Влияние эфира целлюлозы на теплоту гидратации различных цементов и одиночных руд

Влияние эфира целлюлозы на теплоту гидратации портландцемента, сульфоалюминатного цемента, трикальцийсиликата и трикальцийалюмината за 72 часа сравнивали с помощью изотермического калориметрического теста. Результаты показывают, что эфир целлюлозы может значительно снизить скорость гидратации и тепловыделения портландцемента и трехкальциевого силиката, а эффект снижения на скорость гидратации и тепловыделения трехкальциевого силиката является более значительным. Влияние эфира целлюлозы на снижение скорости тепловыделения при гидратации сульфоалюминатного цемента очень слабое, но он оказывает слабое влияние на повышение скорости тепловыделения при гидратации трикальцийалюмината. Эфир целлюлозы будет адсорбироваться некоторыми продуктами гидратации, тем самым задерживая кристаллизацию продуктов гидратации, а затем влиять на скорость выделения тепла при гидратации цемента и отдельной руды.

Ключевые слова:эфир целлюлозы; Цемент; Одиночная руда; Тепло гидратации; адсорбция

1. Введение

Эфир целлюлозы является важным загустителем и водоудерживающим агентом в сухих строительных смесях, самоуплотняющемся бетоне и других новых материалах на основе цемента. Однако эфир целлюлозы также задерживает гидратацию цемента, что способствует улучшению срока эксплуатации материалов на основе цемента, улучшению консистенции раствора и снижению времени осадки бетона, но также может задержать ход строительства. В частности, это окажет неблагоприятное воздействие на раствор и бетон, используемые в условиях низких температур. Поэтому очень важно понимать закон действия эфира целлюлозы на кинетику гидратации цемента.

ОУ и Пурче систематически изучали влияние молекулярных параметров, таких как молекулярная масса эфира целлюлозы, тип заместителя или степень замещения, на кинетику гидратации цемента, и сделали множество важных выводов: способность эфира гидроксиэтилцеллюлозы (ГЭЦ) задерживать гидратацию цемента. цемент обычно прочнее, чем эфир метилцеллюлозы (HPMC), эфир гидроксиметилэтилцеллюлозы (HEMC) и эфир метилцеллюлозы (MC). В эфире целлюлозы, содержащем метил, чем меньше содержание метила, тем сильнее способность задерживать гидратацию цемента; Чем ниже молекулярная масса эфира целлюлозы, тем сильнее способность задерживать гидратацию цемента. Эти выводы дают научную основу для правильного выбора эфира целлюлозы.

Для различных компонентов цемента влияние эфира целлюлозы на кинетику гидратации цемента также является очень важной проблемой в инженерных приложениях. Однако исследований по этому аспекту нет. В этой статье влияние эфира целлюлозы на кинетику гидратации обычного портландцемента, C3S (трикальцийсиликата), C3A (трикальцийалюмината) и сульфоалюминатного цемента (SAC) изучалось с помощью изотермического калориметрического теста, чтобы лучше понять взаимодействие и внутренний механизм между эфиром целлюлозы и продуктами гидратации цемента. Он обеспечивает дальнейшую научную основу для рационального использования эфира целлюлозы в материалах на основе цемента, а также обеспечивает основу для исследований взаимодействия между другими добавками и продуктами гидратации цемента.

2. Тест

2.1 Сырье

(1) обычный портландцемент (P·0). Изготовлено компанией Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., спецификация P·042,5 (GB 175-2007), определенная с помощью рентгеновского флуоресцентного спектрометра с дисперсией длины волны (AXIOS Advanced, PANalytical Co., LTD.). Согласно анализу программного обеспечения JADE 5.0, помимо минералов цементного клинкера C3S, C2s, C3A, C4AF и гипса, цементное сырье также включает карбонат кальция.

(2) сульфоалюминатный цемент (САК). Быстротвердый сульфоалюминатный цемент производства компании Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. представляет собой R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Его основные группы — сульфоалюминат кальция и дикальцийсиликат.

