Celluloseeter på morfologien til tidlig ettringitt

Effektene av hydroksyetylmetylcelluloseeter og metylcelluloseeter på morfologien til ettringitt i tidlig sementslurry ble studert ved skanningelektronmikroskopi (SEM). Resultatene viser at lengde-diameterforholdet mellom ettringittkrystaller i hydroksyetylmetylcelluloseetermodifisert slurry er mindre enn i vanlig slurry, og morfologien til ettringittkrystaller er kortstavlignende. Lengde-diameterforholdet mellom ettringittkrystaller i metylcelluloseetermodifisert slurry er større enn i vanlig slurry, og morfologien til ettringittkrystaller er nålestav. Ettringittkrystallene i vanlige sementoppslemminger har et sideforhold et sted i mellom. Gjennom den ovennevnte eksperimentelle studien er det videre klart at forskjellen i molekylvekt til to typer celluloseeter er den viktigste faktoren som påvirker morfologien til ettringitt.

Stikkord:ettringitt; Lengde-diameter forhold; Metylcelluloseeter; Hydroxyethyl methyl cellulose ether; morfologi

Ettringitt, som et litt utvidet hydreringsprodukt, har en betydelig effekt på ytelsen til sementbetong, og har alltid vært forskningshotspot for sementbaserte materialer. Ettringitt er en slags trisulfid-type kalsiumaluminathydrat, dens kjemiske formel er [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, eller kan skrives som 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, ofte forkortet som AFt . I Portland sementsystem dannes ettringitt hovedsakelig ved reaksjonen av gips med aluminat- eller jern-aluminatmineraler, som spiller rollen som forsinker hydrering og tidlig styrke av sement. Dannelsen og morfologien til ettringitt påvirkes av mange faktorer som temperatur, pH-verdi og ionekonsentrasjon. Allerede i 1976, Metha et al. brukte skanningselektronmikroskopi for å studere de morfologiske egenskapene til AFt, og fant at morfologien til slike lett utvidede hydreringsprodukter var litt annerledes når vekstrommet var stort nok og når plassen var begrenset. Førstnevnte var stort sett slanke nålestavformede kuler, mens sistnevnte stort sett var korte stavformede prismer. Yang Wenyans forskning fant at AFt-former var forskjellige med forskjellige herdemiljøer. Våte miljøer vil forsinke AFt-generering i ekspansjonsdopet betong og øke muligheten for betongsvelling og sprekker. Ulike miljøer påvirker ikke bare dannelsen og mikrostrukturen til AFt, men også volumstabiliteten. Chen Huxing et al. fant at den langsiktige stabiliteten til AFt avtok med økningen av C3A-innhold. Clark og Monteiro et al. fant at med økningen i miljøtrykket, endret AFt-krystallstrukturen seg fra orden til uorden. Balonis og Glasser gjennomgikk tetthetsendringene til AFm og AFt. Renaudin et al. studerte de strukturelle endringene av AFt før og etter nedsenking i løsning og de strukturelle parametrene til AFt i Raman-spekteret. Kunther et al. studerte effekten av interaksjonen mellom CSH gel kalsium-silisium forhold og sulfation på AFt krystalliseringstrykk ved NMR. Samtidig, basert på anvendelse av AFt i sementbaserte materialer, har Wenk et al. studert AFt krystallorientering av betongseksjon gjennom hard synkrotronstråling røntgendiffraksjonsteknologi. Dannelsen av AFt i blandet sement og forskningshotspot av ettringitt ble utforsket. Basert på forsinket ettringittreaksjon, har noen forskere utført mye forskning på årsaken til AFt-fasen.

