Éter de celulose na morfologia da etringita inicial

Os efeitos do éter hidroxietilmetilcelulose e do éter metilcelulose na morfologia da etringita na pasta de cimento inicial foram estudados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostram que a razão comprimento-diâmetro dos cristais de etringita na pasta modificada com éter hidroxietilmetilcelulose é menor do que na pasta comum, e a morfologia dos cristais de etringita é semelhante a um bastão curto. A relação comprimento-diâmetro dos cristais de etringita na pasta modificada com éter de metilcelulose é maior do que na pasta comum, e a morfologia dos cristais de etringita é em forma de haste. Os cristais de etringita em pastas de cimento comuns têm uma proporção de aspecto intermediária. Através do estudo experimental acima, fica ainda mais claro que a diferença de peso molecular de dois tipos de éter de celulose é o fator mais importante que afeta a morfologia da etringita.

Palavras-chave:etringita; Relação comprimento-diâmetro; éter metilcelulose; éter hidroxietilmetilcelulose; morfologia

A etringita, como produto de hidratação ligeiramente expandido, tem um efeito significativo no desempenho do concreto cimentício e sempre foi o foco de pesquisa de materiais à base de cimento. Etringita é um tipo de hidrato de aluminato de cálcio do tipo trissulfeto, sua fórmula química é [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, ou pode ser escrita como 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, frequentemente abreviado como AFT . No sistema de cimento Portland, a etringita é formada principalmente pela reação do gesso com minerais de aluminato ou aluminato férrico, que desempenha o papel de retardar a hidratação e a resistência inicial do cimento. A formação e a morfologia da etringita são afetadas por muitos fatores, como temperatura, valor de pH e concentração de íons. Já em 1976, Metha et al. usaram microscopia eletrônica de varredura para estudar as características morfológicas do AFt e descobriram que a morfologia desses produtos de hidratação levemente expandidos era ligeiramente diferente quando o espaço de crescimento era grande o suficiente e quando o espaço era limitado. O primeiro era principalmente esférulas delgadas em forma de haste de agulha, enquanto o último era principalmente prisma curto em forma de haste. A pesquisa de Yang Wenyan descobriu que as formas de AFt eram diferentes em diferentes ambientes de cura. Ambientes úmidos atrasariam a geração de AFT em concreto dopado por expansão e aumentariam a possibilidade de expansão e fissuração do concreto. Diferentes ambientes afetam não apenas a formação e microestrutura do AFt, mas também a sua estabilidade de volume. Chen Huxing et al. descobriram que a estabilidade a longo prazo da AFT diminuiu com o aumento do conteúdo de C3A. Clark e Monteiro et al. descobriram que com o aumento da pressão ambiental, a estrutura cristalina da AFT mudou de ordem para desordem. Balonis e Glasser revisaram as mudanças de densidade de AFm e AFT. Renaudin et al. estudaram as mudanças estruturais do AFt antes e após a imersão em solução e os parâmetros estruturais do AFt no espectro Raman. Kunther et al. estudaram o efeito da interação entre a relação cálcio-silício do gel CSH e o íon sulfato na pressão de cristalização de AFt por RMN. Ao mesmo tempo, com base na aplicação de AFt em materiais à base de cimento, Wenk et al. estudou a orientação do cristal AFt da seção de concreto através da tecnologia de acabamento por difração de raios X de radiação síncrotron dura. A formação de AFt em cimento misto e o hotspot de pesquisa da etringita foram explorados. Com base na reação retardada da etringita, alguns estudiosos conduziram muitas pesquisas sobre a causa da fase AFt.

