Утицај етра целулозе на топлоту хидратације различитих цемента и појединачне руде

Упоређени су ефекти целулозног етра на топлоту хидратације портланд цемента, сулфоалуминатног цемента, трикалцијум силиката и трикалцијум алумината за 72х тестом изотермне калориметрије. Резултати показују да целулозни етар може значајно да смањи брзину хидратације и ослобађања топлоте портланд цемента и трикалцијум силиката, а ефекат смањења на брзину хидратације и ослобађања топлоте трикалцијум силиката је значајнији. Ефекат целулозног етра на смањење брзине ослобађања топлоте хидратације сулфоалуминатног цемента је веома слаб, али има слаб ефекат на побољшање брзине ослобађања топлоте хидратације трикалцијум алумината. Целулозни етар ће бити адсорбован од стране неких производа хидратације, чиме се одлаже кристализација производа хидратације, а затим утиче на брзину ослобађања топлоте хидратације цемента и појединачне руде.

Кључне речи:целулозни етар; Цемент; Појединачна руда; Топлота хидратације; адсорпција

1. Увод

Етар целулозе је важно средство за згушњавање и средство за задржавање воде у сувим мешаним малтерима, самозбијајућем бетону и другим новим материјалима на бази цемента. Међутим, целулозни етар ће такође одложити хидратацију цемента, што доприноси побољшању радног времена материјала на бази цемента, побољшању конзистенције малтера и губитку времена за слијегање бетона, али такође може одложити напредак изградње. Посебно ће имати штетне ефекте на малтер и бетон који се користи у условима ниске температуре. Због тога је веома важно разумети закон целулозног етра о кинетици хидратације цемента.

ОУ и Поурцхез су систематски проучавали ефекте молекуларних параметара као што су молекулска тежина целулозног етра, тип супституента или степен супституције на кинетику хидратације цемента и извели многе важне закључке: Способност хидроксиетил целулозног етра (ХЕЦ) да одложи хидратацију цемент је обично јачи од етра метил целулозе (ХПМЦ), етра хидроксиметил етил целулозе (ХЕМЦ) и етра метил целулозе (МЦ). У целулозном етру који садржи метил, што је нижи садржај метила, то је јача способност одлагања хидратације цемента; Што је мања молекулска тежина целулозног етра, то је јача способност одлагања хидратације цемента. Ови закључци дају научну основу за правилан избор целулозног етра.

За различите компоненте цемента, ефекат целулозног етра на кинетику хидратације цемента је такође веома забринут проблем у инжењерским применама. Међутим, нема истраживања о овом аспекту. У овом раду проучаван је утицај целулозног етра на кинетику хидратације обичног портланд цемента, Ц3С(трикалцијум силиката), Ц3А(трикалцијум алумината) и сулфоалуминатног цемента (САЦ) кроз изотермни калориметријски тест, како би се боље разумеле интеракције и унутрашњи механизам између целулозног етра и производа хидратације цемента. Пружа даљу научну основу за рационалну употребу целулозног етра у материјалима на бази цемента и такође пружа истраживачку основу за интеракцију између осталих додатака и производа хидратације цемента.

2. Тест

2.1 Сировине

(1) обични портланд цемент (П·0). Произведен од стране Вухан Хуакин Цемент Цо., ЛТД., спецификација је П·042.5 (ГБ 175-2007), одређена рендгенским флуоресцентним спектрометром дисперзије таласне дужине (АКСИОС адванцед, ПАНалитицал Цо., ЛТД.). Према анализи софтвера ЈАДЕ 5.0, поред минерала цементног клинкера Ц3С, Ц2с, Ц3А, Ц4АФ и гипса, цементне сировине укључују и калцијум карбонат.

(2) сулфоалуминатни цемент (САЦ). Брзи тврди сулфоалуминатни цемент који производи Зхенгзхоу Ванг Лоу Цемент Индустри Цо., Лтд. је Р.Стар 42.5 (ГБ 20472-2006). Његове главне групе су калцијум сулфоалуминат и дикалцијум силикат.

