Вплив ефіру целюлози на теплоту гідратації різних цементів і одиничних руд

вплив ефіру целюлози на тепло гідратації портландцементу, сульфоалюмінатного цементу, трикальцієвого силікату та трикальцієвого алюмінату за 72 години порівнювали за допомогою ізотермічної калориметрії. Результати показують, що ефір целюлози може значно зменшити гідратацію та швидкість виділення тепла портландцементу та трикальцієвого силікату, а вплив зниження на швидкість гідратації та тепловиділення трикальцієвого силікату є більш значним. Вплив ефіру целюлози на зниження швидкості виділення тепла при гідратації сульфоалюмінатного цементу дуже слабкий, але він має слабкий вплив на підвищення швидкості виділення тепла при гідратації трикальцієвого алюмінату. Ефір целюлози буде адсорбуватися деякими продуктами гідратації, таким чином затримуючи кристалізацію продуктів гідратації, а потім впливати на швидкість виділення тепла гідратації цементу та окремої руди.

Ключові слова:ефір целюлози; цемент; Одиночна руда; Теплота гідратації; адсорбція

1. Вступ

Ефір целюлози є важливим загусником і водоутримувачем у сухих будівельних розчинах, бетоні, що самоущільнюється, та інших нових матеріалах на основі цементу. Однак целюлозний ефір також сповільнить гідратацію цементу, що сприяє покращенню робочого часу матеріалів на основі цементу, покращенню консистенції розчину та втрати часу осадки бетону, але також може затримати хід будівництва. Зокрема, це матиме негативний вплив на розчин і бетон, що використовуються в умовах низької температури. Тому дуже важливо розуміти закон впливу ефіру целюлози на кінетику гідратації цементу.

OU та Pourchez систематично вивчали вплив молекулярних параметрів, таких як молекулярна маса ефіру целюлози, тип замісника або ступінь заміщення, на кінетику гідратації цементу, і зробили багато важливих висновків: Здатність гідроксіетилцелюлозного ефіру (HEC) затримувати гідратацію цемент зазвичай міцніший, ніж ефір метилцелюлози (HPMC), ефір гідроксиметилетилцелюлози (HEMC) і ефір метилцелюлози (MC). У ефірі целюлози, що містить метил, чим нижче вміст метилу, тим сильніша здатність затримувати гідратацію цементу; Чим нижче молекулярна маса ефіру целюлози, тим сильніше здатність цементу затримувати гідратацію. Ці висновки є науковою основою для правильного вибору ефіру целюлози.

Для різних компонентів цементу вплив ефіру целюлози на кінетику гідратації цементу також є серйозною проблемою в техніці. Однак досліджень з цього приводу немає. У цій статті вплив ефіру целюлози на кінетику гідратації звичайного портландцементу, C3S (трикальцієвого силікату), C3A (трикальцієвого алюмінату) і сульфоалюмінатного цементу (SAC) вивчався за допомогою ізотермічної калориметрії, щоб краще зрозуміти взаємодію та внутрішній механізм між ефіром целюлози та продуктами гідратації цементу. Це забезпечує подальшу наукову основу для раціонального використання ефіру целюлози в матеріалах на основі цементу, а також забезпечує дослідницьку основу для взаємодії між іншими домішками та продуктами гідратації цементу.

2. Тест

2.1 Сировина

(1) звичайний портландцемент (Р·0). Виробник Wuhan Huaxin Cement Co., LTD., специфікація P· 042.5 (GB 175-2007), визначена рентгенівським флуоресцентним спектрометром дисперсійного типу (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.). Відповідно до аналізу програмного забезпечення JADE 5.0, окрім мінералів цементного клінкеру C3S, C2s, C3A, C4AF та гіпсу, цементна сировина також містить карбонат кальцію.

(2) сульфоалюмінатний цемент (САЦ). Швидкий твердий сульфоалюмінатний цемент виробництва Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. — це R.Star 42.5 (GB 20472-2006). Основними його групами є сульфоалюмінат кальцію і двокальцій силікат.

