Cellulosater på morfologin hos tidig ettringit

Effekterna av hydroxietylmetylcellulosaeter och metylcellulosaeter på morfologin av ettringit i tidig cementuppslamning studerades genom svepelektronmikroskopi (SEM). Resultaten visar att längd-diameterförhållandet för ettringitkristaller i hydroxietylmetylcellulosaetermodifierad uppslamning är mindre än i vanlig uppslamning, och morfologin för ettringitkristaller är kortstavliknande. Längd-diameterförhållandet för ettringitkristaller i metylcellulosaetermodifierad uppslamning är större än i vanlig uppslamning, och morfologin för ettringitkristaller är nålstav. Ettringitkristallerna i vanliga cementuppslamningar har ett bildförhållande någonstans däremellan. Genom ovanstående experimentella studie är det vidare klart att skillnaden i molekylvikt för två typer av cellulosaeter är den viktigaste faktorn som påverkar ettringitens morfologi.

Nyckelord:ettringit; Längd-diameterförhållande; Metylcellulosaeter; Hydroxietylmetylcellulosaeter; morfologi

Ettringit, som en något expanderad hydratiseringsprodukt, har en betydande effekt på prestandan hos cementbetong, och har alltid varit forskningens hotspot för cementbaserade material. Ettringit är ett slags trisulfidtyp kalciumaluminathydrat, dess kemiska formel är [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, eller kan skrivas som 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, ofta förkortat som AFt . I Portland cementsystem bildas ettringit huvudsakligen genom reaktionen av gips med aluminat- eller järnaluminatmineraler, vilket spelar rollen som att fördröja hydrering och tidig styrka av cement. Bildandet och morfologin av ettringit påverkas av många faktorer som temperatur, pH-värde och jonkoncentration. Redan 1976 skrev Metha et al. använde svepelektronmikroskopi för att studera AFts morfologiska egenskaper och fann att morfologin hos sådana lätt expanderade hydratiseringsprodukter var något annorlunda när tillväxtutrymmet var tillräckligt stort och när utrymmet var begränsat. Den förra var mestadels smala nålstavformade sfärer, medan den senare mestadels var korta stavformade prisma. Yang Wenyans forskning fann att AFt-former var olika med olika härdningsmiljöer. Våta miljöer skulle fördröja AFt-generering i expansionsdopad betong och öka risken för betongsvällning och sprickbildning. Olika miljöer påverkar inte bara bildandet och mikrostrukturen av AFt, utan också dess volymstabilitet. Chen Huxing et al. fann att den långsiktiga stabiliteten för AFt minskade med ökningen av C3A-innehållet. Clark och Monteiro et al. fann att med ökningen av miljötrycket förändrades AFts kristallstruktur från ordning till oordning. Balonis och Glasser granskade täthetsförändringarna av AFm och AFt. Renaudin et al. studerade de strukturella förändringarna av AFt före och efter nedsänkning i lösning och de strukturella parametrarna för AFt i Raman-spektrum. Kunther et al. studerade effekten av interaktionen mellan CSH-gelkalcium-kiselförhållandet och sulfatjon på AFt-kristallisationstrycket med NMR. Samtidigt, baserat på tillämpningen av AFt i cementbaserade material, har Wenk et al. studerade AFt kristallorientering av betongsektion genom hård synkrotronstrålning röntgendiffraktionsbehandlingsteknologi. Bildandet av AFt i blandad cement och forskningshotspot av ettringit undersöktes. Baserat på fördröjd ettringitreaktion har vissa forskare genomfört mycket forskning om orsaken till AFt-fasen.

