Wpływ eteru celulozy na ciepło hydratacji różnych cementów i pojedynczych rud

Porównano wpływ eteru celulozy na ciepło hydratacji cementu portlandzkiego, cementu sulfoglinianowego, krzemianu trójwapniowego i glinianu trójwapniowego w ciągu 72 godzin za pomocą testu kalorymetrii izotermicznej. Wyniki pokazują, że eter celulozy może znacząco zmniejszyć szybkość hydratacji i uwalniania ciepła cementu portlandzkiego i krzemianu trójwapniowego, a wpływ zmniejszenia wpływu na szybkość hydratacji i uwalniania ciepła krzemianu trójwapniowego jest bardziej znaczący. Wpływ eteru celulozy na zmniejszenie szybkości wydzielania ciepła podczas hydratacji cementu sulfoglinianowego jest bardzo słaby, ale ma słaby wpływ na poprawę szybkości uwalniania ciepła podczas hydratacji glinianu trójwapniowego. Eter celulozy zostanie zaadsorbowany przez niektóre produkty hydratacji, opóźniając w ten sposób krystalizację produktów hydratacji, a następnie wpłynie na szybkość uwalniania ciepła hydratacji cementu i pojedynczej rudy.

Słowa kluczowe:eter celulozy; Cement; Pojedyncza ruda; Ciepło hydratacji; adsorpcja

1. Wprowadzenie

Eter celulozy jest ważnym środkiem zagęszczającym i zatrzymującym wodę w suchych zaprawach mieszanych, betonie samozagęszczalnym i innych nowych materiałach na bazie cementu. Jednakże eter celulozy opóźnia także hydratację cementu, co sprzyja wydłużeniu czasu użytkowania materiałów na bazie cementu, poprawie konsystencji zaprawy i utracie czasu osiadania betonu, ale może również opóźnić postęp budowy. W szczególności będzie to miało niekorzystny wpływ na zaprawę i beton stosowane w warunkach środowiska o niskiej temperaturze. Dlatego bardzo ważne jest zrozumienie prawa eteru celulozy dotyczącego kinetyki hydratacji cementu.

OU i Pourchez systematycznie badali wpływ parametrów molekularnych, takich jak masa cząsteczkowa eteru celulozy, rodzaj podstawnika lub stopień podstawienia na kinetykę hydratacji cementu i wyciągnęli wiele ważnych wniosków: Zdolność eteru hydroksyetylocelulozy (HEC) do opóźniania hydratacji cementu cement jest zwykle mocniejszy niż eter metylocelulozy (HPMC), eter hydroksymetylocelulozy (HEMC) i eter metylocelulozy (MC). W eterze celulozy zawierającym metyl, im niższa zawartość metylu, tym silniejsza zdolność opóźniania hydratacji cementu; Im niższa masa cząsteczkowa eteru celulozy, tym silniejsza zdolność opóźniania hydratacji cementu. Wnioski te dostarczają naukowych podstaw do prawidłowego doboru eteru celulozy.

W przypadku różnych składników cementu wpływ eteru celulozy na kinetykę hydratacji cementu jest również bardzo istotnym problemem w zastosowaniach inżynieryjnych. Nie ma jednak badań na ten temat. W tej pracy zbadano wpływ eteru celulozy na kinetykę hydratacji zwykłego cementu portlandzkiego, C3S (krzemianu trójwapniowego), C3A (glinianu trójwapniowego) i cementu sulfoglinianowego (SAC) za pomocą izotermicznego testu kalorymetrycznego, aby lepiej zrozumieć interakcję i mechanizm wewnętrzny pomiędzy eterem celulozy a produktami hydratacji cementu. Dostarcza dalszych podstaw naukowych do racjonalnego wykorzystania eteru celulozy w materiałach na bazie cementu, a także zapewnia podstawę badawczą dotyczącą interakcji pomiędzy innymi domieszkami i produktami hydratacji cementu.

2. Testuj

2.1 Surowce

(1) zwykły cement portlandzki (P·0). Produkt wyprodukowany przez Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., specyfikacja to P·042.5 (GB 175-2007), oznaczona za pomocą spektrometru fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją długości fali (AXIOS Advanced, PANalytical Co., LTD.). Jak wynika z analiz programu JADE 5.0, obok minerałów klinkieru cementowego C3S, C2s, C3A, C4AF oraz gipsu, w skład surowców cementowych wchodzi także węglan wapnia.

(2) cement sulfoglinianowy (SAC). Szybki, twardy cement sulfoglinianowy produkowany przez Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. to R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Jego głównymi grupami są sulfoglinian wapnia i krzemian dwuwapniowy.

