Vpliv celuloznega etra na hidratacijsko toploto različnih cementov in enojnih rud

učinke celuloznega etra na hidratacijsko toploto portlandskega cementa, sulfoaluminatnega cementa, trikalcijevega silikata in trikalcijevega aluminata v 72 urah smo primerjali z izotermnim kalorimetričnim testom. Rezultati kažejo, da lahko celulozni eter znatno zmanjša hidracijo in hitrost sproščanja toplote portlandskega cementa in trikalcijevega silikata, učinek zmanjšanja na hidracijo in hitrost sproščanja toplote trikalcijevega silikata pa je pomembnejši. Učinek celuloznega etra na zmanjšanje hitrosti sproščanja toplote pri hidrataciji sulfoaluminatnega cementa je zelo šibek, vendar ima šibek učinek na izboljšanje hitrosti sproščanja toplote pri hidrataciji trikalcijevega aluminata. Celulozni eter bodo adsorbirali nekateri hidratacijski produkti, kar bo upočasnilo kristalizacijo hidratacijskih produktov in nato vplivalo na hitrost sproščanja hidratacijske toplote cementa in posamezne rude.

Ključne besede:celulozni eter; Cement; Enotna ruda; Toplota hidracije; adsorpcija

1. Uvod

Celulozni eter je pomembno sredstvo za zgoščevanje in sredstvo za zadrževanje vode v suhi mešani malti, samozgoščevalnem betonu in drugih novih materialih na osnovi cementa. Vendar pa bo celulozni eter tudi odložil hidracijo cementa, kar prispeva k izboljšanju obratovalnega časa materialov na osnovi cementa, izboljšanju konsistence malte in izgube časa za usedanje betona, lahko pa tudi upočasni napredovanje gradnje. Zlasti bo imelo škodljive učinke na malto in beton, ki se uporabljata v okolju z nizko temperaturo. Zato je zelo pomembno razumeti zakon celuloznega etra na kinetiko hidratacije cementa.

OU in Pourchez sta sistematično proučevala učinke molekularnih parametrov, kot so molekulska masa celuloznega etra, vrsta substituenta ali stopnja substitucije, na kinetiko hidratacije cementa in prišla do številnih pomembnih zaključkov: Sposobnost hidroksietil celuloznega etra (HEC), da upočasni hidratacijo cement je običajno močnejši od metil celuloznega etra (HPMC), hidroksimetil etil celuloznega etra (HEMC) in metil celuloznega etra (MC). V celuloznem etru, ki vsebuje metil, nižja kot je vsebnost metila, močnejša je sposobnost zakasnitve hidracije cementa; Nižja kot je molekulska masa celuloznega etra, močnejša je sposobnost zakasnitve hidracije cementa. Ti zaključki zagotavljajo znanstveno podlago za pravilno izbiro celuloznega etra.

Za različne komponente cementa je učinek celuloznega etra na kinetiko hidratacije cementa prav tako zelo zaskrbljujoč problem v inženirskih aplikacijah. Vendar o tem vidiku ni raziskav. V tem prispevku je bil vpliv celuloznega etra na kinetiko hidratacije navadnega portlandskega cementa, C3S (trikalcijevega silikata), C3A (trikalcijevega aluminata) in sulfoaluminatnega cementa (SAC) proučen z izotermnim kalorimetričnim testom, da bi nadalje razumeli interakcijo in notranji mehanizem med celuloznim etrom in produkti hidratacije cementa. Zagotavlja nadaljnjo znanstveno osnovo za racionalno uporabo celuloznega etra v materialih na osnovi cementa in tudi raziskovalno osnovo za interakcijo med drugimi dodatki in produkti hidratacije cementa.

2. Test

2.1 Surovine

(1) navaden portlandski cement (P·0). Proizvaja Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., specifikacija je P· 042.5 (GB 175-2007), določena z rentgenskim fluorescenčnim spektrometrom tipa disperzije valovne dolžine (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Po analizi programske opreme JADE 5.0 so cementne surovine poleg mineralov cementnega klinkerja C3S, C2s, C3A, C4AF in sadre tudi kalcijev karbonat.

(2) sulfoaluminatni cement (SAC). Hitri trdi sulfoaluminatni cement, ki ga proizvaja Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd., je R.Star 42,5 (GB 20472-2006). Njegovi glavni skupini sta kalcijev sulfoaluminat in dikalcijev silikat.