Volymexpansionen som orsakas av bildandet av ettringit är ibland gynnsam, och den kan fungera som en "expansion" liknande magnesiumoxidexpansionsmedel för att bibehålla volymstabiliteten hos cementbaserade material. Tillsatsen av polymeremulsion och återdispergerbart emulsionspulver förändrar de makroskopiska egenskaperna hos cementbaserade material på grund av deras betydande effekter på mikrostrukturen hos cementbaserade material. Men till skillnad från det återdispergerbara emulsionspulvret som huvudsakligen förbättrar bindningsegenskapen hos härdat murbruk, ger den vattenlösliga polymercellulosaetern (CE) den nyblandade murbruket god vattenretention och förtjockningseffekt, vilket förbättrar arbetsprestandan. Nonjonisk CE används ofta, inklusive metylcellulosa (MC), hydroxietylcellulosa (HEC), hydroxipropylmetylcellulosa (HPMC),hydroxietylmetylcellulosa (HEMC), etc., och CE spelar en roll i nyblandad murbruk men påverkar också hydratiseringsprocessen av cementuppslamning. Studier har visat att HEMC förändrar mängden AFt som produceras som en hydratiseringsprodukt. Inga studier har dock systematiskt jämfört effekten av CE på den mikroskopiska morfologin av AFt, så denna artikel utforskar skillnaden mellan effekten av HEMC och MC på den mikroskopiska morfologin av ettringham i tidig (1-dagars) cementuppslamning genom bildanalys och jämförelse.

1. Experimentera

1.1 Råvaror

P·II 52.5R Portlandcement producerat av Anhui Conch Cement Co., LTD valdes som cement i experimentet. De två cellulosaetrarna är hydroxietylmetylcellulosa (HEMC) respektive metylcellulosa (metylcellulosa, Shanghai Sinopath Group). MC); Blandningsvattnet är kranvatten.

1.2 Experimentella metoder

Vatten-cementförhållandet i cementpastaprovet var 0,4 (massaförhållandet vatten till cement), och innehållet av cellulosaeter var 1 % av cementmassan. Beredningen av provet utfördes enligt GB1346-2011 "Testmetod för vattenförbrukning, härdningstid och stabilitet för cementstandardkonsistens". Efter formning av provet inkapslades plastfilm på ytan av formen för att förhindra ytvattenavdunstning och karbonisering, och provet placerades i ett härdningsrum med en temperatur på (20±2)℃ och en relativ fuktighet på (60±5) ) %. Efter 1 dag avlägsnades formen och provet bröts, sedan togs ett litet prov från mitten och blötlades i vattenfri etanol för att avsluta hydratiseringen, och provet togs ut och torkades före testning. De torkade proverna limmades på provbordet med ledande dubbelsidigt lim, och ett lager av guldfilm sprayades på ytan med Cressington 108auto automatiskt jonförstoftningsinstrument. Sputtringsströmmen var 20 mA och sputtertiden var 60 s. FEI QUANTAFEG 650 miljösvepelektronmikroskop (ESEM) användes för att observera de morfologiska egenskaperna hos AFt på provsektionen. Högvakuum sekundär elektronmod användes för att observera AFT. Accelerationsspänningen var 15 kV, strålpunktens diameter var 3,0 nm, och arbetsavståndet styrdes till cirka 10 mm.

2. Resultat och diskussion

SEM-bilder av ettringit i härdad HEMC-modifierad cementuppslamning visade att orienteringstillväxten av skiktad Ca (OH)2(CH) var uppenbar, och AFt visade oregelbunden ackumulering av kort stavliknande AFt, och en del kort stavliknande AFT täcktes med HEMC-membranstruktur. Zhang Dongfang et al. fann också kort stavliknande AFt när man observerade mikrostrukturförändringarna av HEMC-modifierad cementuppslamning genom ESEM. De trodde att vanlig cementuppslamning reagerade snabbt efter att ha stött på vatten, så AFt-kristallen var smal, och förlängningen av hydratiseringsåldern ledde till en kontinuerlig ökning av förhållandet längd-diameter. Emellertid ökade HEMC lösningens viskositet, minskade bindningshastigheten för joner i lösningen och fördröjde ankomsten av vatten på ytan av klinkerpartiklar, så längd-diameterförhållandet för AFt ökade i en svag trend och dess morfologiska egenskaper visade kort stavliknande form. Jämfört med AFt i vanlig cementuppslamning av samma ålder har denna teori delvis verifierats, men den är inte tillämpbar för att förklara de morfologiska förändringarna av AFt i MC-modifierad cementuppslamning. SEM-bilder av ettridit i 1-dagars härdad MC-modifierad cementuppslamning visade också orienterad tillväxt av skiktad Ca(OH)2, vissa AFt-ytor täcktes också med filmstruktur av MC, och AFt visade morfologiska egenskaper för klustertillväxt. Men som jämförelse har AFt-kristall i MC-modifierad cementuppslamning ett större längd-diameterförhållande och en mer slank morfologi, vilket visar en typisk nålformig morfologi.