(3) трикалцијум силикат (Ц3С). Прес Ца(ОХ)2, СиО2, Цо2О3 и Х2О у 3:1:0,08: Однос масе 10 је равномерно помешан и притиснут под константним притиском од 60 МПа да би се добила цилиндрична зелена гредица. Гредица је калцинисана на 1400 ℃ током 1,5 ~ 2 х у високотемпературној електричној пећи са силицијум-молибденом, а затим премештена у микроталасну пећницу за даље загревање у микроталасној пећници током 40 минута. Након вађења гредица, нагло је хлађена и више пута ломљена и калцинисана све док садржај слободног ЦаО у готовом производу није био мањи од 1,0%

(4) трикалцијум алуминат (ц3А). ЦаО и А12О3 су помешани равномерно, калцинисани на 1450℃ током 4 х у електричној пећи са силицијум-молибденом, млевени у прах и више пута калцинисани све док садржај слободног ЦаО није био мањи од 1,0%, а пикови Ц12А7 и ЦА нису били игнорисано.

(5) целулозни етар. Претходни рад је упоредио ефекте 16 врста етра целулозе на хидратацију и брзину ослобађања топлоте обичног портланд цемента и открио да различите врсте етра целулозе имају значајне разлике у закону хидратације и ослобађања топлоте цемента и анализирао унутрашњи механизам ове значајне разлике. Према резултатима претходне студије, одабране су три врсте целулозног етра које имају очигледан успоравајући ефекат на обични портланд цемент. То укључује етар хидроксиетил целулозе (ХЕЦ), етар хидроксипропил метил целулозе (ХПМЦ) и етар хидроксиетил метил целулозе (ХЕМЦ). Вискозност целулозног етра мерена је ротационим вискозиметром са испитном концентрацијом од 2%, температуром од 20℃ и брзином ротације од 12 о/мин. Вискозност целулозног етра мерена је ротационим вискозиметром са испитном концентрацијом од 2%, температуром од 20℃ и брзином ротације од 12 о/мин. Степен моларне супституције целулозног етра обезбеђује произвођач.

(6) Вода. Користите секундарну дестиловану воду.

2.2 Метода испитивања

Топлота хидратације. Усвојен је 8-канални изотермни калориметар ТАМ Аир компаније ТА Инструмент. Све сировине су одржаване на константној температури до температуре тестирања (као што је (20±0,5)℃) пре експеримента. Прво је у калориметар додато 3 г цемента и 18 мг праха целулозног етра (масени однос целулозног етра према цемелативном материјалу био је 0,6%). После потпуног мешања додата је мешана вода (секундарна дестилована вода) према наведеном односу вода-цемент и равномерно мешана. Затим је брзо стављен у калориметар за тестирање. Коефицијент везивања воде за ц3А је 1,1, а однос воде-веза за остала три цементна материјала је 0,45.

3. Резултати и дискусија

3.1 Резултати испитивања

Ефекти ХЕЦ, ХПМЦ и ХЕМЦ на брзину ослобађања топлоте хидратације и кумулативну брзину ослобађања топлоте обичног портланд цемента, Ц3С и Ц3А у року од 72 х, и ефекти ХЕЦ на брзину ослобађања топлоте хидратације и кумулативну брзину ослобађања топлоте сулфоалуминатног цемента у року од 72 х, ХЕЦ је етар целулозе са најјачим ефектом одлагања на хидратацију другог цемента и појединачне руде. Комбинујући ова два ефекта, може се открити да са променом састава цементног материјала, целулозни етар има различите ефекте на брзину ослобађања топлоте хидратације и кумулативно ослобађање топлоте. Одабрани целулозни етар може значајно смањити хидратацију и брзину ослобађања топлоте обичног портланд цемента и Ц, С, углавном продужава време индукционог периода, одлаже појаву хидратације и врха ослобађања топлоте, међу којима целулозни етар до Ц, С хидратације и кашњење брзине ослобађања топлоте је очигледније од обичне хидратације портланд цемента и кашњења брзине ослобађања топлоте; Целулозни етар такође може одложити брзину ослобађања топлоте хидратације сулфоалуминатног цемента, али способност одлагања је веома слаба и углавном одлаже хидратацију након 2 х; За брзину ослобађања топлоте хидратације Ц3А, целулозни етар има слабу способност убрзања.

