Cellulose ether về hình thái của ettringite sớm

Ảnh hưởng của hydroxyethyl methyl cellulose ether và methyl cellulose ether đến hình thái của ettringite trong vữa xi măng sớm được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Kết quả cho thấy tỷ lệ chiều dài đường kính của tinh thể ettringite trong bùn biến tính hydroxyethyl methyl cellulose ether nhỏ hơn so với trong bùn thông thường và hình thái của tinh thể ettringite giống hình que ngắn. Tỷ lệ chiều dài đường kính của tinh thể ettringite trong bùn biến tính methyl cellulose ether lớn hơn so với trong bùn thông thường và hình thái của tinh thể ettringite là hình kim. Các tinh thể ettringite trong vữa xi măng thông thường có tỷ lệ khung hình ở giữa. Qua nghiên cứu thực nghiệm trên, có thể thấy rõ hơn rằng sự khác biệt về trọng lượng phân tử của hai loại ete xenlulo là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hình thái của ettringite.

Từ khóa:ettringite; Tỷ lệ chiều dài đường kính; ete metyl xenlulo; ete hydroxyetyl ​​metyl xenlulo; hình thái học

Ettringite, như một sản phẩm hydrat hóa mở rộng một chút, có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của bê tông xi măng và luôn là điểm nóng nghiên cứu về vật liệu gốc xi măng. Ettringite là một loại canxi aluminat hydrat loại trisulfua, công thức hóa học là [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, hoặc có thể viết là 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, thường viết tắt là AFt . Trong hệ thống xi măng Portland, ettringite chủ yếu được hình thành do phản ứng của thạch cao với khoáng chất aluminat hoặc sắt aluminat, đóng vai trò làm chậm quá trình hydrat hóa và cường độ sớm của xi măng. Sự hình thành và hình thái của ettringite bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ, giá trị pH và nồng độ ion. Ngay từ năm 1976, Metha et al. đã sử dụng kính hiển vi điện tử quét để nghiên cứu các đặc điểm hình thái của AFt và nhận thấy rằng hình thái của các sản phẩm hydrat hóa hơi giãn nở như vậy hơi khác nhau khi không gian tăng trưởng đủ lớn và khi không gian bị hạn chế. Cái trước hầu hết là những quả cầu hình que mảnh khảnh, trong khi cái sau chủ yếu là lăng kính hình que ngắn. Nghiên cứu của Yang Wenyan cho thấy các dạng AFt khác nhau trong các môi trường xử lý khác nhau. Môi trường ẩm ướt sẽ trì hoãn việc tạo ra AFt trong bê tông pha tạp giãn nở và làm tăng khả năng trương nở và nứt bê tông. Các môi trường khác nhau không chỉ ảnh hưởng đến sự hình thành và cấu trúc vi mô của AFt mà còn ảnh hưởng đến độ ổn định thể tích của nó. Chen Huxing và cộng sự. nhận thấy rằng độ ổn định lâu dài của AFt giảm khi hàm lượng C3A tăng. Clark và Monteiro và cộng sự. nhận thấy rằng với sự gia tăng áp lực môi trường, cấu trúc tinh thể AFt thay đổi từ trật tự sang rối loạn. Balonis và Glasser đã xem xét sự thay đổi mật độ của AFm và AFt. Renaudin và cộng sự. nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc của AFt trước và sau khi ngâm trong dung dịch và các thông số cấu trúc của AFt trong phổ Raman. Kunther và cộng sự. nghiên cứu ảnh hưởng của sự tương tác giữa tỷ lệ canxi-silicon gel CSH và ion sunfat đến áp suất kết tinh AFt bằng NMR. Đồng thời, dựa trên ứng dụng của AFt trong vật liệu gốc xi măng, Wenk et al. nghiên cứu định hướng tinh thể AFt của mặt cắt bê tông thông qua công nghệ hoàn thiện nhiễu xạ tia X bức xạ synchrotron cứng. Sự hình thành AFt trong xi măng hỗn hợp và điểm nghiên cứu về ettringite đã được khám phá. Dựa trên phản ứng ettringite bị trì hoãn, một số học giả đã tiến hành nhiều nghiên cứu về nguyên nhân của pha AFt.

