hydratatiekinetiek van gewoon Portland-cement, C3S (tricalciumsilicaat), C3A (tricalciumaluminaat) en sulfoaluminaatcement (SAC) bestudeerd door middel van isothermische calorimetrietests, om de interactie en de werking ervan verder te begrijpen. intern mechanisme tussen cellulose-ether en cementhydratatieproducten. Het biedt een verdere wetenschappelijke basis voor het rationeel gebruik van cellulose-ether in materialen op cementbasis en biedt ook een onderzoeksbasis voor de interactie tussen andere hulpstoffen en cementhydratatieproducten.

2. Testen

2.1 Grondstoffen

(1) gewoon Portland-cement (P·0). Vervaardigd door Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., de specificatie is P·042.5 (GB 175-2007), bepaald met behulp van röntgenfluorescentiespectrometer van het golflengtedispersietype (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Volgens de analyse van de JADE 5.0-software omvatten cementgrondstoffen naast cementklinkermineralen C3S, C2s, C3A, C4AF en gips ook calciumcarbonaat.

(2) sulfoaluminaatcement (SAC). Het snelle harde sulfoaluminaatcement geproduceerd door Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. is R.Star 42.5 (GB 20472-2006). De belangrijkste groepen zijn calciumsulfoaluminaat en dicalciumsilicaat.

(3) tricalciumsilicaat (C3S). Pers Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 en H2O in een verhouding van 3:1:0,08: een massaverhouding van 10 werd gelijkmatig gemengd en onder een constante druk van 60 MPa geperst om cilindrische groene knuppels te maken. De knuppel werd gedurende 1,5 ~ 2 uur gecalcineerd bij 1400 ℃ in een elektrische oven van hoge temperatuur van silicium-molybdeenstaven en vervolgens naar een magnetron verplaatst voor verdere microgolfverwarming gedurende 40 minuten. Nadat de knuppel eruit was gehaald, werd deze abrupt afgekoeld en herhaaldelijk gebroken en gecalcineerd totdat het gehalte aan vrij CaO in het eindproduct minder dan 1,0% bedroeg.

(4) tricalciumaluminaat (c3A). CaO en A12O3 werden gelijkmatig gemengd, gedurende 4 uur bij 1450 ℃ gecalcineerd in een elektrische oven van silicium-molybdeenstaven, vermalen tot poeder en herhaaldelijk gecalcineerd totdat het gehalte aan vrij CaO minder dan 1,0% was en de pieken van C12A7 en CA waren genegeerd.

(5) cellulose-ether. In het vorige werk werden de effecten van 16 soorten cellulose-ethers op de hydratatie en warmteafgiftesnelheid van gewoon Portland-cement vergeleken, en werd vastgesteld dat verschillende soorten cellulose-ethers aanzienlijke verschillen hebben op de hydratatie- en warmteafgiftewet van cement, en werd het interne mechanisme geanalyseerd. van dit aanzienlijke verschil. Volgens de resultaten van eerder onderzoek werden drie soorten cellulose-ether geselecteerd die een duidelijk vertragend effect hebben op gewoon Portland-cement. Deze omvatten hydroxyethylcellulose-ether (HEC), hydroxypropylmethylcellulose-ether (HPMC) en hydroxyethylmethylcellulose-ether (HEMC). De viscositeit van cellulose-ether werd gemeten met een roterende viscosimeter met een testconcentratie van 2%, een temperatuur van 20°C en een rotatiesnelheid van 12 r/min. De viscositeit van cellulose-ether werd gemeten met een roterende viscosimeter met een testconcentratie van 2%, een temperatuur van 20°C en een rotatiesnelheid van 12 r/min. De molaire substitutiegraad van cellulose-ether wordt verstrekt door de fabrikant.

(6) Water. Gebruik secundair gedestilleerd water.

2.2 Testmethode

Warmte van hydratatie. TAM Air 8-kanaals isothermische calorimeter geproduceerd door TA Instrument Company werd aangenomen. Alle grondstoffen werden vóór het experiment op een constante temperatuur gehouden om de temperatuur te testen (zoals (20 ± 0,5) ℃). Eerst werden 3 g cement en 18 mg cellulose-etherpoeder aan de calorimeter toegevoegd (massaverhouding van cellulose-ether tot celmellerend materiaal was 0,6%). Na volledig mengen werd gemengd water (secundair gedestilleerd water) toegevoegd volgens de gespecificeerde water-cementverhouding en gelijkmatig geroerd. Vervolgens werd het snel in de calorimeter geplaatst om te testen. De water-bindmiddelverhouding van c3A is 1,1 en de water-bindmiddelverhouding van de andere drie cementachtige materialen is 0,45.

