Ảnh hưởng của ete xenlulo đến nhiệt thủy hóa của các loại xi măng và quặng đơn

Ảnh hưởng của ete xenlulo đến nhiệt thủy hóa của xi măng Portland, xi măng sulfoaluminat, tricanxi silicat và tricanxi aluminat trong 72 giờ được so sánh bằng thử nghiệm đo nhiệt lượng đẳng nhiệt. Kết quả cho thấy ete xenlulo có thể làm giảm đáng kể tốc độ hydrat hóa và giải phóng nhiệt của xi măng Portland và tricanxi silicat, đồng thời tác động giảm tốc độ hydrat hóa và giải phóng nhiệt của tricanxi silicat là đáng kể hơn. Tác dụng của ete xenlulo trong việc giảm tốc độ giải phóng nhiệt của quá trình hydrat hóa xi măng sulfoaluminate là rất yếu, nhưng nó có tác dụng yếu trong việc cải thiện tốc độ giải phóng nhiệt của quá trình hydrat hóa tricanxi aluminat. Ether cellulose sẽ bị hấp phụ bởi một số sản phẩm hydrat hóa, do đó làm chậm quá trình kết tinh của các sản phẩm hydrat hóa, sau đó ảnh hưởng đến tốc độ giải phóng nhiệt hydrat hóa của xi măng và quặng đơn.

Từ khóa:ete xenlulo; Xi măng; Quặng đơn; Nhiệt hydrat hóa; sự hấp phụ

1. Giới thiệu

Cellulose ether là chất làm đặc và giữ nước quan trọng trong vữa trộn khô, bê tông tự lèn và các vật liệu gốc xi măng mới khác. Tuy nhiên, ete xenlulo cũng sẽ làm chậm quá trình hydrat hóa xi măng, điều này có lợi cho việc cải thiện thời gian vận hành của vật liệu gốc xi măng, cải thiện độ đặc của vữa và mất thời gian sụt bê tông, nhưng cũng có thể làm chậm tiến độ xây dựng. Đặc biệt sẽ có những ảnh hưởng xấu đến vữa và bê tông sử dụng trong điều kiện môi trường nhiệt độ thấp. Vì vậy, điều rất quan trọng là phải hiểu định luật của ete xenlulo đối với động học thủy hóa xi măng.

OU và Pourchez đã nghiên cứu một cách có hệ thống ảnh hưởng của các thông số phân tử như trọng lượng phân tử của ete xenlulo, loại nhóm thế hoặc mức độ thay thế đến động học hydrat hóa xi măng và rút ra nhiều kết luận quan trọng: Khả năng của hydroxyethyl cellulose ete (HEC) làm trì hoãn quá trình hydrat hóa của xi măng. xi măng thường mạnh hơn so với methyl cellulose ether (HPMC), hydroxymethyl ethyl cellulose ether (HEMC) và methyl cellulose ether (MC). Trong ete xenlulo chứa metyl, hàm lượng metyl càng thấp thì khả năng làm chậm quá trình thủy hóa xi măng càng mạnh; Trọng lượng phân tử của ete cellulose càng thấp thì khả năng trì hoãn quá trình thủy hóa xi măng càng mạnh. Những kết luận này cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn ete xenlulo một cách chính xác.

Đối với các thành phần khác nhau của xi măng, ảnh hưởng của ete xenlulo đến động học thủy hóa xi măng cũng là một vấn đề rất được quan tâm trong các ứng dụng kỹ thuật. Tuy nhiên, không có nghiên cứu về khía cạnh này. Trong bài báo này, ảnh hưởng của ete xenlulo đến động học hydrat hóa của xi măng Portland thông thường, C3S(tricalcium silicate), C3A(tricalcium aluminate) và xi măng sulfoaluminate (SAC) đã được nghiên cứu thông qua thử nghiệm đo nhiệt lượng đẳng nhiệt, để hiểu rõ hơn về sự tương tác và cơ chế bên trong giữa ete xenlulo và các sản phẩm hydrat hóa xi măng. Nó cung cấp thêm cơ sở khoa học cho việc sử dụng hợp lý ete xenlulo trong vật liệu gốc xi măng và cũng cung cấp cơ sở nghiên cứu về sự tương tác giữa các phụ gia khác và các sản phẩm hydrat hóa xi măng.

