إيثر السليلوز على مورفولوجيا الإترينغيت المبكر

دُرست آثار إيثر هيدروكسي إيثيل ميثيل سليلوز وإيثر ميثيل سليلوز على مورفولوجيا الإترينجيت في ملاط ​​الأسمنت المبكر باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). أظهرت النتائج أن نسبة طول قطر بلورات الإترينجيت في الملاط المُعدَّل بإيثر هيدروكسي إيثيل ميثيل سليلوز أقل منها في الملاط العادي، وأن مورفولوجيا بلورات الإترينجيت قصيرة وقضيبية. كما أن نسبة طول قطر بلورات الإترينجيت في الملاط المُعدَّل بإيثر ميثيل سليلوز أكبر منها في الملاط العادي، وأن مورفولوجيا بلورات الإترينجيت هي قضيبية الشكل. وتتمتع بلورات الإترينجيت في ملاط ​​الأسمنت العادي بنسبة عرض إلى ارتفاع متوسطة. ومن خلال الدراسة التجريبية المذكورة أعلاه، يتضح أن اختلاف الوزن الجزيئي لنوعين من إيثر السليلوز هو العامل الأهم المؤثر على مورفولوجيا الإترينجيت.

الكلمات الرئيسية:إيترينجيت؛ نسبة الطول إلى القطر؛ إيثر ميثيل السليلوز؛ إيثر هيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز؛ الشكل

الإيترنجيت، كمنتج ترطيب متمدد قليلاً، له تأثير كبير على أداء الخرسانة الأسمنتية، وكان دائمًا محورًا رئيسيًا لأبحاث المواد الأسمنتية. الإيترنجيت هو نوع من هيدرات ألومينات الكالسيوم من نوع ثلاثي الكبريتيد، وصيغته الكيميائية هي [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O، أو يمكن كتابتها على أنها 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O، وغالبًا ما تُختصر إلى AFt. في نظام الأسمنت البورتلاندي، يتكون الإيترنجيت بشكل أساسي من تفاعل الجبس مع معادن الألومينات أو ألومينات الحديديك، والتي تلعب دورًا في تأخير الترطيب وزيادة قوة الأسمنت في وقت مبكر. يتأثر تكوين وشكل الإيترنجيت بالعديد من العوامل مثل درجة الحرارة وقيمة الرقم الهيدروجيني وتركيز الأيونات. في وقت مبكر من عام 1976، ميثا وآخرون. استخدم المجهر الإلكتروني الماسح لدراسة الخصائص المورفولوجية لـ AFt، ووجد أن مورفولوجيا منتجات الترطيب المتوسعة قليلاً كانت مختلفة قليلاً عندما كانت مساحة النمو كبيرة بما يكفي وعندما كانت المساحة محدودة. كان الأول عبارة عن كريات رفيعة على شكل قضيب إبرة في الغالب، بينما كان الأخير عبارة عن منشور قصير على شكل قضيب في الغالب. وجد بحث يانغ وينيان أن أشكال AFt كانت مختلفة مع بيئات المعالجة المختلفة. من شأن البيئات الرطبة أن تؤخر تكوين AFt في الخرسانة المخصبة بالتمدد وتزيد من احتمالية تورم الخرسانة وتشققها. تؤثر البيئات المختلفة ليس فقط على تكوين وبنية AFt الدقيقة، ولكن أيضًا على استقرار حجمها. وجد تشن هوكسينج وآخرون أن الاستقرار طويل المدى لـ AFt انخفض مع زيادة محتوى C3A. وجد كلارك ومونتيرو وآخرون أنه مع زيادة الضغط البيئي، تغيرت بنية بلورة AFt من النظام إلى الفوضى. راجع بالونيس وجلاسر التغيرات في كثافة AFm وAFt. رينودين وآخرون. درس التغيرات البنيوية لـ AFt قبل وبعد الغمر في المحلول، وخصائصه البنيوية في طيف رامان. درس كونثر وآخرون تأثير التفاعل بين نسبة الكالسيوم إلى السيليكون في هلام CSH وأيون الكبريتات على ضغط تبلور AFt باستخدام الرنين المغناطيسي النووي. في الوقت نفسه، واستنادًا إلى تطبيق AFt في المواد الأسمنتية، درس وينك وآخرون اتجاه بلورات AFt في مقطع خرساني من خلال تقنية التشطيب بالإشعاع السنكروتروني الصلب وحيود الأشعة السينية. تم استكشاف تكوين AFt في الأسمنت المختلط ونقطة البحث الساخنة للإترينجيت. بناءً على تفاعل الإترينجيت المتأخر، أجرى بعض الباحثين العديد من الأبحاث حول سبب طور AFt.

