Tsellyuloza efirlarining suv komponentlari va sulfoalyuminat tsement pastasining hidratsiya mahsulotlarining evolyutsiyasiga ta'siri

Tsellyuloza efirli modifikatsiyalangan sulfoalyuminat tsement (CSA) shlamida suv komponentlari va mikro tuzilma evolyutsiyasi past maydonli yadro magnit-rezonans va termal analizator yordamida o'rganildi. Natijalar shuni ko'rsatdiki, tsellyuloza efiri qo'shilgandan so'ng, flokulyatsiya tuzilmalari orasidagi suvni adsorbsiyalaydi, bu ko'ndalang bo'shashish vaqti (T2) spektrida uchinchi relaksatsiya cho'qqisi sifatida tavsiflanadi va adsorbsiyalangan suv miqdori doza bilan ijobiy bog'liqdir. Bundan tashqari, tsellyuloza efiri CSA floklarining ichki va floklararo tuzilmalari o'rtasida suv almashinuvini sezilarli darajada osonlashtirdi. Tsellyuloza efirining qo'shilishi sulfoalyuminat tsementning hidratsiya mahsulotlarining turlariga ta'sir qilmasa ham, ma'lum bir yoshdagi hidratsiya mahsulotlarining miqdoriga ta'sir qiladi.

Kalit so'zlar:tsellyuloza efiri; sulfoalyuminat tsement; suv; hidratsiya mahsulotlari

0、Muqaddima

Tabiiy tsellyulozadan bir qator jarayonlar orqali qayta ishlangan tsellyuloza efiri qayta tiklanadigan va yashil kimyoviy aralashmadir. Metiltsellyuloza (MC), etiltsellyuloza (HEC) va gidroksietilmetilselüloza (HEMC) kabi oddiy tsellyuloza efirlari tibbiyot, qurilish va boshqa sohalarda keng qo'llaniladi. HEMC ni misol qilib oladigan bo'lsak, u Portlend tsementining suvni ushlab turishi va mustahkamligini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin, ammo tsementning o'rnatilishini kechiktirishi mumkin. Mikroskopik darajada HEMC ham tsement pastasining mikro tuzilishi va gözenek tuzilishiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Misol uchun, hidratsiya mahsuloti etringit (AFt) ko'proq qisqa tayoq shaklida bo'ladi va uning nisbati pastroq; bir vaqtning o'zida tsement pastasiga ko'p sonli yopiq teshiklar kiritilib, aloqa bo'lgan teshiklar sonini kamaytiradi.

Tsellyuloza efirlarining tsement asosidagi materiallarga ta'siri bo'yicha mavjud tadqiqotlarning aksariyati portlend tsementiga qaratilgan. Sulfoalyuminat tsement (CSA) 20-asrda mening mamlakatimizda mustaqil ravishda ishlab chiqilgan past uglerodli tsement bo'lib, asosiy mineral sifatida suvsiz kaltsiy sulfoalyuminat mavjud. Hidratatsiyadan keyin katta miqdordagi AFt hosil bo'lishi mumkinligi sababli, CSA erta kuch, yuqori o'tkazuvchanlik va korroziyaga chidamlilik afzalliklariga ega va beton 3D bosib chiqarish, dengiz muhandislik qurilishi va past haroratli muhitda tez ta'mirlash sohalarida keng qo'llaniladi. . So'nggi yillarda Li Jian va boshqalar. HEMC ning CSA ohakiga ta'sirini bosim kuchi va nam zichlik nuqtai nazaridan tahlil qildi; Vu Kay va boshqalar. HEMC ning CSA tsementining erta hidratsiya jarayoniga ta'sirini o'rgandi, ammo o'zgartirilgan CSA tsementidagi suv Komponentlar va atala tarkibi evolyutsiyasi qonuni noma'lum. Bunga asoslanib, ushbu ish past maydonli yadro magnit-rezonans asbobi yordamida HEMC qo'shilishidan oldin va keyin CSA tsement shlamida ko'ndalang bo'shashish vaqtini (T2) taqsimlashga qaratilgan va qo'shimcha ravishda suvning migratsiyasi va o'zgarishi qonunini tahlil qiladi. atala. Tsement pastasi tarkibining o'zgarishi o'rganildi.