(3) трикальцийсиликат (C3S). Прессовать Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 и H2O в соотношении 3:1:0,08: Массовое соотношение 10 равномерно смешивали и прессовали под постоянным давлением 60 МПа, чтобы получить цилиндрическую сырую заготовку. Заготовку прокаливали при температуре 1400℃ в течение 1,5–2 часов в высокотемпературной электропечи с кремний-молибденовым стержнем, а затем перемещали в микроволновую печь для дальнейшего микроволнового нагрева в течение 40 минут. После извлечения заготовки ее резко охлаждали, неоднократно ломали и прокаливали до тех пор, пока содержание свободного СаО в готовом продукте не стало менее 1,0 %.

(4) трикальцийалюминат (с3А). СаО и А12О3 равномерно перемешивали, прокаливали при 1450℃ в течение 4 ч в электропечи с кремний-молибденовым стержнем, измельчали ​​в порошок и повторно прокаливали до тех пор, пока содержание свободного СаО не стало менее 1,0%, а пики С12А7 и СА не стали игнорируется.

(5) эфир целлюлозы. В предыдущей работе сравнили влияние 16 видов эфиров целлюлозы на скорость гидратации и тепловыделения обычного портландцемента и обнаружили, что разные виды эфиров целлюлозы имеют существенные различия в законе гидратации и тепловыделения цемента, а также проанализировали внутренний механизм. этой существенной разницы. По результатам предыдущего исследования были выбраны три вида эфиров целлюлозы, которые оказывают явное замедляющее действие на обычный портландцемент. К ним относятся эфир гидроксиэтилцеллюлозы (HEC), эфир гидроксипропилметилцеллюлозы (HPMC) и эфир гидроксиэтилметилцеллюлозы (HEMC). Вязкость эфира целлюлозы измеряли ротационным вискозиметром с тестовой концентрацией 2%, температурой 20℃ и скоростью вращения 12 об/мин. Вязкость эфира целлюлозы измеряли ротационным вискозиметром с тестовой концентрацией 2%, температурой 20℃ и скоростью вращения 12 об/мин. Молярная степень замещения эфира целлюлозы указывается производителем.

(6) Вода. Используйте вторично дистиллированную воду.

2.2 Метод испытания

Тепло гидратации. Принят на вооружение 8-канальный изотермический калориметр TAM Air производства компании TA Instrument. Перед экспериментом все сырьевые материалы содержались при постоянной температуре для проверки температуры (например, (20 ± 0,5) ℃). Сначала в калориметр добавляли 3 г цемента и 18 мг порошка эфира целлюлозы (массовое отношение эфира целлюлозы к цементирующему материалу составляло 0,6%). После полного перемешивания добавляли смешанную воду (вторично-дистиллированную воду) в соответствии с указанным водоцементным соотношением и равномерно перемешивали. Затем его быстро поместили в калориметр для испытаний. Коэффициент водосвязывания c3A составляет 1,1, а водосвязывающий коэффициент трех других вяжущих материалов составляет 0,45.

3. Результаты и обсуждение.

3.1 Результаты испытаний

Влияние ГЭЦ, ГПМЦ и ГЭМС на скорость гидратационного тепловыделения и кумулятивную скорость тепловыделения обычного портландцемента, C3S и C3A в течение 72 часов, а также влияние ГЭЦ на скорость гидратационного тепловыделения и кумулятивную скорость тепловыделения сульфоалюминатного цемента В течение 72 часов ГЭЦ представляет собой эфир целлюлозы с наиболее сильным задерживающим эффектом на гидратацию другого цемента и отдельной руды. Объединив эти два эффекта, можно обнаружить, что с изменением состава вяжущего материала эфир целлюлозы оказывает различное влияние на скорость гидратационного тепловыделения и кумулятивное тепловыделение. Выбранный эфир целлюлозы может значительно снизить скорость гидратации и тепловыделения обычного портландцемента и C, S, в основном продлевает время индукционного периода, задерживает появление пика гидратации и тепловыделения, среди которых эфир целлюлозы до гидратации C, S и задержка скорости выделения тепла более очевидна, чем задержка гидратации обычного портландцемента и скорости выделения тепла; Эфир целлюлозы также может задерживать скорость выделения тепла при гидратации сульфоалюминатного цемента, но способность к задержке очень слабая и в основном задерживает гидратацию через 2 часа; Что касается скорости тепловыделения при гидратации C3A, эфир целлюлозы обладает слабой ускоряющей способностью.