(3) trikalcijev silikat (C3S). Stiskanje Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 in H2O pri 3:1:0,08: masno razmerje 10 je bilo enakomerno pomešano in stisnjeno pod stalnim tlakom 60MPa, da je nastala valjasta zelena gredica. Gredica je bila 1,5 ~ 2 h žgana pri 1400 ℃ v visokotemperaturni električni peči iz silicijevo-molibdenove palice in nato premaknjena v mikrovalovno pečico za nadaljnje mikrovalovno segrevanje za 40 minut. Po izvleku gredice smo jo nenadoma ohladili in večkrat lomili ter žgali, dokler ni bila vsebnost prostega CaO v končnem izdelku manjša od 1,0 %.

(4) trikalcijev aluminat (c3A). CaO in A12O3 sta bila enakomerno pomešana, 4 ure kalcinirana pri 1450 ℃ v električni peči s silicijevo-molibdenovo palico, zmleta v prah in večkrat kalcinirana, dokler ni bila vsebnost prostega CaO manjša od 1,0 %, vrhovi C12A7 in CA pa so bili doseženi. prezrt.

(5) celulozni eter. Prejšnje delo je primerjalo učinke 16 vrst celuloznih etrov na hitrost hidratacije in sproščanja toplote navadnega portlandskega cementa in ugotovilo, da imajo različne vrste celuloznih etrov pomembne razlike v zakonu o hidrataciji in sproščanju toplote cementa, ter analiziralo notranji mehanizem te pomembne razlike. Glede na rezultate prejšnje študije so bile izbrane tri vrste celuloznega etra, ki imajo očiten zaviralni učinek na navaden portlandski cement. Ti vključujejo hidroksietil celulozni eter (HEC), hidroksipropil metil celulozni eter (HPMC) in hidroksietil metil celulozni eter (HEMC). Viskoznost celuloznega etra smo izmerili z rotacijskim viskozimetrom s testno koncentracijo 2 %, temperaturo 20 ℃ in hitrostjo vrtenja 12 r/min. Viskoznost celuloznega etra smo izmerili z rotacijskim viskozimetrom s testno koncentracijo 2 %, temperaturo 20 ℃ in hitrostjo vrtenja 12 r/min. Molarno substitucijsko stopnjo celuloznega etra zagotavlja proizvajalec.

(6) Voda. Uporabite sekundarno destilirano vodo.

2.2 Preskusna metoda

Toplota hidracije. Sprejet je bil 8-kanalni izotermični kalorimeter TAM Air proizvajalca TA Instrument Company. Vse surovine so bile pred poskusom vzdrževane na konstantni temperaturi do preskusne temperature (kot je (20 ± 0,5) ℃). Najprej smo v kalorimeter dodali 3 g cementa in 18 mg prahu celuloznega etra (masno razmerje celuloznega etra in cemelativnega materiala je bilo 0,6 %). Po popolnem mešanju smo dodali mešano vodo (sekundarno destilirano vodo) v skladu z navedenim vodocementnim razmerjem in enakomerno premešali. Nato so ga hitro dali v kalorimeter za testiranje. Vodovezno razmerje c3A je 1,1, vodovezno razmerje ostalih treh cementnih materialov pa 0,45.

3. Rezultati in razprava

3.1 Rezultati testa

Učinki HEC, HPMC in HEMC na hitrost sproščanja hidratacijske toplote in kumulativno hitrost sproščanja toplote navadnega portlandskega cementa, C3S in C3A v 72 urah ter učinki HEC na hitrost sproščanja hidratacijske toplote in kumulativno hitrost sproščanja toplote sulfoaluminatnega cementa v 72 urah je HEC celulozni eter z najmočnejšim zakasnitvenim učinkom na hidratacijo drugega cementa in posamezne rude. Če združimo oba učinka, lahko ugotovimo, da ima celulozni eter s spremembo sestave cementnega materiala različne učinke na hitrost sproščanja hidratacijske toplote in kumulativno sproščanje toplote. Izbrani celulozni eter lahko znatno zmanjša hidracijo in hitrost sproščanja toplote navadnega portlandskega cementa in C, S, predvsem podaljša čas indukcijskega obdobja, odloži pojav hidracije in vrha sproščanja toplote, med katerimi je celulozni eter na C, S hidracijo in zakasnitev hitrosti sproščanja toplote je bolj očitna kot navadna hidratacija portlandskega cementa in zakasnitev hitrosti sproščanja toplote; Celulozni eter lahko tudi upočasni hitrost sproščanja toplote pri hidraciji sulfoaluminatnega cementa, vendar je sposobnost zakasnitve zelo šibka in v glavnem odloži hidracijo po 2 urah; Za hitrost sproščanja toplote pri hidrataciji C3A ima celulozni eter šibko sposobnost pospeševanja.

