Effekt av celluloseeter på hydreringsvarme av forskjellig sement og enkeltmalm

effekten av celluloseeter på hydratiseringsvarmen til Portland sement, sulfoaluminatsement, trikalsiumsilikat og trikalsiumaluminat i løpet av 72 timer ble sammenlignet med isotermisk kalorimetritest. Resultatene viser at celluloseeter kan redusere hydratiserings- og varmefrigjøringshastigheten til Portland-sement og trikalsiumsilikat betydelig, og reduksjonseffekten på hydrerings- og varmefrigjøringshastigheten til trikalsiumsilikat er mer signifikant. Effekten av celluloseeter på å redusere varmefrigjøringshastigheten for hydratiseringen av sulfoaluminatsement er svært svak, men den har en svak effekt på å forbedre varmefrigjøringshastigheten for hydratiseringen av trikalsiumaluminat. Celluloseeter vil bli adsorbert av noen hydratiseringsprodukter, og dermed forsinke krystalliseringen av hydratiseringsprodukter, og deretter påvirke hydratiseringsvarmefrigjøringshastigheten til sement og enkeltmalm.

Stikkord:cellulose eter; Sement; enkelt malm; Varme av hydrering; adsorpsjon

1. Introduksjon

Celluloseeter er et viktig fortykningsmiddel og vannholdende middel i tørrblandet mørtel, selvkomprimerende betong og andre nye sementbaserte materialer. Imidlertid vil celluloseeter også forsinke sementhydrering, noe som bidrar til å forbedre driftstiden til sementbaserte materialer, forbedre mørtelkonsistensen og tap av betongnedgang, men kan også forsinke konstruksjonsfremdriften. Spesielt vil det ha negative effekter på mørtel og betong som brukes i miljøforhold med lav temperatur. Derfor er det veldig viktig å forstå loven om celluloseeter på sementhydratiseringskinetikk.

OU og Pourchez studerte systematisk effekten av molekylære parametere som molekylvekt av celluloseeter, type substituent eller substitusjonsgrad på sementhydratiseringskinetikk, og trakk mange viktige konklusjoner: Hydroksyetylcelluloseeterens (HEC) evne til å forsinke hydreringen av sement er vanligvis sterkere enn metylcelluloseeter (HPMC), hydroksymetyletylcelluloseeter (HEMC) og metylcelluloseeter (MC). I celluloseeteren som inneholder metyl, jo lavere metylinnholdet er, desto sterkere er evnen til å forsinke hydratiseringen av sement; Jo lavere molekylvekten til celluloseeter, jo sterkere er evnen til å forsinke hydratiseringen av sement. Disse konklusjonene gir vitenskapelig grunnlag for å velge celluloseeter riktig.

For forskjellige komponenter av sement er effekten av celluloseeter på sementhydratiseringskinetikk også et svært bekymret problem i ingeniørapplikasjoner. Det er imidlertid ingen forskning på dette aspektet. I denne artikkelen ble påvirkningen av celluloseeter på hydreringskinetikken til vanlig Portland-sement, C3S(trikalsiumsilikat), C3A(trikalsiumaluminat) og sulfoaluminatsement (SAC) studert gjennom isotermisk kalorimetritest, for å forstå interaksjonen ytterligere og indre mekanisme mellom celluloseeter og sementhydratiseringsprodukter. Det gir ytterligere vitenskapelig grunnlag for rasjonell bruk av celluloseeter i sementbaserte materialer og gir også forskningsgrunnlag for samspillet mellom andre tilsetningsstoffer og sementhydreringsprodukter.

2. Test

2.1 Råvarer

(1) vanlig Portland sement (P·0). Produsert av Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., spesifikasjonen er P·042.5 (GB 175-2007), bestemt av røntgenfluorescensspektrometer av bølgelengdedispersjonstype (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). I følge analysen av JADE 5.0-programvare inkluderer sementråmaterialer i tillegg til sementklinkermineralene C3S, C2s, C3A, C4AF og gips også kalsiumkarbonat.

(2) sulfoaluminatsement (SAC). Den raske harde sulfoaluminatsementen produsert av Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. er R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Hovedgruppene er kalsiumsulfoaluminat og dikalsiumsilikat.