3.2 Анализ и обсуждение

Механизм задержки гидратации цемента эфиром целлюлозы. Сильва и др. выдвинули гипотезу, что эфир целлюлозы увеличивает вязкость порового раствора и замедляет скорость движения ионов, тем самым замедляя гидратацию цемента. Однако во многих литературных источниках это предположение подвергается сомнению, поскольку их эксперименты показали, что эфиры целлюлозы с более низкой вязкостью обладают более сильной способностью задерживать гидратацию цемента. Фактически время движения или миграции ионов настолько мало, что явно несопоставимо со временем задержки гидратации цемента. Адсорбция между эфиром целлюлозы и продуктами гидратации цемента считается реальной причиной задержки гидратации цемента эфиром целлюлозы. Эфир целлюлозы легко адсорбируется на поверхности продуктов гидратации, таких как гидроксид кальция, гель CSH и гидрат алюмината кальция, но его нелегко адсорбировать эттрингитом и негидратированной фазой, а адсорбционная способность эфира целлюлозы на гидроксиде кальция выше, чем это гель CSH. Поэтому для обычных продуктов гидратации портландцемента эфир целлюлозы имеет самую сильную задержку на гидроксиде кальция, самую сильную задержку на кальции, вторую задержку на геле CSH и самую слабую задержку на эттрингите.

Предыдущие исследования показали, что адсорбция между неионным полисахаридом и минеральной фазой в основном включает водородные связи и химическое комплексообразование, и эти два эффекта происходят между гидроксильной группой полисахарида и гидроксидом металла на поверхности минерала. Лю и др. далее классифицировали адсорбцию между полисахаридами и гидроксидами металлов как кислотно-основное взаимодействие, при этом полисахариды - как кислоты, а гидроксиды металлов - как основания. Для данного полисахарида щелочность поверхности минерала определяет силу взаимодействия полисахаридов с минералами. Среди четырех гелеобразующих компонентов, изученных в этой статье, основные металлические и неметаллические элементы включают Ca, Al и Si. По порядку активности металлов щелочность их гидроксидов равна Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Фактически раствор Si(OH)4 является кислым и не адсорбирует эфир целлюлозы. Поэтому содержание Ca(OH)2 на поверхности продуктов гидратации цемента определяет адсорбционную способность продуктов гидратации и эфира целлюлозы. Поскольку гидроксид кальция, гель CSH (3CaO·2SiO2·3H20), эттрингит (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) и гидрат алюмината кальция (3CaO·Al2O3·6H2O) по содержанию неорганических оксидов СаО составляет 100 %, 58,33 %, 49,56 % и 62,2 %. Следовательно, порядок их адсорбционной способности с эфиром целлюлозы – гидроксид кальция > кальций. алюминат > гель CSH > эттрингит, что согласуется с литературными результатами.

Продукты гидратации c3S в основном включают гель Ca(OH) и csH, а эфир целлюлозы оказывает на них хорошее задерживающее действие. Следовательно, эфир целлюлозы имеет очень очевидную задержку гидратации C3. Помимо c3S, обычный портландцемент также содержит C2s, гидратация которого происходит медленнее, что делает эффект задержки эфира целлюлозы неочевидным на ранней стадии. Продукты гидратации обычного силиката также включают эттрингит, а задерживающий эффект эфира целлюлозы незначителен. Таким образом, способность эфира целлюлозы к задержке c3s выше, чем у обычного портландцемента, наблюдаемого в тесте.

