Efeito do éter de celulose no calor de hidratação de diferentes cimentos e minérios individuais

os efeitos do éter de celulose no calor de hidratação do cimento Portland, cimento sulfoaluminato, silicato tricálcico e aluminato tricálcico em 72h foram comparados por teste de calorimetria isotérmica. Os resultados mostram que o éter de celulose pode reduzir significativamente a taxa de hidratação e liberação de calor do cimento Portland e do silicato tricálcico, e o efeito de diminuição na taxa de hidratação e liberação de calor do silicato tricálcico é mais significativo. O efeito do éter de celulose na redução da taxa de liberação de calor da hidratação do cimento sulfoaluminato é muito fraco, mas tem um efeito fraco na melhoria da taxa de liberação de calor da hidratação do aluminato tricálcico. O éter de celulose será adsorvido por alguns produtos de hidratação, atrasando assim a cristalização dos produtos de hidratação, e então afetará a taxa de liberação de calor de hidratação do cimento e do minério único.

Palavras-chave:éter de celulose; Cimento; Minério único; Calor de hidratação; adsorção

1. Introdução

O éter de celulose é um importante agente espessante e agente de retenção de água em argamassas misturadas a seco, concreto autoadensável e outros novos materiais à base de cimento. No entanto, o éter de celulose também retardará a hidratação do cimento, o que contribui para melhorar o tempo operacional dos materiais à base de cimento, melhorar a consistência da argamassa e a perda do tempo de abatimento do concreto, mas também pode atrasar o progresso da construção. Em particular, terá efeitos adversos na argamassa e no betão utilizados em condições ambientais de baixa temperatura. Portanto, é muito importante compreender a lei do éter de celulose na cinética de hidratação do cimento.

OU e Pourchez estudaram sistematicamente os efeitos de parâmetros moleculares, como peso molecular do éter de celulose, tipo de substituinte ou grau de substituição na cinética de hidratação do cimento, e tiraram muitas conclusões importantes: A capacidade do éter de hidroxietilcelulose (HEC) de retardar a hidratação de o cimento é geralmente mais forte do que o éter de metilcelulose (HPMC), o éter de hidroximetiletilcelulose (HEMC) e o éter de metilcelulose (MC). No éter de celulose contendo metila, quanto menor o teor de metila, maior será a capacidade de retardar a hidratação do cimento; Quanto menor o peso molecular do éter de celulose, maior será a capacidade de retardar a hidratação do cimento. Estas conclusões fornecem base científica para a seleção correta do éter de celulose.

Para diferentes componentes do cimento, o efeito do éter de celulose na cinética de hidratação do cimento também é um problema muito preocupante em aplicações de engenharia. No entanto, não há pesquisas sobre esse aspecto. Neste trabalho foi estudada a influência do éter de celulose na cinética de hidratação do cimento Portland comum C3S(silicato tricálcico), C3A(aluminato tricálcico) e cimento sulfoaluminato (SAC) através de ensaio de calorimetria isotérmica para melhor compreender a interação e mecanismo interno entre o éter de celulose e os produtos de hidratação do cimento. Fornece base científica adicional para o uso racional do éter de celulose em materiais à base de cimento e também fornece base de pesquisa para a interação entre outros aditivos e produtos de hidratação do cimento.

2. Teste

2.1 Matérias-Primas

(1) cimento Portland comum (P·0). Fabricado por Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., a especificação é P· 042,5 (GB 175-2007), determinada por espectrômetro de fluorescência de raios X do tipo dispersão de comprimento de onda (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). De acordo com a análise do software JADE 5.0, além dos minerais de clínquer de cimento C3S, C2s, C3A, C4AF e gesso, as matérias-primas do cimento também incluem carbonato de cálcio.

(2) cimento sulfoaluminato (SAC). O cimento sulfoaluminato duro e rápido produzido pela Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. é R.Star 42,5 (GB 20472-2006). Seus principais grupos são o sulfoaluminato de cálcio e o silicato dicálcico.