A expansão de volume causada pela formação de etringita às vezes é favorável e pode atuar como uma “expansão” semelhante ao agente de expansão de óxido de magnésio para manter a estabilidade de volume de materiais à base de cimento. A adição de emulsão polimérica e pó de emulsão redispersível altera as propriedades macroscópicas dos materiais à base de cimento devido aos seus efeitos significativos na microestrutura dos materiais à base de cimento. No entanto, ao contrário do pó de emulsão redispersível que melhora principalmente a propriedade de ligação da argamassa endurecida, o éter de celulose polimérico solúvel em água (CE) confere à argamassa recém-misturada uma boa retenção de água e efeito de espessamento, melhorando assim o desempenho de trabalho. CE não iônico é comumente usado, incluindo metilcelulose (MC), hidroxietilcelulose (HEC), hidroxipropilmetilcelulose (HPMC),hidroxietilmetilcelulose (HEMC), etc., e o CE desempenha um papel na argamassa recém-misturada, mas também afeta o processo de hidratação da pasta de cimento. Estudos demonstraram que o HEMC altera a quantidade de AFt produzida como produto de hidratação. No entanto, nenhum estudo comparou sistematicamente o efeito do CE na morfologia microscópica de AFt, então este artigo explora a diferença do efeito de HEMC e MC na morfologia microscópica de ettringham em pasta de cimento inicial (1 dia) através de análise de imagem e comparação.

1. Experimente

1.1 Matérias-primas

O cimento Portland P·II 52.5R produzido pela Anhui Conch Cement Co., LTD foi selecionado como cimento no experimento. Os dois éteres de celulose são hidroxietilmetilcelulose (HEMC) e metilcelulose (metilcelulose, Shanghai Sinopath Group), respectivamente. MC); A água de mistura é água da torneira.

1.2 Métodos experimentais

A proporção água-cimento da amostra de pasta de cimento foi de 0,4 (a proporção em massa de água para cimento) e o teor de éter de celulose foi de 1% da massa de cimento. A preparação da amostra foi realizada de acordo com GB1346-2011 “Método de teste para consumo de água, tempo de pega e estabilidade da consistência padrão do cimento”. Após a formação da amostra, o filme plástico foi encapsulado na superfície do molde para evitar a evaporação e carbonização da água superficial, e a amostra foi colocada em uma sala de cura com temperatura de (20±2) ℃ e umidade relativa de (60±5). )%. Após 1 dia, o molde foi removido e a amostra quebrada, então uma pequena amostra foi retirada do meio e embebida em etanol anidro para encerrar a hidratação, e a amostra foi retirada e seca antes do teste. As amostras secas foram coladas à mesa de amostras com adesivo condutor de dupla face, e uma camada de filme de ouro foi pulverizada na superfície pelo instrumento de pulverização iônica automática Cressington 108auto. A corrente de pulverização catódica foi de 20 mA e o tempo de pulverização catódica foi de 60 s. O microscópio eletrônico de varredura ambiental FEI QUANTAFEG 650 (ESEM) foi utilizado para observar as características morfológicas do AFt na seção da amostra. O modo eletrônico secundário de alto vácuo foi usado para observar o AFT. A tensão de aceleração foi de 15 kV, o diâmetro do ponto do feixe foi de 3,0 nm e a distância de trabalho foi controlada em cerca de 10 mm.

2. Resultados e discussão

Imagens SEM de etringita em pasta de cimento modificada com HEMC endurecida mostraram que o crescimento de orientação de Ca (OH)2(CH) em camadas era óbvio, e AFt mostrou acúmulo irregular de AFt semelhante a haste curta, e alguma AFT semelhante a haste curta foi coberta com estrutura de membrana HEMC. Zhang Dongfang et al. também encontraram AFt curto em forma de bastão ao observar as mudanças na microestrutura da pasta de cimento modificada com HEMC através do ESEM. Eles acreditavam que a pasta de cimento comum reagia rapidamente após encontrar água, de modo que o cristal AFt era delgado e a extensão da idade de hidratação levava ao aumento contínuo da relação comprimento-diâmetro. Porém, o HEMC aumentou a viscosidade da solução, reduziu a taxa de ligação dos íons na solução e atrasou a chegada da água na superfície das partículas de clínquer, de modo que a relação comprimento-diâmetro do AFt aumentou em uma tendência fraca e suas características morfológicas mostraram formato curto em forma de bastão. Comparada com AFt em pasta de cimento comum da mesma idade, esta teoria foi parcialmente verificada, mas não é aplicável para explicar as alterações morfológicas de AFt em pasta de cimento modificada por MC. Imagens SEM de etridita em pasta de cimento modificada com MC endurecida por 1 dia também mostraram crescimento orientado de Ca(OH)2 em camadas, algumas superfícies de AFt também foram cobertas com estrutura de filme de MC, e AFt mostrou características morfológicas de crescimento de aglomerados. No entanto, em comparação, o cristal AFt na pasta de cimento modificada com MC tem uma relação comprimento-diâmetro maior e uma morfologia mais delgada, mostrando uma morfologia acicular típica.