3.2 Analiza in razprava

Mehanizem celuloznega etra zadržuje hidratacijo cementa. Silva idr. domnevali, da celulozni eter poveča viskoznost raztopine por in ovira hitrost ionskega gibanja ter tako upočasni hidracijo cementa. Vendar je veliko literature dvomilo o tej domnevi, saj so njihovi poskusi ugotovili, da imajo celulozni etri z nižjo viskoznostjo močnejšo sposobnost zakasnitve hidratacije cementa. Pravzaprav je čas gibanja ali migracije ionov tako kratek, da očitno ni primerljiv s časom zakasnitve hidratacije cementa. Adsorpcija med celuloznim etrom in izdelki za hidratacijo cementa velja za pravi razlog za zamudo pri hidrataciji cementa s celuloznim etrom. Celulozni eter se zlahka adsorbira na površino hidratacijskih produktov, kot so kalcijev hidroksid, CSH gel in kalcijev aluminatni hidrat, vendar ga ni enostavno adsorbirati z etringitom in nehidrirano fazo, adsorpcijska zmogljivost celuloznega etra na kalcijevem hidroksidu pa je višja od gela CSH. Zato ima celulozni eter pri običajnih produktih hidracije portlandskega cementa najmočnejšo zakasnitev na kalcijevem hidroksidu, najmočnejšo zakasnitev na kalciju, drugo zakasnitev na CSH gelu in najšibkejšo zakasnitev na etringitu.

Prejšnje študije so pokazale, da adsorpcija med neionskim polisaharidom in mineralno fazo vključuje predvsem vodikovo vez in kemično kompleksiranje, ta dva učinka pa se pojavita med hidroksilno skupino polisaharida in kovinskim hidroksidom na površini minerala. Liu et al. nadalje razvrstil adsorpcijo med polisaharidi in kovinskimi hidroksidi kot kislinsko-bazično interakcijo, s polisaharidi kot kislinami in kovinskimi hidroksidi kot bazami. Za določen polisaharid alkalnost mineralne površine določa moč interakcije med polisaharidi in minerali. Med štirimi želirajočimi komponentami, ki jih proučujemo v tem članku, so glavni kovinski ali nekovinski elementi Ca, Al in Si. Glede na vrstni red aktivnosti kovin je alkalnost njihovih hidroksidov Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Dejansko je raztopina Si(OH)4 kisla in ne adsorbira celuloznega etra. Zato vsebnost Ca(OH)2 na površini produktov hidratacije cementa določa adsorpcijsko sposobnost produktov hidratacije in celuloznega etra Ker kalcijev hidroksid, CSH gel (3CaO·2SiO2·3H20), etringit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) in kalcijev aluminat hidrat (3CaO·Al2O3·6H2O) v vsebnosti anorganskih oksidov CaO je 100 %, 58,33 %, 49,56 % in 62,2 %, zato je vrstni red njihove adsorpcijske sposobnosti s celuloznim etrom kalcijev hidroksid > kalcij. aluminat >CSH gel > etringit, kar je skladno z rezultati v literaturi.

Hidratacijski produkti c3S vključujejo predvsem Ca (OH) in csH gel, celulozni eter pa ima na njih dober zakasnilni učinek. Zato ima celulozni eter zelo očitno zamudo pri hidrataciji C3s. Običajni portlandski cement poleg c3S vključuje tudi hidratacijo C2s, ki je počasnejša, zaradi česar učinek zakasnitve celuloznega etra v zgodnji fazi ni očiten. Produkti hidratacije navadnega silikata vključujejo tudi etringit, učinek zakasnitve celuloznega etra pa je slab. Zato je sposobnost zakasnitve celuloznega etra na c3s močnejša kot pri navadnem portlandskem cementu, opaženem v preskusu.

