Celulozni eter na morfologiji zgodnjega etringita

Učinke hidroksietil metil celuloznega etra in metil celuloznega etra na morfologijo etringita v zgodnji cementni brozgi so preučevali z vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM). Rezultati kažejo, da je razmerje med dolžino in premerom kristalov etringita v brozgi, modificirani z hidroksietil metil celuloznim etrom, manjše od tistega v navadni brozgi, morfologija kristalov etringita pa je podobna kratki palici. Razmerje med dolžino in premerom kristalov etringita v brozgi, modificirani z metilceluloznim etrom, je večje kot v običajni brozgi, morfologija kristalov etringita pa je igličasta. Kristali etringita v navadni cementni kaši imajo razmerje stranic nekje vmes. Z zgornjo eksperimentalno študijo je nadalje jasno, da je razlika v molekulski masi dveh vrst celuloznega etra najpomembnejši dejavnik, ki vpliva na morfologijo etringita.

Ključne besede:etringit; Razmerje med dolžino in premerom; Metilcelulozni eter; Hidroksietil metil celulozni eter; morfologija

Ettringit, kot rahlo razširjen hidratacijski proizvod, pomembno vpliva na učinkovitost cementnega betona in je bil vedno žarišče raziskav materialov na osnovi cementa. Etringit je nekakšen trisulfidni tip kalcijevega aluminatnega hidrata, njegova kemijska formula je [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O ali jo lahko zapišemo kot 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, pogosto okrajšano kot AFt . V sistemu portlandskega cementa etringit v glavnem nastane z reakcijo sadre z aluminatnimi ali železovimi aluminatnimi minerali, ki igra vlogo zakasnitve hidracije in zgodnje trdnosti cementa. Na nastanek in morfologijo etringita vplivajo številni dejavniki, kot so temperatura, pH vrednost in koncentracija ionov. Že leta 1976 sta Metha et al. uporabil vrstično elektronsko mikroskopijo za preučevanje morfoloških značilnosti AFt in ugotovil, da je bila morfologija takšnih rahlo razširjenih produktov hidracije nekoliko drugačna, ko je bil prostor za rast dovolj velik in ko je bil prostor omejen. Prva je bila večinoma vitke kroglice v obliki igle, druga pa večinoma kratka paličasta prizma. Raziskava Yanga Wenyana je pokazala, da so se oblike AFt razlikovale v različnih okoljih sušenja. Mokra okolja bi upočasnila nastajanje AFt v ekspanzijsko dopiranem betonu in povečala možnost nabrekanja in razpok betona. Različna okolja ne vplivajo le na nastanek in mikrostrukturo AFt, ampak tudi na njegovo volumsko stabilnost. Chen Huxing et al. ugotovili, da se je dolgoročna stabilnost AFt zmanjšala s povečanjem vsebnosti C3A. Clark in Monteiro et al. ugotovili, da se je s povečanjem okoljskega pritiska kristalna struktura AFt spremenila iz reda v nered. Balonis in Glasser sta pregledala spremembe gostote AFm in AFt. Renaudin et al. proučevali strukturne spremembe AFt pred in po potopitvi v raztopino ter strukturne parametre AFt v Ramanovem spektru. Kunther et al. proučevali učinek interakcije med razmerjem kalcij-silicij v gelu CSH in sulfatnim ionom na kristalizacijski tlak AFt z NMR. Hkrati so na podlagi uporabe AFt v materialih na osnovi cementa Wenk et al. preučeval AFt kristalno orientacijo betonskega odseka s tehnologijo končne obdelave z rentgensko difrakcijo s trdim sinhrotronskim sevanjem. Raziskovali smo nastanek AFt v mešanem cementu in raziskovalno žarišče etringita. Na podlagi zapoznele reakcije etringita so nekateri znanstveniki izvedli veliko raziskav o vzroku faze AFt.