(3) трикальцієвий силікат (C3S). Прес Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 та H2O при 3:1:0,08: масове співвідношення 10 рівномірно змішували та пресували під постійним тиском 60 МПа, щоб отримати циліндричну зелену заготовку. Заготівлю прожарювали при 1400 ℃ протягом 1,5 ~ 2 годин у високотемпературній електричній печі з кремнієво-молібденового стрижня, а потім перемістили в мікрохвильову піч для подальшого мікрохвильового нагрівання протягом 40 хвилин. Після виймання заготовки її різко охолоджували і багаторазово розламували і прожарювали до тих пір, поки вміст вільного СаО в готовому продукті не становив менше 1,0 %.

(4) трикальцієвий алюмінат (c3A). CaO і A12O3 змішували рівномірно, прожарювали при 1450 ℃ протягом 4 годин в електричній печі з кремнієвим молібденовим стрижнем, подрібнювали в порошок і кілька разів прожарювали, поки вміст вільного CaO не становив менше 1,0%, і піки C12A7 і CA були ігнорується.

(5) ефір целюлози. У попередній роботі порівнювали вплив 16 видів простих ефірів целюлози на гідратацію та швидкість виділення тепла звичайного портландцементу та виявили, що різні види простих ефірів целюлози мають значні відмінності щодо закону гідратації та виділення тепла цементу, і проаналізували внутрішній механізм цієї істотної різниці. Згідно з результатами попереднього дослідження, було обрано три види ефіру целюлози, які мають очевидну сповільнювальну дію на звичайний портландцемент. До них відносяться ефір гідроксиетилцелюлози (HEC), ефір гідроксипропілметилцелюлози (HPMC) і ефір гідроксиетилметилцелюлози (HEMC). В'язкість ефіру целюлози вимірювали ротаційним віскозиметром з тестовою концентрацією 2%, температурою 20 ℃ і швидкістю обертання 12 об/хв. В'язкість ефіру целюлози вимірювали ротаційним віскозиметром з тестовою концентрацією 2%, температурою 20 ℃ і швидкістю обертання 12 об/хв. Молярний ступінь заміщення ефіру целюлози надається виробником.

(6) Вода. Використовуйте вторинну дистильовану воду.

2.2 Метод випробування

Теплота гідратації. Взято на озброєння 8-канальний ізотермічний калориметр TAM Air виробництва TA Instrument Company. Усю сировину перед експериментом підтримували при постійній температурі до тестової температури (наприклад, (20±0,5)℃). Спочатку в калориметр додавали 3 г цементу та 18 мг порошку ефіру целюлози (відношення маси ефіру целюлози до цемелятивного матеріалу становило 0,6%). Після повного перемішування додавали змішану воду (вторинну дистильовану воду) відповідно до зазначеного водоцементного співвідношення та рівномірно перемішували. Потім його швидко помістили в калориметр для тестування. Коефіцієнт водно-зв’язувального для c3A становить 1,1, а коефіцієнт водно-зв’язувального для інших трьох цементних матеріалів становить 0,45.

3. Результати та їх обговорення

3.1 Результати випробувань

Вплив HEC, HPMC та HEMC на швидкість виділення тепла при гідратації та кумулятивну швидкість виділення тепла звичайного портландцементу, C3S та C3A протягом 72 годин, а також вплив HEC на швидкість виділення тепла гідратації та кумулятивну швидкість виділення тепла сульфоалюмінатного цементу. протягом 72 год, HEC є ефіром целюлози з найсильнішим ефектом затримки гідратації іншого цементу та окремої руди. Поєднуючи два ефекти, можна виявити, що зі зміною складу цементного матеріалу ефір целюлози по-різному впливає на швидкість виділення тепла гідратації та кумулятивне виділення тепла. Вибраний ефір целюлози може значно знизити гідратацію та швидкість виділення тепла звичайного портландцементу та C, S, головним чином подовжує час індукційного періоду, затримує появу гідратації та пік виділення тепла, серед яких ефір целюлози до гідратації C, S та затримка швидкості виділення тепла більш очевидна, ніж гідратація звичайного портландцементу та затримка швидкості виділення тепла; Ефір целюлози також може затримувати швидкість виділення тепла гідратації сульфоалюмінатного цементу, але здатність затримки дуже слабка, і в основному затримує гідратацію через 2 години; Для швидкості виділення тепла при гідратації C3A ефір целюлози має слабку прискорювальну здатність.

