Selüloz eterin farklı çimento ve tek cevherin hidratasyon ısısına etkisi

Selüloz eterin Portland çimentosu, sülfoalüminat çimentosu, trikalsiyum silikat ve trikalsiyum alüminatın 72 saatteki hidratasyon ısısı üzerindeki etkileri izotermal kalorimetri testi ile karşılaştırıldı. Sonuçlar, selüloz eterin Portland çimentosu ve trikalsiyum silikatın hidrasyon ve ısı salınım hızını önemli ölçüde azaltabildiğini ve trikalsiyum silikatın hidrasyon ve ısı salınım hızı üzerindeki azalma etkisinin daha anlamlı olduğunu göstermektedir. Selüloz eterin, sülfoalüminat çimentosunun hidratasyonunun ısı salınım hızını azaltmadaki etkisi çok zayıftır, ancak trikalsiyum alüminat hidrasyonunun ısı salınım hızını iyileştirmede zayıf bir etkiye sahiptir. Selüloz eter, bazı hidratasyon ürünleri tarafından adsorbe edilecek, dolayısıyla hidratasyon ürünlerinin kristalleşmesini geciktirecek ve daha sonra çimento ve tek cevherin hidrasyon ısı salınım hızını etkileyecektir.

Anahtar kelimeler:selüloz eter; Çimento; Tek cevher; Hidrasyon ısısı; adsorpsiyon

1. Giriş

Selüloz eter, kuru karışımlı harç, kendiliğinden yerleşen beton ve diğer yeni çimento bazlı malzemelerde önemli bir koyulaştırıcı madde ve su tutucu maddedir. Bununla birlikte, selüloz eter aynı zamanda çimento esaslı malzemelerin çalışma süresini iyileştirmeye, harç tutarlılığını ve beton çökme süresi kaybını iyileştirmeye yardımcı olan çimento hidrasyonunu da geciktirecektir, ancak aynı zamanda inşaat ilerlemesini de geciktirebilir. Özellikle düşük sıcaklıklı ortam şartlarında kullanılan harç ve beton üzerinde olumsuz etkiler yaratacaktır. Bu nedenle selüloz eterin çimento hidratasyon kinetiği üzerindeki yasasını anlamak çok önemlidir.

OU ve Pourchez, selüloz eterin moleküler ağırlığı, ikame maddesi türü veya ikame derecesi gibi moleküler parametrelerin çimento hidrasyon kinetiği üzerindeki etkilerini sistematik olarak incelediler ve birçok önemli sonuca vardılar: Hidroksietil selüloz eterin (HEC) çimentonun hidrasyonunu geciktirme yeteneği çimento genellikle metil selüloz eter (HPMC), hidroksimetil etil selüloz eter (HEMC) ve metil selüloz eterden (MC) daha güçlüdür. Metil içeren selüloz eterde, metil içeriği ne kadar düşük olursa, çimentonun hidratasyonunu geciktirme yeteneği o kadar güçlü olur; Selüloz eterin moleküler ağırlığı ne kadar düşük olursa, çimentonun hidratasyonunu geciktirme yeteneği o kadar güçlü olur. Bu sonuçlar selüloz eterin doğru seçilmesi için bilimsel temel sağlar.

Çimentodaki farklı bileşenler için selüloz eterin çimento hidratasyon kinetiği üzerindeki etkisi de mühendislik uygulamalarında oldukça endişe verici bir sorundur. Ancak bu hususta herhangi bir araştırma bulunmamaktadır. Bu makalede, selüloz eterin sıradan Portland çimentosu, C3S(trikalsiyum silikat), C3A(trikalsiyum alüminat) ve sülfoalüminat çimentosunun (SAC) hidrasyon kinetiği üzerindeki etkisi, etkileşimi daha iyi anlamak için izotermal kalorimetri testi yoluyla incelenmiştir. Selüloz eter ve çimento hidratasyon ürünleri arasındaki iç mekanizma. Çimento bazlı malzemelerde selüloz eterin rasyonel kullanımı için daha fazla bilimsel temel sağlar ve aynı zamanda diğer katkı maddeleri ile çimento hidratasyon ürünleri arasındaki etkileşim için araştırma temeli sağlar.