2. Kiểm tra

2.1 Nguyên liệu thô

(1) Xi măng Portland thông thường (P·0). Được sản xuất bởi Công ty TNHH Xi măng Vũ Hán Huaxin, thông số kỹ thuật là P · 042,5 (GB 175-2007), được xác định bằng máy quang phổ huỳnh quang tia X loại phân tán bước sóng (AXIOS Advanced, PANalytical Co., LTD.). Theo phân tích của phần mềm JADE 5.0, ngoài khoáng clinker xi măng C3S, C2s, C3A, C4AF và thạch cao, nguyên liệu xi măng còn có canxi cacbonat.

(2) xi măng sulfoaluminate (SAC). Xi măng sulfoaluminate cứng nhanh do Công ty TNHH Công nghiệp Xi măng Zhengzhou Wang Lou sản xuất là R.Star 42,5 (GB 20472-2006). Các nhóm chính của nó là canxi sulfoaluminate và dicanxi silicat.

(3) tricanxi silicat (C3S). Ép Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 và H2O theo tỷ lệ 3:1:0,08: Tỷ lệ khối lượng 10 được trộn đều và ép dưới áp suất không đổi 60MPa để tạo thành phôi xanh hình trụ. Phôi được nung ở 1400oC trong 1,5 ~ 2 giờ trong lò điện nhiệt độ cao thanh silicon-molypden, sau đó chuyển vào lò vi sóng để gia nhiệt thêm bằng vi sóng trong 40 phút. Sau khi lấy phôi ra, nó được làm nguội đột ngột và đập vỡ nhiều lần rồi nung cho đến khi hàm lượng CaO tự do trong thành phẩm nhỏ hơn 1,0%

(4) tricanxi aluminat (c3A). CaO và A12O3 được trộn đều, nung ở 1450oC trong 4 giờ trong lò điện thanh silicon-molypden, nghiền thành bột và nung nhiều lần cho đến khi hàm lượng CaO tự do nhỏ hơn 1,0%, đạt đỉnh C12A7 và CA. bị phớt lờ.

(5) ete xenlulo. Nghiên cứu trước đây đã so sánh tác động của 16 loại ete xenlulo đến tốc độ hydrat hóa và giải phóng nhiệt của xi măng Portland thông thường và nhận thấy rằng các loại ete xenlulo khác nhau có sự khác biệt đáng kể về quy luật hydrat hóa và giải phóng nhiệt của xi măng, đồng thời phân tích cơ chế bên trong. về sự khác biệt đáng kể này. Theo kết quả nghiên cứu trước đây, ba loại ete xenlulo có tác dụng làm chậm rõ rệt đối với xi măng Portland thông thường đã được chọn. Chúng bao gồm hydroxyethyl cellulose ether (HEC), hydroxypropyl methyl cellulose ether (HPMC) và hydroxyethyl methyl cellulose ether (HEMC). Độ nhớt của ete xenlulo được đo bằng nhớt kế quay với nồng độ thử nghiệm là 2%, nhiệt độ 20oC và tốc độ quay 12 vòng/phút. Độ nhớt của ete xenlulo được đo bằng nhớt kế quay với nồng độ thử nghiệm là 2%, nhiệt độ 20oC và tốc độ quay 12 vòng/phút. Mức độ thay thế mol của ete xenlulo được cung cấp bởi nhà sản xuất.

(6) Nước. Sử dụng nước cất thứ cấp.

