Eterul de celuloză asupra morfologiei etringitei timpurii

Efectele hidroxietil metil celulozei eterului și metil celulozei eterului asupra morfologiei etringitului în suspensiile timpurii de ciment au fost studiate prin microscopie electronică cu scanare (SEM). Rezultatele arată că raportul lungime-diametru al cristalelor de etringit în suspensia modificată cu hidroxietil metil celuloză eter este mai mic decât cel în suspensia obișnuită, iar morfologia cristalelor de etringit este asemănătoare tijelor scurte. Raportul lungime-diametru al cristalelor de etringit în suspensia modificată cu eter de metil celuloză este mai mare decât cea în suspensia obișnuită, iar morfologia cristalelor de etringit este tip ac. Cristalele de etringit din suspensiile obișnuite de ciment au un raport de aspect undeva la mijloc. Prin studiul experimental de mai sus, este mai clar că diferența de greutate moleculară a două tipuri de eter de celuloză este cel mai important factor care afectează morfologia etringitului.

Cuvinte cheie:etringit; Raportul lungime-diametru; eter de metil celuloză; Hidroxietil metil celuloză eter; morfologie

Ettringitul, ca produs de hidratare ușor expandat, are un efect semnificativ asupra performanței betonului de ciment și a fost întotdeauna punctul fierbinte de cercetare al materialelor pe bază de ciment. Etringitul este un fel de hidrat de aluminat de calciu de tip trisulfură, formula sa chimică este [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, sau poate fi scris ca 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, adesea prescurtat ca AFt . În sistemul de ciment Portland, etringitul se formează în principal prin reacția gipsului cu minerale aluminate sau aluminate ferice, care joacă rolul de a întârzia hidratarea și rezistența timpurie a cimentului. Formarea și morfologia etringitului sunt afectate de mulți factori, cum ar fi temperatura, valoarea pH-ului și concentrația de ioni. Încă din 1976, Metha et al. a folosit microscopia electronică de scanare pentru a studia caracteristicile morfologice ale AFt și a constatat că morfologia unor astfel de produse de hidratare ușor extinse era ușor diferită atunci când spațiul de creștere era suficient de mare și când spațiul era limitat. Primul era în mare parte sferule subțiri în formă de tijă de ac, în timp ce cel de-al doilea era în mare parte prismă scurtă în formă de tijă. Cercetarea lui Yang Wenyan a constatat că formele AFt erau diferite în funcție de mediile de întărire diferite. Mediile umede ar întârzia generarea AFt în betonul dopat cu expansiune și ar crește posibilitatea de umflare și fisurare a betonului. Mediile diferite afectează nu numai formarea și microstructura AFt-ului, ci și stabilitatea volumului acestuia. Chen Huxing și colab. a constatat că stabilitatea pe termen lung a AFt a scăzut odată cu creșterea conținutului de C3A. Clark și Monteiro și colab. a constatat că odată cu creșterea presiunii mediului, structura cristalină AFt s-a schimbat de la ordine la dezordine. Balonis și Glasser au revizuit modificările de densitate ale AFm și AFt. Renaudin şi colab. a studiat modificările structurale ale AFt înainte și după imersarea în soluție și parametrii structurali ai AFt în spectrul Raman. Kunther și colab. a studiat efectul interacțiunii dintre raportul calciu-siliciu al gelului CSH și ionul sulfat asupra presiunii de cristalizare a AFt prin RMN. În același timp, pe baza aplicării AFt în materiale pe bază de ciment, Wenk și colab. a studiat orientarea cristalului AFt a secțiunii de beton prin tehnologia de finisare cu difracție de raze X cu radiație sincrotron dură. Au fost explorate formarea AFt în ciment mixt și punctul fierbinte de cercetare al etringitului. Pe baza reacției etringite întârziate, unii cercetători au efectuat o mulțime de cercetări asupra cauzei fazei AFt.

