Éter celulózy o morfológii skorého ettringitu

Účinky éteru hydroxyetylmetylcelulózy a éteru metylcelulózy na morfológiu ettringitu v skorej cementovej kaši boli študované pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie (SEM). Výsledky ukazujú, že pomer dĺžky a priemeru kryštálov ettringitu v suspenzii modifikovanej éterom hydroxyetylmetylcelulózy je menší ako v bežnej suspenzii a morfológia kryštálov ettringitu je podobná krátkej tyčinke. Pomer dĺžky a priemeru kryštálov ettringitu v suspenzii modifikovanej éterom metylcelulózy je väčší ako v bežnej suspenzii a morfológia kryštálov ettringitu je ihlovitá. Kryštály ettringitu v bežných cementových suspenziách majú pomer strán niekde medzi nimi. Z vyššie uvedenej experimentálnej štúdie je ďalej zrejmé, že rozdiel v molekulovej hmotnosti dvoch druhov éteru celulózy je najdôležitejším faktorom ovplyvňujúcim morfológiu ettringitu.

kľúčové slová:ettringit; pomer dĺžky a priemeru; éter metylcelulózy; éter hydroxyetylmetylcelulózy; morfológia

Ettringit, ako mierne expandovaný hydratačný produkt, má významný vplyv na vlastnosti cementového betónu a bol vždy stredobodom výskumu materiálov na báze cementu. Ettringit je druh hydrátu hlinitanu vápenatého typu trisulfidu, jeho chemický vzorec je [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, alebo ho možno napísať ako 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, často skrátený ako AFt . V systéme portlandského cementu ettringit vzniká hlavne reakciou sadry s hlinitanovými alebo hlinitanovými minerálmi železitými, čo zohráva úlohu pri spomaľovaní hydratácie a skorej pevnosti cementu. Tvorbu a morfológiu ettringitu ovplyvňuje mnoho faktorov, ako je teplota, hodnota pH a koncentrácia iónov. Už v roku 1976 Metha a spol. použili skenovaciu elektrónovú mikroskopiu na štúdium morfologických charakteristík AFt a zistili, že morfológia takýchto mierne expandovaných hydratačných produktov bola mierne odlišná, keď bol rastový priestor dostatočne veľký a keď bol priestor obmedzený. Prvé boli väčšinou štíhle ihličkovité guľôčky, zatiaľ čo druhé boli väčšinou krátke tyčinkovité hranoly. Výskum Yang Wenyana zistil, že formy AFt sa líšia v rôznych prostrediach vytvrdzovania. Mokré prostredie by oneskorilo tvorbu AFt v expanznom dopovanom betóne a zvýšilo by možnosť napučiavania a praskania betónu. Rôzne prostredia ovplyvňujú nielen tvorbu a mikroštruktúru AFt, ale aj jeho objemovú stabilitu. Chen Huxing a kol. zistili, že dlhodobá stabilita AFt klesala so zvýšením obsahu C3A. Clark a Monteiro a kol. zistili, že so zvýšením tlaku prostredia sa kryštalická štruktúra AFt zmenila z poriadku na poruchu. Balonis a Glasser preskúmali zmeny hustoty AFm a AFt. Renaudin a kol. študovali štrukturálne zmeny AFt pred a po ponorení do roztoku a štrukturálne parametre AFt v Ramanovom spektre. Kunther a kol. študovali vplyv interakcie medzi pomerom vápnika a kremíka CSH gélu a síranovým iónom na kryštalizačný tlak AFt pomocou NMR. Zároveň na základe aplikácie AFt v materiáloch na báze cementu Wenk et al. študoval AFt kryštálovú orientáciu betónového prierezu prostredníctvom technológie povrchovej úpravy röntgenovej difrakcie tvrdého synchrotrónového žiarenia. Skúmala sa tvorba AFt v zmiešanom cemente a výskumný hotspot ettringitu. Na základe oneskorenej ettringitovej reakcie niektorí vedci vykonali veľa výskumov o príčine fázy AFt.

