Effekt av cellulosaeter på hydratiseringsvärme av olika cement och singelmalm

effekterna av cellulosaeter på hydratiseringsvärmen av Portlandcement, sulfoaluminatcement, trikalciumsilikat och trikalciumaluminat under 72 timmar jämfördes med isotermiskt kalorimetritest. Resultaten visar att cellulosaeter avsevärt kan minska hydratiseringen och värmeavgivningshastigheten för portlandcement och trikalciumsilikat, och minskningseffekten på hydratiseringen och värmeavgivningshastigheten för trikalciumsilikat är mer signifikant. Effekten av cellulosaeter på att minska värmeavgivningshastigheten för hydratiseringen av sulfoaluminatcement är mycket svag, men den har en svag effekt på att förbättra värmeavgivningshastigheten för hydratiseringen av trikalciumaluminat. Cellulosaeter kommer att adsorberas av vissa hydratiseringsprodukter, vilket fördröjer kristalliseringen av hydratiseringsprodukter och påverkar sedan hydratiseringsvärmefrigöringshastigheten för cement och enstaka malm.

Nyckelord:cellulosaeter; Cement; Enkel malm; Vätskevärme; adsorption

1. Introduktion

Cellulosaeter är ett viktigt förtjockningsmedel och vattenhållande medel i torrblandad bruk, självkompakterande betong och andra nya cementbaserade material. Cellulosaeter kommer dock också att fördröja cementhydreringen, vilket bidrar till att förbättra driftstiden för cementbaserade material, förbättra murbrukets konsistens och tidsförlust av betongnedgång, men kan också fördröja konstruktionens framsteg. I synnerhet kommer det att ha negativa effekter på murbruk och betong som används i miljöförhållanden med låga temperaturer. Därför är det mycket viktigt att förstå lagen om cellulosaeter på cementhydratiseringskinetik.

OU och Pourchez studerade systematiskt effekterna av molekylära parametrar som cellulosaeters molekylvikt, typ av substituent eller substitutionsgrad på cementhydratiseringskinetik och drog många viktiga slutsatser: Hydroxietylcellulosaeters (HEC) förmåga att fördröja hydratiseringen av cement är vanligtvis starkare än metylcellulosaeter (HPMC), hydroximetyletylcellulosaeter (HEMC) och metylcellulosaeter (MC). I cellulosaetern innehållande metyl, ju lägre metylhalten är, desto starkare är förmågan att fördröja hydratiseringen av cement; Ju lägre molekylvikt cellulosaeter har, desto starkare är förmågan att fördröja hydratiseringen av cement. Dessa slutsatser ger vetenskaplig grund för att välja cellulosaeter korrekt.

För olika komponenter av cement är effekten av cellulosaeter på cementhydratiseringskinetik också ett mycket bekymrat problem i tekniska tillämpningar. Det finns dock ingen forskning om denna aspekt. I denna artikel studerades cellulosaeters inverkan på hydratiseringskinetiken för vanlig Portlandcement, C3S(trikalciumsilikat), C3A(trikalciumaluminat) och sulfoaluminatcement (SAC) genom isotermiska kalorimetritest, för att ytterligare förstå interaktionen och intern mekanism mellan cellulosaeter och cementhydratiseringsprodukter. Det ger ytterligare vetenskaplig grund för rationell användning av cellulosaeter i cementbaserade material och ger också forskningsbas för interaktionen mellan andra tillsatser och cementhydratiseringsprodukter.

2. Testa

2.1 Råvaror

(1) vanlig Portlandcement (P·0). Tillverkad av Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., specifikationen är P·042.5 (GB 175-2007), bestämd av våglängdsdispersionstyp röntgenfluorescensspektrometer (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Enligt analysen av JADE 5.0-programvaran, förutom cementklinkermineralerna C3S, C2s, C3A, C4AF och gips, innehåller cementråvarorna även kalciumkarbonat.

(2) sulfoaluminatcement (SAC). Det snabba hårda sulfoaluminatcementet som produceras av Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. är R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Dess huvudgrupper är kalciumsulfoaluminat och dikalciumsilikat.