3.2 Аналіз та обговорення

Механізм ефіру целюлози затримує гідратацію цементу. Сільва та ін. припустив, що целюлозний ефір збільшує в'язкість пористого розчину та перешкоджає швидкості руху іонів, таким чином затримуючи гідратацію цементу. Однак багато літературних джерел сумніваються в цьому припущенні, оскільки їхні експерименти виявили, що ефіри целюлози з меншою в’язкістю мають сильнішу здатність затримувати гідратацію цементу. Насправді час руху або міграції іонів настільки короткий, що його, очевидно, не можна порівняти з часом затримки гідратації цементу. Справжньою причиною затримки гідратації цементу ефіром целюлози вважається адсорбція між ефіром целюлози та продуктами гідратації цементу. Ефір целюлози легко адсорбується на поверхні продуктів гідратації, таких як гідроксид кальцію, гель CSH і гідрат алюмінату кальцію, але його нелегко адсорбувати етрінгітом і негідратованою фазою, а адсорбційна здатність ефіру целюлози на гідроксиді кальцію вища, ніж гелю CSH. Таким чином, для звичайних продуктів гідратації портландцементу ефір целюлози має найсильнішу затримку на гідроксид кальцію, найсильнішу затримку на кальцій, другу затримку на гелі CSH і найслабшу затримку на етрінгіт.

Попередні дослідження показали, що адсорбція між неіонним полісахаридом і мінеральною фазою в основному включає водневі зв’язки та хімічне комплексоутворення, і ці два ефекти виникають між гідроксильною групою полісахариду та гідроксидом металу на поверхні мінералу. Лю та ін. далі класифікував адсорбцію між полісахаридами та гідроксидами металів як кислотно-лужну взаємодію, причому полісахариди – як кислоти, а гідроксиди металів – як основи. Для даного полісахариду лужність мінеральної поверхні визначає силу взаємодії між полісахаридами та мінералами. Серед чотирьох гелеутворюючих компонентів, досліджених у цій статті, основні металеві або неметалічні елементи включають Ca, Al і Si. За порядком активності металів лужність їх гідроксидів Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Фактично розчин Si(OH)4 кислий і не адсорбує ефір целюлози. Тому вміст Ca(OH)2 на поверхні продуктів гідратації цементу визначає адсорбційну здатність продуктів гідратації та ефіру целюлози. і алюмінату кальцію (3CaO·Al2O3·6H2O) за вмістом неорганічних оксидів CaO становить 100 %, 58,33 %, 49,56 % і 62,2 %, тому порядок їх адсорбційної здатності ефіром целюлози такий: гідроксид кальцію > кальцій. алюмінат >CSH гель > етрингіт, що узгоджується з результатами в літературі.

Продукти гідратації c3S в основному включають гель Ca (OH) і csH, а ефір целюлози має хороший ефект затримки на них. Тому ефір целюлози має дуже очевидну затримку гідратації C3s. Окрім c3S, звичайний портландцемент також включає гідратацію C2s, яка є повільнішою, що робить ефект затримки ефіру целюлози неочевидним на ранній стадії. Продукти гідратації звичайного силікату також включають етрингіт, а ефект затримки ефіру целюлози поганий. Таким чином, здатність ефіру целюлози затримувати c3s сильніша, ніж у звичайного портландцементу, яка спостерігалася під час випробування.

