Efektet e etereve të celulozës në evolucionin e përbërësve të ujit dhe produkteve të hidratimit të pastës së çimentos sulfoaluminat

Përbërësit e ujit dhe evolucioni i mikrostrukturës në llumin e çimentos sulfoaluminate të modifikuar me eter celulozë (CSA) u studiuan me rezonancë magnetike bërthamore me fushë të ulët dhe analizues termik. Rezultatet treguan se pas shtimit të eterit celuloz, ai përthith ujë midis strukturave të flokulimit, i cili u karakterizua si kulmi i tretë i relaksimit në spektrin e kohës së relaksimit tërthor (T2) dhe sasia e ujit të përthithur ishte në korrelacion pozitiv me dozën. Për më tepër, eteri i celulozës lehtësoi ndjeshëm shkëmbimin e ujit midis strukturave të brendshme dhe ndër-floke të flokeve CSA. Edhe pse shtimi i eterit celuloz nuk ka asnjë efekt në llojet e produkteve të hidratimit të çimentos sulfoaluminat, ai do të ndikojë në sasinë e produkteve hidratuese të një moshe specifike.

Fjalët kyçe:eter celuloze; çimento sulfoaluminat; ujë; produkte hidratimi

0,Parathënie

Eteri celuloz, i cili përpunohet nga celuloza natyrale përmes një sërë procesesh, është një përzierje kimike e rinovueshme dhe e gjelbër. Eteret e zakonshme të celulozës si metilceluloza (MC), etilceluloza (HEC) dhe hidroksietilmetilceluloza (HEMC) përdoren gjerësisht në mjekësi, ndërtim dhe industri të tjera. Duke marrë si shembull HEMC, ai mund të përmirësojë ndjeshëm mbajtjen e ujit dhe konsistencën e çimentos Portland, por të vonojë ngjitjen e çimentos. Në nivel mikroskopik, HEMC gjithashtu ka një efekt të rëndësishëm në mikrostrukturën dhe strukturën e poreve të pastës së çimentos. Për shembull, produkti i hidratimit etringiti (AFt) ka më shumë gjasa të jetë në formë shufre të shkurtër dhe raporti i pamjes së tij është më i ulët; në të njëjtën kohë, një numër i madh poresh të mbyllura futen në pastën e çimentos, duke zvogëluar numrin e poreve komunikuese.

Shumica e studimeve ekzistuese mbi ndikimin e etereve të celulozës në materialet me bazë çimento fokusohen në çimento Portland. Çimentoja sulfoaluminate (CSA) është një çimento me karbon të ulët e zhvilluar në mënyrë të pavarur në vendin tim në shekullin e 20-të, me sulfoaluminat kalciumi anhidrik si minerali kryesor. Për shkak se një sasi e madhe AFt mund të gjenerohet pas hidratimit, CSA ka avantazhet e forcës së hershme, papërshkueshmërisë së lartë dhe rezistencës ndaj korrozionit dhe përdoret gjerësisht në fushat e printimit 3D të betonit, ndërtimit të inxhinierisë detare dhe riparimit të shpejtë në mjedise me temperaturë të ulët. . Vitet e fundit, Li Jian et al. analizoi ndikimin e HEMC në llaçin CSA nga këndvështrimi i rezistencës në shtypje dhe densitetit të lagësht; Wu Kai et al. studioi efektin e HEMC në procesin e hershëm të hidratimit të çimentos CSA, por uji në çimenton e modifikuar CSA Ligji i evolucionit të përbërësve dhe përbërja e slurit është i panjohur. Bazuar në këtë, kjo punë fokusohet në shpërndarjen e kohës së relaksimit tërthor (T2) në pluhurin e çimentos CSA para dhe pas shtimit të HEMC duke përdorur një instrument të rezonancës magnetike bërthamore me fushë të ulët, dhe analizon më tej ligjin e migrimit dhe ndryshimit të ujit në llum. Është studiuar ndryshimi i përbërjes së pastës së çimentos.

1. Eksperimentoni

1.1 Lëndët e para

U përdorën dy çimento sulfoaluminate të disponueshme në treg, të shënuara si CSA1 dhe CSA2, me një humbje gjatë ndezjes (LOI) prej më pak se 0.5% (fraksioni në masë).

Përdoren tre hidroksietil metilceluloza të ndryshme, të cilat shënohen përkatësisht si MC1, MC2 dhe MC3. MC3 fitohet nga përzierja e 5% (fraksioni masiv) poliakrilamid (PAM) në MC2.