2. Test

2.1 Hammaddeler

(1) sıradan Portland çimentosu (P·0). Wuhan Huaxin Cement Co., LTD. tarafından üretilen spesifikasyon, dalga boyu dispersiyon tipi X-ışını floresans spektrometresi (AXIOS gelişmiş, PANalytical Co., LTD.) tarafından belirlenen P· 042.5'tir (GB 175-2007). JADE 5.0 yazılımının analizine göre çimento klinker mineralleri C3S, C2s, C3A, C4AF ve alçının yanı sıra çimento hammaddelerinde kalsiyum karbonat da yer alıyor.

(2) sülfoalüminat çimentosu (SAC). Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. tarafından üretilen hızlı sert sülfoalüminat çimentosu R.Star 42.5'tir (GB 20472-2006). Ana grupları kalsiyum sülfoalüminat ve dikalsiyum silikattır.

(3) trikalsiyum silikat (C3S). Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 ve H2O'yu 3:1:0,08 oranında presleyin: 10'luk bir kütle oranı eşit şekilde karıştırıldı ve silindirik yeşil kütük yapmak için 60 MPa'lık sabit bir basınç altında preslendi. Kütük, silikon-molibden çubuklu yüksek sıcaklıktaki bir elektrikli fırında 1.5 ~ 2 saat boyunca 1400 ° C'de kalsine edildi ve daha sonra 40 dakika boyunca daha fazla mikrodalga ısıtması için bir mikrodalga fırına taşındı. Kütük çıkarıldıktan sonra aniden soğutuldu ve bitmiş üründeki serbest CaO içeriği %1,0'ın altına düşene kadar tekrar tekrar kırıldı ve kalsine edildi.

(4) trikalsiyum alüminat (c3A). CaO ve A12O3 eşit şekilde karıştırıldı, silikon-molibden çubuklu bir elektrikli fırında 1450°C'de 4 saat süreyle kalsine edildi, toz haline getirildi ve serbest CaO içeriği %1,0'ın altına düşene ve C12A7 ve CA'nın zirveleri belirlenene kadar tekrar tekrar kalsine edildi. görmezden gelindi.

(5) selüloz eter. Önceki çalışma, 16 çeşit selüloz eterin sıradan Portland çimentosunun hidrasyon ve ısı salınım oranı üzerindeki etkilerini karşılaştırmış ve farklı türdeki selüloz eterlerin, çimentonun hidrasyon ve ısı salınım kanunu üzerinde önemli farklılıklara sahip olduğunu bulmuş ve iç mekanizmayı analiz etmiştir. bu önemli farkın. Önceki çalışmanın sonuçlarına göre, sıradan Portland çimentosu üzerinde belirgin geciktirici etkisi olan üç çeşit selüloz eter seçilmiştir. Bunlar arasında hidroksietil selüloz eter (HEC), hidroksipropil metil selüloz eter (HPMC) ve hidroksietil metil selüloz eter (HEMC) bulunur. Selüloz eterin viskozitesi, %2 test konsantrasyonuna, 20°C sıcaklığa ve 12 devir/dakika dönüş hızına sahip döner bir viskozimetre ile ölçüldü. Selüloz eterin viskozitesi, %2 test konsantrasyonuna, 20°C sıcaklığa ve 12 devir/dakika dönüş hızına sahip döner bir viskozimetre ile ölçüldü. Selüloz eterin molar ikame derecesi imalatçı tarafından sağlanır.

(6) Su. İkincil damıtılmış su kullanın.

