Efectul eterului de celuloză asupra căldurii de hidratare a diferitelor cimenturi și a unui singur minereu

efectele eterului de celuloză asupra căldurii de hidratare a cimentului Portland, cimentului sulfoaluminat, silicatului tricalcic și aluminatului tricalcic în 72 de ore au fost comparate prin test de calorimetrie izotermă. Rezultatele arată că eterul de celuloză poate reduce semnificativ rata de hidratare și de eliberare a căldurii a cimentului Portland și a silicatului tricalcic, iar efectul de scădere asupra hidratării și ratei de eliberare a căldurii a silicatului tricalcic este mai semnificativ. Efectul eterului de celuloză asupra reducerii vitezei de eliberare a căldurii a hidratării cimentului sulfoaluminat este foarte slab, dar are un efect slab asupra îmbunătățirii ratei de eliberare a căldurii a hidratării aluminatului tricalcic. Eterul de celuloză va fi adsorbit de unii produși de hidratare, întârziind astfel cristalizarea produselor de hidratare și apoi va afecta rata de eliberare a căldurii de hidratare a cimentului și a minereului unic.

Cuvinte cheie:eter de celuloză; Ciment; minereu unic; Căldura de hidratare; adsorbţie

1. Introducere

Eterul de celuloză este un important agent de îngroșare și un agent de reținere a apei în mortar mixt uscat, beton autocompactant și alte materiale noi pe bază de ciment. Cu toate acestea, eterul de celuloză va întârzia și hidratarea cimentului, ceea ce contribuie la îmbunătățirea timpului de funcționare al materialelor pe bază de ciment, la îmbunătățirea consistenței mortarului și la pierderea timpului de prăbușire a betonului, dar poate întârzia și progresul construcției. În special, va avea efecte adverse asupra mortarului și betonului utilizat în condiții de mediu cu temperatură scăzută. Prin urmare, este foarte important să înțelegem legea eterului de celuloză asupra cineticii hidratării cimentului.

OU și Pourchez au studiat în mod sistematic efectele parametrilor moleculari precum greutatea moleculară a eterului de celuloză, tipul de substituent sau gradul de substituție asupra cineticii de hidratare a cimentului și au tras multe concluzii importante: Capacitatea eterului de hidroxietil celuloză (HEC) de a întârzia hidratarea cimentul este de obicei mai puternic decât cel al eterului de metil celuloză (HPMC), al eterului de hidroximetil etil celuloză (HEMC) și al eterului de metil celuloză (MC). În eterul de celuloză care conține metil, cu cât conținutul de metil este mai mic, cu atât este mai puternică capacitatea de a întârzia hidratarea cimentului; Cu cât greutatea moleculară a eterului de celuloză este mai mică, cu atât este mai puternică capacitatea de a întârzia hidratarea cimentului. Aceste concluzii oferă o bază științifică pentru selectarea corectă a eterului de celuloză.

Pentru diferite componente ale cimentului, efectul eterului de celuloză asupra cineticii de hidratare a cimentului este, de asemenea, o problemă foarte preocupată în aplicațiile de inginerie. Cu toate acestea, nu există nicio cercetare pe acest aspect. În această lucrare, influența eterului de celuloză asupra cineticii de hidratare a cimentului Portland obișnuit, C3S (silicat tricalcic), C3A (aluminat tricalcic) și ciment sulfoaluminat (SAC) a fost studiată prin test de calorimetrie izotermă, pentru a înțelege mai bine interacțiunea și mecanism intern dintre eterul de celuloză și produsele de hidratare din ciment. Acesta oferă o bază științifică suplimentară pentru utilizarea rațională a eterului de celuloză în materialele pe bază de ciment și oferă, de asemenea, o bază de cercetare pentru interacțiunea dintre alți aditivi și produsele de hidratare a cimentului.

2. Test

2.1 Materii Prime

(1) ciment Portland obișnuit (P·0). Fabricat de Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., specificația este P· 042.5 (GB 175-2007), determinată de spectrometrul de fluorescență cu raze X cu dispersie de lungime de undă (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Conform analizei software-ului JADE 5.0, pe lângă mineralele de clincher de ciment C3S, C2s, C3A, C4AF și gips, materiile prime de ciment includ și carbonat de calciu.

(2) ciment sulfoaluminat (SAC). Cimentul sulfoaluminat dur rapid produs de Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. este R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Principalele sale grupe sunt sulfoaluminatul de calciu și silicatul dicalcic.