C3A se bo hitro raztopil in hidriral, ko se sreča z vodo, produkta hidracije pa sta običajno C2AH8 in c4AH13, pri čemer se bo sprostila toplota hidracije. Ko raztopina C2AH8 in c4AH13 doseže nasičenost, bo nastala kristalizacija C2AH8 in C4AH13 heksagonalne pločevine hidrata, hitrost reakcije in toplota hidratacije pa se bosta hkrati zmanjšali. Zaradi adsorpcije celuloznega etra na površino kalcijevega aluminatnega hidrata (CxAHy) bi prisotnost celuloznega etra upočasnila kristalizacijo hidrata s heksagonalno ploščo C2AH8 in C4AH13, kar bi povzročilo zmanjšanje reakcijske hitrosti in hitrosti sproščanja hidratacijske toplote kot tisto čistega C3A, kar kaže, da ima celulozni eter šibko sposobnost pospeševanja hidratacije C3A. Treba je omeniti, da ima v tem testu celulozni eter šibko sposobnost pospeševanja hidracije čistega c3A. Vendar pa bo v običajnem portlandskem cementu, ker bo c3A reagiral z sadro, da bo tvoril etringit, zaradi vpliva ravnovesja ca2+ v raztopini brozge celulozni eter upočasnil nastanek etringita in tako upočasnil hidratacijo c3A.

Iz učinkov HEC, HPMC in HEMC na hitrost hidracije in sproščanja toplote ter kumulativno sproščanje toplote navadnega portlandskega cementa, C3S in C3A v 72 urah ter učinkov HEC na hitrost hidracije in sproščanja toplote ter kumulativno sproščanje toplote sulfoaluminata cementa v 72 urah je razvidno, da je bila med tremi izbranimi celuloznimi etri sposobnost zakasnjene hidracije c3s in portlandskega cementa najmočnejša pri HEC, sledi HEMC in najšibkejša pri HPMC. Kar zadeva C3A, je tudi sposobnost treh celuloznih etrov za pospeševanje hidracije v istem vrstnem redu, to je HEC je najmočnejši, HEMC je drugi, HPMC je najšibkejši in najmočnejši. To je vzajemno potrdilo, da je celulozni eter odložil nastanek hidratacijskih produktov želirnih materialov.

Glavna produkta hidratacije sulfoaluminatnega cementa sta etringit in Al(OH)3 gel. C2S v sulfoaluminatnem cementu bo prav tako hidriral ločeno, da bo nastal Ca(OH)2 in cSH gel. Ker je adsorpcijo celuloznega etra in etringita mogoče prezreti in je hidratacija sulfoaluminata prehitra, zato ima celulozni eter v zgodnji fazi hidratacije majhen učinek na hitrost sproščanja hidratacijske toplote sulfoaluminatnega cementa. Toda do določenega časa hidracije, ker se bodo c2s ločeno hidrirali, da bi ustvarili Ca(OH)2 in CSH gel, bosta ta dva produkta hidracije zadržala celulozni eter. Zato je bilo ugotovljeno, da je celulozni eter po 2 urah odložil hidratacijo sulfoaluminatnega cementa.

4. Sklep

V tem prispevku smo z izotermnim kalorimetričnim testom primerjali zakon vpliva in mehanizem nastajanja celuloznega etra na hidratacijsko toploto navadnega portlandskega cementa, c3s, c3A, sulfoaluminatnega cementa in drugih različnih komponent ter posamezne rude v 72 urah. Glavni sklepi so naslednji:

(1) Celulozni eter lahko znatno zmanjša hitrost sproščanja hidratacijske toplote navadnega portlandskega cementa in trikalcijevega silikata, učinek zmanjšanja hitrosti sproščanja hidratacijske toplote trikalcijevega silikata pa je pomembnejši; Učinek celuloznega etra na zmanjšanje hitrosti sproščanja toplote sulfoaluminatnega cementa je zelo šibek, vendar ima šibek učinek na izboljšanje hitrosti sproščanja toplote trikalcijevega aluminata.

(2) celulozni eter bodo adsorbirali nekateri hidratacijski produkti, kar bo upočasnilo kristalizacijo hidratacijskih produktov, kar bo vplivalo na hitrost sproščanja toplote pri hidrataciji cementa. Vrsta in količina hidratacijskih produktov sta različni za različne sestavine cementne rude, zato učinek celuloznega etra na njihovo hidratacijsko toploto ni enak.