1.2 Raporti i përzierjes

Tre lloje të etereve celuloze u përzien në çimento sulfoaluminat përkatësisht, dozat ishin 0.1%, 0.2% dhe 0.3% (fraksioni masiv, i njëjtë më poshtë). Raporti fiks ujë-çimento është 0.6, dhe raporti ujë-çimento i raportit ujë-çimento ka punueshmëri të mirë dhe pa gjakderdhje përmes testit të konsumit të ujit të konsistencës standarde.

1.3 Metoda

Pajisja NMR me fushë të ulët të përdorur në eksperiment është PQ⁃001 analizues NMR nga Shanghai Numei Analytical Instrument Co., Ltd. Fuqia e fushës magnetike e magnetit të përhershëm është 0,49 T, frekuenca e rezonancës së protonit është 21 MHz dhe temperatura e magnetit mbahet konstante në 32,0°C. Gjatë provës, shishja e vogël e qelqit që përmbante kampionin cilindrik u vendos në spiralen e sondës së instrumentit dhe sekuenca CPMG u përdor për të mbledhur sinjalin e relaksimit të pastës së çimentos. Pas përmbysjes nga softueri i analizës së korrelacionit, kurba e përmbysjes T2 është marrë duke përdorur algoritmin e përmbysjes Sirt. Uji me shkallë të ndryshme lirie në llum do të karakterizohet nga maja të ndryshme të relaksimit në spektrin tërthor të relaksimit, dhe zona e pikut të relaksimit lidhet pozitivisht me sasinë e ujit, në bazë të së cilës lloji dhe përmbajtja e ujit në llum. mund të analizohen. Për të gjeneruar rezonancë magnetike bërthamore, është e nevojshme të sigurohet që frekuenca qendrore O1 (njësia: kHz) e frekuencës radio është në përputhje me frekuencën e magnetit dhe O1 kalibrohet çdo ditë gjatë provës.

Mostrat u analizuan nga TG?DSC me analizues termik të kombinuar STA 449C nga NETZSCH, Gjermani. N2 u përdor si atmosferë mbrojtëse, shkalla e ngrohjes ishte 10°C/min dhe diapazoni i temperaturës së skanimit ishte 30-800°C.

2. Rezultatet dhe diskutimi

2.1 Evolucioni i përbërësve të ujit

2.1.1 Eter celuloz i padopuar

Dy maja relaksimi (të përcaktuara si kulmi i parë dhe i dytë i relaksimit) mund të vërehen qartë në spektrat e kohës së relaksimit tërthor (T2) të dy llumrave të çimentos sulfoaluminat. Maja e parë e relaksimit buron nga pjesa e brendshme e strukturës së flokulimit, e cila ka një shkallë të ulët lirie dhe një kohë të shkurtër relaksimi tërthor; maja e dytë e relaksimit e ka origjinën midis strukturave të flokulimit, e cila ka një shkallë të madhe lirie dhe një kohë të gjatë relaksimi tërthor. Në të kundërt, T2 që korrespondon me pikun e parë të relaksimit të dy çimentos është i krahasueshëm, ndërsa kulmi i dytë i relaksimit të CSA1 shfaqet më vonë. Ndryshe nga klinkeri i çimentos sulfoaluminat dhe çimentoja e bërë vetë, dy majat e relaksimit të CSA1 dhe CSA2 mbivendosen pjesërisht nga gjendja fillestare. Me përparimin e hidratimit, kulmi i parë i relaksimit gradualisht tenton të jetë i pavarur, zona gradualisht zvogëlohet dhe zhduket plotësisht në rreth 90 minuta. Kjo tregon se ekziston një shkallë e caktuar e shkëmbimit të ujit midis strukturës së flokulimit dhe strukturës së flokulimit të dy pastave të çimentos.

Ndryshimi i zonës së pikut të pikut të dytë të relaksimit dhe ndryshimi i vlerës T2 që korrespondon me majën e pikut karakterizojnë përkatësisht ndryshimin e përmbajtjes së ujit të lirë dhe të ujit të lidhur fizikisht dhe ndryshimin e shkallës së lirisë së ujit në sllur. . Kombinimi i të dyjave mund të pasqyrojë në mënyrë më gjithëpërfshirëse procesin e hidratimit të slurry. Me përparimin e hidratimit, sipërfaqja e pikut zvogëlohet gradualisht dhe zhvendosja e vlerës së T2 majtas rritet gradualisht, dhe ekziston një marrëdhënie e caktuar korresponduese midis tyre.