(3) krzemian trójwapniowy (C3S). Prasować Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 i H2O w stosunku 3:1:0,08: Stosunek masowy 10 wymieszano równomiernie i sprasowano pod stałym ciśnieniem 60 MPa, aby uzyskać cylindryczny surowy kęs. Kęs kalcynowano w temperaturze 1400°C przez 1,5 ~ 2 godziny w wysokotemperaturowym piecu elektrycznym z prętem krzemowo-molibdenowym, a następnie przeniesiono do kuchenki mikrofalowej w celu dalszego ogrzewania mikrofalowego przez 40 minut. Po wyjęciu kęsa poddano go gwałtownemu ochłodzeniu oraz wielokrotnemu łamaniu i kalcynowaniu, aż zawartość wolnego CaO w gotowym produkcie była mniejsza niż 1,0%.

(4) glinian trójwapniowy (c3A). CaO i A12O3 wymieszano równomiernie, kalcynowano w temperaturze 1450℃ przez 4 godziny w piecu elektrycznym z prętem krzemowo-molibdenowym, mielono na proszek i wielokrotnie kalcynowano, aż zawartość wolnego CaO była mniejsza niż 1,0%, a piki C12A7 i CA wynosiły ignorowane.

(5) eter celulozy. W poprzedniej pracy porównano wpływ 16 rodzajów eterów celulozy na szybkość hydratacji i uwalniania ciepła zwykłego cementu portlandzkiego i stwierdzono, że różne rodzaje eterów celulozy znacznie różnią się w zakresie prawa hydratacji i uwalniania ciepła przez cement, a także przeanalizowano mechanizm wewnętrzny tej istotnej różnicy. Zgodnie z wynikami poprzednich badań wybrano trzy rodzaje eterów celulozy, które mają wyraźny efekt opóźniający w stosunku do zwykłego cementu portlandzkiego. Należą do nich eter hydroksyetylocelulozy (HEC), eter hydroksypropylometylocelulozy (HPMC) i eter hydroksyetylometylocelulozy (HEMC). Lepkość eteru celulozy mierzono wiskozymetrem obrotowym przy stężeniu testowym 2%, temperaturze 20°C i prędkości obrotowej 12 obr/min. Lepkość eteru celulozy mierzono wiskozymetrem obrotowym przy stężeniu testowym 2%, temperaturze 20°C i prędkości obrotowej 12 obr/min. Molowy stopień podstawienia eteru celulozy podaje producent.

(6) Woda. Użyj wtórnej wody destylowanej.

2.2 Metoda badania

Ciepło hydratacji. Zastosowano 8-kanałowy kalorymetr izotermiczny TAM Air firmy TA Instrument Company. Przed eksperymentem wszystkie surowce utrzymywano w stałej temperaturze odpowiadającej temperaturze badania (takiej jak (20 ± 0,5) ℃). Najpierw do kalorymetru dodano 3 g cementu i 18 mg proszku eteru celulozy (stosunek masowy eteru celulozy do materiału cemelatywnego wynosił 0,6%). Po całkowitym wymieszaniu dodano zmieszaną wodę (wtórnie destylowaną) zgodnie z określonym stosunkiem wody do cementu i równomiernie wymieszano. Następnie szybko włożono go do kalorymetru w celu przetestowania. Stosunek wody do środka wiążącego c3A wynosi 1,1, a stosunek wody do środka wiążącego pozostałych trzech materiałów cementowych wynosi 0,45.

3. Wyniki i dyskusja

3.1 Wyniki testu

Wpływ HEC, HPMC i HEMC na szybkość uwalniania ciepła hydratacji i skumulowaną szybkość uwalniania ciepła zwykłego cementu portlandzkiego, C3S i C3A w ciągu 72 godzin oraz wpływ HEC na szybkość uwalniania ciepła hydratacji i skumulowaną szybkość uwalniania ciepła przez cement sulfoglinianowy w ciągu 72 godzin HEC jest eterem celulozy o najsilniejszym działaniu opóźniającym hydratację innego cementu i pojedynczej rudy. Łącząc te dwa efekty, można stwierdzić, że wraz ze zmianą składu materiału cementowego eter celulozy ma różny wpływ na szybkość uwalniania ciepła hydratacji i skumulowane uwalnianie ciepła. Wybrany eter celulozy może znacznie zmniejszyć szybkość hydratacji i wydzielania ciepła zwykłego cementu portlandzkiego i C, S, głównie wydłuża czas okresu indukcji, opóźnia pojawienie się piku hydratacji i uwalniania ciepła, wśród których eter celulozy do hydratacji C, S i opóźnienie szybkości uwalniania ciepła jest bardziej oczywiste niż w przypadku zwykłego cementu portlandzkiego opóźnienie szybkości hydratacji i uwalniania ciepła; Eter celulozy może również opóźniać szybkość uwalniania ciepła podczas hydratacji cementu sulfoglinianowego, ale zdolność opóźniania jest bardzo słaba i głównie opóźnia hydratację po 2 godzinach; Jeśli chodzi o szybkość uwalniania ciepła podczas hydratacji C3A, eter celulozy ma słabą zdolność przyspieszania.