2.2 Test yöntemi

Hidrasyon ısısı. TA Instrument Company tarafından üretilen TAM Air 8 kanallı izotermal kalorimetre benimsendi. Tüm hammaddeler, deneyden önce test sıcaklığına ((20± 0.5)°C gibi) kadar sabit sıcaklıkta tutuldu. Öncelikle kalorimetreye 3 gr çimento ve 18 mg selüloz eter tozu ilave edildi (selüloz eterin cematif malzemeye kütle oranı %0,6 idi). Tamamen karıştırıldıktan sonra belirlenen su-çimento oranına göre karışık su (ikincil distile su) ilave edildi ve eşit şekilde karıştırıldı. Daha sonra test için hızla kalorimetreye konuldu. c3A'nın su bağlayıcı oranı 1,1, diğer üç çimentolu malzemenin su bağlayıcı oranı 0,45'tir.

3. Sonuçlar ve tartışma

3.1 Test sonuçları

HEC, HPMC ve HEMC'nin sıradan Portland çimentosu, C3S ve C3A'nın 72 saat içindeki hidratasyon ısısı salınım hızı ve kümülatif ısı salınım hızı üzerindeki etkileri ve HEC'nin sülfoalüminat çimentosunun hidratasyon ısısı salınım hızı ve kümülatif ısı salınım hızı üzerindeki etkileri 72 saat içinde HEC, diğer çimento ve tek cevherin hidratasyonu üzerinde en güçlü gecikme etkisine sahip selüloz eterdir. İki etki birleştirildiğinde, çimentolu malzeme bileşiminin değişmesiyle selüloz eterin hidratasyon ısısı salınım hızı ve kümülatif ısı salınımı üzerinde farklı etkilere sahip olduğu bulunabilir. Seçilen selüloz eter, sıradan Portland çimentosunun ve C, S'nin hidrasyon ve ısı salınım hızını önemli ölçüde azaltabilir, esas olarak indüksiyon periyodu süresini uzatır, hidrasyon ve ısı salınım zirvesinin görünümünü geciktirir; bunlar arasında selüloz eterin C, S hidrasyonu ve ısı salınım hızı gecikmesi sıradan Portland çimentosu hidrasyonundan ve ısı salınım hızı gecikmesinden daha belirgindir; Selüloz eter aynı zamanda sülfoalüminat çimento hidrasyonunun ısı salınım hızını da geciktirebilir, ancak geciktirme yeteneği çok zayıftır ve esas olarak hidrasyonu 2 saat sonra geciktirir; C3A hidrasyonunun ısı salınım hızı açısından selüloz eterin hızlandırma yeteneği zayıftır.

3.2 Analiz ve tartışma

Selülozik eterin mekanizması çimento hidrasyonunu geciktirir. Silva ve ark. selülozik eterin gözenek çözeltisinin viskozitesini arttırdığını ve iyonik hareket hızını engellediğini, dolayısıyla çimento hidrasyonunu geciktirdiğini öne sürdü. Bununla birlikte, pek çok literatür bu varsayımdan şüphe duymaktadır; çünkü onların deneyleri, daha düşük viskoziteye sahip selüloz eterlerin, çimento hidrasyonunu geciktirme konusunda daha güçlü bir yeteneğe sahip olduğunu ortaya çıkarmıştır. Aslında iyon hareketi veya migrasyonu o kadar kısadır ki, çimentonun hidratasyon gecikmesi ile kıyaslanamaz. Selüloz eter ve çimento hidratasyon ürünleri arasındaki adsorpsiyonun, selüloz eterin çimento hidratasyonunu geciktirmesinin gerçek nedeni olduğu düşünülmektedir. Selüloz eter, kalsiyum hidroksit, CSH jeli ve kalsiyum alüminat hidrat gibi hidrasyon ürünlerinin yüzeyine kolayca adsorbe edilir, ancak etrenjit ve hidratlanmamış faz tarafından adsorbe edilmesi kolay değildir ve selüloz eterin kalsiyum hidroksit üzerindeki adsorpsiyon kapasitesi, selüloz eterin kalsiyum hidroksit üzerindeki adsorpsiyon kapasitesinden daha yüksektir. CSH jelininki. Bu nedenle, sıradan Portland çimentosu hidratasyon ürünleri için selüloz eter, kalsiyum hidroksit üzerinde en güçlü gecikmeye, kalsiyum üzerinde en güçlü gecikmeye, CSH jeli üzerinde ikinci gecikmeye ve etrenjit üzerinde en zayıf gecikmeye sahiptir.