Sự giãn nở thể tích do sự hình thành của ettringite đôi khi thuận lợi và nó có thể hoạt động như một chất “giãn nở” tương tự như tác nhân giãn nở oxit magiê để duy trì sự ổn định thể tích của vật liệu gốc xi măng. Việc bổ sung nhũ tương polymer và bột nhũ tương có thể phân tán lại làm thay đổi tính chất vĩ mô của vật liệu gốc xi măng do ảnh hưởng đáng kể của chúng đến cấu trúc vi mô của vật liệu gốc xi măng. Tuy nhiên, không giống như bột nhũ tương có thể phân tán lại chủ yếu tăng cường đặc tính liên kết của vữa cứng, ete polyme xenlulo hòa tan trong nước (CE) giúp cho vữa mới trộn có tác dụng giữ nước và làm đặc tốt, do đó cải thiện hiệu suất làm việc. CE không ion được sử dụng phổ biến, bao gồm methyl cellulose (MC), hydroxyethyl cellulose (HEC), hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC),hydroxyetyl ​​metyl xenluloza (HEMC), v.v., CE có vai trò trong vữa mới trộn nhưng cũng ảnh hưởng đến quá trình hydrat hóa của vữa xi măng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng HEMC thay đổi lượng AFt được tạo ra dưới dạng sản phẩm hydrat hóa. Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào so sánh một cách có hệ thống ảnh hưởng của CE đến hình thái vi mô của AFt, vì vậy bài viết này tìm hiểu sự khác biệt về ảnh hưởng của HEMC và MC đến hình thái vi mô của ettringham trong vữa xi măng sớm (1 ngày) thông qua phân tích hình ảnh và so sánh.

1. Thí nghiệm

1.1 Nguyên liệu thô

Xi măng Portland P·II 52.5R do Công ty TNHH Xi măng An Huy Conch sản xuất được chọn làm xi măng trong thí nghiệm. Hai ete cellulose lần lượt là hydroxyethyl methylcellulose (HEMC) và methylcellulose (methylcellulose, Shanghai Sinopath Group). MC); Nước trộn là nước máy.

1.2 Phương pháp thí nghiệm

Tỷ lệ nước-xi măng của mẫu hồ xi măng là 0,4 (tỷ lệ khối lượng của nước và xi măng) và hàm lượng ete xenlulo là 1% khối lượng xi măng. Việc chuẩn bị mẫu được thực hiện theo GB1346-2011 “Phương pháp thử nghiệm mức tiêu thụ nước, thời gian đông kết và độ ổn định của độ đặc tiêu chuẩn xi măng”. Sau khi tạo mẫu, màng nhựa được bọc trên bề mặt khuôn để ngăn chặn sự bay hơi và cacbon hóa của nước bề mặt, và mẫu được đặt trong phòng bảo dưỡng có nhiệt độ (20 ± 2)oC và độ ẩm tương đối (60 ± 5). )%. Sau 1 ngày, khuôn được lấy ra, mẫu bị vỡ, sau đó lấy một mẫu nhỏ từ giữa ngâm vào etanol khan để chấm dứt quá trình hydrat hóa, mẫu được lấy ra và sấy khô trước khi thử nghiệm. Các mẫu đã khô được dán vào bàn mẫu bằng keo hai mặt dẫn điện, đồng thời phun một lớp màng vàng lên bề mặt bằng thiết bị phún xạ ion tự động Cressington 108auto. Dòng phún xạ là 20 mA và thời gian phún xạ là 60 giây. Kính hiển vi điện tử quét môi trường FEI QUANTAFEG 650 (ESEM) được sử dụng để quan sát các đặc điểm hình thái của AFt trên phần mẫu. Chế độ electron thứ cấp chân không cao được sử dụng để quan sát AFT. Điện áp gia tốc là 15 kV, đường kính vệt tia là 3,0 nm và khoảng cách làm việc được kiểm soát ở khoảng 10 mm.

2. Kết quả và thảo luận

Ảnh SEM của ettringite trong vữa xi măng biến tính HEMC đã cứng lại cho thấy sự phát triển định hướng của lớp Ca (OH)2(CH) là rõ ràng và AFt cho thấy sự tích tụ không đều của AFt dạng que ngắn và một số AFT dạng que ngắn bị che phủ. với cấu trúc màng HEMC. Zhang Đông Phương và cộng sự. cũng tìm thấy AFt dạng que ngắn khi quan sát sự thay đổi cấu trúc vi mô của vữa xi măng biến tính HEMC thông qua ESEM. Họ tin rằng vữa xi măng thông thường phản ứng nhanh sau khi gặp nước, do đó tinh thể AFt rất mảnh và tuổi hydrat hóa kéo dài dẫn đến tỷ lệ chiều dài đường kính tăng liên tục. Tuy nhiên, HEMC làm tăng độ nhớt của dung dịch, làm giảm tốc độ liên kết của các ion trong dung dịch và làm chậm sự xuất hiện của nước trên bề mặt hạt clinker nên tỷ lệ chiều dài/đường kính của AFt tăng theo xu hướng yếu và thể hiện đặc điểm hình thái của nó. hình que ngắn. So với AFt trong vữa xi măng thông thường cùng tuổi, lý thuyết này đã được kiểm chứng một phần nhưng không áp dụng được để giải thích sự biến đổi hình thái của AFt trong vữa xi măng biến tính MC. Ảnh SEM của ettridite trong vữa xi măng biến tính MC đông cứng trong 1 ngày cũng cho thấy sự phát triển có định hướng của lớp Ca(OH)2, một số bề mặt AFt cũng được bao phủ bởi cấu trúc màng MC và AFt cho thấy các đặc điểm hình thái của sự phát triển cụm. Tuy nhiên, khi so sánh, tinh thể AFt trong vữa xi măng biến tính MC có tỷ lệ chiều dài/đường kính lớn hơn và hình thái mảnh hơn, cho thấy hình thái hình kim điển hình.