Razširitev prostornine, ki jo povzroči tvorba etringita, je včasih ugodna in lahko deluje kot "razširitev", podobna ekspanzijskemu sredstvu magnezijevega oksida, da ohrani stabilnost prostornine materialov na osnovi cementa. Dodatek polimerne emulzije in redisperzibilnega emulzijskega prahu spremeni makroskopske lastnosti materialov na osnovi cementa zaradi njunih pomembnih učinkov na mikrostrukturo materialov na osnovi cementa. Vendar pa za razliko od redisperzibilnega emulzijskega praška, ki predvsem izboljša sposobnost lepljenja strjene malte, vodotopen polimer celulozni eter (CE) daje na novo zmešani malti dobro zadrževanje vode in učinek zgoščevanja, s čimer izboljša delovno učinkovitost. Pogosto se uporablja neionski CE, vključno z metil celulozo (MC), hidroksietil celulozo (HEC), hidroksipropil metil celulozo (HPMC),hidroksietil metil celuloza (HEMC), itd., in CE ima vlogo pri na novo zmešani malti, vendar vpliva tudi na proces hidratacije cementne brozge. Študije so pokazale, da HEMC spremeni količino AFt, ki nastane kot produkt hidracije. Vendar nobena študija ni sistematično primerjala učinka CE na mikroskopsko morfologijo AFt, zato ta članek raziskuje razliko med učinkom HEMC in MC na mikroskopsko morfologijo ettringhama v zgodnji (1-dnevni) cementni brozgi z analizo slike in primerjava.

1. Eksperimentirajte

1.1 Surovine

Kot cement v poskusu je bil izbran portlandski cement P·II 52.5R proizvajalca Anhui Conch Cement Co., LTD. Dva celulozna etra sta hidroksietil metilceluloza (HEMC) oziroma metilceluloza (metilceluloza, Shanghai Sinopath Group). MC); Voda za mešanje je voda iz pipe.

1.2 Eksperimentalne metode

Vodocementno razmerje vzorca cementne paste je bilo 0,4 (masno razmerje vode in cementa), vsebnost celuloznega etra pa 1 % mase cementa. Priprava vzorca je bila izvedena v skladu z GB1346-2011 "Metoda testiranja porabe vode, časa strjevanja in stabilnosti standardne konsistence cementa". Po oblikovanju vzorca smo na površino kalupa zaprli plastično folijo, da preprečimo izhlapevanje površinske vode in karbonizacijo, vzorec pa smo postavili v sobo za utrjevanje s temperaturo (20±2)℃ in relativno vlažnostjo (60±5). ) %. Po 1 dnevu smo kalup odstranili in vzorec prelomili, nato pa iz sredine vzeli majhen vzorec in ga namočili v brezvodnem etanolu, da se prekine hidratacija, vzorec pa vzeli ven in posušili pred testiranjem. Posušene vzorce smo prilepili na vzorčno mizo s prevodnim dvostranskim lepilom in na površino napršili plast zlatega filma z instrumentom za avtomatsko ionsko razprševanje Cressington 108auto. Tok razprševanja je bil 20 mA, čas razprševanja pa 60 s. FEI QUANTAFEG 650 okoljski vrstični elektronski mikroskop (ESEM) je bil uporabljen za opazovanje morfoloških značilnosti AFt na odseku vzorca. Za opazovanje AFT je bil uporabljen visokovakuumski način sekundarnih elektronov. Pospeševalna napetost je bila 15 kV, premer točke žarka je bil 3,0 nm, delovna razdalja pa je bila nadzorovana na približno 10 mm.

2. Rezultati in razprava

SEM slike etringita v strjeni cementni brozgi, modificirani s HEMC, so pokazale, da je bila orientacijska rast večplastnega Ca (OH)2(CH) očitna, AFt pa je pokazal nepravilno kopičenje kratkega paličastega AFt in nekaj kratkega paličastega AFT je bilo pokritega z membransko strukturo HEMC. Zhang Dongfang idr. ugotovil tudi kratko paličasto AFt pri opazovanju sprememb mikrostrukture HEMC modificirane cementne brozge skozi ESEM. Verjeli so, da se navadna cementna brozga hitro odzove po srečanju z vodo, zato je bil kristal AFt vitek, podaljšanje hidratacijske starosti pa je povzročilo nenehno povečevanje razmerja med dolžino in premerom. Vendar je HEMC povečal viskoznost raztopine, zmanjšal hitrost vezave ionov v raztopini in odložil prihod vode na površino delcev klinkerja, tako da se je razmerje med dolžino in premerom AFt povečalo v šibkem trendu, njegove morfološke značilnosti pa so pokazale kratka paličasta oblika. V primerjavi z AFt v navadni cementni brozgi iste starosti je bila ta teorija delno preverjena, vendar ni uporabna za razlago morfoloških sprememb AFt v MC modificirani cementni brozgi. SEM slike etridita v 1-dnevno strjeni MC modificirani cementni brozgi so prav tako pokazale usmerjeno rast plastnega Ca(OH)2, nekatere površine AFt so bile prekrite tudi s filmsko strukturo MC, AFt pa je pokazal morfološke značilnosti rasti grozdov. Za primerjavo pa ima kristal AFt v MC modificirani cementni brozgi večje razmerje med dolžino in premerom in bolj vitko morfologijo, ki kaže tipično iglasto morfologijo.