Önceki çalışmalar, iyonik olmayan polisakkarit ile mineral faz arasındaki adsorpsiyonun esas olarak hidrojen bağını ve kimyasal kompleksleşmeyi içerdiğini ve bu iki etkinin, polisakkaritin hidroksil grubu ile mineral yüzeyindeki metal hidroksit arasında meydana geldiğini göstermiştir. Liu ve diğerleri. ayrıca polisakaritler ve metal hidroksitler arasındaki adsorpsiyonu asit-baz etkileşimi olarak, polisakaritler asitler ve metal hidroksitler bazlar olarak sınıflandırdı. Belirli bir polisakkarit için mineral yüzeyinin alkalinitesi, polisakkaritler ve mineraller arasındaki etkileşimin gücünü belirler. Bu yazıda incelenen dört jelleştirici bileşen arasında ana metal veya metal olmayan elementler Ca, Al ve Si'yi içerir. Metal aktivite sırasına göre hidroksitlerinin alkalinitesi Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4'tür. Aslında Si(OH)4 çözeltisi asidiktir ve selüloz eteri adsorbe etmez. Bu nedenle, Çimento hidratasyon ürünlerinin yüzeyindeki Ca(OH)2 içeriği, hidratasyon ürünlerinin ve selüloz eterin adsorpsiyon kapasitesini belirler. Çünkü kalsiyum hidroksit, CSH jeli (3CaO·2SiO2·3H20), etrenjit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) ve CaO'nun inorganik oksitlerinin içeriğindeki kalsiyum alüminat hidrat (3CaO·Al2O3·6H2O) %100, %58,33, %49,56 ve %62,2'dir. Dolayısıyla selüloz eter ile adsorpsiyon kapasitelerinin sırası kalsiyum hidroksit > kalsiyum şeklindedir. alüminat >CSH jeli >etrenjit olup bu durum literatürdeki sonuçlarla tutarlıdır.

C3S'nin hidrasyon ürünleri esas olarak Ca(OH) ve csH jelini içerir ve selüloz eterin bunlar üzerinde iyi bir geciktirme etkisi vardır. Bu nedenle selüloz eterin C3'ün hidrasyonunda çok belirgin bir gecikmesi vardır. Sıradan Portland çimentosu, c3S'nin yanı sıra daha yavaş olan C2s hidrasyonunu da içerir, bu da selüloz eterin gecikme etkisini erken aşamada belirgin kılmaz. Sıradan silikatın hidrasyon ürünleri aynı zamanda etrenjit içerir ve selüloz eterin geciktirme etkisi zayıftır. Bu nedenle selüloz eterin c3s'yi geciktirme yeteneği, testte gözlemlenen sıradan Portland çimentosundan daha güçlüdür.

C3A, suyla karşılaştığında hızla çözünecek ve hidratlanacaktır ve hidrasyon ürünleri genellikle C2AH8 ve c4AH13'tür ve hidrasyon ısısı açığa çıkacaktır. C2AH8 ve c4AH13 çözeltisi doygunluğa ulaştığında, C2AH8 ve C4AH13 altıgen levha hidratın kristalizasyonu oluşacak ve aynı zamanda reaksiyon hızı ve hidrasyon ısısı da azalacaktır. Selüloz eterin, kalsiyum alüminat hidratın (CxAHy) yüzeyine adsorpsiyonu nedeniyle, selüloz eterin varlığı, C2AH8 ve C4AH13 altıgen plakalı hidratın kristalleşmesini geciktirecek, bu da reaksiyon hızının ve hidrasyon ısı salınım oranının, buna göre azalmasına neden olacaktır. saf C3A'nın varlığı, selüloz eterin C3A hidrasyonunu hızlandırma yeteneğinin zayıf olduğunu gösterir. Bu testte selüloz eterin saf c3A'nın hidrasyonunu hızlandırma yeteneğinin zayıf olduğunu belirtmekte fayda var. Bununla birlikte, sıradan Portland çimentosunda, c3A alçıtaşı ile reaksiyona girerek etrenjit oluşturacağından, bulamaç çözeltisindeki ca2+ dengesinin etkisinden dolayı selüloz eter etrenjit oluşumunu geciktirecek, dolayısıyla c3A'nın hidrasyonunu geciktirecektir.