C3A быстро растворяется и гидратируется при встрече с водой, а продуктами гидратации обычно являются C2AH8 и c4AH13, при этом выделяется тепло гидратации. Когда раствор C2AH8 и c4AH13 достигнет насыщения, будет образовываться кристаллизация гексагонального листового гидрата C2AH8 и C4AH13, при этом скорость реакции и теплота гидратации будут снижаться. Из-за адсорбции эфира целлюлозы на поверхности гидрата алюмината кальция (CxAHy) присутствие эфира целлюлозы задерживает кристаллизацию гидрата гексагональных пластинок C2AH8 и C4AH13, что приводит к снижению скорости реакции и скорости выделения тепла при гидратации, чем это происходит. чистого C3A, что показывает, что эфир целлюлозы обладает слабой способностью ускорять гидратацию C3A. Стоит отметить, что в этом тесте эфир целлюлозы обладает слабой ускоряющей способностью к гидратации чистого С3А. Однако в обычном портландцементе, поскольку c3A будет реагировать с гипсом с образованием эттрингита, из-за влияния баланса Ca2+ в растворе суспензии эфир целлюлозы задерживает образование эттрингита, тем самым замедляя гидратацию c3A.

Из влияния ГЭЦ, ГПМЦ и ГЭМС на скорость гидратации и тепловыделения и совокупное тепловыделение обычного портландцемента, C3S и C3A в течение 72 часов, а также влияния ГЭЦ на скорость гидратации и тепловыделения и совокупное тепловыделение сульфоалюмината. Видно, что среди трех выбранных эфиров целлюлозы способность к отсроченной гидратации c3s и портландцемента была самой высокой у ГЭЦ, за ней следовал ГЭМС, а самой слабой - у ГПМЦ. Что касается C3A, то способность трех эфиров целлюлозы ускорять гидратацию также находится в том же порядке: HEC является самым сильным, HEMC - вторым, HPMC - самым слабым и сильным. Это взаимно подтвердило, что эфир целлюлозы замедляет образование продуктов гидратации гелеобразующих материалов.

Основными продуктами гидратации сульфоалюминатного цемента являются эттрингит и гель Al(OH)3. C2S в сульфоалюминатном цементе также гидратируется отдельно с образованием геля Ca(OH)2 и cSH. Поскольку адсорбцией эфира целлюлозы и эттрингита можно пренебречь, а гидратация сульфоалюмината происходит слишком быстро, поэтому на ранней стадии гидратации эфир целлюлозы мало влияет на скорость гидратационного тепловыделения сульфоалюминатного цемента. Но до определенного времени гидратации, поскольку c2s будет гидратироваться отдельно с образованием геля Ca(OH)2 и CSH, эти два продукта гидратации будут задерживаться эфиром целлюлозы. Таким образом, было обнаружено, что эфир целлюлозы задерживает гидратацию сульфоалюминатного цемента через 2 часа.

4. Заключение

В этой статье с помощью изотермического калориметрического теста сравнивались закон влияния и механизм образования эфира целлюлозы на теплоту гидратации обычного портландцемента, c3s, c3A, сульфоалюминатного цемента и других различных компонентов и отдельной руды за 72 часа. Основные выводы заключаются в следующем:

(1) Эфир целлюлозы может значительно снизить скорость выделения тепла при гидратации обычного портландцемента и трехкальциевого силиката, а эффект снижения скорости выделения тепла при гидратации трехкальциевого силиката является более значительным; Влияние эфира целлюлозы на снижение скорости тепловыделения сульфоалюминатного цемента очень слабое, а на улучшение скорости тепловыделения трикальцийалюмината он оказывает слабое влияние.

(2) эфир целлюлозы будет адсорбироваться некоторыми продуктами гидратации, тем самым задерживая кристаллизацию продуктов гидратации, влияя на скорость выделения тепла при гидратации цемента. Вид и количество продуктов гидратации различны для разных компонентов цементной завалки, поэтому влияние эфира целлюлозы на теплоту их гидратации неодинаково.