C3A швидко розчиняється і гідратується, коли він зустрічається з водою, а продуктами гідратації зазвичай є C2AH8 і c4AH13, і тепло гідратації виділяється. Коли розчин C2AH8 і c4AH13 досягає насичення, утворюється кристалізація гексагонального листового гідрату C2AH8 і C4AH13, а швидкість реакції та теплота гідратації одночасно зменшуються. Через адсорбцію ефіру целюлози на поверхні гідрату алюмінату кальцію (CxAHy) присутність ефіру целюлози призведе до затримки кристалізації гідрату гексагональної пластини C2AH8 і C4AH13, що призведе до зниження швидкості реакції та швидкості виділення тепла гідратації, ніж це чистого C3A, який показує, що ефір целюлози має слабку здатність прискорювати гідратацію C3A. Варто зазначити, що в цьому тесті ефір целюлози має слабку прискорювальну здатність до гідратації чистого c3A. Однак у звичайному портландцементі, оскільки c3A реагує з гіпсом з утворенням етрингіту, через вплив балансу Ca2+ у розчині суспензії ефір целюлози затримує утворення етрингіту, таким чином затримуючи гідратацію c3A.

Від впливу HEC, HPMC та HEMC на гідратацію та швидкість виділення тепла та кумулятивне виділення тепла звичайного портландцементу, C3S та C3A протягом 72 годин, а також вплив HEC на швидкість гідратації та виділення тепла та кумулятивне виділення тепла сульфоалюмінату цементу протягом 72 годин, можна побачити, що серед трьох відібраних простих ефірів целюлози здатність до відстроченої гідратації c3s і портландцементу була найсильнішою у HEC, за якою слідує HEMC, і найслабшою у HPMC. Що стосується C3A, здатність трьох ефірів целюлози прискорювати гідратацію також знаходиться в тому ж порядку, тобто HEC є найсильнішим, HEMC є другим, HPMC є найслабшим і найсильнішим. Це взаємно підтвердило, що ефір целюлози затримує утворення продуктів гідратації гелеутворювальних матеріалів.

Основними продуктами гідратації сульфоалюмінатного цементу є етрингіт і гель Al(OH)3. C2S у сульфоалюмінатному цементі також гідратується окремо з утворенням гелю Ca(OH)2 та cSH. Оскільки адсорбцію ефіру целюлози та етрінгіту можна знехтувати, а гідратація сульфоалюмінату відбувається надто швидко, тому на ранній стадії гідратації ефір целюлози мало впливає на швидкість виділення тепла при гідратації сульфоалюмінатного цементу. Але до певного часу гідратації, оскільки c2s гідратуватиметься окремо, утворюючи гель Ca(OH)2 і CSH, ці два продукти гідратації будуть затримуватися ефіром целюлози. Тому було помічено, що ефір целюлози затримує гідратацію сульфоалюмінатного цементу через 2 години.

4. Висновок

У цій статті за допомогою ізотермічного калориметричного випробування порівнювали закон впливу та механізм утворення ефіру целюлози на тепло гідратації звичайного портландцементу, c3s, c3A, сульфоалюмінатного цементу та інших різних компонентів і окремої руди за 72 години. Основні висновки такі:

(1) Ефір целюлози може значно знизити швидкість виділення тепла гідратації звичайного портландцементу та трикальцієвого силікату, а ефект зниження швидкості виділення тепла гідратації трикальцієвого силікату є більш значним; Вплив ефіру целюлози на зниження швидкості тепловиділення сульфоалюмінатного цементу дуже слабкий, але він слабо впливає на підвищення швидкості тепловиділення трикальцієвого алюмінату.

(2) ефір целюлози буде адсорбований деякими продуктами гідратації, таким чином затримуючи кристалізацію продуктів гідратації, впливаючи на швидкість виділення тепла гідратації цементу. Тип і кількість продуктів гідратації різні для різних компонентів цементної руди, тому вплив ефіру целюлози на їх теплоту гідратації неоднаковий.