2.2 Phương pháp thử

Nhiệt hydrat hóa. Máy đo nhiệt lượng đẳng nhiệt 8 kênh TAM Air do Công ty TA Instrument sản xuất đã được thông qua. Tất cả các nguyên liệu thô được giữ ở nhiệt độ không đổi đến nhiệt độ thử nghiệm (chẳng hạn như (20± 0,5)oC) trước khi thí nghiệm. Đầu tiên, 3 g xi măng và 18 mg bột ete xenlulo được thêm vào nhiệt lượng kế (tỷ lệ khối lượng của ete xenlulo và vật liệu tạo màng là 0,6%). Sau khi trộn đều, nước hỗn hợp (nước cất thứ cấp) được thêm vào theo tỷ lệ nước-xi măng quy định và khuấy đều. Sau đó, nó nhanh chóng được đưa vào nhiệt lượng kế để thử nghiệm. Tỷ lệ chất kết dính nước của c3A là 1,1 và tỷ lệ chất kết dính nước của ba loại vật liệu xi măng còn lại là 0,45.

3. Kết quả và thảo luận

3.1 Kết quả thử nghiệm

Ảnh hưởng của HEC, HPMC và HEMC đến tốc độ giải phóng nhiệt hydrat hóa và tốc độ giải phóng nhiệt tích lũy của xi măng Portland thông thường, C3S và C3A trong vòng 72 giờ và ảnh hưởng của HEC đến tốc độ giải phóng nhiệt hydrat hóa và tốc độ giải phóng nhiệt tích lũy của xi măng sulfoaluminate trong vòng 72 giờ, HEC là ete cellulose có tác dụng làm chậm quá trình hydrat hóa mạnh nhất của xi măng và quặng đơn khác. Kết hợp cả hai tác động trên, có thể thấy rằng với sự thay đổi thành phần vật liệu xi măng, ete xenlulo có tác dụng khác nhau đến tốc độ giải phóng nhiệt hydrat hóa và giải phóng nhiệt tích lũy. Ether cellulose được chọn có thể làm giảm đáng kể tốc độ hydrat hóa và giải phóng nhiệt của xi măng Portland thông thường và C, S, chủ yếu kéo dài thời gian cảm ứng, làm chậm sự xuất hiện của đỉnh hydrat hóa và giải phóng nhiệt, trong đó ether cellulose thành hydrat hóa C, S và độ trễ tốc độ giải phóng nhiệt rõ ràng hơn so với độ trễ hydrat hóa xi măng Portland thông thường và độ trễ tốc độ giải phóng nhiệt; Cellulose ether cũng có thể trì hoãn tốc độ giải phóng nhiệt của quá trình hydrat hóa xi măng sulfoaluminate, nhưng khả năng trì hoãn rất yếu và chủ yếu là trì hoãn quá trình hydrat hóa sau 2 giờ; Đối với tốc độ giải phóng nhiệt của quá trình hydrat hóa C3A, ete xenlulo có khả năng tăng tốc yếu.