3.2 Analiza i dyskusja

Mechanizm opóźniania hydratacji cementu przez eter celulozowy. Silva i in. postawiono hipotezę, że eter celulozowy zwiększa lepkość roztworu porów i utrudnia szybkość ruchu jonowego, opóźniając w ten sposób hydratację cementu. Jednak duża część literatury podaje w wątpliwość to założenie, ponieważ ich eksperymenty wykazały, że etery celulozy o niższej lepkości mają większą zdolność opóźniania hydratacji cementu. W rzeczywistości czas ruchu lub migracji jonów jest na tyle krótki, że w oczywisty sposób nie jest porównywalny z czasem opóźnienia hydratacji cementu. Za rzeczywistą przyczynę opóźnienia hydratacji cementu przez eter celulozy uważa się adsorpcję pomiędzy eterem celulozy a produktami hydratacji cementu. Eter celulozy łatwo adsorbuje się na powierzchni produktów hydratacji, takich jak wodorotlenek wapnia, żel CSH i hydrat glinianu wapnia, ale nie jest łatwo adsorbowany przez ettringit i fazę nieuwodnioną, a zdolność adsorpcji eteru celulozy na wodorotlenku wapnia jest wyższa niż żelu CSH. Dlatego w przypadku zwykłych produktów hydratacji cementu portlandzkiego eter celulozy ma najsilniejsze opóźnienie w przypadku wodorotlenku wapnia, najsilniejsze opóźnienie w przypadku wapnia, drugie opóźnienie w przypadku żelu CSH i najsłabsze opóźnienie w przypadku ettringitu.

Poprzednie badania wykazały, że adsorpcja pomiędzy niejonowym polisacharydem a fazą mineralną obejmuje głównie wiązania wodorowe i kompleksowanie chemiczne, a te dwa efekty zachodzą pomiędzy grupą hydroksylową polisacharydu a wodorotlenkiem metalu na powierzchni minerału. Liu i in. dalej sklasyfikował adsorpcję między polisacharydami i wodorotlenkami metali jako oddziaływanie kwasowo-zasadowe, z polisacharydami jako kwasami i wodorotlenkami metali jako zasadami. Dla danego polisacharydu zasadowość powierzchni minerału określa siłę oddziaływania pomiędzy polisacharydami i minerałami. Wśród czterech składników żelujących badanych w tym artykule głównymi pierwiastkami metalowymi i niemetalowymi są Ca, Al i Si. Zgodnie z kolejnością aktywności metali zasadowość ich wodorotlenków wynosi Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. W rzeczywistości roztwór Si(OH)4 jest kwaśny i nie adsorbuje eteru celulozy.Dlatego zawartość Ca(OH)2 na powierzchni produktów hydratacji cementu określa zdolność adsorpcji produktów hydratacji oraz eteru celulozy. Ponieważ wodorotlenek wapnia, żel CSH (3CaO·2SiO2·3H20), ettringit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). oraz hydrat glinianu wapnia (3CaO·Al2O3·6H2O) w zawartości nieorganicznych tlenków CaO wynosi 100%, 58,33%, 49,56% i 62,2%. Zatem rząd ich zdolności adsorpcji w eterze celulozy to wodorotlenek wapnia > wapń glinian > żel CSH > ettringit, co jest zgodne z wynikami literatury.

Produkty hydratacji c3S obejmują głównie Ca(OH) i żel csH, a eter celulozy ma na nie dobry efekt opóźniający. Dlatego eter celulozy ma bardzo wyraźne opóźnienie hydratacji C3. Oprócz c3S, zwykły cement portlandzki zawiera również hydratację C2, która jest wolniejsza, co sprawia, że ​​efekt opóźnienia eteru celulozy nie jest oczywisty na wczesnym etapie. Produkty hydratacji zwykłego krzemianu obejmują również ettringit, a efekt opóźnienia eteru celulozy jest słaby. Dlatego też zdolność opóźniania eteru celulozy do c3s jest silniejsza niż obserwowana w badaniu zdolność zwykłego cementu portlandzkiego.