Tanto o HEMC quanto o MC retardaram o processo inicial de hidratação do cimento e aumentaram a viscosidade da solução, mas as diferenças nas características morfológicas do AFt causadas por eles ainda eram significativas. Os fenômenos acima podem ser mais elaborados a partir da perspectiva da estrutura molecular do éter de celulose e da estrutura cristalina AFt. Renaudin et al. embebeu o AFt sintetizado na solução alcalina preparada para obter “AFt úmido”, e removeu-o parcialmente e secou-o na superfície de uma solução saturada de CaCl2 (35% de umidade relativa) para obter “AFt seco”. Após o estudo de refinamento da estrutura por espectroscopia Raman e difração de raios X em pó, constatou-se que não houve diferença entre as duas estruturas, apenas a direção de formação cristalina das células mudou no processo de secagem, ou seja, no processo de ambiental mudança de “úmido” para “seco”, os cristais AFT formaram células ao longo da direção normal de um aumento gradual. Os cristais AFt ao longo da direção c normal tornaram-se cada vez menores. A unidade mais básica do espaço tridimensional é composta por uma linha normal, b linha normal e c linha normal que são perpendiculares entre si. No caso em que os normais b foram fixados, os cristais AFt agruparam-se ao longo dos normais, resultando em uma seção transversal ampliada da célula no plano dos normais ab. Assim, se o HEMC “armazenar” mais água do que o MC, pode ocorrer um ambiente “seco” numa área localizada, encorajando a agregação lateral e o crescimento de cristais de AFt. Patural et al. descobriram que para o próprio CE, quanto maior o grau de polimerização (ou maior o peso molecular), maior a viscosidade do CE e melhor o desempenho de retenção de água. A estrutura molecular dos HEMCs e MCS apoia esta hipótese, com o grupo hidroxietilo tendo um peso molecular muito maior do que o grupo hidrogénio.

Geralmente, os cristais AFt se formarão e precipitarão somente quando os íons relevantes atingirem uma certa saturação no sistema de solução. Portanto, fatores como concentração de íons, temperatura, valor de pH e espaço de formação na solução de reação podem afetar significativamente a morfologia dos cristais de AFt, e mudanças nas condições de síntese artificial podem alterar a morfologia dos cristais de AFt. Portanto, a proporção de cristais AFt na pasta de cimento comum entre os dois pode ser causada pelo único fator de consumo de água na hidratação inicial do cimento. No entanto, a diferença na morfologia do cristal AFt causada por HEMC e MC deve ser principalmente devida ao seu mecanismo especial de retenção de água. Hemcs e MCS criam um “ciclo fechado” de transporte de água dentro da microzona da pasta de cimento fresca, permitindo um “curto período” em que a água é “fácil de entrar e difícil de sair”. No entanto, durante este período, o ambiente da fase líquida dentro e próximo da microzona também é alterado. Fatores como concentração de íons, pH, etc., A mudança do ambiente de crescimento é refletida ainda mais nas características morfológicas dos cristais AFt. Este “ciclo fechado” de transporte de água é semelhante ao mecanismo de ação descrito por Pourchez et al. HPMC desempenhando um papel na retenção de água.

3. Conclusão

(1) A adição de éter hidroxietilmetilcelulose (HEMC) e éter metilcelulose (MC) pode alterar significativamente a morfologia da etringita na pasta de cimento comum inicial (1 dia).

(2) O comprimento e o diâmetro do cristal de etringita na pasta de cimento modificada com HEMC são pequenos e em formato de haste curta; A proporção de comprimento e diâmetro dos cristais de etringita na pasta de cimento modificada por MC é grande, em forma de haste de agulha. Os cristais de etringita em pastas de cimento comuns têm uma relação de aspecto entre os dois.

(3) Os diferentes efeitos de dois éteres de celulose na morfologia da etringita devem-se essencialmente à diferença de peso molecular.