2.1.2 Eter celuloz i shtuar

Duke marrë si shembull CSA2 të përzier me 0.3% MC2, mund të shihet spektri i relaksimit T2 i çimentos sulfoaluminat pas shtimit të eterit celuloz. Pas shtimit të eterit të celulozës, kulmi i tretë i relaksimit që përfaqëson adsorbimin e ujit nga eteri celuloz u shfaq në pozicionin ku koha e relaksimit tërthor ishte më e madhe se 100ms dhe sipërfaqja e pikut u rrit gradualisht me rritjen e përmbajtjes së eterit të celulozës.

Sasia e ujit ndërmjet strukturave të flokulimit ndikohet nga migrimi i ujit brenda strukturës së flokulimit dhe nga adsorbimi i ujit i eterit të celulozës. Prandaj, sasia e ujit midis strukturave të flokulimit lidhet me strukturën e poreve të brendshme të slurit dhe kapacitetin e absorbimit të ujit të eterit të celulozës. Zona e pikut të dytë të relaksimit ndryshon me Përmbajtja e eterit celuloz ndryshon me lloje të ndryshme çimentoje. Zona e pikut të dytë të relaksimit të slurit CSA1 zvogëlohej vazhdimisht me rritjen e përmbajtjes së eterit të celulozës dhe ishte më e vogla me përmbajtje 0.3%. Në të kundërt, zona e dytë e pikut të relaksimit të slurit CSA2 rritet vazhdimisht me rritjen e përmbajtjes së eterit të celulozës.

Rendisni ndryshimin e sipërfaqes së pikut të tretë të relaksimit me rritjen e përmbajtjes së eterit celuloz. Meqenëse zona e pikut ndikohet nga cilësia e kampionit, është e vështirë të sigurohet që cilësia e kampionit të shtuar të jetë e njëjtë kur ngarkohet kampioni. Prandaj, raporti i zonës përdoret për të karakterizuar sasinë e sinjalit të pikut të tretë të relaksimit në mostra të ndryshme. Nga ndryshimi i sipërfaqes së pikut të tretë të relaksimit me rritjen e përmbajtjes së eterit celuloz, shihet se me rritjen e përmbajtjes së eterit celuloz, sipërfaqja e pikut të tretë të relaksimit në thelb ka shfaqur një tendencë në rritje (në CSA1, kur përmbajtja e MC1 ishte 0.3%, ishte më shumë Sipërfaqja e pikut të tretë të relaksimit zvogëlohet lehtë në 0.2%), që tregon se me rritjen e përmbajtjes së eterit celuloz rritet gradualisht edhe uji i përthithur. Midis llumrave CSA1, MC1 kishte thithje më të mirë të ujit se MC2 dhe MC3; ndërsa në mesin e llumrave CSA2, MC2 kishte thithjen më të mirë të ujit.

Mund të shihet nga ndryshimi i sipërfaqes së pikut të tretë të relaksimit për njësi masë të slurit CSA2 me kalimin e kohës në përmbajtjen e eterit celuloz 0,3% që sipërfaqja e pikut të tretë të relaksimit për njësi masë zvogëlohet vazhdimisht me hidratim, gjë që tregon Meqenëse shkalla e hidratimit të CSA2 është më e shpejtë se ajo e klinkerit dhe çimentos së bërë vetë, eteri i celulozës nuk ka kohë për përthithje të mëtejshme të ujit dhe çliron ujin e përthithur për shkak të rritjes së shpejtë të përqendrimit të fazës së lëngshme në sllur. Përveç kësaj, absorbimi i ujit i MC2 është më i fortë se ai i MC1 dhe MC3, gjë që është në përputhje me përfundimet e mëparshme. Mund të shihet nga ndryshimi i sipërfaqes së pikut për njësi masë të pikut të tretë të relaksimit të CSA1 me kohën në doza të ndryshme 0.3% të etereve të celulozës se rregulli i ndryshimit të pikut të tretë të relaksimit të CSA1 është i ndryshëm nga ai i CSA2, dhe sipërfaqja e CSA1 rritet shkurtimisht në fazën e hershme të hidratimit. Pas rritjes së shpejtë, ajo u ul për t'u zhdukur, gjë që mund të jetë për shkak të kohës më të gjatë të koagulimit të CSA1. Përveç kësaj, CSA2 përmban më shumë gips, hidratimi është i lehtë për t'u formuar më shumë AFt (3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O), konsumon shumë ujë të lirë dhe shkalla e konsumit të ujit tejkalon shkallën e përthithjes së ujit nga eteri i celulozës, gjë që mund të çojë në zona e pikut të tretë të relaksimit të slurit CSA2 vazhdoi të ulet.