Objemová expanzia spôsobená tvorbou ettringitu je niekedy priaznivá a môže pôsobiť ako „expanzia“ podobne ako expanzné činidlo na báze oxidu horečnatého na udržanie objemovej stability materiálov na báze cementu. Prídavok polymérnej emulzie a redispergovateľného emulzného prášku mení makroskopické vlastnosti materiálov na báze cementu v dôsledku ich významného vplyvu na mikroštruktúru materiálov na báze cementu. Avšak na rozdiel od redispergovateľného emulzného prášku, ktorý zvyšuje hlavne väzbové vlastnosti vytvrdnutej malty, vo vode rozpustný polymér éter celulózy (CE) dáva novo zmiešanej malte dobrý účinok zadržiavania vody a zahusťovania, čím zlepšuje pracovný výkon. Bežne sa používa neiónová CE, vrátane metylcelulózy (MC), hydroxyetylcelulózy (HEC), hydroxypropylmetylcelulózy (HPMC),hydroxyetylmetylcelulóza (HEMC)atď. a CE hrá úlohu v novo zmiešanej malte, ale ovplyvňuje aj proces hydratácie cementovej kaše. Štúdie ukázali, že HEMC mení množstvo AFt produkovaného ako hydratačný produkt. Žiadne štúdie však systematicky neporovnávali účinok CE na mikroskopickú morfológiu AFt, takže tento článok skúma rozdiel v účinku HEMC a MC na mikroskopickú morfológiu ettringhamu v skorej (1-dňovej) cementovej suspenzii prostredníctvom analýzy obrazu a porovnanie.

1. Experimentujte

1.1 Suroviny

Ako cement v experimente bol vybraný portlandský cement P·II 52,5R vyrobený spoločnosťou Anhui Conch Cement Co., LTD. Tieto dva étery celulózy sú hydroxyetylmetylcelulóza (HEMC) a metylcelulóza (metylcelulóza, Shanghai Sinopath Group). MC); Zámesová voda je voda z vodovodu.

1.2 Experimentálne metódy

Pomer voda-cement vo vzorke cementovej pasty bol 0,4 (hmotnostný pomer vody k cementu) a obsah éteru celulózy bol 1 % hmotnosti cementu. Príprava vzorky bola vykonaná podľa GB1346-2011 „Testovacia metóda pre spotrebu vody, čas tuhnutia a stabilitu štandardnej konzistencie cementu“. Po vytvorení vzorky bola na povrch formy zapuzdrená plastová fólia, aby sa zabránilo odparovaniu povrchovej vody a karbonizácii, a vzorka bola umiestnená do vytvrdzovacej miestnosti s teplotou (20±2)℃ a relatívnou vlhkosťou (60±5). ) %. Po 1 dni bola forma odstránená a vzorka bola rozbitá, potom bola odobratá malá vzorka zo stredu a namočená v bezvodom etanole, aby sa ukončila hydratácia, a vzorka bola vybratá a vysušená pred testovaním. Vysušené vzorky sa nalepili na vzorkovnicu vodivým obojstranným lepidlom a na povrch sa nastriekala vrstva zlatého filmu automatickým prístrojom na rozprašovanie iónov Cressington 108auto. Prúd naprašovania bol 20 mA a čas naprašovania bol 60 s. FEI QUANTAFEG 650 environmentálny rastrovací elektrónový mikroskop (ESEM) sa použil na pozorovanie morfologických charakteristík AFt na reze vzorky. Na pozorovanie AFT sa použil režim sekundárnych elektrónov vo vysokom vákuu. Urýchľovacie napätie bolo 15 kV, priemer bodu lúča bol 3,0 nm a pracovná vzdialenosť bola riadená na približne 10 mm.

2. Výsledky a diskusia

SEM snímky ettringitu vo vytvrdnutej cementovej suspenzii modifikovanej HEMC ukázali, že orientačný rast vrstveného Ca (OH)2(CH) bol zrejmý a AFt vykazoval nepravidelnú akumuláciu krátkeho tyčinkovitého AFt a niektoré krátke tyčinkovité AFT ​​boli pokryté s membránovou štruktúrou HEMC. Zhang Dongfang a kol. tiež našli krátke tyčinkovité AFt pri pozorovaní zmien mikroštruktúry HEMC modifikovanej cementovej kaše prostredníctvom ESEM. Verili, že obyčajná cementová kaša reaguje rýchlo po stretnutí s vodou, takže kryštál AFt bol štíhly a predlžovanie hydratačného veku viedlo k neustálemu zvyšovaniu pomeru dĺžky a priemeru. HEMC však zvýšilo viskozitu roztoku, znížilo rýchlosť viazania iónov v roztoku a oddialilo príchod vody na povrch častíc slinku, takže pomer dĺžky a priemeru AFt stúpal v slabom trende a jeho morfologické charakteristiky ukázali krátky tyčovitý tvar. V porovnaní s AFt v bežnej cementovej suspenzii rovnakého veku bola táto teória čiastočne overená, ale nie je použiteľná na vysvetlenie morfologických zmien AFt v MC modifikovanej cementovej suspenzii. SEM snímky ettriditu v 1-dňovej vytvrdnutej MC modifikovanej cementovej suspenzii tiež ukázali orientovaný rast vrstveného Ca(OH)2, niektoré AFt povrchy boli tiež pokryté filmovou štruktúrou MC a AFt vykazoval morfologické charakteristiky rastu zhlukov. Avšak na porovnanie, AFt kryštál v MC modifikovanej cementovej suspenzii má väčší pomer dĺžky a priemeru a štíhlejšiu morfológiu, pričom vykazuje typickú ihličkovitú morfológiu.