(3) silicat tricalcic (C3S). Apăsați Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 și H2O la 3:1:0,08: Un raport de masă de 10 a fost amestecat uniform și presat sub o presiune constantă de 60 MPa pentru a face țagle verzi cilindrice. Tagla a fost calcinată la 1400 ℃ timp de 1,5 ~ 2 ore într-un cuptor electric cu tije de siliciu-molibden la temperatură înaltă și apoi mutată într-un cuptor cu microunde pentru încălzire suplimentară cu microunde timp de 40 de minute. După scoaterea țaglei, aceasta a fost răcită brusc și ruptă și calcinată în mod repetat până când conținutul de CaO liber din produsul finit a fost mai mic de 1,0%

(4) aluminat tricalcic (c3A). CaO și A12O3 au fost amestecate uniform, calcinate la 1450℃ timp de 4 ore într-un cuptor electric cu tije de siliciu-molibden, măcinate în pulbere și calcinate în mod repetat până când conținutul de CaO liber a fost mai mic de 1,0%, iar vârfurile C12A7 și CA au fost ignorat.

(5) eter de celuloză. Lucrarea anterioară a comparat efectele a 16 tipuri de eteri de celuloză asupra ratei de hidratare și eliberare de căldură a cimentului Portland obișnuit și a constatat că diferite tipuri de eteri de celuloză au diferențe semnificative în ceea ce privește legea de hidratare și eliberare a căldurii a cimentului și a analizat mecanismul intern. a acestei diferente semnificative. Conform rezultatelor studiului anterior, au fost selectate trei tipuri de eter de celuloză care au un efect evident de întârziere asupra cimentului Portland obișnuit. Acestea includ hidroxietil celuloză eter (HEC), hidroxipropil metil celuloză eter (HPMC) și hidroxietil metil celuloză eter (HEMC). Vâscozitatea eterului de celuloză a fost măsurată cu un viscozimetru rotativ cu o concentrație de testare de 2%, o temperatură de 20℃ și o viteză de rotație de 12 r/min. Vâscozitatea eterului de celuloză a fost măsurată cu un viscozimetru rotativ cu o concentrație de testare de 2%, o temperatură de 20℃ și o viteză de rotație de 12 r/min. Gradul de substituție molară a eterului de celuloză este furnizat de producător.

(6) Apa. Utilizați apă distilată secundară.

2.2 Metoda de testare

Căldura de hidratare. A fost adoptat calorimetrul izoterm cu 8 canale TAM Air produs de TA Instrument Company. Toate materiile prime au fost menținute la temperatura constantă până la temperatura de testare (cum ar fi (20 ± 0,5) ℃) înainte de experiment. În primul rând, în calorimetru s-au adăugat 3 g de ciment și 18 mg pulbere de eter de celuloză (raportul de masă dintre eterul de celuloză și materialul cemellativ a fost de 0,6%). După amestecarea completă, s-a adăugat apă amestecată (apă distilată secundară) conform raportului apă-ciment specificat și s-a agitat uniform. Apoi, a fost introdus rapid în calorimetru pentru testare. Raportul apă-liant al lui c3A este 1,1, iar raportul apă-liant al celorlalte trei materiale de ciment este de 0,45.

3. Rezultate și discuții

3.1 Rezultatele testelor

Efectele HEC, HPMC și HEMC asupra ratei de eliberare a căldurii de hidratare și a ratei de eliberare a căldurii cumulate a cimentului Portland obișnuit, C3S și C3A în 72 de ore și efectele HEC asupra ratei de eliberare a căldurii de hidratare și a ratei de eliberare a căldurii cumulate a cimentului sulfoaluminat în decurs de 72 de ore, HEC este eterul de celuloză cu cel mai puternic efect de întârziere asupra hidratării altor ciment și a unui singur minereu. Combinând cele două efecte, se poate constata că, odată cu modificarea compoziției materialului cimentant, eterul de celuloză are efecte diferite asupra ratei de eliberare a căldurii de hidratare și a eliberării de căldură cumulativă. Eterul de celuloză selectat poate reduce semnificativ rata de hidratare și eliberare de căldură a cimentului Portland obișnuit și C, S, prelungește în principal timpul de inducție, întârzie apariția hidratării și a vârfului de eliberare a căldurii, printre care eterul de celuloză la C, S hidratarea și întârzierea ratei de eliberare a căldurii este mai evidentă decât hidratarea obișnuită a cimentului Portland și întârzierea ratei de eliberare a căldurii; Eterul de celuloză poate întârzia, de asemenea, rata de eliberare a căldurii a hidratării cimentului sulfoaluminat, dar capacitatea de întârziere este foarte slabă și, în principal, întârzie hidratarea după 2 ore; Pentru rata de eliberare a căldurii a hidratării C3A, eterul de celuloză are o capacitate de accelerare slabă.