(3) trikalciumsilikat (C3S). Press Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 och H2O vid 3:1:0,08: Ett massförhållande på 10 blandades jämnt och pressades under ett konstant tryck av 60 MPa för att göra cylindrisk grönt ämne. Ämnet kalcinerades vid 1400 ℃ under 1,5 ~ 2 timmar i en kisel-molybdenstav högtemperatur elektrisk ugn och flyttades sedan in i en mikrovågsugn för ytterligare mikrovågsuppvärmning i 40 minuter. Efter att ämnet tagits ut kyldes det plötsligt och bröts upprepade gånger och kalcinerades tills innehållet av fri CaO i den färdiga produkten var mindre än 1,0 %

(4) trikalciumaluminat (c3A). CaO och A12O3 blandades jämnt, kalcinerades vid 1450 ℃ i 4 timmar i en elektrisk stavugn av kisel-molybden, maldes till pulver och kalcinerades upprepade gånger tills innehållet av fri CaO var mindre än 1,0 %, och topparna för C12A7 och CA var ignoreras.

(5) cellulosaeter. Det tidigare arbetet jämförde effekterna av 16 sorters cellulosaetrar på hydratiseringen och värmeavgivningshastigheten för vanlig Portlandcement och fann att olika typer av cellulosaetrar har signifikanta skillnader i hydratiserings- och värmeavgivningslagen för cement, och analyserade den inre mekanismen av denna betydande skillnad. Enligt resultaten från tidigare studie valdes tre sorters cellulosaeter som har uppenbar fördröjande effekt på vanlig Portlandcement. Dessa inkluderar hydroxietylcellulosaeter (HEC), hydroxipropylmetylcellulosaeter (HPMC) och hydroxietylmetylcellulosaeter (HEMC). Viskositeten för cellulosaeter mättes med en roterande viskosimeter med en testkoncentration på 2 %, en temperatur på 20°C och en rotationshastighet på 12 r/min. Viskositeten för cellulosaeter mättes med en roterande viskosimeter med en testkoncentration på 2 %, en temperatur på 20°C och en rotationshastighet på 12 r/min. Den molära substitutionsgraden för cellulosaeter tillhandahålls av tillverkaren.

(6) Vatten. Använd sekundärt destillerat vatten.

2.2 Testmetod

Vätskevärme. TAM Air 8-kanals isotermisk kalorimeter tillverkad av TA Instrument Company antogs. Alla råmaterial hölls konstant temperatur till testtemperatur (såsom (20± 0,5) ℃) före experimentet. Först tillsattes 3 g cement och 18 mg cellulosaeterpulver till kalorimetern (massförhållandet mellan cellulosaeter och cemellativt material var 0,6%). Efter fullständig blandning tillsattes blandat vatten (sekundärt destillerat vatten) enligt det specificerade förhållandet vatten-cement och omrördes jämnt. Sedan lades den snabbt in i kalorimetern för testning. Vattenbindemedelsförhållandet för c3A är 1,1 och vattenbindemedelsförhållandet för de andra tre cementartade materialen är 0,45.

3. Resultat och diskussion

3.1 Testresultat

Effekterna av HEC, HPMC och HEMC på hydratiseringsvärmefrigöringshastigheten och kumulativ värmeavgivningshastighet för vanlig Portlandcement, C3S och C3A inom 72 timmar, och effekterna av HEC på hydratiseringsvärmefrigöringshastigheten och kumulativ värmeavgivningshastighet för sulfoaluminatcement inom 72 timmar är HEC den cellulosaeter som har den starkaste fördröjningseffekten på hydratisering av annan cement och singelmalm. Genom att kombinera de två effekterna kan det konstateras att cellulosaeter har olika effekter på hydratiseringens värmeavgivningshastighet och kumulativ värmeavgivning med förändringen av cementmaterialsammansättningen. Den valda cellulosaetern kan avsevärt minska hydratiseringen och värmeavgivningshastigheten för vanlig portlandcement och C, S, förlänger huvudsakligen induktionsperioden, fördröjer uppkomsten av hydratisering och värmeavgivningstoppar, bland vilka cellulosaetern till C, S hydratisering och fördröjning av värmeavgivningshastigheten är mer uppenbar än vanlig portlandcementhydrering och fördröjning av värmeavgivningshastigheten; Cellulosaeter kan också fördröja värmeavgivningshastigheten för sulfoaluminatcementhydratisering, men fördröjningsförmågan är mycket svag och fördröjer huvudsakligen hydratiseringen efter 2 timmar; För värmeavgivningshastigheten för C3A-hydratisering har cellulosaeter svag accelerationsförmåga.