3.2 Phân tích và thảo luận

Cơ chế của ete xenlulo làm trì hoãn quá trình hydrat hóa xi măng. Silva và cộng sự. đưa ra giả thuyết rằng ete xenlulo làm tăng độ nhớt của dung dịch lỗ rỗng và cản trở tốc độ chuyển động của ion, do đó làm chậm quá trình hydrat hóa xi măng. Tuy nhiên, nhiều tài liệu đã nghi ngờ giả định này, vì thí nghiệm của họ đã phát hiện ra rằng ete xenlulo có độ nhớt thấp hơn có khả năng trì hoãn quá trình thủy hóa xi măng mạnh hơn. Trên thực tế, thời gian di chuyển hoặc di chuyển của ion quá ngắn nên rõ ràng là không thể so sánh với thời gian trễ hydrat hóa xi măng. Sự hấp phụ giữa ete xenlulo và các sản phẩm thủy hóa xi măng được coi là nguyên nhân thực sự gây ra sự chậm trễ trong quá trình thủy hóa xi măng bằng ete xenlulo. Cellulose ether dễ dàng được hấp phụ lên bề mặt của các sản phẩm hydrat hóa như canxi hydroxit, gel CSH và canxi aluminate hydrat, nhưng không dễ bị hấp phụ bởi pha ettringite và không hydrat hóa, và khả năng hấp phụ của ete xenlulo trên canxi hydroxit cao hơn đó là gel CSH. Do đó, đối với các sản phẩm hydrat hóa xi măng Portland thông thường, ete xenlulo có độ trễ mạnh nhất đối với canxi hydroxit, độ trễ mạnh nhất đối với canxi, độ trễ thứ hai đối với gel CSH và độ trễ yếu nhất đối với ettringite.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng sự hấp phụ giữa polysacarit không ion và pha khoáng chủ yếu bao gồm liên kết hydro và tạo phức hóa học, và hai hiệu ứng này xảy ra giữa nhóm hydroxyl của polysacarit và hydroxit kim loại trên bề mặt khoáng. Lưu và cộng sự. tiếp tục phân loại sự hấp phụ giữa polysacarit và hydroxit kim loại là tương tác axit-bazơ, với polysacarit là axit và hydroxit kim loại là bazơ. Đối với một polysaccharide nhất định, độ kiềm của bề mặt khoáng chất quyết định cường độ tương tác giữa polysaccharide và khoáng chất. Trong số 4 thành phần tạo gel được nghiên cứu trong bài báo này, nguyên tố kim loại hoặc phi kim chủ yếu bao gồm Ca, Al và Si. Theo thứ tự hoạt động của kim loại, độ kiềm của các hydroxit của chúng là Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4. Trên thực tế, dung dịch Si(OH)4 có tính axit và không hấp phụ ete xenlulo. hàm lượng Ca(OH)2 trên bề mặt sản phẩm thủy hóa xi măng quyết định khả năng hấp phụ của sản phẩm thủy hóa và ete xenlulo. Vì canxi hydroxit, gel CSH (3CaO·2SiO2·3H20), ettringit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) và canxi aluminate hydrat (3CaO·Al2O3·6H2O) trong hàm lượng oxit vô cơ của CaO là 100%, 58,33%, 49,56% và 62,2%. Do đó, khả năng hấp phụ của chúng với ete xenlulo là canxi hydroxit > canxi. aluminate >CSH gel > ettringite, phù hợp với kết quả trong tài liệu.

Các sản phẩm hydrat hóa của c3S chủ yếu bao gồm gel Ca(OH) và csH, và ete xenlulo có tác dụng trì hoãn tốt đối với chúng. Do đó, ete xenlulo có độ trễ rất rõ ràng trong quá trình hydrat hóa C3. Ngoài c3S, xi măng Portland thông thường còn chứa C2s thủy hóa chậm hơn, khiến tác dụng làm chậm của ete xenluloza không rõ ràng trong giai đoạn đầu. Các sản phẩm hydrat hóa của silicat thông thường cũng bao gồm ettringite, và hiệu ứng trì hoãn của ete xenlulo là kém. Do đó, khả năng trì hoãn của ete xenlulo đối với c3s mạnh hơn khả năng làm chậm của xi măng Portland thông thường được quan sát trong thử nghiệm.

C3A sẽ hòa tan và hydrat hóa nhanh chóng khi gặp nước, và các sản phẩm hydrat hóa thường là C2AH8 và c4AH13, đồng thời nhiệt hydrat hóa sẽ được giải phóng. Khi dung dịch C2AH8 và c4AH13 đạt đến độ bão hòa, sự kết tinh của hydrat tấm lục giác C2AH8 và C4AH13 sẽ được hình thành, đồng thời tốc độ phản ứng và nhiệt của quá trình hydrat hóa sẽ giảm. Do sự hấp phụ của ete xenlulo lên bề mặt của canxi aluminat hydrat (CxAHy) nên sự có mặt của ete xenlulo sẽ làm chậm quá trình kết tinh của hydrat tấm lục giác C2AH8 và C4AH13, dẫn đến tốc độ phản ứng và tốc độ giải phóng nhiệt hydrat hóa giảm hơn mức đó. của C3A tinh khiết, điều này cho thấy ete xenlulo có khả năng tăng tốc quá trình hydrat hóa C3A yếu. Điều đáng chú ý là trong thử nghiệm này, ete xenlulo có khả năng đẩy nhanh quá trình hydrat hóa c3A nguyên chất yếu. Tuy nhiên, trong xi măng Portland thông thường, do c3A sẽ phản ứng với thạch cao tạo thành ettringite, do ảnh hưởng của cân bằng ca2+ trong dung dịch bùn, ete xenlulo sẽ làm chậm quá trình hình thành ettringite, do đó làm chậm quá trình hydrat hóa của c3A.

