Vplyv éteru celulózy na hydratačné teplo rôznych cementov a jednotlivých rúd

účinky éteru celulózy na hydratačné teplo portlandského cementu, sulfoaluminátového cementu, trikalciumsilikátu a trikalciumhlinitanu za 72 h boli porovnané izotermickým kalorimetrickým testom. Výsledky ukazujú, že éter celulózy môže významne znížiť rýchlosť hydratácie a uvoľňovania tepla portlandského cementu a trikalciumsilikátu a pokles účinku na rýchlosť hydratácie a uvoľňovania tepla trikalciumsilikátu je výraznejší. Účinok éteru celulózy na zníženie rýchlosti uvoľňovania tepla pri hydratácii sulfoaluminátového cementu je veľmi slabý, ale má slabý účinok na zlepšenie rýchlosti uvoľňovania tepla pri hydratácii trikalciumhlinitanu. Éter celulózy bude adsorbovaný niektorými hydratačnými produktmi, čím sa oneskorí kryštalizácia hydratačných produktov a potom ovplyvní rýchlosť uvoľňovania hydratačného tepla cementu a jednotlivej rudy.

kľúčové slová:éter celulózy; cement; Jediná ruda; Hydratačné teplo; adsorpcia

1. Úvod

Éter celulózy je dôležitým zahusťovadlom a činidlom zadržiavajúcim vodu v suchej zmiešanej malte, samozhutniteľnom betóne a iných nových materiáloch na báze cementu. Éter celulózy však tiež oneskorí hydratáciu cementu, čo prispieva k zlepšeniu prevádzkového času materiálov na báze cementu, zlepšeniu konzistencie malty a strate času zosadnutia betónu, ale tiež môže oneskoriť postup výstavby. Najmä to bude mať nepriaznivé účinky na maltu a betón používané v podmienkach prostredia s nízkou teplotou. Preto je veľmi dôležité pochopiť zákon éteru celulózy o kinetike hydratácie cementu.

OU a Pourchez systematicky študovali účinky molekulárnych parametrov, ako je molekulová hmotnosť éteru celulózy, typ substituenta alebo stupeň substitúcie na kinetiku hydratácie cementu, a dospeli k mnohým dôležitým záverom: Schopnosť éteru hydroxyetylcelulózy (HEC) oneskoriť hydratáciu cement je zvyčajne pevnejší ako éter metylcelulózy (HPMC), éter hydroxymetyletylcelulózy (HEMC) a éter metylcelulózy (MC). V éteri celulózy s obsahom metylu platí, že čím nižší je obsah metylu, tým silnejšia je schopnosť oddialiť hydratáciu cementu; Čím nižšia je molekulová hmotnosť éteru celulózy, tým silnejšia je schopnosť oddialiť hydratáciu cementu. Tieto závery poskytujú vedecký základ pre správny výber éteru celulózy.

Vplyv éteru celulózy na kinetiku hydratácie cementu je pre rôzne zložky cementu tiež veľmi znepokojujúcim problémom v inžinierskych aplikáciách. V tomto smere však neexistuje žiadny výskum. V tomto článku sa skúmal vplyv éteru celulózy na hydratačnú kinetiku bežného portlandského cementu, C3S (trikalciumsilikátu), C3A (hlinitanu vápenatého) a sulfoaluminátového cementu (SAC) pomocou testu izotermickej kalorimetrie, aby sa lepšie pochopila interakcia a vnútorný mechanizmus medzi éterom celulózy a produktmi hydratácie cementu. Poskytuje ďalší vedecký základ pre racionálne využitie éteru celulózy v materiáloch na báze cementu a tiež poskytuje výskumný základ pre interakciu medzi inými prímesami a produktmi hydratácie cementu.

2. Test

2.1 Suroviny

(1) obyčajný portlandský cement (P·0). Vyrába Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., špecifikácia je P·042.5 (GB 175-2007), určená röntgenovým fluorescenčným spektrometrom s disperzným typom vlnovej dĺžky (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Podľa analýzy softvéru JADE 5.0 okrem minerálov cementového slinku C3S, C2s, C3A, C4AF a sadry medzi cementové suroviny patrí aj uhličitan vápenatý.

(2) sulfoaluminátový cement (SAC). Rýchly tvrdý sulfoaluminátový cement vyrábaný spoločnosťou Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. je R.Star 42,5 (GB 20472-2006). Jeho hlavnými skupinami sú sulfoaluminát vápenatý a kremičitan vápenatý.