1. Tajriba

1.1 Xom ashyo

Savdoda mavjud bo'lgan ikkita sulfoalyuminat tsement ishlatilgan, ular CSA1 va CSA2 deb belgilangan, yonishdagi yo'qotish (LOI) 0,5% dan kam (massa ulushi).

MC1, MC2 va MC3 sifatida belgilangan uch xil gidroksietil metilselüloz ishlatiladi. MC3 MC2 dagi 5% (massa ulushi) poliakrilamidni (PAM) aralashtirish orqali olinadi.

1.2 Aralash nisbati

Sulfoalyuminat tsementiga uch xil tsellyuloza efirlari aralashtiriladi, dozalari 0,1%, 0,2% va 0,3% (massa ulushi, quyida bir xil). Ruxsat etilgan suv-tsement nisbati 0,6 ni tashkil qiladi va suv-tsement nisbati suv-tsement nisbati yaxshi ish qobiliyatiga ega va standart konsistensiyaning suv iste'moli testi orqali qon ketishi yo'q.

1.3 Usul

Tajribada ishlatiladigan past maydonli NMR uskunasi PQ hisoblanadi⁃Shanghai Numei Analytical Instrument Co., Ltd kompaniyasining 001 NMR analizatori. Doimiy magnitning magnit maydonining kuchi 0,49T, proton rezonans chastotasi 21 MGts va magnitning harorati 32,0 da doimiy saqlanadi.°C. Sinov paytida silindrsimon namunani o'z ichiga olgan kichik shisha shisha asbobning prob lasaniga solingan va CPMG ketma-ketligi tsement pastasining gevşeme signalini yig'ish uchun ishlatilgan. Korrelyatsiyani tahlil qilish dasturi orqali inversiyadan so'ng T2 inversiya egri chizig'i Sirt inversiya algoritmidan foydalangan holda olingan. Suyuqlikdagi erkinlik darajasi har xil bo'lgan suv ko'ndalang bo'shashish spektrida turli xil relaksatsiya cho'qqilari bilan tavsiflanadi va relaksatsiya cho'qqisi maydoni suv miqdori bilan ijobiy bog'liq bo'lib, buning asosida ataladagi suvning turi va tarkibi aniqlanadi. tahlil qilish mumkin. Yadro magnit-rezonansini hosil qilish uchun radiochastotaning markaziy chastotasi O1 (birlik: kHz) magnit chastotasiga mos kelishini ta'minlash kerak va sinov paytida O1 har kuni kalibrlanadi.

Namunalar TG?DSC tomonidan NETZSCH, Germaniyaning STA 449C kombinatsiyalangan termal analizatori yordamida tahlil qilindi. Himoya atmosferasi sifatida N2 ishlatilgan, isitish tezligi 10 edi°C/min, va skanerlash harorati oralig'i 30-800 edi°C.

2. Natijalar va muhokama

2.1 Suv komponentlarining evolyutsiyasi

2.1.1 Dorisiz tsellyuloza efiri

Ikkita gevşeme cho'qqisi (birinchi va ikkinchi gevşeme cho'qqilari sifatida belgilangan) ikkita sulfoalyuminat tsement shlamining transvers relaksatsiya vaqti (T2) spektrlarida aniq kuzatilishi mumkin. Birinchi bo'shashish cho'qqisi flokulyatsiya strukturasining ichki qismidan kelib chiqadi, bu erkinlik darajasi past va ko'ndalang bo'shashish vaqti qisqa; ikkinchi gevşeme cho'qqisi flokulyatsiya tuzilmalari orasidan kelib chiqadi, bu katta erkinlik darajasi va uzoq ko'ndalang bo'shashish vaqtiga ega. Bundan farqli o'laroq, ikkita tsementning birinchi relaksatsiya cho'qqisiga mos keladigan T2 ni solishtirish mumkin, CSA1 ning ikkinchi gevşeme cho'qqisi keyinroq paydo bo'ladi. Sulfoalyuminat tsement klinkeri va o'z-o'zidan ishlab chiqarilgan tsementdan farqli o'laroq, CSA1 va CSA2 ning ikkita gevşeme cho'qqisi dastlabki holatdan qisman bir-biriga mos keladi. Gidratsiyaning rivojlanishi bilan birinchi bo'shashish cho'qqisi asta-sekin mustaqil bo'lishga intiladi, maydon asta-sekin kamayadi va taxminan 90 daqiqada butunlay yo'qoladi. Bu ikki tsement pastasining flokulyatsiya tuzilishi va flokulyatsiya tuzilishi o'rtasida ma'lum darajada suv almashinuvi mavjudligini ko'rsatadi.