3.2 Analys och diskussion

Mekanismen för cellulosaeter fördröjer cementhydratisering. Silva et al. hypotesen att cellulosaeter ökade viskositeten hos porlösningen och hindrade jonrörelsehastigheten, vilket fördröjde cementhydratiseringen. Mycket litteratur har dock tvivlat på detta antagande, eftersom deras experiment har funnit att cellulosaetrar med lägre viskositet har en starkare förmåga att fördröja cementhydratisering. I själva verket är tiden för jonrörelse eller migration så kort att den uppenbarligen inte är jämförbar med tiden för cementhydratiseringsfördröjningen. Adsorptionen mellan cellulosaeter och cementhydratiseringsprodukter anses vara den verkliga orsaken till fördröjningen av cementhydratiseringen av cellulosaeter. Cellulosaeter adsorberas lätt till ytan av hydratiseringsprodukter som kalciumhydroxid, CSH-gel och kalciumaluminathydrat, men det är inte lätt att adsorberas av ettringit och ohydratiserad fas, och adsorptionskapaciteten hos cellulosaeter på kalciumhydroxid är högre än den för CSH-gel. Därför, för vanliga Portlandcement-hydratiseringsprodukter, har cellulosaeter den starkaste fördröjningen på kalciumhydroxid, den starkaste fördröjningen på kalcium, den andra fördröjningen på CSH-gel och den svagaste fördröjningen på ettringit.

Tidigare studier har visat att adsorptionen mellan nonjonisk polysackarid och mineralfas huvudsakligen innefattar vätebindning och kemisk komplexbildning, och dessa två effekter uppstår mellan polysackaridens hydroxylgrupp och metallhydroxiden på mineralytan. Liu et al. vidare klassificerade adsorptionen mellan polysackarider och metallhydroxider som syra-basinteraktion, med polysackarider som syror och metallhydroxider som baser. För en given polysackarid bestämmer mineralytans alkalinitet styrkan i interaktionen mellan polysackarider och mineraler. Bland de fyra gelningskomponenterna som studeras i detta dokument inkluderar de huvudsakliga metall- eller icke-metallelementen Ca, Al och Si. Enligt ordningen för metallaktivitet är alkaliniteten hos deras hydroxider Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Faktum är att Si(OH)4-lösningen är sur och adsorberar inte cellulosaeter. Därför, innehållet av Ca(OH)2 på ytan av cementhydratiseringsprodukter bestämmer adsorptionskapaciteten för hydratiseringsprodukter och cellulosaeter, eftersom kalciumhydroxid, CSH-gel (3CaO·2SiO2·3H20), ettringit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) och kalciumaluminathydrat (3CaO·Al2O3·6H2O) i innehållet av oorganiska oxider av CaO är 100 %, 58,33 %, 49,56 % och 62,2 %. Därför är deras adsorptionskapacitet med cellulosaeter kalciumhydroxid > kalcium aluminat >CSH gel > ettringit, vilket överensstämmer med resultaten i litteraturen.

Hydratiseringsprodukterna av c3S inkluderar huvudsakligen Ca(OH) och csH-gel, och cellulosaeter har en bra fördröjningseffekt på dem. Därför har cellulosaeter en mycket uppenbar fördröjning av C3s hydratisering. Förutom c3S innehåller vanlig portlandcement även C2s-hydrering som är långsammare, vilket gör att fördröjningseffekten av cellulosaeter inte är uppenbar i ett tidigt skede. Hydratiseringsprodukterna av vanligt silikat inkluderar också ettringit, och fördröjningseffekten av cellulosaeter är dålig. Därför är fördröjningsförmågan hos cellulosaeter till c3s starkare än den hos vanlig Portlandcement som observerades i testet.