Cả HEMC và MC đều làm trì hoãn quá trình hydrat hóa sớm của xi măng và tăng độ nhớt của dung dịch, nhưng sự khác biệt về đặc điểm hình thái AFt do chúng gây ra vẫn rất đáng kể. Hiện tượng trên có thể được giải thích rõ hơn từ góc độ cấu trúc phân tử của ete xenlulo và cấu trúc tinh thể AFt. Renaudin và cộng sự. ngâm AFt tổng hợp vào dung dịch kiềm đã chuẩn bị để thu được “AFt ướt”, loại bỏ một phần và làm khô trên bề mặt dung dịch CaCl2 bão hòa (độ ẩm tương đối 35%) để thu được “AFt khô”. Sau khi nghiên cứu sàng lọc cấu trúc bằng phương pháp quang phổ Raman và nhiễu xạ bột tia X, người ta thấy rằng không có sự khác biệt giữa hai cấu trúc, chỉ có hướng hình thành tinh thể của tế bào thay đổi trong quá trình sấy khô, tức là trong quá trình xử lý môi trường. chuyển từ “ướt” sang “khô”, tinh thể AFt hình thành tế bào theo hướng bình thường và tăng dần. Các tinh thể AFt dọc theo hướng c bình thường ngày càng ít đi. Đơn vị cơ bản nhất của không gian ba chiều bao gồm một đường bình thường, b đường bình thường và c đường bình thường vuông góc với nhau. Trong trường hợp các pháp tuyến b được cố định, các tinh thể AFt tập hợp dọc theo các pháp tuyến, dẫn đến tiết diện tế bào mở rộng trong mặt phẳng của các pháp tuyến ab. Do đó, nếu HEMC “lưu trữ” nhiều nước hơn MC, thì môi trường “khô” có thể xảy ra ở một khu vực cục bộ, khuyến khích sự kết tụ và phát triển các tinh thể AFt theo chiều ngang. Patural và cộng sự. nhận thấy rằng đối với bản thân CE, mức độ trùng hợp càng cao (hoặc trọng lượng phân tử càng lớn), độ nhớt của CE càng lớn và hiệu suất giữ nước càng tốt. Cấu trúc phân tử của HEMC và MCS ủng hộ giả thuyết này, trong đó nhóm hydroxyethyl có trọng lượng phân tử lớn hơn nhiều so với nhóm hydro.

Nói chung, tinh thể AFt sẽ hình thành và kết tủa chỉ khi các ion liên quan đạt đến độ bão hòa nhất định trong hệ thống dung dịch. Do đó, các yếu tố như nồng độ ion, nhiệt độ, giá trị pH và không gian hình thành trong dung dịch phản ứng có thể ảnh hưởng đáng kể đến hình thái của tinh thể AFt và những thay đổi trong điều kiện tổng hợp nhân tạo có thể thay đổi hình thái của tinh thể AFt. Do đó, tỷ lệ tinh thể AFt trong vữa xi măng thông thường giữa hai loại có thể được gây ra bởi yếu tố tiêu thụ nước duy nhất trong quá trình hydrat hóa xi măng sớm. Tuy nhiên, sự khác biệt về hình thái tinh thể AFt do HEMC và MC gây ra chủ yếu là do cơ chế giữ nước đặc biệt của chúng. Hemcs và MCS tạo ra một “vòng khép kín” vận chuyển nước trong phạm vi vi mô của vữa xi măng tươi, cho phép tạo ra một “khoảng thời gian ngắn” trong đó nước “dễ vào và khó thoát ra”. Tuy nhiên, trong giai đoạn này, môi trường pha lỏng trong và gần vùng vi mô cũng bị thay đổi. Các yếu tố như nồng độ ion, pH, v.v. Sự thay đổi của môi trường tăng trưởng được thể hiện rõ hơn qua đặc điểm hình thái của tinh thể AFt. “Vòng kín” vận chuyển đường thủy này tương tự như cơ chế hoạt động được mô tả bởi Pourchez et al. HPMC đóng vai trò giữ nước.

3. Kết luận

(1) Việc bổ sung hydroxyethyl methyl cellulose ether (HEMC) và methyl cellulose ether (MC) có thể làm thay đổi đáng kể hình thái của ettringite trong vữa xi măng thông thường sớm (1 ngày).

(2) Chiều dài và đường kính của tinh thể ettringite trong vữa xi măng biến tính HEMC có dạng hình que nhỏ và ngắn; Tỷ lệ chiều dài và đường kính của các tinh thể ettringite trong vữa xi măng biến tính MC lớn, có dạng hình kim. Các tinh thể ettringite trong vữa xi măng thông thường có tỷ lệ giữa hai loại này.

(3) Ảnh hưởng khác nhau của hai ete xenlulo đến hình thái của ettringite về cơ bản là do sự khác biệt về trọng lượng phân tử.