Ikkinchi relaksatsiya cho'qqisining cho'qqi maydonining o'zgarishi va cho'qqining cho'qqisiga mos keladigan T2 qiymatining o'zgarishi mos ravishda erkin suv va fizik bog'langan suv tarkibining o'zgarishini va ataladagi suvning erkinlik darajasining o'zgarishini tavsiflaydi. . Ikkalasining kombinatsiyasi atalaning hidratsiya jarayonini yanada to'liqroq aks ettirishi mumkin. Gidratsiyaning rivojlanishi bilan tepalik maydoni asta-sekin kamayadi va T2 qiymatining chapga siljishi asta-sekin o'sib boradi va ular o'rtasida ma'lum bir mos keladigan munosabatlar mavjud.

2.1.2 Qo'shilgan tsellyuloza efiri

Misol sifatida 0,3% MC2 bilan aralashtirilgan CSA2 olib, tsellyuloza efiri qo'shilgandan keyin sulfoalyuminat tsementning T2 bo'shashish spektrini ko'rish mumkin. Tsellyuloza efirini qo'shgandan so'ng, tsellyuloza efiri bilan suvning adsorbsiyasini ifodalovchi uchinchi gevşeme cho'qqisi transvers gevşeme vaqti 100 ms dan ortiq bo'lgan holatda paydo bo'ldi va tsellyuloza efiri miqdori ortishi bilan tepalik maydoni asta-sekin o'sib bordi.

Flokulyatsiya tuzilmalari orasidagi suv miqdori flokulyatsiya strukturasi ichidagi suvning migratsiyasi va tsellyuloza efirining suvga singishi ta'sir qiladi. Shuning uchun flokulyatsiya tuzilmalari orasidagi suv miqdori atalaning ichki gözenek tuzilishi va tsellyuloza efirining suvni yutish qobiliyatiga bog'liq. Ikkinchi relaksatsiya cho'qqisining maydoni turli xil tsement turlariga qarab tsellyuloza efirining tarkibi o'zgaradi. CSA1 atalasining ikkinchi relaksatsiya cho'qqisining maydoni tsellyuloza efiri miqdori ortishi bilan doimiy ravishda kamaydi va 0,3% tarkibida eng kichik bo'ldi. Bundan farqli o'laroq, CSA2 atalasining ikkinchi gevşeme cho'qqisi maydoni tsellyuloza efiri miqdori ortishi bilan doimiy ravishda ortadi.

Tsellyuloza efiri miqdori ortishi bilan uchinchi relaksatsiya cho'qqisi maydonining o'zgarishini sanab o'ting. Tepalik maydoni namunaning sifatiga ta'sir qilganligi sababli, namunani yuklashda qo'shilgan namunaning sifati bir xil bo'lishini ta'minlash qiyin. Shuning uchun, maydon nisbati turli namunalarda uchinchi gevşeme cho'qqisining signal miqdorini tavsiflash uchun ishlatiladi. Tsellyuloza efiri miqdori ortishi bilan uchinchi relaksatsiya cho'qqisi maydonining o'zgarishidan ko'rinib turibdiki, tsellyuloza efiri miqdori ortishi bilan uchinchi relaksatsiya cho'qqisining maydoni asosan o'sish tendentsiyasini ko'rsatdi (da. CSA1, MC1 tarkibi 0,3% bo'lganida, u ko'proq edi Uchinchi relaksatsiya cho'qqisi maydoni 0,2% da bir oz pasayadi, bu tsellyuloza efiri miqdori ortishi bilan adsorbsiyalangan suv ham asta-sekin o'sib borishini ko'rsatadi. CSA1 shlamlari orasida MC1 MC2 va MC3 ga qaraganda yaxshiroq suv singdirishga ega edi; CSA2 shlamlari orasida esa MC2 eng yaxshi suvni singdirishga ega edi.