C3A kommer att lösas upp och återfukta snabbt när det möter vatten, och hydratiseringsprodukterna är vanligtvis C2AH8 och c4AH13, och hydratiseringsvärmen kommer att frigöras. När lösningen av C2AH8 och c4AH13 når mättnad, kommer kristallisationen av C2AH8 och C4AH13 hexagonalt arkhydrat att bildas, och reaktionshastigheten och hydratiseringsvärmen reduceras samtidigt. På grund av adsorptionen av cellulosaeter till ytan av kalciumaluminathydrat (CxAHy), skulle närvaron av cellulosaeter fördröja kristalliseringen av C2AH8 och C4AH13 hexagonal-plate-hydrat, vilket resulterar i en minskning av reaktionshastigheten och hydratiseringsvärmefrisättningshastigheten än så. av ren C3A, vilket visar att cellulosaeter har en svag accelerationsförmåga till C3A-hydrering. Det är värt att notera att i detta test har cellulosaeter en svag accelererande förmåga till hydratisering av ren c3A. Men i vanlig Portlandcement, eftersom c3A kommer att reagera med gips för att bilda ettringit, på grund av inverkan av ca2+-balansen i slurrylösning, kommer cellulosaeter att fördröja bildandet av ettringit, vilket fördröjer hydratiseringen av c3A.

Från effekterna av HEC, HPMC och HEMC på hydratiserings- och värmeavgivningshastigheten och kumulativ värmeavgivning av vanlig Portlandcement, C3S och C3A inom 72 timmar, och effekterna av HEC på hydratiserings- och värmeavgivningshastigheten och kumulativ värmeavgivning av sulfoaluminat cement inom 72 timmar, kan det ses att bland de tre valda cellulosaetrarna var förmågan till fördröjd hydratisering av c3s och Portlandcement starkast i HEC, följt av HEMC, och svagast i HPMC. När det gäller C3A är de tre cellulosaetrarnas förmåga att accelerera hydreringen också i samma ordning, det vill säga HEC är starkast, HEMC är andra, HPMC är svagast och starkast. Detta bekräftade ömsesidigt att cellulosaeter har försenat bildningen av hydratiseringsprodukter av gelningsmaterial.

De huvudsakliga hydratiseringsprodukterna av sulfoaluminatcement är ettringit och Al(OH)3-gel. C2S i sulfoaluminatcement kommer också att hydratisera separat för att bilda Ca(OH)2 och cSH-gel. Eftersom adsorptionen av cellulosaeter och ettringit kan ignoreras, och hydratiseringen av sulfoaluminat är för snabb, har cellulosaeter därför, i det tidiga stadiet av hydratisering, liten effekt på hydratiseringsvärmefrisättningshastigheten för sulfoaluminatcement. Men till en viss tid av hydratisering, eftersom c2s kommer att hydratisera separat för att generera Ca(OH)2 och CSH-gel, kommer dessa två hydratiseringsprodukter att fördröjas av cellulosaeter. Därför observerades det att cellulosaeter fördröjde hydratiseringen av sulfoaluminatcement efter 2 timmar.

4. Slutsats

I detta dokument, genom isotermiskt kalorimetritest, jämfördes påverkanslagen och bildningsmekanismen för cellulosaeter på hydratiseringsvärme av vanlig Portlandcement, c3s, c3A, sulfoaluminatcement och andra olika komponenter och enstaka malm på 72 timmar. De viktigaste slutsatserna är följande:

(1) Cellulosater kan avsevärt minska hydreringsvärmefrigöringshastigheten för vanligt portlandcement och trikalciumsilikat, och effekten av att minska hydratiseringsvärmefrigöringshastigheten för trikalciumsilikat är mer signifikant; Effekten av cellulosaeter på att minska värmeavgivningshastigheten för sulfoaluminatcement är mycket svag, men den har en svag effekt på att förbättra värmeavgivningshastigheten för trikalciumaluminat.

(2) cellulosaeter kommer att adsorberas av vissa hydratiseringsprodukter, vilket fördröjer kristalliseringen av hydratiseringsprodukter, vilket påverkar värmeavgivningshastigheten för cementhydratisering. Typen och mängden av hydratiseringsprodukter är olika för olika komponenter i cementnäbbmalm, så effekten av cellulosaeter på deras hydratiseringsvärme är inte densamma.