Volumutvidelsen forårsaket av dannelsen av ettringitt er noen ganger gunstig, og den kan fungere som en "ekspansjon" som ligner på magnesiumoksidekspansjonsmiddel for å opprettholde volumstabiliteten til sementbaserte materialer. Tilsetningen av polymeremulsjon og redispergerbart emulsjonspulver endrer de makroskopiske egenskapene til sementbaserte materialer på grunn av deres betydelige effekter på mikrostrukturen til sementbaserte materialer. I motsetning til det redispergerbare emulsjonspulveret som hovedsakelig forbedrer bindeegenskapene til herdet mørtel, gir den vannløselige polymercelluloseeteren (CE) den nylig blandede mørtelen god vannretensjon og fortykningseffekt, og forbedrer dermed arbeidsytelsen. Ikke-ionisk CE er ofte brukt, inkludert metylcellulose (MC), hydroksyetylcellulose (HEC), hydroksypropylmetylcellulose (HPMC),hydroksyetylmetylcellulose (HEMC), etc., og CE spiller en rolle i nylig blandet mørtel, men påvirker også hydratiseringsprosessen til sementslurry. Studier har vist at HEMC endrer mengden AFt produsert som et hydreringsprodukt. Imidlertid har ingen studier systematisk sammenlignet effekten av CE på den mikroskopiske morfologien til AFt, så denne artikkelen utforsker forskjellen mellom effekten av HEMC og MC på den mikroskopiske morfologien til ettringham i tidlig (1-dagers) sementslurry gjennom bildeanalyse og sammenligning.

1. Eksperiment

1.1 Råvarer

P·II 52.5R Portland-sement produsert av Anhui Conch Cement Co., LTD ble valgt som sement i eksperimentet. De to celluloseeterne er henholdsvis hydroksyetylmetylcellulose (HEMC) og metylcellulose (metylcellulose, Shanghai Sinopath Group). MC); Blandevannet er vann fra springen.

1.2 Eksperimentelle metoder

Vannsementforholdet til sementpastaprøven var 0,4 (masseforholdet vann til sement), og innholdet av celluloseeter var 1 % av sementmassen. Forberedelsen av prøven ble utført i henhold til GB1346-2011 "Testmetode for vannforbruk, herdingstid og stabilitet for sementstandardkonsistens". Etter dannelse av prøven ble plastfilm innkapslet på overflaten av formen for å forhindre fordampning av overflatevann og karbonisering, og prøven ble plassert i et herderom med en temperatur på (20±2)℃ og relativ fuktighet på (60±5) ) %. Etter 1 dag ble formen fjernet, og prøven ble brutt, deretter ble en liten prøve tatt fra midten og bløtlagt i vannfri etanol for å avslutte hydreringen, og prøven ble tatt ut og tørket før testing. De tørkede prøvene ble limt til prøvebordet med ledende dobbeltsidig lim, og et lag med gullfilm ble sprayet på overflaten av Cressington 108auto automatisk ioneforstøvningsinstrument. Sputterstrømmen var 20 mA og sputtertiden var 60 s. FEI QUANTAFEG 650 miljøskanningelektronmikroskop (ESEM) ble brukt til å observere de morfologiske egenskapene til AFt på prøveseksjonen. Høyvakuum sekundær elektronmodus ble brukt til å observere AFT. Akselerasjonsspenningen var 15 kV, strålepunktdiameteren var 3,0 nm, og arbeidsavstanden ble kontrollert til ca. 10 mm.

2. Resultater og diskusjon

SEM-bilder av ettringitt i herdet HEMC-modifisert sementslurry viste at orienteringsveksten av lagdelt Ca (OH)2(CH) var tydelig, og AFt viste uregelmessig akkumulering av kort stavlignende AFt, og noe kort stavlignende AFT var dekket med HEMC membranstruktur. Zhang Dongfang et al. fant også kort stavlignende AFt når man observerte mikrostrukturendringene til HEMC-modifisert sementslurry gjennom ESEM. De mente at vanlig sementslurry reagerte raskt etter å ha møtt vann, så AFt-krystall var slank, og utvidelsen av hydratiseringsalderen førte til en kontinuerlig økning av lengde-diameter-forholdet. Imidlertid økte HEMC viskositeten til løsningen, reduserte bindingshastigheten til ioner i løsningen og forsinket ankomsten av vann på overflaten av klinkerpartikler, slik at lengde-diameterforholdet til AFt økte i en svak trend og dets morfologiske egenskaper viste kort stavlignende form. Sammenlignet med AFt i vanlig sementslurry av samme alder, er denne teorien delvis verifisert, men den er ikke anvendelig for å forklare de morfologiske endringene av AFt i MC-modifisert sementslurry. SEM-bilder av ettriditt i 1-dagers herdet MC-modifisert sementslurry viste også orientert vekst av lagdelt Ca(OH)2, noen AFt-overflater ble også dekket med filmstruktur av MC, og AFt viste morfologiske egenskaper ved klyngevekst. Til sammenligning har imidlertid AFt-krystall i MC-modifisert sementslurry et større lengde-diameter-forhold og en slankere morfologi, som viser en typisk nåleformet morfologi.