Tako HEMC kot MC sta odložila zgodnji postopek hidratacije cementa in povečala viskoznost raztopine, vendar so bile razlike v morfoloških značilnostih AFt, ki so jih povzročile, še vedno pomembne. Zgornje pojave je mogoče nadalje razložiti z vidika molekularne strukture celuloznega etra in kristalne strukture AFt. Renaudin et al. namočili sintetizirani AFt v pripravljeno raztopino alkalije, da smo dobili "mokri AFt", in ga delno odstranili ter posušili na površini nasičene raztopine CaCl2 (35% relativne vlažnosti), da smo dobili "suhi AFt". Po študiji izpopolnitve strukture z ramansko spektroskopijo in rentgensko praškovno difrakcijo je bilo ugotovljeno, da med obema strukturama ni razlike, spremenila se je le smer tvorbe kristalov celic v procesu sušenja, to je v procesu okolja. spreminjajo iz "mokrega" v "suho", kristali AFt tvorijo celice vzdolž normalne smeri in se postopoma povečujejo. Kristalov AFt vzdolž normalne smeri c je postajalo vedno manj. Najosnovnejša enota tridimenzionalnega prostora je sestavljena iz normalne črte, normalne črte b in normalne črte c, ki so pravokotne druga na drugo. V primeru, da so bile normale b fiksirane, so se kristali AFt združili vzdolž normale, kar je povzročilo povečan presek celic v ravnini ab normal. Če torej HEMC »shranjuje« več vode kot MC, se lahko pojavi »suho« okolje na lokaliziranem območju, kar spodbuja lateralno agregacijo in rast kristalov AFt. Patural et al. ugotovili, da je za sam CE višja stopnja polimerizacije (ali večja kot je molekulska masa), večja je viskoznost CE in boljša je zmogljivost zadrževanja vode. Molekularna struktura HEMC in MCS podpira to hipotezo, pri čemer ima hidroksietilna skupina veliko večjo molekulsko maso kot vodikova skupina.

Na splošno bodo kristali AFt nastali in se oborili šele, ko ustrezni ioni dosežejo določeno nasičenost v sistemu raztopine. Zato lahko dejavniki, kot so koncentracija ionov, temperatura, vrednost pH in prostor za tvorbo v reakcijski raztopini, pomembno vplivajo na morfologijo kristalov AFt, spremembe v pogojih umetne sinteze pa lahko spremenijo morfologijo kristalov AFt. Zato je lahko razmerje kristalov AFt v navadni cementni brozgi med obema posledica enega samega faktorja porabe vode pri zgodnji hidrataciji cementa. Vendar bi morala biti razlika v morfologiji kristalov AFt, ki jo povzročata HEMC in MC, predvsem posledica njihovega posebnega mehanizma za zadrževanje vode. Hemcs in MCS ustvarjata "zaprto zanko" vodnega transporta znotraj mikrocone sveže cementne brozge, kar omogoča "kratko obdobje", v katerem je voda "lahka vstopiti in težko izstopiti." Vendar se v tem obdobju spremeni tudi okolje tekoče faze v in blizu mikrocone. Dejavniki, kot so koncentracija ionov, pH itd., Sprememba rastnega okolja se nadalje odraža v morfoloških značilnostih kristalov AFt. Ta "zaprta zanka" vodnega transporta je podobna mehanizmu delovanja, ki so ga opisali Pourchez et al. HPMC igra vlogo pri zadrževanju vode.

3. Zaključek

(1) Dodatek hidroksietil metil celuloznega etra (HEMC) in metil celuloznega etra (MC) lahko bistveno spremeni morfologijo etringita v zgodnji (1 dan) navadni cementni brozgi.

(2) Dolžina in premer kristala etringita v HEMC modificirani cementni brozgi sta majhna in ima kratko paličasto obliko; Razmerje med dolžino in premerom kristalov etringita v MC modificirani cementni brozgi je veliko, kar je v obliki igle. Kristali etringita v navadni cementni brozgi imajo razmerje stranic med tema dvema.

(3) Različni učinki dveh celuloznih etrov na morfologijo etringita so predvsem posledica razlike v molekulski masi.