(3) trikalciumsilikát (C3S). Lis Ca(OH)2, Si02, Co203 a H20 v pomere 3:1:0,08: Hmotnostný pomer 10 sa rovnomerne premieša a lisuje sa pri konštantnom tlaku 60 MPa, čím sa získa valcový zelený blok. Predvalok sa kalcinoval pri 1400 °C počas 1,5 až 2 hodín vo vysokoteplotnej elektrickej peci na báze kremíka a molybdénu a potom sa premiestnil do mikrovlnnej rúry na ďalší mikrovlnný ohrev počas 40 minút. Po vybratí bol predvalok prudko ochladený a opakovane lámaný a kalcinovaný, kým obsah voľného CaO v hotovom výrobku nebol nižší ako 1,0 %.

(4) hlinitan vápenatý (c3A). CaO a A12O3 boli rovnomerne zmiešané, kalcinované pri 1450 °C počas 4 hodín v kremíkovej-molybdénovej tyčovej elektrickej peci, rozomleté ​​na prášok a opakovane kalcinované, kým obsah voľného CaO nebol nižší ako 1,0 % a vrcholy C12A7 a CA boli ignoroval.

(5) éter celulózy. Predchádzajúca práca porovnávala účinky 16 druhov éterov celulózy na hydratáciu a rýchlosť uvoľňovania tepla bežného portlandského cementu a zistila, že rôzne druhy éterov celulózy majú významné rozdiely v zákone hydratácie a uvoľňovania tepla cementu, a analyzovala vnútorný mechanizmus. tohto významného rozdielu. Podľa výsledkov predchádzajúcej štúdie boli vybrané tri druhy éterov celulózy, ktoré majú zjavný retardačný účinok na bežný portlandský cement. Tieto zahŕňajú éter hydroxyetylcelulózy (HEC), éter hydroxypropylmetylcelulózy (HPMC) a éter hydroxyetylmetylcelulózy (HEMC). Viskozita éteru celulózy bola meraná rotačným viskozimetrom s testovanou koncentráciou 2 %, teplotou 20 °C a rýchlosťou otáčania 12 ot./min. Viskozita éteru celulózy bola meraná rotačným viskozimetrom s testovanou koncentráciou 2 %, teplotou 20 °C a rýchlosťou otáčania 12 ot./min. Molárny stupeň substitúcie éteru celulózy udáva výrobca.

(6) Voda. Použite sekundárnu destilovanú vodu.

2.2 Skúšobná metóda

Hydratačné teplo. Bol prijatý 8-kanálový izotermický kalorimeter TAM Air vyrobený spoločnosťou TA Instrument Company. Všetky suroviny sa pred experimentom udržiavali na konštantnej teplote až do testovacej teploty (ako je (20 ± 0,5) °C). Najprv sa do kalorimetra pridali 3 g cementu a 18 mg prášku éteru celulózy (hmotnostný pomer éteru celulózy k cemelatívnemu materiálu bol 0,6 %). Po úplnom premiešaní sa pridala zmiešaná voda (sekundárna destilovaná voda) podľa špecifikovaného pomeru voda-cement a zmes sa rovnomerne premiešala. Potom sa rýchlo vložil do kalorimetra na testovanie. Pomer voda-spojivo c3A je 1,1 a pomer voda-spojivo ostatných troch cementových materiálov je 0,45.

3. Výsledky a diskusia

3.1 Výsledky testu

Účinky HEC, HPMC a HEMC na rýchlosť uvoľňovania hydratačného tepla a kumulatívnu rýchlosť uvoľňovania tepla bežného portlandského cementu, C3S a C3A do 72 hodín, a účinky HEC na rýchlosť uvoľňovania hydratačného tepla a kumulatívnu rýchlosť uvoľňovania tepla sulfoaluminátového cementu do 72 h je HEC éter celulózy s najsilnejším oneskoreným účinkom na hydratáciu iného cementu a jednotlivej rudy. Kombináciou týchto dvoch účinkov možno zistiť, že so zmenou zloženia cementového materiálu má éter celulózy rôzne účinky na rýchlosť uvoľňovania hydratačného tepla a kumulatívne uvoľňovanie tepla. Vybraný éter celulózy môže výrazne znížiť rýchlosť hydratácie a uvoľňovania tepla bežného portlandského cementu a C, S, hlavne predlžuje dobu indukčnej periódy, odďaľuje objavenie sa vrcholu hydratácie a uvoľňovania tepla, medzi ktoré patrí éter celulózy na hydratáciu C, S a oneskorenie rýchlosti uvoľňovania tepla je zreteľnejšie ako hydratácia bežného portlandského cementu a oneskorenie rýchlosti uvoľňovania tepla; Éter celulózy môže tiež oneskoriť rýchlosť uvoľňovania tepla pri hydratácii sulfoaluminátového cementu, ale schopnosť oneskorenia je veľmi slabá a hlavne oneskoruje hydratáciu po 2 hodinách; Pre rýchlosť uvoľňovania tepla pri hydratácii C3A má éter celulózy slabú urýchľovaciu schopnosť.