3. Resultaten en discussie

3.1 Testresultaten

De effecten van HEC, HPMC en HEMC op de hydratatiewarmteafgiftesnelheid en de cumulatieve warmteafgiftesnelheid van gewoon Portland-cement, C3S en C3A binnen 72 uur, en de effecten van HEC op de hydratatiewarmteafgiftesnelheid en de cumulatieve warmteafgiftesnelheid van sulfoaluminaatcement binnen 72 uur is HEC de cellulose-ether met het sterkste vertragende effect op de hydratatie van ander cement en enkelvoudig erts. Door de twee effecten te combineren, kan worden vastgesteld dat cellulose-ether, met de verandering van de samenstelling van het cementachtige materiaal, verschillende effecten heeft op de snelheid waarmee hydratatiewarmte vrijkomt en de cumulatieve warmteafgifte. De geselecteerde cellulose-ether kan de hydratatie- en warmteafgiftesnelheid van gewoon Portland-cement en C, S aanzienlijk verminderen, verlengt voornamelijk de inductieperiode, vertraagt ​​het optreden van hydratatie en warmteafgiftepiek, waaronder de cellulose-ether tot C, S-hydratatie en vertraging van de warmteafgiftesnelheid is duidelijker dan gewone portlandcementhydratatie en vertraging van de warmteafgiftesnelheid; Cellulose-ether kan ook de warmteafgiftesnelheid van de hydratatie van sulfoaluminaatcement vertragen, maar het vertragingsvermogen is zeer zwak en vertraagt ​​voornamelijk de hydratatie na 2 uur; Voor de warmteafgiftesnelheid van C3A-hydratatie heeft cellulose-ether een zwak versnellend vermogen.

3.2 Analyse en discussie

Het mechanisme van cellulose-ether vertraagt ​​de hydratatie van cement. Silva et al. veronderstelde dat cellulose-ether de viscositeit van de poriënoplossing verhoogde en de snelheid van ionische beweging belemmerde, waardoor de hydratatie van cement werd vertraagd. Veel literatuur heeft deze veronderstelling echter in twijfel getrokken, omdat uit hun experimenten is gebleken dat cellulose-ethers met een lagere viscositeit een sterker vermogen hebben om de hydratatie van cement te vertragen. In feite is de tijd van ionenbeweging of -migratie zo kort dat deze duidelijk niet vergelijkbaar is met de tijd van vertraging van de hydratatie van cement. Er wordt aangenomen dat de adsorptie tussen cellulose-ether en cementhydratatieproducten de werkelijke reden is voor de vertraging van cementhydratatie door cellulose-ether. Cellulose-ether wordt gemakkelijk geadsorbeerd aan het oppervlak van hydratatieproducten zoals calciumhydroxide, CSH-gel en calciumaluminaathydraat, maar het is niet gemakkelijk om te worden geadsorbeerd door ettringiet en de ongehydrateerde fase, en het adsorptievermogen van cellulose-ether op calciumhydroxide is hoger dan die van CSH-gel. Daarom heeft cellulose-ether voor gewone Portland-cementhydratatieproducten de sterkste vertraging op calciumhydroxide, de sterkste vertraging op calcium, de tweede vertraging op CSH-gel en de zwakste vertraging op ettringiet.

Eerdere studies hebben aangetoond dat de adsorptie tussen niet-ionische polysacharide en minerale fase voornamelijk waterstofbinding en chemische complexvorming omvat, en deze twee effecten treden op tussen de hydroxylgroep van polysacharide en het metaalhydroxide op het mineraaloppervlak. Liu et al. classificeerde de adsorptie tussen polysachariden en metaalhydroxiden verder als zuur-base-interactie, met polysachariden als zuren en metaalhydroxiden als basen. Voor een bepaald polysacharide bepaalt de alkaliteit van het mineraaloppervlak de sterkte van de interactie tussen polysachariden en mineralen. Van de vier gelerende componenten die in dit artikel worden bestudeerd, omvatten de belangrijkste metalen of niet-metalen elementen Ca, Al en Si. Volgens de volgorde van de metaalactiviteit is de alkaliteit van hun hydroxiden Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. In feite is de Si(OH)4-oplossing zuur en adsorbeert geen cellulose-ether. het gehalte aan Ca(OH)2 op het oppervlak van cementhydratatieproducten bepaalt het adsorptievermogen van hydratatieproducten en cellulose-ether. Omdat calciumhydroxide, CSH-gel (3CaO·2SiO2·3H20), ettringiet (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) en calciumaluminaathydraat (3CaO·Al2O3·6H2O) in het gehalte aan anorganische oxiden van CaO is 100%, 58,33%, 49,56% en 62,2%. Daarom is de volgorde van hun adsorptievermogen met cellulose-ether calciumhydroxide > calcium aluminaat >CSH-gel > ettringiet, wat consistent is met de resultaten in de literatuur.

De hydratatieproducten van c3S omvatten voornamelijk Ca(OH) en csH-gel, en cellulose-ether heeft hierop een goed vertragend effect. Daarom heeft cellulose-ether een zeer duidelijke vertraging bij de hydratatie van C3s. Naast c3S omvat gewoon Portland-cement ook C2s-hydratatie, die langzamer is, waardoor het vertragende effect van cellulose-ether in een vroeg stadium niet duidelijk is. De hydratatieproducten van gewoon silicaat omvatten ook ettringiet, en het vertragende effect van cellulose-ether is slecht. Daarom is het vertragende vermogen van cellulose-ether tot c3s sterker dan dat van gewoon Portland-cement dat in de test werd waargenomen.