Từ ảnh hưởng của HEC, HPMC và HEMC đến tốc độ hydrat hóa và giải phóng nhiệt cũng như giải phóng nhiệt tích lũy của xi măng Portland thông thường, C3S và C3A trong vòng 72 giờ, cũng như ảnh hưởng của HEC đến tốc độ hydrat hóa và giải phóng nhiệt cũng như giải phóng nhiệt tích lũy của sulfoaluminate trong vòng 72 h, có thể thấy trong số 3 ete cellulose được chọn, khả năng hydrat hóa chậm của c3s và xi măng Portland mạnh nhất ở HEC, tiếp theo là HEMC và yếu nhất ở HPMC. Đối với C3A, khả năng tăng tốc độ hydrat hóa của ba ete cellulose cũng theo thứ tự tương tự, đó là HEC mạnh nhất, HEMC thứ hai, HPMC yếu nhất và mạnh nhất. Điều này cùng khẳng định rằng ete xenlulo đã làm chậm quá trình hình thành các sản phẩm hydrat hóa của vật liệu tạo gel.

Sản phẩm hydrat hóa chính của xi măng sulfoaluminate là ettringite và gel Al(OH)3. C2S trong xi măng sulfoaluminate cũng sẽ hydrat hóa riêng biệt để tạo thành gel Ca(OH)2 và cSH. Bởi vì sự hấp phụ của ether cellulose và ettringite có thể bị bỏ qua và quá trình hydrat hóa sulfoaluminate quá nhanh, do đó, ở giai đoạn đầu của quá trình hydrat hóa, ether cellulose ít ảnh hưởng đến tốc độ giải phóng nhiệt hydrat hóa của xi măng sulfoaluminate. Nhưng đến một thời điểm hydrat hóa nhất định, do c2s sẽ hydrat hóa riêng biệt để tạo ra Ca(OH)2 và gel CSH nên hai sản phẩm hydrat hóa này sẽ bị ete xenluloza giữ lại. Do đó, người ta quan sát thấy rằng ete xenlulo làm trì hoãn quá trình hydrat hóa xi măng sulfoaluminate sau 2 giờ.

4. Kết luận

Trong bài báo này, thông qua thử nghiệm đo nhiệt lượng đẳng nhiệt, người ta so sánh định luật ảnh hưởng và cơ chế hình thành của ete xenlulo đến nhiệt thủy hóa của xi măng Portland thông thường, c3s, c3A, xi măng sulfoaluminate và các thành phần khác nhau cũng như quặng đơn trong 72 giờ. Các kết luận chính như sau:

(1) Cellulose ether có thể làm giảm đáng kể tốc độ giải phóng nhiệt hydrat hóa của xi măng Portland thông thường và tricanxi silicat, và tác dụng giảm tốc độ giải phóng nhiệt hydrat hóa của tricanxi silicat là đáng kể hơn; Tác dụng của ete xenlulo trong việc giảm tốc độ giải phóng nhiệt của xi măng sulfoaluminate là rất yếu, nhưng nó có tác dụng yếu trong việc cải thiện tốc độ giải phóng nhiệt của tricanxi aluminat.

(2) ete cellulose sẽ bị hấp phụ bởi một số sản phẩm hydrat hóa, do đó làm chậm quá trình kết tinh của các sản phẩm hydrat hóa, ảnh hưởng đến tốc độ giải phóng nhiệt của quá trình hydrat hóa xi măng. Loại và số lượng sản phẩm hydrat hóa đối với các thành phần khác nhau của quặng xi măng là khác nhau, do đó tác dụng của ete xenlulo đối với nhiệt thủy hóa của chúng là không giống nhau.