3.2 Analýza a diskusia

Mechanizmus celulózového éteru oneskoruje hydratáciu cementu. Silva a spol. predpokladali, že éter celulózy zvyšuje viskozitu roztoku pórov a bráni rýchlosti pohybu iónov, čím sa oneskoruje hydratácia cementu. Veľa literatúry však tento predpoklad spochybňuje, pretože ich experimenty zistili, že étery celulózy s nižšou viskozitou majú silnejšiu schopnosť oddialiť hydratáciu cementu. V skutočnosti je čas pohybu alebo migrácie iónov taký krátky, že zjavne nie je porovnateľný s časom oneskorenia hydratácie cementu. Adsorpcia medzi éterom celulózy a produktmi hydratácie cementu sa považuje za skutočný dôvod oneskorenia hydratácie cementu éterom celulózy. Éter celulózy sa ľahko adsorbuje na povrch hydratačných produktov, ako je hydroxid vápenatý, CSH gél a hydrát hlinitanu vápenatého, ale nie je ľahké ho adsorbovať ettringitom a nehydratovanou fázou a adsorpčná kapacita éteru celulózy na hydroxide vápenatom je vyššia ako gélu CSH. Preto pre bežné produkty hydratácie portlandského cementu má éter celulózy najsilnejšie oneskorenie na hydroxide vápenatom, najsilnejšie oneskorenie na vápnik, druhé oneskorenie na CSH gél a najslabšie oneskorenie na ettringit.

Predchádzajúce štúdie ukázali, že adsorpcia medzi neiónovým polysacharidom a minerálnou fázou zahŕňa hlavne vodíkové väzby a chemickú komplexáciu a tieto dva účinky sa vyskytujú medzi hydroxylovou skupinou polysacharidu a hydroxidom kovu na minerálnom povrchu. Liu a kol. ďalej klasifikovali adsorpciu medzi polysacharidmi a hydroxidmi kovov ako interakciu medzi kyselinami a zásadami, s polysacharidmi ako kyselinami a hydroxidmi kovov ako zásadami. Pre daný polysacharid určuje alkalita minerálneho povrchu silu interakcie medzi polysacharidmi a minerálmi. Medzi štyrmi gélovými zložkami študovanými v tomto článku hlavné kovové alebo nekovové prvky zahŕňajú Ca, Al a Si. Podľa poradia aktivity kovov je alkalita ich hydroxidov Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. V skutočnosti je roztok Si(OH)4 kyslý a neadsorbuje éter celulózy. obsah Ca(OH)2 na povrchu produktov hydratácie cementu určuje adsorpčnú kapacitu produktov hydratácie a éteru celulózy Pretože hydroxid vápenatý, CSH gél (3CaO·2SiO2·3H20), ettringit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) a hydrát hlinitanu vápenatého (3CaO·Al2O3·6H2O) v obsahu anorganických oxidov CaO je 100 %, 58,33 %, 49,56 % a 62,2 %. Preto je poradie ich adsorpčnej kapacity s éterom celulózy hydroxid vápenatý > vápnik hlinitan >CSH gél > ettringit, čo je v súlade s výsledkami v literatúre.

Hydratačné produkty c3S zahŕňajú hlavne Ca(OH) a csH gél a éter celulózy má na ne dobrý oneskorovací účinok. Preto má celulózový éter veľmi zrejmé oneskorenie hydratácie C3s. Bežný portlandský cement okrem c3S obsahuje aj hydratáciu C2s, ktorá je pomalšia, vďaka čomu nie je oneskorený účinok éteru celulózy zrejmý v počiatočnom štádiu. Hydratačné produkty obyčajného kremičitanu zahŕňajú aj ettringit a oneskorovací účinok éteru celulózy je slabý. Preto je schopnosť oneskorenia éteru celulózy na c3s silnejšia ako schopnosť bežného portlandského cementu pozorovaná v teste.