HEC, HPMC ve HEMC'nin sıradan Portland çimentosu, C3S ve C3A'nın 72 saat içindeki hidrasyon ve ısı salınım hızı ve kümülatif ısı salınımı üzerindeki etkilerinden ve HEC'nin sülfoalüminatın hidrasyon ve ısı salınım hızı ve kümülatif ısı salınımı üzerindeki etkilerinden Çimentoya 72 saat içinde bakıldığında, seçilen üç selüloz eter arasında, c3s ve Portland çimentosunun gecikmeli hidratasyon yeteneğinin HEC'de en güçlü olduğu, bunu HEMC'nin takip ettiği ve HPMC'de en zayıf olduğu görülmektedir. C3A'ya gelince, üç selüloz eterin hidrasyonu hızlandırma yetenekleri de aynı sıradadır, yani HEC en güçlüsü, HEMC ikinci, HPMC en zayıf ve en güçlüsüdür. Bu, selüloz eterin jelleşen malzemelerin hidrasyon ürünlerinin oluşumunu geciktirdiğini karşılıklı olarak doğruladı.

Sülfoalüminat çimentosunun ana hidratasyon ürünleri etrenjit ve Al(OH)3 jelidir. Sülfoalüminat çimentosundaki C2S ayrıca Ca(OH)2 ve cSH jeli oluşturmak üzere ayrı ayrı hidratlaşacaktır. Selüloz eter ve etrenjitin adsorpsiyonu göz ardı edilebildiğinden ve sülfoalüminatın hidrasyonu çok hızlı olduğundan, hidrasyonun erken aşamasında selüloz eterin sülfoalüminat çimentosunun hidrasyon ısısı salınım hızı üzerinde çok az etkisi vardır. Ancak belirli bir hidrasyon süresine kadar, c2'ler ayrı ayrı hidratlanarak Ca(OH)2 ve CSH jeli oluşturacağından, bu iki hidrasyon ürünü selüloz eter tarafından geciktirilecektir. Bu nedenle selüloz eterin sülfoalüminat çimentosunun hidratasyonunu 2 saat sonra geciktirdiği gözlendi.

4. Sonuç

Bu makalede, izotermal kalorimetri testi yoluyla, selüloz eterin sıradan Portland çimentosu, c3s, c3A, sülfoalüminat çimentosu ve diğer farklı bileşenlerin ve tek cevherin 72 saatlik hidrasyon ısısı üzerindeki etki yasası ve oluşum mekanizması karşılaştırılmıştır. Ana sonuçlar aşağıdaki gibidir:

(1) Selüloz eter, sıradan Portland çimentosu ve trikalsiyum silikatın hidrasyon ısısı salınım hızını önemli ölçüde azaltabilir ve trikalsiyum silikatın hidrasyon ısısı salınım oranını azaltmanın etkisi daha önemlidir; Selüloz eterin sülfoalüminat çimentosunun ısı salınım hızını azaltmadaki etkisi çok zayıftır, ancak trikalsiyum alüminatın ısı salınım hızını iyileştirmede zayıf bir etkiye sahiptir.

(2) Selüloz eter, bazı hidratasyon ürünleri tarafından adsorbe edilecek, dolayısıyla hidratasyon ürünlerinin kristalleşmesini geciktirecek ve çimento hidrasyonunun ısı salınım hızını etkileyecektir. Hidratasyon ürünlerinin türü ve miktarı, çimento cevheri cevherinin farklı bileşenleri için farklıdır, dolayısıyla selüloz eterin bunların hidratasyon ısısı üzerindeki etkisi aynı değildir.