HEMC aj MC oddialili skorý proces hydratácie cementu a zvýšili viskozitu roztoku, ale nimi spôsobené rozdiely v morfologických charakteristikách AFt boli stále významné. Vyššie uvedené javy možno ďalej rozviesť z pohľadu molekulovej štruktúry éteru celulózy a kryštalickej štruktúry AFt. Renaudin a kol. namočil syntetizovaný AFt do pripraveného alkalického roztoku, aby sa získal „mokrý AFt“, a čiastočne ho odstránil a vysušil na povrchu nasýteného roztoku CaCl2 (35% relatívna vlhkosť), aby sa získal „suchý AFt“. Po štúdii spresnenia štruktúry pomocou Ramanovej spektroskopie a röntgenovej práškovej difrakcie sa zistilo, že medzi týmito dvoma štruktúrami nie je žiadny rozdiel, zmenil sa iba smer tvorby kryštálov buniek v procese sušenia, to znamená v procese environmentálneho zmena z „mokrého“ na „suché“, kryštály AFt tvorili bunky pozdĺž normálneho smeru postupne sa zväčšovali. Kryštály AFt pozdĺž c normálneho smeru boli čoraz menšie. Najzákladnejšia jednotka trojrozmerného priestoru sa skladá z normálnej čiary, b normálnej čiary ac normálnej čiary, ktoré sú na seba kolmé. V prípade, že b normály boli fixné, kryštály AFt sa zoskupili pozdĺž normál, čo viedlo k zväčšenému prierezu buniek v rovine ab normál. Ak teda HEMC „uskladňuje“ viac vody ako MC, v lokalizovanej oblasti sa môže vyskytnúť „suché“ prostredie, ktoré podporuje laterálnu agregáciu a rast kryštálov AFt. Patural a kol. zistili, že pre samotný CE platí, že čím vyšší je stupeň polymerizácie (alebo čím väčšia je molekulová hmotnosť), tým väčšia je viskozita CE a tým lepšia je schopnosť zadržiavať vodu. Molekulárna štruktúra HEMC a MCS podporuje túto hypotézu, pričom hydroxyetylová skupina má oveľa väčšiu molekulovú hmotnosť ako vodíková skupina.

Vo všeobecnosti sa kryštály AFt vytvoria a precipitujú len vtedy, keď príslušné ióny dosiahnu určitú saturáciu v systéme roztoku. Preto faktory ako koncentrácia iónov, teplota, hodnota pH a priestor tvorby v reakčnom roztoku môžu významne ovplyvniť morfológiu kryštálov AFt a zmeny v podmienkach umelej syntézy môžu zmeniť morfológiu kryštálov AFt. Preto pomer kryštálov AFt v bežnej cementovej kaši medzi nimi môže byť spôsobený jediným faktorom spotreby vody pri skorej hydratácii cementu. Rozdiel v morfológii kryštálov AFt spôsobený HEMC a MC by však mal byť spôsobený najmä ich špeciálnym mechanizmom zadržiavania vody. Hemcs a MCS vytvárajú „uzavretú slučku“ transportu vody v mikrozóne čerstvej cementovej kaše, čo umožňuje „krátke obdobie“, počas ktorého sa voda „ľahko dostáva a ťažko sa dostáva von“. Počas tohto obdobia sa však mení aj prostredie kvapalnej fázy v mikrozóne a blízko nej. Faktory ako koncentrácia iónov, pH atď., Zmena rastového prostredia sa ďalej odráža v morfologických charakteristikách kryštálov AFt. Táto „uzavretá slučka“ transportu vody je podobná mechanizmu účinku, ktorý opísali Pourchez et al. HPMC hrá úlohu pri zadržiavaní vody.

3. Záver

(1) Pridanie éteru hydroxyetylmetylcelulózy (HEMC) a éteru metylcelulózy (MC) môže významne zmeniť morfológiu ettringitu v skorej (1 deň) bežnej cementovej kaši.

(2) Dĺžka a priemer kryštálu ettringitu v cementovej suspenzii modifikovanej HEMC sú malé a majú tvar krátkej tyčinky; Pomer dĺžky a priemeru kryštálov ettringitu v cementovej suspenzii modifikovanej MC je veľký, čo má tvar ihlice. Kryštály ettringitu v bežných cementových suspenziách majú pomer strán medzi týmito dvoma.

(3) Rozdielne účinky dvoch éterov celulózy na morfológiu ettringitu sú v podstate spôsobené rozdielom v molekulovej hmotnosti.