(3) silicato tricálcico (C3S). Prensa Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 e H2O a 3:1:0,08: Uma proporção de massa de 10 foi misturada uniformemente e prensada sob uma pressão constante de 60MPa para fazer um tarugo verde cilíndrico. O tarugo foi calcinado a 1400 ℃ por 1,5 ~ 2 h em um forno elétrico de alta temperatura com haste de silício-molibdênio e depois movido para um forno de micro-ondas para aquecimento adicional por micro-ondas por 40 minutos. Após a retirada do tarugo, ele foi resfriado abruptamente e repetidamente quebrado e calcinado até que o teor de CaO livre no produto acabado fosse inferior a 1,0%

(4) aluminato tricálcico (c3A). CaO e A12O3 foram misturados uniformemente, calcinados a 1450 ℃ por 4 h em um forno elétrico de haste de silício-molibdênio, moídos em pó e calcinados repetidamente até que o conteúdo de CaO livre fosse inferior a 1,0%, e os picos de C12A7 e CA fossem ignorado.

(5) éter de celulose. O trabalho anterior comparou os efeitos de 16 tipos de éteres de celulose na hidratação e na taxa de liberação de calor do cimento Portland comum, e descobriu que diferentes tipos de éteres de celulose apresentam diferenças significativas na lei de hidratação e liberação de calor do cimento, e analisou o mecanismo interno desta diferença significativa. De acordo com os resultados de estudos anteriores, foram selecionados três tipos de éter de celulose que têm efeito retardador óbvio no cimento Portland comum. Estes incluem éter de hidroxietilcelulose (HEC), éter de hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) e éter de hidroxietilmetilcelulose (HEMC). A viscosidade do éter de celulose foi medida por um viscosímetro rotativo com concentração de teste de 2%, temperatura de 20°C e velocidade de rotação de 12 r/min. A viscosidade do éter de celulose foi medida por um viscosímetro rotativo com concentração de teste de 2%, temperatura de 20°C e velocidade de rotação de 12 r/min. O grau de substituição molar do éter de celulose é fornecido pelo fabricante.

(6) Água. Use água destilada secundária.

2.2 Método de teste

Calor de hidratação. Foi adotado o calorímetro isotérmico de 8 canais TAM Air produzido pela TA Instrument Company. Todas as matérias-primas foram mantidas em temperatura constante até a temperatura de teste (como (20± 0,5)℃) antes do experimento. Primeiramente, 3 g de cimento e 18 mg de éter de celulose em pó foram adicionados ao calorímetro (a proporção em massa de éter de celulose para material cimentoso foi de 0,6%). Após a mistura completa, água misturada (água destilada secundária) foi adicionada de acordo com a proporção especificada de água-cimento e agitada uniformemente. Em seguida, foi rapidamente colocado no calorímetro para teste. A proporção de aglutinante de água de c3A é 1,1, e a proporção de aglutinante de água dos outros três materiais cimentícios é de 0,45.

3. Resultados e discussão

3.1 Resultados do teste

Os efeitos de HEC, HPMC e HEMC na taxa de liberação de calor de hidratação e na taxa de liberação de calor cumulativa do cimento Portland comum, C3S e C3A dentro de 72 horas, e os efeitos do HEC na taxa de liberação de calor de hidratação e na taxa de liberação de calor cumulativa do cimento sulfoaluminato dentro de 72 h, o HEC é o éter de celulose com o efeito de retardo mais forte na hidratação de outros cimentos e minérios individuais. Combinando os dois efeitos, verifica-se que com a alteração da composição do material cimentício, o éter de celulose tem efeitos diferentes na taxa de liberação de calor de hidratação e na liberação de calor cumulativo. O éter de celulose selecionado pode reduzir significativamente a taxa de hidratação e liberação de calor do cimento Portland comum e C, S, principalmente prolonga o tempo do período de indução, retarda o aparecimento do pico de hidratação e liberação de calor, entre os quais o éter de celulose para hidratação C, S e o atraso na taxa de liberação de calor é mais óbvio do que o atraso comum na hidratação do cimento Portland e na taxa de liberação de calor; O éter de celulose também pode atrasar a taxa de liberação de calor da hidratação do cimento sulfoaluminato, mas a capacidade de retardo é muito fraca e atrasa principalmente a hidratação após 2 h; Para a taxa de liberação de calor da hidratação do C3A, o éter de celulose tem fraca capacidade de aceleração.