(3) trikalsiumsilikat (C3S). Press Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 og H2O ved 3:1:0,08: Et masseforhold på 10 ble blandet jevnt og presset under et konstant trykk på 60MPa for å lage en sylindrisk grønn billett. Emnet ble kalsinert ved 1400 ℃ i 1,5 ~ 2 timer i en silisium-molybdenstav høytemperatur elektrisk ovn, og deretter flyttet inn i en mikrobølgeovn for ytterligere mikrobølgeoppvarming i 40 minutter. Etter å ha tatt ut emnet ble det brått avkjølt og gjentatte ganger brutt og kalsinert inntil innholdet av fri CaO i det ferdige produktet var mindre enn 1,0 %

(4) trikalsiumaluminat (c3A). CaO og A12O3 ble blandet jevnt, kalsinert ved 1450 ℃ i 4 timer i en silisium-molybden stav elektrisk ovn, malt til pulver og gjentatte ganger kalsinert til innholdet av fri CaO var mindre enn 1,0 %, og toppene av C12A7 og CA var ignorert.

(5) celluloseeter. Det forrige arbeidet sammenlignet effekten av 16 typer celluloseetere på hydratiserings- og varmefrigjøringshastigheten til vanlig Portland-sement, og fant at forskjellige typer celluloseetere har betydelige forskjeller på hydratiserings- og varmefrigjøringsloven til sement, og analyserte den interne mekanismen av denne betydelige forskjellen. I følge resultatene fra tidligere studie ble det valgt ut tre typer celluloseeter som har åpenbar retarderende effekt på vanlig Portland-sement. Disse inkluderer hydroksyetylcelluloseeter (HEC), hydroksypropylmetylcelluloseeter (HPMC) og hydroksyetylmetylcelluloseeter (HEMC). Viskositeten til celluloseeter ble målt med et roterende viskosimeter med en testkonsentrasjon på 2 %, en temperatur på 20 ℃ og en rotasjonshastighet på 12 r/min. Viskositeten til celluloseeter ble målt med et roterende viskosimeter med en testkonsentrasjon på 2 %, en temperatur på 20 ℃ og en rotasjonshastighet på 12 r/min. Den molare substitusjonsgraden for celluloseeter er gitt av produsenten.

(6) Vann. Bruk sekundært destillert vann.

2.2 Testmetode

Hydratiseringsvarme. TAM Air 8-kanals isotermisk kalorimeter produsert av TA Instrument Company ble tatt i bruk. Alle råmaterialer ble holdt konstant temperatur til testtemperatur (som (20± 0,5) ℃) før eksperimentet. Først ble 3 g sement og 18 mg celluloseeterpulver tilsatt kalorimeteret (masseforholdet mellom celluloseeter og cemellativt materiale var 0,6%). Etter full blanding ble blandet vann (sekundært destillert vann) tilsatt i henhold til spesifisert vann-sement-forhold og omrørt jevnt. Deretter ble den raskt satt inn i kalorimeteret for testing. Vann-bindemiddelforholdet til c3A er 1,1, og vannbindemiddelforholdet for de tre andre sementholdige materialene er 0,45.

3. Resultater og diskusjon

3.1 Testresultater

Effektene av HEC, HPMC og HEMC på hydreringsvarmefrigjøringshastigheten og kumulativ varmefrigjøringshastighet for vanlig Portland-sement, C3S og C3A innen 72 timer, og effektene av HEC på hydreringsvarmefrigjøringshastigheten og kumulativ varmefrigjøringshastighet for sulfoaluminatsement innen 72 timer er HEC celluloseeteren med den sterkeste forsinkelseseffekten på hydrering av annen sement og enkeltmalm. Ved å kombinere de to effektene, kan det bli funnet at med endring av sementholdig materialsammensetning har celluloseeter forskjellige effekter på hydratiseringsvarmefrigjøringshastigheten og kumulativ varmefrigjøring. Den valgte celluloseeteren kan betydelig redusere hydratiserings- og varmefrigjøringshastigheten til vanlig Portland-sement og C, S, forlenger hovedsakelig induksjonsperioden, forsinker utseendet av hydratisering og varmeavgivelsestopp, blant annet celluloseeteren til C, S-hydrering og forsinkelse av varmeavgivelseshastighet er mer åpenbar enn vanlig Portland-sement-hydrering og forsinkelse av varmefrigjøringshastighet; Celluloseeter kan også forsinke varmefrigjøringshastigheten for sulfoaluminatsementhydratisering, men forsinkelsesevnen er veldig svak, og forsinker hovedsakelig hydreringen etter 2 timer; For varmefrigjøringshastigheten til C3A-hydrering har celluloseeter svak akselerasjonsevne.