Pas përfshirjes së eterit të celulozës, majat e para dhe të dyta të relaksimit gjithashtu ndryshuan në një farë mase. Mund të shihet nga gjerësia e pikut të pikut të dytë të relaksimit të dy llojeve të llumit të çimentos dhe slurit të freskët pas shtimit të eterit celuloz se gjerësia e pikut të pikut të dytë të relaksimit të slurit të freskët është e ndryshme pas shtimit të eterit celuloz. rritet, forma e majës tenton të jetë difuze. Kjo tregon se inkorporimi i eterit të celulozës parandalon grumbullimin e grimcave të çimentos në një masë të caktuar, e bën strukturën e flokulimit relativisht të lirshme, dobëson shkallën e lidhjes së ujit dhe rrit shkallën e lirisë së ujit midis strukturave të flokulimit. Megjithatë, me rritjen e dozës, rritja e gjerësisë së pikut nuk është e dukshme, madje gjerësia e pikut të disa mostrave zvogëlohet. Mund të ndodhë që rritja e dozës rrit viskozitetin e fazës së lëngshme të slurit dhe në të njëjtën kohë, përthithja e eterit të celulozës në grimcat e çimentos rritet për të shkaktuar flokulim. Shkalla e lirisë së lagështisë midis strukturave zvogëlohet.

Rezolucioni mund të përdoret për të përshkruar shkallën e ndarjes midis kulmit të parë dhe të dytë të relaksimit. Shkalla e ndarjes mund të llogaritet sipas shkallës së rezolucionit = (First component-Asaddle)/First komponent, ku komponenti i parë dhe Asaddle përfaqësojnë amplituda maksimale e pikut të parë të relaksimit dhe amplituda e pikës më të ulët midis dy majave, përkatësisht. Shkalla e ndarjes mund të përdoret për të karakterizuar shkallën e shkëmbimit të ujit midis strukturës së flokulimit të llumit dhe strukturës së flokulimit, dhe vlera në përgjithësi është 0-1. Një vlerë më e lartë për Ndarjen tregon se dy pjesët e ujit janë më të vështira për t'u shkëmbyer, dhe një vlerë e barabartë me 1 tregon se dy pjesët e ujit nuk mund të shkëmbehen fare.

Nga rezultatet e llogaritjes së shkallës së ndarjes shihet se shkalla e ndarjes së dy çimentos pa shtuar eter celuloz është ekuivalente, të dyja janë rreth 0,64 dhe shkalla e ndarjes zvogëlohet ndjeshëm pas shtimit të eterit celuloz. Nga njëra anë, rezolucioni zvogëlohet më tej me rritjen e dozës, dhe rezolucioni i dy majave bie edhe në 0 në CSA2 të përzier me 0.3% MC3, duke treguar se eteri celuloz promovon ndjeshëm shkëmbimin e ujit brenda dhe midis strukturat e flokulimit . Bazuar në faktin se inkorporimi i eterit celuloz në thelb nuk ka asnjë efekt në pozicionin dhe zonën e pikut të parë të relaksimit, mund të spekulohet se ulja e rezolucionit është pjesërisht për shkak të rritjes së gjerësisë së pikut të dytë të relaksimit, dhe struktura e lirshme e flokulimit e bën më të lehtë shkëmbimin e ujit ndërmjet pjesës së brendshme dhe të jashtme. Përveç kësaj, mbivendosja e eterit të celulozës në strukturën e slurit përmirëson më tej shkallën e shkëmbimit të ujit midis pjesës së brendshme dhe të jashtme të strukturës së flokulimit. Nga ana tjetër, efekti i reduktimit të rezolucionit të eterit të celulozës në CSA2 është më i fortë se ai i CSA1, gjë që mund të jetë për shkak të sipërfaqes më të vogël specifike dhe madhësisë më të madhe të grimcave të CSA2, e cila është më e ndjeshme ndaj efektit të shpërndarjes së eterit të celulozës pas inkorporimi.