3.2 Análise e discussão

O mecanismo do éter celulósico retarda a hidratação do cimento. Silva e outros. levantaram a hipótese de que o éter celulósico aumentava a viscosidade da solução dos poros e prejudicava a taxa de movimento iônico, atrasando assim a hidratação do cimento. No entanto, muita literatura tem duvidado desta suposição, uma vez que as suas experiências descobriram que os éteres de celulose com menor viscosidade têm uma capacidade mais forte de retardar a hidratação do cimento. Na verdade, o tempo de movimento ou migração dos íons é tão curto que obviamente não é comparável ao tempo de atraso na hidratação do cimento. A adsorção entre o éter de celulose e os produtos de hidratação do cimento é considerada a verdadeira razão para o atraso na hidratação do cimento pelo éter de celulose. O éter de celulose é facilmente adsorvido na superfície de produtos de hidratação, como hidróxido de cálcio, gel CSH e hidrato de aluminato de cálcio, mas não é fácil de ser adsorvido pela etringita e pela fase não hidratada, e a capacidade de adsorção do éter de celulose no hidróxido de cálcio é maior do que o do gel CSH. Portanto, para produtos comuns de hidratação de cimento Portland, o éter de celulose tem o atraso mais forte no hidróxido de cálcio, o atraso mais forte no cálcio, o segundo atraso no gel CSH e o atraso mais fraco na etringita.

Estudos anteriores mostraram que a adsorção entre o polissacarídeo não iônico e a fase mineral inclui principalmente ligações de hidrogênio e complexação química, e esses dois efeitos ocorrem entre o grupo hidroxila do polissacarídeo e o hidróxido metálico na superfície mineral. Liu et al. classificou ainda a adsorção entre polissacarídeos e hidróxidos metálicos como interação ácido-base, com polissacarídeos como ácidos e hidróxidos metálicos como bases. Para um determinado polissacarídeo, a alcalinidade da superfície mineral determina a força da interação entre polissacarídeos e minerais. Entre os quatro componentes gelificantes estudados neste artigo, os principais elementos metálicos ou não metálicos incluem Ca, Al e Si. De acordo com a ordem de atividade do metal, a alcalinidade de seus hidróxidos é Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Na verdade, a solução de Si(OH)4 é ácida e não adsorve éter de celulose. Portanto, o teor de Ca(OH)2 na superfície dos produtos de hidratação do cimento determina a capacidade de adsorção dos produtos de hidratação e do éter de celulose, pois hidróxido de cálcio, gel CSH (3CaO·2SiO2·3H20), etringita (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) e hidrato de aluminato de cálcio (3CaO·Al2O3·6H2O) no teor de óxidos inorgânicos de CaO é 100%, 58,33%, 49,56% e 62,2%. Portanto, a ordem de sua capacidade de adsorção com éter de celulose é hidróxido de cálcio > cálcio. aluminato > gel CSH > etringita, o que é consistente com os resultados da literatura.

Os produtos de hidratação do c3S incluem principalmente Ca(OH) e gel csH, e o éter de celulose tem um bom efeito retardador sobre eles. Portanto, o éter de celulose tem um atraso muito óbvio na hidratação do C3. Além do c3S, o cimento Portland comum também inclui a hidratação do C2s, que é mais lenta, o que faz com que o efeito retardador do éter de celulose não seja óbvio no estágio inicial. Os produtos de hidratação do silicato comum também incluem etringita, e o efeito retardador do éter de celulose é fraco. Portanto, a capacidade de atraso do éter de celulose em c3s é mais forte do que a do cimento Portland comum observada no teste.