Både HEMC och MC försenade den tidiga hydratiseringsprocessen av cement och ökade lösningens viskositet, men skillnaderna i AFts morfologiska egenskaper orsakade av dem var fortfarande betydande. Ovanstående fenomen kan vidareutvecklas ur perspektivet av molekylstrukturen hos cellulosaeter och AFt-kristallstruktur. Renaudin et al. blötlade den syntetiserade AFt i den beredda alkalilösningen för att få "våt AFt", och tog bort den delvis och torkade den på ytan av mättad CaCl2-lösning (35 % relativ fuktighet) för att få "torr AFt". Efter strukturförfiningsstudien av Raman-spektroskopi och röntgenpulverdiffraktion fann man att det inte fanns någon skillnad mellan de två strukturerna, bara riktningen för kristallbildningen av celler förändrades i torkningsprocessen, det vill säga i miljöprocessen ändra från "våt" till "torr", AFt kristaller bildade celler längs den normala riktningen av en gradvis ökad. AFt-kristallerna längs c normalriktningen blev mindre och mindre. Den mest grundläggande enheten av tredimensionellt rymd är sammansatt av en normallinje, b normallinje och c normallinje som är vinkelräta mot varandra. I fallet att b-normaler var fixerade, hopade sig AFt-kristaller längs en normaler, vilket resulterade i ett förstorat celltvärsnitt i ab-normalernas plan. Således, om HEMC "lagrar" mer vatten än MC, kan en "torr" miljö uppstå i ett lokaliserat område, vilket uppmuntrar lateral aggregering och tillväxt av AFt-kristaller. Patural et al. fann att för CE självt, ju högre grad av polymerisation (eller ju högre molekylvikt), desto högre viskositet för CE och desto bättre vattenretentionsprestanda. Den molekylära strukturen hos HEMC och MCS stödjer denna hypotes, med hydroxietylgruppen som har en mycket större molekylvikt än vätegruppen.

I allmänhet kommer AFt-kristaller att bildas och fällas ut endast när relevanta joner når en viss mättnad i lösningssystemet. Därför kan faktorer som jonkoncentration, temperatur, pH-värde och bildningsutrymme i reaktionslösningen avsevärt påverka morfologin hos AFt-kristaller, och förändringar i artificiella syntesförhållanden kan ändra morfologin hos AFt-kristaller. Därför kan förhållandet mellan AFt-kristaller i vanlig cementuppslamning mellan de två orsakas av den enda faktorn för vattenförbrukning i den tidiga hydratiseringen av cement. Skillnaden i AFt-kristallmorfologi orsakad av HEMC och MC bör dock främst bero på deras speciella vattenretentionsmekanism. Hemcs och MCS skapar en "sluten slinga" av vattentransport inom mikrozonen av den färska cementuppslamningen, vilket möjliggör en "kort period" då vattnet är "lätt att ta sig in i och svårt att få ut." Under denna period förändras emellertid även vätskefasmiljön i och nära mikrozonen. Faktorer som jonkoncentration, pH, etc. Ändringen av tillväxtmiljön återspeglas ytterligare i de morfologiska egenskaperna hos AFt-kristaller. Denna "slutna loop" av vattentransport liknar verkningsmekanismen som beskrivs av Pourchez et al. HPMC spelar en roll i vattenretention.

3. Slutsats

(1) Tillsatsen av hydroxietylmetylcellulosaeter (HEMC) och metylcellulosaeter (MC) kan väsentligt förändra morfologin hos ettringit i tidig (1 dag) vanlig cementuppslamning.

(2) Längden och diametern av ettringitkristallen i HEMC-modifierad cementuppslamning är små och korta stavformade; Längden och diameterförhållandet för ettringitkristaller i MC-modifierad cementuppslamning är stor, vilket är nålstavsform. Ettringitkristallerna i vanliga cementuppslamningar har ett bildförhållande mellan dessa två.

(3) De olika effekterna av två cellulosaetrar på ettringitens morfologi beror i huvudsak på skillnaden i molekylvikt.