C3A sa rýchlo rozpustí a hydratuje, keď sa stretne s vodou, a hydratačné produkty sú zvyčajne C2AH8 a c4AH13 a uvoľní sa hydratačné teplo. Keď roztok C2AH8 a c4AH13 dosiahne nasýtenie, vytvorí sa kryštalizácia hydrátu hexagonálneho listu C2AH8 a C4AH13 a súčasne sa zníži rýchlosť reakcie a hydratačné teplo. V dôsledku adsorpcie éteru celulózy na povrch hydrátu hlinitanu vápenatého (CxAHy) by prítomnosť éteru celulózy oneskorila kryštalizáciu hydrátu hexagonálnych dosiek C2AH8 a C4AH13, čo by malo za následok zníženie rýchlosti reakcie a rýchlosti uvoľňovania hydratačného tepla. čistého C3A, čo ukazuje, že éter celulózy má slabú schopnosť urýchľovať hydratáciu C3A. Stojí za zmienku, že v tomto teste má éter celulózy slabú schopnosť urýchľovať hydratáciu čistého c3A. Avšak v bežnom portlandskom cemente, pretože c3A bude reagovať so sadrou za vzniku ettringitu, v dôsledku vplyvu rovnováhy ca2+ v suspenznom roztoku, éter celulózy oneskorí tvorbu ettringitu, čím sa oneskorí hydratácia c3A.

Z účinkov HEC, HPMC a HEMC na rýchlosť hydratácie a uvoľňovania tepla a kumulatívne uvoľňovanie tepla bežného portlandského cementu, C3S a C3A do 72 hodín, a účinky HEC na rýchlosť hydratácie a uvoľňovania tepla a kumulatívne uvoľňovanie tepla sulfoaluminátu cementu do 72 hodín je možné vidieť, že spomedzi troch vybraných éterov celulózy bola schopnosť oneskorenej hydratácie c3s a portlandského cementu najsilnejšia v HEC, nasledovaná HEMC a najslabšia v HPMC. Pokiaľ ide o C3A, schopnosť troch éterov celulózy urýchliť hydratáciu je tiež v rovnakom poradí, to znamená, že HEC je najsilnejší, HEMC je druhý, HPMC je najslabší a najsilnejší. To vzájomne potvrdilo, že éter celulózy oddialil tvorbu hydratačných produktov gélujúcich materiálov.

Hlavnými hydratačnými produktmi sulfoaluminátového cementu sú ettringit a Al(OH)3 gél. C2S v sulfoaluminátovom cemente bude tiež hydratovať oddelene za vzniku Ca(OH)2 a cSH gélu. Pretože adsorpciu éteru celulózy a ettringitu možno ignorovať a hydratácia sulfoaluminátu je príliš rýchla, má éter celulózy v ranom štádiu hydratácie malý vplyv na rýchlosť uvoľňovania hydratačného tepla sulfoaluminátového cementu. Ale do určitej doby hydratácie, pretože c2s budú hydratovať oddelene, aby vytvorili Ca(OH)2 a CSH gél, budú tieto dva hydratačné produkty oneskorené éterom celulózy. Preto sa pozorovalo, že éter celulózy oneskoruje hydratáciu sulfoaluminátového cementu po 2 hodinách.

4. Záver

V tomto článku bol prostredníctvom testu izotermickej kalorimetrie porovnaný zákon vplyvu a mechanizmus tvorby éteru celulózy na hydratačné teplo obyčajného portlandského cementu, c3s, c3A, sulfoaluminátového cementu a iných rôznych zložiek a jednotlivej rudy za 72 hodín. Hlavné závery sú nasledovné:

(1) Éter celulózy môže výrazne znížiť rýchlosť uvoľňovania hydratačného tepla bežného portlandského cementu a trikalciumsilikátu a účinok zníženia rýchlosti uvoľňovania hydratačného tepla trikalciumsilikátu je výraznejší; Účinok éteru celulózy na zníženie rýchlosti uvoľňovania tepla sulfoaluminátového cementu je veľmi slabý, ale má slabý účinok na zlepšenie rýchlosti uvoľňovania tepla trikalciumhlinitanu.

(2) éter celulózy bude adsorbovaný niektorými produktmi hydratácie, čím sa oneskorí kryštalizácia produktov hydratácie, čo ovplyvní rýchlosť uvoľňovania tepla pri hydratácii cementu. Typ a množstvo hydratačných produktov sú rôzne pre rôzne zložky cementovej rudy, takže vplyv éteru celulózy na ich hydratačné teplo nie je rovnaký.