0,3% tsellyuloza efiri tarkibida CSA2 shlamining massa birligi uchun uchinchi relaksatsiya cho'qqisi maydonining vaqt o'tishi bilan o'zgarishidan ko'rish mumkinki, massa birligi uchun uchinchi relaksatsiya cho'qqisi maydoni gidratatsiya bilan doimiy ravishda kamayib boradi. CSA2 ning hidratsiya tezligi klinker va o'z-o'zidan ishlab chiqarilgan tsementnikiga qaraganda tezroq bo'lganligi sababli, tsellyuloza efiri suvning keyingi adsorbsiyasi uchun vaqtga ega emas va ataladagi suyuqlik fazasi kontsentratsiyasining tez ortishi tufayli adsorbsiyalangan suvni chiqaradi. Bundan tashqari, MC2 ning suv adsorbsiyasi MC1 va MC3 ga qaraganda kuchliroqdir, bu avvalgi xulosalarga mos keladi. Tsellyuloza efirlarining 0,3% turli dozalarida CSA1 ning uchinchi relaksatsiya cho'qqisining massa birligiga to'g'ri keladigan cho'qqi maydoni o'zgarishidan ko'rish mumkinki, CSA1 ning uchinchi relaksatsiya cho'qqisining o'zgarish qoidasi CSA2nikidan farq qiladi va CSA1 maydoni hidratsiyaning dastlabki bosqichida qisqa vaqt ichida ortadi. Tez o'sib borganidan so'ng, u yo'qolish uchun kamaydi, bu CSA1 ning ko'proq ivish vaqti bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, CSA2 ko'proq gipsni o'z ichiga oladi, hidratsiya ko'proq AFt (3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O) hosil bo'lishi oson, ko'p erkin suv iste'mol qiladi va suv iste'mol qilish tezligi tsellyuloza efiri bilan suvning adsorbsiya tezligidan oshadi, bu CSA2 atalasining uchinchi dam olish cho'qqisining maydoni pasayishda davom etdi.

Tsellyuloza efiri kiritilgandan keyin birinchi va ikkinchi relaksatsiya cho'qqilari ham ma'lum darajada o'zgardi. Ikki turdagi tsement shlamining ikkinchi relaksatsiya cho'qqisining cho'qqi kengligidan va tsellyuloza efiri qo'shilgandan so'ng yangi ataladan ko'rinib turibdiki, tsellyuloza efiri qo'shilgandan so'ng yangi atalaning ikkinchi relaksatsiya cho'qqisining cho'qqi kengligi boshqacha. oshirish, tepalik shakli diffuz bo'lishga intiladi. Bu shuni ko'rsatadiki, tsellyuloza efirining qo'shilishi ma'lum darajada tsement zarralari aglomeratsiyasini oldini oladi, flokulyatsiya strukturasini nisbatan bo'shashtiradi, suvning bog'lanish darajasini zaiflashtiradi va flokulyatsiya tuzilmalari orasidagi suvning erkinlik darajasini oshiradi. Biroq, dozaning oshishi bilan cho'qqi kengligining oshishi aniq emas va ba'zi namunalarning cho'qqi kengligi hatto kamayadi. Ehtimol, dozani oshirish atala suyuq fazasining viskozitesini oshiradi va shu bilan birga tsement zarrachalariga tsellyuloza efirining adsorbsiyasi kuchayadi va flokulyatsiyani keltirib chiqaradi. Tuzilmalar orasidagi namlikning erkinlik darajasi kamayadi.