O C3A se dissolverá e hidratará rapidamente quando encontrar a água, e os produtos de hidratação geralmente são C2AH8 e c4AH13, e o calor da hidratação será liberado. Quando a solução de C2AH8 e c4AH13 atingir a saturação, a cristalização do hidrato de folha hexagonal C2AH8 e C4AH13 será formada, e a taxa de reação e o calor de hidratação serão reduzidos ao mesmo tempo. Devido à adsorção do éter de celulose à superfície do hidrato de aluminato de cálcio (CxAHy), a presença de éter de celulose atrasaria a cristalização do hidrato de placa hexagonal C2AH8 e C4AH13, resultando na diminuição da taxa de reação e da taxa de liberação de calor de hidratação do que aquela. de C3A puro, o que mostra que o éter de celulose tem uma fraca capacidade de aceleração da hidratação de C3A. Vale ressaltar que neste teste o éter de celulose apresenta fraca capacidade de aceleração da hidratação do c3A puro. No entanto, no cimento Portland comum, como o c3A reagirá com o gesso para formar a etringita, devido à influência do equilíbrio de ca2+ na solução da pasta, o éter de celulose retardará a formação da etringita, retardando assim a hidratação do c3A.

Dos efeitos de HEC, HPMC e HEMC na hidratação e taxa de liberação de calor e liberação de calor cumulativa de cimento Portland comum, C3S e C3A dentro de 72 horas, e os efeitos de HEC na hidratação e taxa de liberação de calor e liberação de calor cumulativa de sulfoaluminato cimento dentro de 72 h, pode-se observar que entre os três éteres de celulose selecionados, a capacidade de hidratação retardada do c3s e do cimento Portland foi mais forte em HEC, seguida por HEMC, e mais fraca em HPMC. No que diz respeito ao C3A, a capacidade dos três éteres de celulose em acelerar a hidratação também está na mesma ordem, ou seja, HEC é o mais forte, HEMC é o segundo, HPMC é o mais fraco e mais forte. Isto confirmou mutuamente que o éter de celulose atrasou a formação de produtos de hidratação de materiais gelificantes.

Os principais produtos de hidratação do cimento sulfoaluminato são a etringita e o gel Al(OH)3. O C2S no cimento sulfoaluminato também hidratará separadamente para formar Ca(OH)2 e gel cSH. Como a adsorção do éter de celulose e da etringita pode ser ignorada, e a hidratação do sulfoaluminato é muito rápida, portanto, no estágio inicial da hidratação, o éter de celulose tem pouco efeito na taxa de liberação de calor de hidratação do cimento de sulfoaluminato. Mas até um certo tempo de hidratação, porque o c2s irá hidratar separadamente para gerar Ca(OH)2 e gel de CSH, estes dois produtos de hidratação serão retardados pelo éter de celulose. Portanto, observou-se que o éter de celulose retardou a hidratação do cimento sulfoaluminato após 2 h.

4. Conclusão

Neste artigo, através de ensaio de calorimetria isotérmica, foram comparadas a lei de influência e o mecanismo de formação do éter de celulose no calor de hidratação do cimento Portland comum, c3s, c3A, cimento sulfoaluminato e outros diferentes componentes e minério único em 72 h. As principais conclusões são as seguintes:

(1) O éter de celulose pode reduzir significativamente a taxa de liberação de calor de hidratação do cimento Portland comum e do silicato tricálcico, e o efeito da redução da taxa de liberação de calor de hidratação do silicato tricálcico é mais significativo; O efeito do éter de celulose na redução da taxa de liberação de calor do cimento sulfoaluminato é muito fraco, mas tem um efeito fraco na melhoria da taxa de liberação de calor do aluminato tricálcico.

(2) o éter de celulose será adsorvido por alguns produtos de hidratação, retardando assim a cristalização dos produtos de hidratação, afetando a taxa de liberação de calor da hidratação do cimento. O tipo e a quantidade de produtos de hidratação são diferentes para diferentes componentes do minério de cimento, portanto o efeito do éter de celulose no calor de hidratação não é o mesmo.