C3A szybko się rozpuści i uwodni, gdy spotka się z wodą, a produktami hydratacji są zwykle C2AH8 i c4AH13, a ciepło hydratacji zostanie uwolnione. Gdy roztwór C2AH8 i c4AH13 osiągnie nasycenie, utworzy się krystalizacja sześciokątnego hydratu arkusza C2AH8 i C4AH13, a jednocześnie szybkość reakcji i ciepło hydratacji ulegną zmniejszeniu. Ze względu na adsorpcję eteru celulozy na powierzchni hydratu glinianu wapnia (CxAHy), obecność eteru celulozy opóźniłaby krystalizację hydratu heksagonalnej płytki C2AH8 i C4AH13, powodując zmniejszenie szybkości reakcji i szybkości uwalniania ciepła hydratacji w porównaniu do tego czystego C3A, co pokazuje, że eter celulozy ma słabą zdolność przyspieszania hydratacji C3A. Warto zaznaczyć, że w tym teście eter celulozy ma słabą zdolność przyspieszania hydratacji czystego c3A. Jednakże w zwykłym cemencie portlandzkim, ponieważ c3A będzie reagował z gipsem, tworząc ettringit, pod wpływem równowagi Ca2+ w roztworze zawiesiny, eter celulozy opóźnia tworzenie się ettringitu, opóźniając w ten sposób hydratację c3A.

Z wpływu HEC, HPMC i HEMC na szybkość hydratacji i uwalniania ciepła oraz skumulowane uwalnianie ciepła zwykłego cementu portlandzkiego, C3S i C3A w ciągu 72 godzin oraz wpływu HEC na szybkość hydratacji i uwalniania ciepła oraz skumulowane uwalnianie ciepła sulfoglinianu można zauważyć, że spośród trzech wybranych eterów celulozy zdolność opóźnionej hydratacji cementu c3s i portlandzkiego była największa w HEC, następnie HEMC, a najsłabsza w HPMC. Jeśli chodzi o C3A, zdolność trzech eterów celulozy do przyspieszania hydratacji jest również w tej samej kolejności, to znaczy HEC jest najsilniejszy, HEMC jest drugi, HPMC jest najsłabszy i najsilniejszy. To wzajemnie potwierdziło, że eter celulozy opóźnia powstawanie produktów hydratacji materiałów żelujących.

Głównymi produktami hydratacji cementu sulfoglinianowego są ettringit i żel Al(OH)3. C2S w cemencie sulfoglinianowym będzie również hydratował oddzielnie, tworząc żel Ca(OH)2 i cSH. Ponieważ można pominąć adsorpcję eteru celulozy i ettringitu, a hydratacja sulfoglinianu jest zbyt szybka, dlatego na wczesnym etapie hydratacji eter celulozy ma niewielki wpływ na szybkość wydzielania ciepła hydratacji cementu sulfoglinianowego. Jednak do pewnego czasu hydratacji, ponieważ c2s będą oddzielnie hydratować, tworząc żel Ca(OH)2 i CSH, te dwa produkty hydratacji będą opóźnione przez eter celulozy. W związku z tym zaobserwowano, że eter celulozy opóźnia hydratację cementu sulfoglinianowego po 2 godzinach.

4. Wniosek

W artykule, za pomocą izotermicznego testu kalorymetrycznego, porównano prawo wpływu i mechanizm powstawania eteru celulozy na ciepło hydratacji zwykłego cementu portlandzkiego, c3s, c3A, cementu sulfoglinianowego i innych różnych składników oraz pojedynczej rudy w ciągu 72 godzin. Główne wnioski są następujące:

(1) Eter celulozy może znacznie zmniejszyć szybkość uwalniania ciepła hydratacji zwykłego cementu portlandzkiego i krzemianu trójwapniowego, a efekt zmniejszenia szybkości uwalniania ciepła hydratacji krzemianu trójwapniowego jest bardziej znaczący; Wpływ eteru celulozy na zmniejszenie szybkości wydzielania ciepła przez cement sulfoglinianowy jest bardzo słaby, ale ma słaby wpływ na poprawę szybkości uwalniania ciepła przez glinian trójwapniowy.

(2) eter celulozy zostanie zaadsorbowany przez niektóre produkty hydratacji, opóźniając w ten sposób krystalizację produktów hydratacji, wpływając na szybkość uwalniania ciepła podczas hydratacji cementu. Rodzaj i ilość produktów hydratacji jest różna dla różnych składników rudy cementowej, zatem wpływ eteru celulozy na ciepło hydratacji nie jest taki sam.