3.2 Анализа и дискусија

Механизам целулозног етра одлаже хидратацију цемента. Силва и др. претпоставио је да целулозни етар повећава вискозитет раствора пора и омета брзину јонског кретања, чиме се одлаже хидратација цемента. Међутим, многа литература сумња у ову претпоставку, пошто су њихови експерименти открили да целулозни етри са нижим вискозитетом имају јачу способност да одлажу хидратацију цемента. У ствари, време кретања или миграције јона је толико кратко да се очигледно не може упоредити са временом кашњења хидратације цемента. Сматра се да је адсорпција између целулозног етра и производа хидратације цемента прави разлог за одлагање хидратације цемента целулозним етром. Целулозни етар се лако адсорбује на површину производа хидратације као што су калцијум хидроксид, ЦСХ гел и калцијум алуминат хидрат, али није лако да се адсорбује етрингитом и нехидратисаном фазом, а капацитет адсорпције целулозног етра на калцијум хидроксиду је већи од оно од ЦСХ гела. Стога, за обичне производе хидратације портланд цемента, целулозни етар има најјаче кашњење на калцијум хидроксиду, најјаче кашњење на калцијум, друго кашњење на ЦСХ гелу и најслабије кашњење на етрингиту.

Претходне студије су показале да адсорпција између нејонског полисахарида и минералне фазе углавном укључује водоничну везу и хемијско комплексирање, а ова два ефекта се јављају између хидроксилне групе полисахарида и металног хидроксида на површини минерала. Лиу ет ал. даље класификовао адсорпцију између полисахарида и металних хидроксида као кисело-базне интеракције, са полисахаридима као киселинама и металним хидроксидима као базама. За дати полисахарид, алкалност површине минерала одређује јачину интеракције између полисахарида и минерала. Међу четири компоненте за желирање које су проучаване у овом раду, главни метални или неметални елементи укључују Ца, Ал и Си. Према редоследу активности метала, алкалност њихових хидроксида је Ца(ОХ)2>Ал(ОХ3>Си(ОХ)4. У ствари, раствор Си(ОХ)4 је кисео и не адсорбује етар целулозе. Дакле, садржај Ца(ОХ)2 на површини производа хидратације цемента одређује адсорпциони капацитет продуката хидратације и целулозног етра Пошто калцијум хидроксид, ЦСХ гел (3ЦаО·2СиО2·3Х20), етрингит (3ЦаО·Ал2О3·3ЦаСО4·32Х2О). и калцијум алуминат хидрата (3ЦаО·Ал2О3·6Х2О) у садржају неорганских оксида ЦаО износи 100%, 58,33%, 49,56% и 62,2% Према томе, редослед њиховог адсорпционог капацитета са целулозним етром је калцијум хидроксид >%. алуминат >ЦСХ гел > етрингит, што је у складу са резултатима у литератури.

Производи хидратације ц3С углавном укључују Ца(ОХ) и цсХ гел, а целулозни етар има добар ефекат одлагања на њих. Стога, целулозни етар има веома очигледно кашњење у хидратацији Ц3с. Поред ц3С, обични портланд цемент укључује и хидратацију Ц2с која је спорија, због чега ефекат кашњења целулозног етра није очигледан у раној фази. Производи хидратације обичног силиката такође укључују етрингит, а ефекат одлагања целулозног етра је слаб. Због тога је способност кашњења етра целулозе на ц3с јача од оне код обичног портланд цемента уоченог у тесту.