Expansiunea de volum cauzată de formarea etringitului este uneori favorabilă și poate acționa ca o „expansiune” similară cu agentul de expansiune oxid de magneziu pentru a menține stabilitatea în volum a materialelor pe bază de ciment. Adăugarea de emulsie polimerică și pulbere de emulsie redispersabilă modifică proprietățile macroscopice ale materialelor pe bază de ciment datorită efectelor lor semnificative asupra microstructurii materialelor pe bază de ciment. Cu toate acestea, spre deosebire de pulberea de emulsie redispersabilă, care îmbunătățește în principal proprietatea de lipire a mortarului întărit, eterul de celuloză polimeric solubil în apă (CE) conferă mortarului nou amestecat un bun efect de reținere a apei și de îngroșare, îmbunătățind astfel performanța de lucru. CE neionic este utilizat în mod obișnuit, inclusiv metil celuloza (MC), hidroxietil celuloza (HEC), hidroxipropil metil celuloza (HPMC),hidroxietil metil celuloză (HEMC), etc., iar CE joacă un rol în mortarul nou amestecat, dar afectează și procesul de hidratare al șlamului de ciment. Studiile au arătat că HEMC modifică cantitatea de AFt produsă ca produs de hidratare. Cu toate acestea, niciun studiu nu a comparat în mod sistematic efectul CE asupra morfologiei microscopice a AFt, astfel încât această lucrare explorează diferența dintre efectul HEMC și MC asupra morfologiei microscopice a ettringham în suspensia de ciment timpurie (de o zi) prin analiza imaginilor și comparaţie.

1. Experimentează

1.1 Materii Prime

Cimentul Portland P·II 52.5R produs de Anhui Conch Cement Co., LTD a fost selectat ca ciment în experiment. Cei doi eteri de celuloză sunt hidroxietil metilceluloză (HEMC) și, respectiv, metilceluloză (metilceluloză, Shanghai Sinopath Group). MC); Apa de amestecare este apa de la robinet.

1.2 Metode experimentale

Raportul apă-ciment al probei de pastă de ciment a fost 0,4 (raportul de masă apă la ciment), iar conținutul de eter de celuloză a fost de 1% din masa cimentului. Pregătirea specimenului a fost efectuată conform GB1346-2011 „Metoda de testare pentru consumul de apă, timpul de priză și stabilitatea consistenței standard a cimentului”. După formarea probei, pe suprafața matriței a fost încapsulată o peliculă de plastic pentru a preveni evaporarea și carbonizarea apei de suprafață, iar specimenul a fost plasat într-o cameră de întărire cu o temperatură de (20±2)℃ și umiditate relativă de (60±5). ) %. După 1 zi, matrița a fost îndepărtată și proba a fost spartă, apoi a fost luată o mică probă din mijloc și a fost înmuiată în etanol anhidru pentru a opri hidratarea, iar proba a fost scoasă și uscată înainte de testare. Probele uscate au fost lipite de masa de probe cu adeziv conductiv cu două fețe și un strat de peliculă de aur a fost pulverizat pe suprafață cu un instrument automat de pulverizare ionică Cressington 108auto. Curentul de pulverizare a fost de 20 mA și timpul de pulverizare a fost de 60 s. Microscopul electronic cu scanare de mediu FEI QUANTAFEG 650 (ESEM) a fost utilizat pentru a observa caracteristicile morfologice ale AFt pe secțiunea de probă. Modul de electroni secundar de vid înalt a fost folosit pentru a observa AFT. Tensiunea de accelerare a fost de 15 kV, diametrul spotului fasciculului a fost de 3,0 nm, iar distanța de lucru a fost controlată la aproximativ 10 mm.

2. Rezultate și discuții

Imaginile SEM ale etringitului în suspensie de ciment întărită modificată cu HEMC au arătat că creșterea de orientare a stratului de Ca (OH)2(CH) a fost evidentă, iar AFt a arătat o acumulare neregulată de AFt asemănător tijei scurte, iar unele AFT asemănătoare tijei scurte au fost acoperite. cu structură membranară HEMC. Zhang Dongfang şi colab. de asemenea, s-a găsit AFt scurt asemănător cu tijei la observarea modificărilor microstructurii nămolului de ciment modificat HEMC prin ESEM. Ei credeau că pasta de ciment obișnuită a reacționat rapid după ce a întâlnit apă, astfel încât cristalul AFt era subțire, iar extinderea vârstei de hidratare a dus la creșterea continuă a raportului lungime-diametru. Cu toate acestea, HEMC a crescut vâscozitatea soluției, a redus rata de legare a ionilor în soluție și a întârziat sosirea apei pe suprafața particulelor de clincher, astfel încât raportul lungime-diametru al AFt a crescut într-o tendință slabă, iar caracteristicile sale morfologice au arătat formă de tijă scurtă. În comparație cu AFt în șlam de ciment obișnuit de aceeași vârstă, această teorie a fost parțial verificată, dar nu este aplicabilă pentru a explica modificările morfologice ale AFt în șlam de ciment modificat cu MC. Imaginile SEM ale etriditei în suspensie de ciment modificat cu MC întărit de 1 zi au arătat, de asemenea, o creștere orientată a Ca(OH)2 stratificat, unele suprafețe AFt au fost, de asemenea, acoperite cu structura filmului de MC, iar AFt a arătat caracteristici morfologice ale creșterii clusterelor. Cu toate acestea, prin comparație, cristalul AFt din suspensia de ciment modificat cu MC are un raport lungime-diametru mai mare și o morfologie mai subțire, prezentând o morfologie aciculară tipică.