3.2 Analiză și discuție

Mecanismul eterului celulozic întârzie hidratarea cimentului. Silva şi colab. a emis ipoteza că eterul celulozic a crescut vâscozitatea soluției de pori și a împiedicat viteza de mișcare ionică, întârziind astfel hidratarea cimentului. Cu toate acestea, multă literatură a pus la îndoială această presupunere, deoarece experimentele lor au descoperit că eterii de celuloză cu vâscozitate mai mică au o capacitate mai puternică de a întârzia hidratarea cimentului. De fapt, timpul de mișcare sau migrare a ionilor este atât de scurt încât, evident, nu este comparabil cu timpul de întârziere a hidratării cimentului. Adsorbția dintre eterul de celuloză și produsele de hidratare din ciment este considerată a fi adevăratul motiv al întârzierii hidratării cimentului de către eterul de celuloză. Eterul de celuloză este ușor adsorbit la suprafața produselor de hidratare, cum ar fi hidroxidul de calciu, gelul CSH și hidratul de aluminat de calciu, dar nu este ușor de adsorbit de etringit și faza nehidratată, iar capacitatea de adsorbție a eterului de celuloză pe hidroxid de calciu este mai mare decât cel al gelului CSH. Prin urmare, pentru produsele obișnuite de hidratare din ciment Portland, eterul de celuloză are cea mai puternică întârziere asupra hidroxidului de calciu, cea mai puternică întârziere asupra calciului, a doua întârziere pe gelul CSH și cea mai slabă întârziere pe etringit.

Studiile anterioare au arătat că adsorbția dintre polizaharida neionică și faza minerală include în principal legăturile de hidrogen și complexarea chimică, iar aceste două efecte apar între gruparea hidroxil a polizaharidei și hidroxidul metalic de pe suprafața mineralului. Liu și colab. a clasificat în continuare adsorbția dintre polizaharide și hidroxizi metalici ca interacțiune acido-bazică, cu polizaharide ca acizi și hidroxizi metalici ca baze. Pentru o anumită polizaharidă, alcalinitatea suprafeței minerale determină puterea interacțiunii dintre polizaharide și minerale. Printre cele patru componente de gelificare studiate în această lucrare, principalele elemente metalice sau nemetalice includ Ca, Al și Si. Conform ordinului activității metalului, alcalinitatea hidroxizilor lor este Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. De fapt, soluția de Si(OH)4 este acidă și nu adsorb eterul de celuloză. Prin urmare, conținutul de Ca(OH)2 pe suprafața produselor de hidratare din ciment determină capacitatea de adsorbție a produselor de hidratare și a eterului de celuloză Deoarece hidroxid de calciu, gel CSH (3CaO·2SiO2·3H20), etringit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O). și hidrat de aluminat de calciu (3CaO·Al2O3·6H2O) în conținutul de oxizi anorganici de CaO este de 100%, 58,33%, 49,56% și 62,2%. Prin urmare, ordinea capacității lor de adsorbție cu eterul de celuloză este hidroxid de calciu > calciu aluminat > CSH gel > etringit, care este în concordanță cu rezultatele din literatură.

Produsele de hidratare ale c3S includ în principal gel de Ca(OH) și csH, iar eterul de celuloză are un efect bun de întârziere asupra acestora. Prin urmare, eterul de celuloză are o întârziere foarte evidentă a hidratării C3. Pe lângă c3S, cimentul Portland obișnuit include și hidratarea C2s, care este mai lentă, ceea ce face ca efectul de întârziere al eterului de celuloză să nu fie evident în stadiul incipient. Produșii de hidratare ai silicatului obișnuit includ și etringitul, iar efectul de întârziere al eterului de celuloză este slab. Prin urmare, capacitatea de întârziere a eterului de celuloză la c3s este mai puternică decât cea a cimentului Portland obișnuit observat în test.