Både HEMC og MC forsinket den tidlige hydratiseringsprosessen av sement og økte viskositeten til løsningen, men forskjellene i AFt morfologiske egenskaper forårsaket av dem var fortsatt betydelige. Fenomenene ovenfor kan utdypes ytterligere fra perspektivet til molekylstrukturen til celluloseeter og AFt-krystallstrukturen. Renaudin et al. bløtla den syntetiserte AFt i den forberedte alkaliløsningen for å få "våt AFt", og fjernet den delvis og tørket den på overflaten av mettet CaCl2-løsning (35 % relativ fuktighet) for å få "tørr AFt". Etter strukturforfiningsstudien ved Raman-spektroskopi og røntgenpulverdiffraksjon, ble det funnet at det ikke var noen forskjell mellom de to strukturene, bare retningen for krystalldannelse av celler endret seg i tørkeprosessen, det vil si i prosessen med miljø endre fra "våt" til "tørr", AFt krystaller dannet celler langs normal retning av en gradvis økt. AFt-krystallene langs c normalretningen ble mindre og mindre. Den mest grunnleggende enheten i tredimensjonalt rom er sammensatt av en normallinje, b normallinje og c normallinje som er vinkelrett på hverandre. I tilfellet at b-normaler ble fiksert, klynget AFt-krystaller seg langs en normaler, noe som resulterte i et forstørret celletverrsnitt i ab-normalplanet. Således, hvis HEMC "lagrer" mer vann enn MC, kan et "tørt" miljø oppstå i et lokalisert område, noe som oppmuntrer til lateral aggregering og vekst av AFt-krystaller. Patural et al. fant at for CE i seg selv, jo høyere grad av polymerisasjon (eller jo større molekylvekt), jo større er viskositeten til CE og jo bedre vannretensjonsytelse. Den molekylære strukturen til HEMC-er og MCS støtter denne hypotesen, med hydroksyetylgruppen som har en mye større molekylvekt enn hydrogengruppen.

Generelt vil AFt-krystaller dannes og utfelles bare når relevante ioner når en viss metning i løsningssystemet. Derfor kan faktorer som ionekonsentrasjon, temperatur, pH-verdi og formasjonsrom i reaksjonsløsningen påvirke morfologien til AFt-krystaller betydelig, og endringer i kunstige synteseforhold kan endre morfologien til AFt-krystaller. Derfor kan forholdet mellom AFt-krystaller i vanlig sementslurry mellom de to være forårsaket av enkeltfaktoren for vannforbruk i den tidlige hydratiseringen av sement. Imidlertid bør forskjellen i AFt-krystallmorfologi forårsaket av HEMC og MC hovedsakelig skyldes deres spesielle vannretensjonsmekanisme. Hemcs og MCS skaper en "lukket sløyfe" av vanntransport innenfor mikrosonen til den ferske sementoppslemmingen, noe som gir mulighet for en "kort periode" der vannet er "lett å komme inn og vanskelig å få ut." I løpet av denne perioden endres imidlertid også væskefasemiljøet i og nær mikrosonen. Faktorer som ionekonsentrasjon, pH, etc., Endringen av vekstmiljø gjenspeiles videre i de morfologiske egenskapene til AFt-krystaller. Denne "lukkede sløyfen" av vanntransport ligner virkningsmekanismen beskrevet av Pourchez et al. HPMC spiller en rolle i vannretensjon.

3. Konklusjon

(1) Tilsetning av hydroksyetylmetylcelluloseeter (HEMC) og metylcelluloseeter (MC) kan betydelig endre morfologien til ettringitt i tidlig (1 dag) vanlig sementslurry.

(2) Lengden og diameteren til ettringittkrystall i HEMC-modifisert sementslurry er liten og kort stavform; Lengde- og diameterforholdet til ettringittkrystaller i MC-modifisert sementslurry er stort, som har en nålstangform. Ettringittkrystallene i vanlige sementoppslemminger har et sideforhold mellom disse to.

(3) De forskjellige effektene av to celluloseetere på morfologien til ettringitt skyldes i hovedsak forskjellen i molekylvekt.