3.2 Analyse og diskusjon

Mekanismen for celluloseeter forsinker sementhydrering. Silva et al. antok at celluloseeter økte viskositeten til poreløsningen og hindret hastigheten på ionisk bevegelse, og dermed forsinket sementhydrering. Mye litteratur har imidlertid tvilt på denne antagelsen, da deres eksperimenter har funnet ut at celluloseetere med lavere viskositet har en sterkere evne til å forsinke sementhydrering. Faktisk er tiden for ionebevegelse eller migrering så kort at den åpenbart ikke er sammenlignbar med tiden for sementhydratiseringsforsinkelse. Adsorpsjonen mellom celluloseeter og sementhydratiseringsprodukter anses å være den virkelige årsaken til forsinkelsen av sementhydratisering av celluloseeter. Celluloseeter adsorberes lett til overflaten av hydratiseringsprodukter som kalsiumhydroksid, CSH-gel og kalsiumaluminathydrat, men det er ikke lett å bli adsorbert av ettringitt og uhydratisert fase, og adsorpsjonskapasiteten til celluloseeter på kalsiumhydroksid er høyere enn det av CSH gel. Derfor, for vanlige Portland-sementhydreringsprodukter, har celluloseeter den sterkeste forsinkelsen på kalsiumhydroksid, den sterkeste forsinkelsen på kalsium, den andre forsinkelsen på CSH-gel og den svakeste forsinkelsen på ettringitt.

Tidligere studier har vist at adsorpsjonen mellom ikke-ionisk polysakkarid og mineralfase hovedsakelig inkluderer hydrogenbinding og kjemisk kompleksdannelse, og disse to effektene oppstår mellom hydroksylgruppen til polysakkarid og metallhydroksidet på mineraloverflaten. Liu et al. videre klassifiserte adsorpsjonen mellom polysakkarider og metallhydroksider som syre-base interaksjon, med polysakkarider som syrer og metallhydroksider som baser. For et gitt polysakkarid bestemmer alkaliniteten til mineraloverflaten styrken på samspillet mellom polysakkarider og mineraler. Blant de fire geleringskomponentene som er studert i denne artikkelen, inkluderer hovedmetall- eller ikke-metallelementene Ca, Al og Si. I henhold til rekkefølgen av metallaktivitet er alkaliniteten til hydroksydene deres Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Faktisk er Si(OH)4-løsningen sur og adsorberer ikke celluloseeter. Derfor, innholdet av Ca(OH)2 på overflaten av sementhydreringsprodukter bestemmer adsorpsjonskapasiteten til hydratiseringsprodukter og celluloseeter Fordi kalsiumhydroksid, CSH-gel (3CaO·2SiO2·3H20), ettringitt (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) og kalsiumaluminathydrat (3CaO·Al2O3·6H2O) i innholdet av uorganiske oksider av CaO er 100 %, 58,33 %, 49,56 % og 62,2 %. Derfor er rekkefølgen av deres adsorpsjonskapasitet med celluloseeter kalsiumhydroksid > kalsium aluminat >CSH gel > ettringitt, som samsvarer med resultatene i litteraturen.

Hydratiseringsproduktene til c3S inkluderer hovedsakelig Ca(OH) og csH-gel, og celluloseeter har en god forsinkelseseffekt på dem. Derfor har celluloseeter en veldig åpenbar forsinkelse på C3s-hydrering. Foruten c3S inkluderer vanlig Portland-sement også C2s-hydrering som er langsommere, noe som gjør at forsinkelseseffekten av celluloseeter ikke er åpenbar i det tidlige stadiet. Hydratiseringsproduktene til vanlig silikat inkluderer også ettringitt, og forsinkelseseffekten av celluloseeter er dårlig. Derfor er forsinkelsesevnen til celluloseeter til c3s sterkere enn for vanlig Portland-sement observert i testen.