2.2 Ndryshimet në përbërjen e slurit

Nga spektri TG-DTG i llumit CSA1 dhe CSA2 të hidratuar për 90 min, 150 min dhe 1 ditë, mund të shihet se llojet e produkteve të hidratimit nuk ndryshuan para dhe pas shtimit të eterit të celulozës, dhe AFt, AFm dhe AH3 ishin të gjitha. formuar. Literatura vë në dukje se diapazoni i dekompozimit të AFt është 50-120°C; diapazoni i zbërthimit të AFm është 160-220°C; diapazoni i zbërthimit të AH3 është 220-300°C. Me përparimin e hidratimit, humbja e peshës së kampionit u rrit gradualisht, dhe majat karakteristike të DTG të AFt, AFm dhe AH3 gradualisht u bënë të dukshme, duke treguar se formimi i tre produkteve të hidratimit u rrit gradualisht.

Nga fraksioni masiv i secilit produkt hidratimi në kampion në mosha të ndryshme hidratimi, mund të shihet se gjenerimi AFt i kampionit bosh në moshën 1 vjeç e kalon atë të kampionit të përzier me eter celuloz, duke treguar se eteri celuloz ka një ndikim të madh në hidratimi i slurit pas koagulimit. Ka një efekt të caktuar vonese. Në 90 minuta, prodhimi AFm i tre mostrave mbeti i njëjtë; në 90-150 minuta, prodhimi i AFm në kampionin bosh ishte dukshëm më i ngadalshëm se ai i dy grupeve të tjera të mostrave; pas 1 dite, përmbajtja e AFm në kampionin bosh ishte e njëjtë me atë të kampionit të përzier me MC1, dhe përmbajtja AFm e kampionit MC2 ishte dukshëm më e ulët në mostrat e tjera. Sa i përket produktit të hidratimit AH3, shkalla e gjenerimit të kampionit bosh CSA1 pas hidratimit për 90 minuta ishte dukshëm më e ngadaltë se ajo e eterit të celulozës, por shkalla e gjenerimit ishte dukshëm më e shpejtë pas 90 minutash dhe sasia e prodhimit të AH3 të tre mostrave ishte e barabartë me 1 ditë.

Pasi slurri CSA2 u hidratua për 90 minuta dhe 150 minuta, sasia e AFT e prodhuar në kampionin e përzier me eter celuloze ishte dukshëm më e vogël se ajo e kampionit bosh, duke treguar se eteri celuloz gjithashtu kishte një efekt të caktuar ngadalësues në slurry CSA2. Në mostrat në moshën 1 vjeç, u zbulua se përmbajtja AFt e kampionit bosh ishte akoma më e lartë se ajo e kampionit të përzier me eter celulozë, duke treguar se eteri celuloz kishte ende një efekt të caktuar ngadalësimi në hidratimin e CSA2 pas vendosjes përfundimtare. dhe shkalla e vonesës në MC2 ishte më e madhe se ajo e kampionit të shtuar me eter celuloze. MC1. Në 90 minuta, sasia e AH3 e prodhuar nga kampioni i bardhë ishte pak më i vogël se ai i kampionit të përzier me eter celuloze; në 150 minuta, AH3 i prodhuar nga kampioni bosh e tejkaloi atë të kampionit të përzier me eter celuloze; në 1 ditë, AH3 i prodhuar nga tre mostrat ishte ekuivalent.

3. Përfundim

(1) Eteri celuloz mund të nxisë ndjeshëm shkëmbimin e ujit midis strukturës së flokulimit dhe strukturës së flokulimit. Pas përfshirjes së eterit të celulozës, eteri celuloz thith ujin në slurry, i cili karakterizohet si kulmi i tretë i relaksimit në spektrin e kohës së relaksimit tërthor (T2). Me rritjen e përmbajtjes së eterit të celulozës rritet përthithja e ujit të eterit të celulozës dhe rritet sipërfaqja e pikut të tretë të relaksimit. Uji i përthithur nga eteri celuloz lëshohet gradualisht në strukturën e flokulimit me hidratimin e slurit.

(2) Përfshirja e eterit të celulozës parandalon grumbullimin e grimcave të çimentos në një masë të caktuar, duke e bërë strukturën e flokulimit relativisht të lirshme; dhe me rritjen e përmbajtjes rritet viskoziteti i fazës së lëngshme të slurit dhe eteri celuloz ka një efekt më të madh në grimcat e çimentos. Efekti i rritur i adsorbimit zvogëlon shkallën e lirisë së ujit midis strukturave të flokuluara.

(3) Para dhe pas shtimit të eterit të celulozës, llojet e produkteve të hidratimit në slurin e çimentos sulfoaluminat nuk ndryshuan dhe u formuan AFt, AFm dhe ngjitësi alumini; por eteri celuloz vonoi pak formimin e efektit të produkteve hidratuese.