Rezolyutsiya birinchi va ikkinchi dam olish cho'qqilari orasidagi ajralish darajasini tavsiflash uchun ishlatilishi mumkin. Ajralish darajasini aniqlik darajasiga ko'ra hisoblash mumkin = (Afirst komponent-Asaddle)/Afirst komponent, bu erda Afirst komponenti va Asaddle birinchi bo'shashish cho'qqisining maksimal amplitudasini va ikkita cho'qqi orasidagi eng past nuqtaning amplitudasini ifodalaydi, mos ravishda. Ajralish darajasi atala flokulyatsiya tuzilishi va flokulyatsiya tuzilishi o'rtasidagi suv almashinuvi darajasini tavsiflash uchun ishlatilishi mumkin va qiymat odatda 0-1 ni tashkil qiladi. Ajratish uchun yuqori qiymat suvning ikki qismini almashtirish qiyinroq ekanligini ko'rsatadi va 1 ga teng qiymat suvning ikki qismi umuman almashtira olmasligini ko'rsatadi.

Ajralish darajasining hisoblash natijalaridan ko'rinib turibdiki, tsellyuloza efirini qo'shmasdan ikkita sementning ajralish darajasi ekvivalent, ikkalasi ham taxminan 0,64 ni tashkil qiladi va tsellyuloza efiri qo'shilgandan keyin ajratish darajasi sezilarli darajada kamayadi. Bir tomondan, dozani oshirish bilan ruxsat yanada pasayadi va 0,3% MC3 bilan aralashtirilgan CSA2 da ikkita cho'qqining o'lchamlari hatto 0 ga tushadi, bu tsellyuloza efiri ichidagi va o'rtasida suv almashinuvini sezilarli darajada yaxshilashini ko'rsatadi. flokulyatsiya tuzilmalari. Tsellyuloza efirining qo'shilishi birinchi relaksatsiya cho'qqisining holati va maydoniga asosan hech qanday ta'sir ko'rsatmasligiga asoslanib, rezolyutsiyaning pasayishi qisman ikkinchi relaksatsiya cho'qqisi kengligining oshishi bilan bog'liq deb taxmin qilish mumkin va bo'shashgan flokulyatsiya tuzilishi ichki va tashqi o'rtasidagi suv almashinuvini osonlashtiradi. Bundan tashqari, atala tuzilishidagi tsellyuloza efirining bir-birining ustiga chiqishi flokulyatsiya strukturasining ichki va tashqi qismlari o'rtasidagi suv almashinuvi darajasini yanada yaxshilaydi. Boshqa tomondan, tsellyuloza efirining CSA2 ga rezolyutsiyani kamaytirish ta'siri CSA1 ga qaraganda kuchliroqdir, bu CSA2 ning kichikroq o'ziga xos sirt maydoni va kattaroq zarracha hajmi bilan bog'liq bo'lishi mumkin, bu esa tsellyuloza efirining dispersiya ta'siriga nisbatan sezgirroqdir. korporatsiya.

2.2 Atlama tarkibidagi o'zgarishlar

90 daqiqa, 150 min va 1 kun davomida gidratlangan CSA1 va CSA2 shlamlarining TG-DTG spektrlaridan ko'rinib turibdiki, tsellyuloza efiri qo'shilgandan oldin va keyin hidratsiya mahsulotlarining turlari o'zgarmagan va AFt, AFm va AH3 hammasi bo'lgan. shakllangan. Adabiyotlarda AFt ning parchalanish diapazoni 50-120 ga teng ekanligi ta'kidlangan°C; AFm ning parchalanish diapazoni 160-220 ni tashkil qiladi°C; AH3 ning parchalanish diapazoni 220-300 ni tashkil qiladi°C. Hidratatsiyaning rivojlanishi bilan namunaning vazn yo'qotishi asta-sekin o'sib bordi va AFt, AFm va AH3 ning xarakterli DTG cho'qqilari asta-sekin aniq bo'lib, uchta hidratsiya mahsulotining shakllanishi asta-sekin o'sib borayotganligini ko'rsatadi.