C3A vil løse seg opp og hydrere raskt når det møter vann, og hydreringsproduktene er vanligvis C2AH8 og c4AH13, og hydreringsvarmen vil frigjøres. Når løsningen av C2AH8 og c4AH13 når metning, vil krystalliseringen av C2AH8 og C4AH13 heksagonalt arkhydrat dannes, og reaksjonshastigheten og hydratiseringsvarmen reduseres samtidig. På grunn av adsorpsjonen av celluloseeter til overflaten av kalsiumaluminathydrat (CxAHy), vil tilstedeværelsen av celluloseeter forsinke krystalliseringen av C2AH8 og C4AH13 sekskantet platehydrat, noe som resulterer i reduksjon av reaksjonshastighet og hydratiseringsvarmefrigjøringshastighet enn det av ren C3A, som viser at celluloseeter har en svak akselerasjonsevne til C3A-hydrering. Det er verdt å merke seg at i denne testen har celluloseeter en svak akselererende evne til hydrering av ren c3A. Men i vanlig Portland-sement, fordi c3A vil reagere med gips for å danne ettringitt, på grunn av påvirkningen av ca2+-balansen i slurryløsning, vil celluloseeter forsinke dannelsen av ettringitt, og dermed forsinke hydratiseringen av c3A.

Fra effekten av HEC, HPMC og HEMC på hydratiserings- og varmefrigjøringshastigheten og kumulativ varmefrigjøring av vanlig Portland-sement, C3S og C3A innen 72 timer, og effekten av HEC på hydratiserings- og varmefrigjøringshastigheten og kumulativ varmefrigjøring av sulfoaluminat sement innen 72 timer, kan det sees at blant de tre celluloseeterne som ble valgt, var evnen til forsinket hydrering av c3s og Portland sement sterkest i HEC, etterfulgt av HEMC, og svakest i HPMC. Når det gjelder C3A, er de tre celluloseeternes evne til å akselerere hydrering også i samme rekkefølge, det vil si at HEC er sterkest, HEMC er det andre, HPMC er svakest og sterkest. Dette bekreftet gjensidig at celluloseeter har forsinket dannelsen av hydratiseringsprodukter av gelerende materialer.

De viktigste hydreringsproduktene av sulfoaluminatsement er ettringitt og Al(OH)3-gel. C2S i sulfoaluminatsement vil også hydratisere separat for å danne Ca(OH)2 og cSH-gel. Fordi adsorpsjonen av celluloseeter og ettringitt kan ignoreres, og hydratiseringen av sulfoaluminat er for rask, har derfor celluloseeter liten effekt på hydreringsvarmefrigjøringshastigheten til sulfoaluminatsement i det tidlige stadiet av hydratisering. Men til en viss tid med hydratisering, fordi c2s vil hydratisere separat for å generere Ca(OH)2 og CSH-gel, vil disse to hydratiseringsproduktene bli forsinket av celluloseeter. Derfor ble det observert at celluloseeter forsinket hydratiseringen av sulfoaluminatsement etter 2 timer.

4. Konklusjon

I denne artikkelen, gjennom isotermisk kalorimetri-test, ble påvirkningsloven og dannelsesmekanismen til celluloseeter på hydreringsvarmen til vanlig Portland-sement, c3s, c3A, sulfoaluminatsement og andre forskjellige komponenter og enkeltmalm i løpet av 72 timer sammenlignet. Hovedkonklusjonene er som følger:

(1) Celluloseeter kan redusere hydreringsvarmefrigjøringshastigheten til vanlig Portland-sement og trikalsiumsilikat betydelig, og effekten av å redusere hydreringsvarmefrigjøringshastigheten til trikalsiumsilikat er mer signifikant; Effekten av celluloseeter på å redusere varmeavgivelseshastigheten til sulfoaluminatsement er svært svak, men den har en svak effekt på å forbedre varmeavgivelseshastigheten til trikalsiumaluminat.

(2) celluloseeter vil bli adsorbert av noen hydratiseringsprodukter, og dermed forsinke krystalliseringen av hydratiseringsprodukter, noe som påvirker varmeavgivelseshastigheten for sementhydratisering. Typen og mengden av hydratiseringsprodukter er forskjellig for forskjellige komponenter i sementmalm, så effekten av celluloseeter på hydratiseringsvarmen deres er ikke den samme.