C3A se va dizolva și se va hidrata rapid atunci când se întâlnește cu apa, iar produsele de hidratare sunt de obicei C2AH8 și c4AH13, iar căldura de hidratare va fi eliberată. Când soluția de C2AH8 și c4AH13 ajunge la saturație, se va forma cristalizarea foii hidrat hexagonale C2AH8 și C4AH13, iar viteza de reacție și căldura de hidratare vor fi reduse în același timp. Datorită adsorbției eterului de celuloză la suprafața hidratului de aluminat de calciu (CxAHy), prezența eterului de celuloză ar întârzia cristalizarea hidratului cu plăci hexagonale C2AH8 și C4AH13, ducând la scăderea vitezei de reacție și a vitezei de eliberare a căldurii de hidratare decât aceea. de C3A pur, ceea ce arată că eterul de celuloză are o slabă capacitate de accelerare la hidratarea C3A. Este de remarcat faptul că în acest test, eterul de celuloză are o slabă capacitate de accelerare a hidratării c3A pur. Totuși, în cimentul Portland obișnuit, deoarece c3A va reacționa cu gipsul pentru a forma etringit, datorită influenței echilibrului ca2+ în soluția de suspensie, eterul de celuloză va întârzia formarea etringitului, întârziind astfel hidratarea c3A.

Din efectele HEC, HPMC și HEMC asupra hidratării și ratei de eliberare a căldurii și eliberării de căldură cumulativă a cimentului Portland obișnuit, C3S și C3A în 72 de ore și efectele HEC asupra hidratării și ratei de eliberare a căldurii și eliberării de căldură cumulativă a sulfoaluminatului ciment în 72 de ore, se poate observa că dintre cei trei eteri de celuloză selectați, capacitatea de hidratare întârziată a c3s și a cimentului Portland a fost cea mai puternică în HEC, urmată de HEMC și cea mai slabă în HPMC. În ceea ce privește C3A, capacitatea celor trei eteri de celuloză de a accelera hidratarea este, de asemenea, în aceeași ordine, adică HEC este cel mai puternic, HEMC este al doilea, HPMC este cel mai slab și mai puternic. Acest lucru a confirmat reciproc că eterul de celuloză a întârziat formarea produselor de hidratare a materialelor gelificante.

Principalii produse de hidratare a cimentului sulfoaluminat sunt etringitul și gelul de Al(OH)3. C2S din cimentul sulfoaluminat se va hidrata, de asemenea, separat pentru a forma Ca(OH)2 și gel de cSH. Deoarece adsorbția eterului de celuloză și etringitului poate fi ignorată, iar hidratarea sulfoaluminatului este prea rapidă, prin urmare, în stadiul incipient al hidratării, eterul de celuloză are un efect redus asupra ratei de eliberare a căldurii de hidratare a cimentului sulfoaluminat. Dar până la un anumit timp de hidratare, deoarece c2s se va hidrata separat pentru a genera Ca(OH)2 și gel CSH, acești doi produși de hidratare vor fi întârziați de eterul de celuloză. Prin urmare, s-a observat că eterul de celuloză a întârziat hidratarea cimentului sulfoaluminat după 2 ore.

4. Concluzie

În această lucrare, prin test de calorimetrie izotermă, au fost comparate legea de influență și mecanismul de formare a eterului de celuloză asupra căldurii de hidratare a cimentului Portland obișnuit, c3s, c3A, cimentului sulfoaluminat și a altor componente diferite și a unui singur minereu în 72 de ore. Principalele concluzii sunt următoarele:

(1) Eterul de celuloză poate reduce semnificativ rata de eliberare a căldurii de hidratare a cimentului Portland obișnuit și a silicatului tricalcic, iar efectul de reducere a ratei de eliberare a căldurii de hidratare a silicatului tricalcic este mai semnificativ; Efectul eterului de celuloză asupra reducerii vitezei de eliberare a căldurii a cimentului sulfoaluminat este foarte slab, dar are un efect slab asupra îmbunătățirii ratei de eliberare a căldurii a aluminatului tricalcic.

(2) eterul de celuloză va fi adsorbit de unii produși de hidratare, întârziind astfel cristalizarea produselor de hidratare, afectând rata de eliberare a căldurii a hidratării cimentului. Tipul și cantitatea de produse de hidratare sunt diferite pentru diferite componente ale minereului de ciment, astfel încât efectul eterului de celuloză asupra căldurii lor de hidratare nu este același.