Har xil hidratsiya yoshidagi namunadagi har bir hidratsiya mahsulotining massa ulushidan ko'rinib turibdiki, 1 yoshda bo'sh namunaning AFt hosil bo'lishi tsellyuloza efiri bilan aralashtirilgan namunadagidan oshib ketadi, bu esa tsellyuloza efirining katta ta'sir ko'rsatishini ko'rsatadi. koagulyatsiyadan keyin atalaning hidratsiyasi. Muayyan kechikish effekti mavjud. 90 daqiqada uchta namunaning AFm ishlab chiqarilishi bir xil bo'lib qoldi; 90-150 daqiqada bo'sh namunadagi AFm ning ishlab chiqarilishi boshqa ikki guruh namunalariga qaraganda sezilarli darajada sekinroq edi; 1 kundan keyin bo'sh namunadagi AFm tarkibi MC1 bilan aralashtirilgan namuna bilan bir xil edi va MC2 namunasining AFm tarkibi boshqa namunalarda sezilarli darajada past edi. AH3 hidratsiya mahsulotiga kelsak, 90 daqiqa davomida hidratsiyadan so'ng CSA1 bo'sh namunasining hosil bo'lish tezligi tsellyuloza efiriga qaraganda sezilarli darajada sekinroq edi, lekin 90 daqiqadan so'ng hosil bo'lish tezligi sezilarli darajada tezroq edi va uchta namunaning AH3 ishlab chiqarish miqdori 1 kunga teng edi.

CSA2 eritmasi 90 daqiqa va 150 minut davomida gidratlangandan so'ng, tsellyuloza efiri bilan aralashtirilgan namunada hosil bo'lgan AFT miqdori bo'sh namunadagidan sezilarli darajada kamroq bo'ldi, bu tsellyuloza efirining CSA2 shlamiga ham ma'lum bir kechiktiruvchi ta'sir ko'rsatganligini ko'rsatadi. 1 yoshdagi namunalarda, bo'sh namunadagi AFt tarkibi tsellyuloza efiri bilan aralashtirilgan namunaga qaraganda hali ham yuqori ekanligi aniqlandi, bu esa tsellyuloza efirining oxirgi o'rnatishdan keyin CSA2 ning hidratsiyasiga ma'lum bir sekinlashtiruvchi ta'sir ko'rsatishini ko'rsatadi, va MC2 bo'yicha kechikish darajasi tsellyuloza efiri qo'shilgan namunadan kattaroq edi. MC1. 90 daqiqada bo'sh namuna tomonidan ishlab chiqarilgan AH3 miqdori tsellyuloza efiri bilan aralashtirilgan namunadan bir oz kamroq edi; 150 daqiqada bo'sh namunada ishlab chiqarilgan AH3 tsellyuloza efiri bilan aralashtirilgan namunadan oshib ketdi; 1 kunda uchta namunada ishlab chiqarilgan AH3 ekvivalent edi.

3. Xulosa

(1) Tsellyuloza efiri flokulyatsiya tuzilishi va flokulyatsiya tuzilishi o'rtasidagi suv almashinuvini sezilarli darajada oshirishi mumkin. Tsellyuloza efiri kiritilgandan so'ng, tsellyuloza efiri ataladagi suvni adsorbsiyalaydi, bu ko'ndalang bo'shashish vaqti (T2) spektrida uchinchi relaksatsiya cho'qqisi sifatida tavsiflanadi. Tsellyuloza efiri tarkibining oshishi bilan tsellyuloza efirining suvga singishi ortadi va uchinchi relaksatsiya cho'qqisining maydoni ortadi. Tsellyuloza efiri tomonidan so'rilgan suv asta-sekin atala hidratsiyasi bilan flokulyatsiya tuzilishiga chiqariladi.

(2) tsellyuloza efirining qo'shilishi ma'lum darajada tsement zarralarining aglomeratsiyasini oldini oladi, flokulyatsiya strukturasini nisbatan yumshoq qiladi; va tarkibning ortishi bilan atalaning suyuq fazali viskozitesi oshadi va tsellyuloza efiri tsement zarralariga ko'proq ta'sir qiladi. Kengaytirilgan adsorbsiya effekti flokulyatsiyalangan tuzilmalar orasidagi suvning erkinlik darajasini pasaytiradi.

(3) tsellyuloza efir qo'shilishidan oldin va keyin sulfoalyuminat tsement shlamida hidratsiya mahsulotlarining turlari o'zgarmadi va AFt, AFm va alyuminiy elim hosil bo'ldi; ammo tsellyuloza efiri hidratsiya mahsulotlari ta'sirining shakllanishini biroz kechiktirdi.