Ц3А ће се брзо растворити и хидратизовати када се сретне са водом, а производи хидратације су обично Ц2АХ8 и ц4АХ13, а топлота хидратације ће се ослободити. Када раствор Ц2АХ8 и ц4АХ13 достигне засићење, формираће се кристализација хидрата хексагоналног листа Ц2АХ8 и Ц4АХ13, а брзина реакције и топлота хидратације ће се истовремено смањити. Због адсорпције целулозног етра на површину калцијум алуминат хидрата (ЦкАХи), присуство целулозног етра би одложило кристализацију хидрата са хексагоналним плочама Ц2АХ8 и Ц4АХ13, што би резултирало смањењем брзине реакције и брзине ослобађања топлоте хидратације од оне чистог Ц3А, што показује да целулозни етар има слабу способност убрзања хидратације Ц3А. Вреди напоменути да у овом тесту целулозни етар има слабу способност убрзавања хидратације чистог ц3А. Међутим, у обичном портланд цементу, пошто ће ц3А реаговати са гипсом и формирати етрингит, због утицаја равнотеже ца2+ у раствору суспензије, целулозни етар ће одложити формирање етрингита, одлажући тако хидратацију ц3А.

Из ефеката ХЕЦ, ХПМЦ и ХЕМЦ на брзину хидратације и ослобађања топлоте и кумулативно ослобађање топлоте обичног портланд цемента, Ц3С и Ц3А у року од 72 х, и ефеката ХЕЦ на брзину хидратације и ослобађања топлоте и кумулативно ослобађање топлоте сулфоалумината цемента у року од 72 х, може се видети да је међу три одабрана етра целулозе, способност одложене хидратације ц3с и портланд цемента била најјача у ХЕЦ, затим ХЕМЦ, а најслабија у ХПМЦ. Што се тиче Ц3А, способност три етра целулозе да убрзају хидратацију је такође у истом редоследу, односно ХЕЦ је најјачи, ХЕМЦ је други, ХПМЦ је најслабији и најјачи. Ово је обострано потврдило да је етар целулозе одложио формирање продуката хидратације материјала за желирање.

Главни производи хидратације сулфоалуминатног цемента су етрингит и Ал(ОХ)3 гел. Ц2С у сулфоалуминатном цементу ће такође одвојено хидратизовати и формирати Ца(ОХ)2 и цСХ гел. Пошто се адсорпција целулозног етра и етрингита може занемарити, а хидратација сулфоалумината је пребрза, стога, у раној фази хидратације, целулозни етар има мали утицај на брзину ослобађања топлоте хидратације сулфоалуминатног цемента. Али до одређеног времена хидратације, пошто ће ц2с одвојено хидратизовати да би створио Ца(ОХ)2 и ЦСХ гел, ова два производа хидратације ће бити одложена целулозним етром. Стога је уочено да целулозни етар одлаже хидратацију сулфоалуминатног цемента након 2 х.

4. Закључак

У овом раду, тестом изотермне калориметрије, упоређен је закон утицаја и механизам формирања целулозног етра на топлоту хидратације обичног портланд цемента, ц3с, ц3А, сулфоалуминатног цемента и других различитих компоненти и појединачне руде за 72 х. Главни закључци су следећи:

(1) Целулозни етар може значајно смањити брзину ослобађања топлоте хидратације обичног портланд цемента и трикалцијум силиката, а ефекат смањења брзине ослобађања топлоте хидратације трикалцијум силиката је значајнији; Ефекат целулозног етра на смањење брзине ослобађања топлоте сулфоалуминатног цемента је веома слаб, али има слаб ефекат на побољшање брзине ослобађања топлоте трикалцијум алумината.

(2) етар целулозе ће бити адсорбован од стране неких производа хидратације, чиме се одлаже кристализација производа хидратације, утичући на брзину ослобађања топлоте хидратације цемента. Врста и количина хидратационих производа су различити за различите компоненте руде цемента, тако да ефекат целулозног етра на њихову хидратациону топлоту није исти.