Atât HEMC, cât și MC au întârziat procesul de hidratare timpurie a cimentului și au crescut vâscozitatea soluției, dar diferențele în caracteristicile morfologice AFt cauzate de acestea au fost încă semnificative. Fenomenele de mai sus pot fi elaborate în continuare din perspectiva structurii moleculare a eterului de celuloză și a structurii cristaline AFt. Renaudin şi colab. a înmuiat AFt sintetizat în soluția alcalină preparată pentru a obține „AFt umed”, și l-a îndepărtat parțial și l-a uscat pe suprafața unei soluții saturate de CaCl2 (35% umiditate relativă) pentru a obține „AFt uscat”. După studiul de rafinare a structurii prin spectroscopie Raman și difracție cu raze X pe pulbere, s-a constatat că nu există nicio diferență între cele două structuri, doar direcția de formare a cristalului a celulelor s-a schimbat în procesul de uscare, adică în procesul de mediu. schimbarea de la „umed” la „uscat”, cristalele AFt au format celule de-a lungul direcției normale a crescut treptat. Cristalele AFt de-a lungul direcției normale c au devenit din ce în ce mai puține. Cea mai elementară unitate a spațiului tridimensional este compusă dintr-o linie normală, b linie normală și c linie normală care sunt perpendiculare una pe cealaltă. În cazul în care normalele b au fost fixate, cristalele AFt s-au grupat de-a lungul normalelor, rezultând o secțiune transversală a celulei mărită în planul normalelor ab. Astfel, dacă HEMC „stochează” mai multă apă decât MC, poate apărea un mediu „uscat” într-o zonă localizată, încurajând agregarea laterală și creșterea cristalelor AFt. Patural şi colab. a constatat că pentru CE în sine, cu cât este mai mare gradul de polimerizare (sau cu cât greutatea moleculară este mai mare), cu atât este mai mare vâscozitatea CE și cu atât performanța de retenție a apei este mai bună. Structura moleculară a HEMC și MCS susține această ipoteză, grupa hidroxietil având o greutate moleculară mult mai mare decât gruparea hidrogen.

În general, cristalele AFt se vor forma și precipita numai atunci când ionii relevanți ating o anumită saturație în sistemul de soluție. Prin urmare, factori precum concentrația ionilor, temperatura, valoarea pH-ului și spațiul de formare din soluția de reacție pot afecta semnificativ morfologia cristalelor AFt, iar modificările condițiilor de sinteză artificială pot modifica morfologia cristalelor AFt. Prin urmare, raportul dintre cristalele AFt în suspensia obișnuită de ciment între cele două poate fi cauzat de unicul factor al consumului de apă în hidratarea timpurie a cimentului. Cu toate acestea, diferența de morfologie a cristalelor AFt cauzată de HEMC și MC ar trebui să se datoreze în principal mecanismului lor special de reținere a apei. Hemcs și MCS creează o „buclă închisă” de transport a apei în microzona nămolului de ciment proaspăt, permițând o „perioadă scurtă” în care apa este „ușor de pătruns și dificil de ieșit”. Cu toate acestea, în această perioadă, mediul în fază lichidă din și în apropierea microzonei este de asemenea modificat. Factori precum concentrația ionilor, pH-ul etc., Schimbarea mediului de creștere se reflectă în continuare în caracteristicile morfologice ale cristalelor AFt. Această „buclă închisă” a transportului apei este similară cu mecanismul de acțiune descris de Pourchez și colab. HPMC joacă un rol în retenția de apă.

3. Concluzie

(1) Adăugarea de eter de hidroxietil metil celuloză (HEMC) și eter de metil celuloză (MC) poate schimba semnificativ morfologia etringitului în suspensia obișnuită de ciment timpurie (1 zi).

(2) Lungimea și diametrul cristalului de etringit în suspensia de ciment modificat HEMC sunt de formă mică și scurtă; Raportul dintre lungime și diametru al cristalelor de etringit în suspensia de ciment modificat MC este mare, ceea ce are formă de tijă de ac. Cristalele de etringit din suspensiile obișnuite de ciment au un raport de aspect între acestea două.

(3) Efectele diferite ale a doi eteri de celuloză asupra morfologiei etringitului se datorează în principal diferenței de greutate moleculară.