C3A zal snel oplossen en hydrateren als het in contact komt met water, en de hydratatieproducten zijn meestal C2AH8 en c4AH13, en de hydratatiewarmte zal vrijkomen. Wanneer de oplossing van C2AH8 en c4AH13 verzadiging bereikt, zal de kristallisatie van C2AH8 en C4AH13 hexagonaal plaathydraat worden gevormd en zullen de reactiesnelheid en hydratatiewarmte tegelijkertijd worden verminderd. Vanwege de adsorptie van cellulose-ether aan het oppervlak van calciumaluminaathydraat (CxAHy), zou de aanwezigheid van cellulose-ether de kristallisatie van C2AH8- en C4AH13-hydraat met zeshoekige platen vertragen, wat resulteert in een afname van de reactiesnelheid en de snelheid waarmee de hydratatiewarmte vrijkomt. van zuiver C3A, waaruit blijkt dat cellulose-ether een zwak versnellingsvermogen heeft tot C3A-hydratatie. Het is vermeldenswaard dat cellulose-ether in deze test een zwak versnellend vermogen heeft voor de hydratatie van zuiver c3A. In gewoon Portland-cement zal cellulose-ether echter, omdat c3A zal reageren met gips om ettringiet te vormen, als gevolg van de invloed van de ca2+-balans in de slurryoplossing, de vorming van ettringiet vertragen, waardoor de hydratatie van c3A wordt vertraagd.

Van de effecten van HEC, HPMC en HEMC op de hydratatie- en warmteafgiftesnelheid en de cumulatieve warmteafgifte van gewoon Portland-cement, C3S en C3A binnen 72 uur, en de effecten van HEC op de hydratatie- en warmteafgiftesnelheid en de cumulatieve warmteafgifte van sulfoaluminaat cement binnen 72 uur kan worden gezien dat van de drie geselecteerde cellulose-ethers het vermogen tot vertraagde hydratatie van c3s en Portland-cement het sterkst was in HEC, gevolgd door HEMC, en het zwakst in HPMC. Wat C3A betreft, is het vermogen van de drie cellulose-ethers om de hydratatie te versnellen ook in dezelfde volgorde: HEC is de sterkste, HEMC is de tweede, HPMC is de zwakste en de sterkste. Dit bevestigde wederzijds dat cellulose-ether de vorming van hydratatieproducten van gelerende materialen heeft vertraagd.

De belangrijkste hydratatieproducten van sulfoaluminaatcement zijn ettringiet en Al(OH)3-gel. De C2S in sulfoaluminaatcement zal ook afzonderlijk hydrateren om Ca(OH)2- en cSH-gel te vormen. Omdat de adsorptie van cellulose-ether en ettringiet kan worden genegeerd en de hydratatie van sulfoaluminaat te snel is, heeft cellulose-ether in het vroege stadium van de hydratatie daarom weinig effect op de snelheid waarmee de hydratatiewarmte vrijkomt van sulfoaluminaatcement. Maar tot een bepaalde tijd van hydratatie, omdat c2s afzonderlijk zullen hydrateren om Ca(OH)2- en CSH-gel te genereren, zullen deze twee hydratatieproducten worden vertraagd door cellulose-ether. Daarom werd waargenomen dat cellulose-ether de hydratatie van sulfoaluminaatcement na 2 uur vertraagde.

4. Conclusie

In dit artikel werden door middel van een isotherme calorimetrietest de invloedswet en het vormingsmechanisme van cellulose-ether op de hydratatiewarmte van gewoon Portland-cement, c3s, c3A, sulfoaluminaatcement en andere verschillende componenten en enkelvoudig erts in 72 uur vergeleken. De belangrijkste conclusies zijn als volgt:

(1) Cellulose-ether kan de hydratatiewarmteafgiftesnelheid van gewoon Portland-cement en tricalciumsilicaat aanzienlijk verminderen, en het effect van het verminderen van de hydratatiewarmteafgiftesnelheid van tricalciumsilicaat is significanter; Het effect van cellulose-ether op het verminderen van de warmteafgiftesnelheid van sulfoaluminaatcement is zeer zwak, maar het heeft een zwak effect op het verbeteren van de warmteafgiftesnelheid van tricalciumaluminaat.

(2) Cellulose-ether zal door sommige hydratatieproducten worden geadsorbeerd, waardoor de kristallisatie van hydratatieproducten wordt vertraagd, waardoor de warmteafgiftesnelheid van cementhydratatie wordt beïnvloed. Het type en de hoeveelheid hydratatieproducten zijn verschillend voor verschillende componenten van cementerts, dus het effect van cellulose-ether op hun hydratatiewarmte is niet hetzelfde.