يُعدّ التمدد الحجمي الناتج عن تكوّن الإترينغيت مفيدًا في بعض الأحيان، ويمكن أن يعمل كعامل تمدد مشابه لعامل تمدد أكسيد المغنيسيوم للحفاظ على ثبات حجم المواد الأسمنتية. تُغيّر إضافة مستحلب البوليمر ومسحوق المستحلب القابل لإعادة التشتت الخصائص العيانية للمواد الأسمنتية نظرًا لتأثيرهما الكبير على البنية المجهرية للمواد الأسمنتية. ومع ذلك، بخلاف مسحوق المستحلب القابل لإعادة التشتت الذي يُحسّن بشكل رئيسي خاصية الترابط في الملاط المُصلّب، فإن إيثر بوليمر السليلوز (CE) القابل للذوبان في الماء يُعطي الملاط المُخلوط حديثًا قدرة جيدة على الاحتفاظ بالماء وتأثيرًا مُكثّفًا، مما يُحسّن أداء العمل. يُستخدم إيثر السليلوز غير الأيوني بشكل شائع، بما في ذلك ميثيل السليلوز (MC)، وهيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC)، وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC).هيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز (HEMC)إلخ، ويلعب كل من CE وC دورًا في الملاط المخلوط حديثًا، ولكنه يؤثر أيضًا على عملية ترطيب ملاط ​​الأسمنت. وقد أظهرت الدراسات أن HEMC يُغير كمية AFt الناتجة كناتج ترطيب. ومع ذلك، لم تُقارن أي دراسات بشكل منهجي تأثير CE على الشكل المجهري لـ AFt، لذا يستكشف هذا البحث الفرق بين تأثير HEMC وMC على الشكل المجهري لـ ettringham في ملاط ​​الأسمنت المبكر (يوم واحد) من خلال تحليل الصور ومقارنتها.

1. التجربة

1.1 المواد الخام

تم اختيار أسمنت بورتلاند P·II 52.5R، الذي تنتجه شركة آنهوي كونش للأسمنت المحدودة، ليكون الأسمنت المستخدم في التجربة. إيثرا السليلوز المستخدمان هما هيدروكسي إيثيل ميثيل سلولوز (HEMC) وميثيل سلولوز (ميثيل سلولوز، مجموعة شنغهاي سينوباث) على التوالي. ماء الخلط هو ماء الصنبور.

1.2 الأساليب التجريبية

كانت نسبة الماء إلى الأسمنت في عينة عجينة الأسمنت 0.4 (نسبة كتلة الماء إلى الأسمنت)، وكان محتوى إيثر السليلوز 1٪ من كتلة الأسمنت. تم تحضير العينة وفقًا لـ GB1346-2011 "طريقة اختبار استهلاك الماء ووقت التصلب واستقرار الاتساق القياسي للأسمنت". بعد تشكيل العينة، تم تغليف سطح القالب بغشاء بلاستيكي لمنع تبخر الماء السطحي والكربنة، ووضعت العينة في غرفة معالجة بدرجة حرارة (20 ± 2) درجة مئوية ورطوبة نسبية (60 ± 5)٪. بعد يوم واحد، تمت إزالة القالب وكسر العينة، ثم تم أخذ عينة صغيرة من المنتصف ونقعها في الإيثانول اللامائي لإنهاء الترطيب، وتم إخراج العينة وتجفيفها قبل الاختبار. أُلصقت العينات المجففة على طاولة العينات بمادة لاصقة موصلة ثنائية الجوانب، ثم رُشَّت طبقة من غشاء الذهب على السطح باستخدام جهاز الرش الأيوني الأوتوماتيكي Cressington 108auto. كان تيار الرش 20 مللي أمبير، وزمن الرش 60 ثانية. استُخدم المجهر الإلكتروني الماسح البيئي FEI QUANTAFEG 650 (ESEM) لرصد الخصائص المورفولوجية لـ AFt على مقطع العينة. استُخدم وضع الإلكترون الثانوي عالي الفراغ لرصد AFT. كان جهد التسارع 15 كيلو فولت، وقطر نقطة الشعاع 3.0 نانومتر، وتم التحكم في مسافة العمل عند حوالي 10 مم.

2. النتائج والمناقشة

أظهرت صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) للإترينجيت في ملاط ​​الأسمنت المتصلب المعدل بـ HEMC أن نمو اتجاه طبقات Ca (OH)2(CH) كان واضحًا، وأظهر AFt تراكمًا غير منتظم لـ AFt قصير يشبه القضيب، وكان بعض AFT قصيرًا يشبه القضيب مغطى ببنية غشاء HEMC. كما وجد Zhang Dongfang وآخرون أيضًا AFt قصيرًا يشبه القضيب عند ملاحظة التغيرات في البنية الدقيقة لملاط الأسمنت المعدل بـ HEMC من خلال ESEM. لقد اعتقدوا أن ملاط ​​الأسمنت العادي يتفاعل بسرعة بعد مواجهته للماء، لذلك كانت بلورة AFt نحيلة، وأدى امتداد عمر الترطيب إلى زيادة مستمرة في نسبة الطول إلى القطر. ومع ذلك، زاد HEMC من لزوجة المحلول، وخفض معدل ارتباط الأيونات في المحلول، وأخر وصول الماء إلى سطح جزيئات الكلنكر، لذلك زادت نسبة الطول إلى القطر لـ AFt باتجاه ضعيف وأظهرت خصائصه المورفولوجية شكلًا قصيرًا يشبه القضيب. بالمقارنة مع AFt في ملاط ​​الأسمنت العادي من نفس العمر، تم التحقق جزئيًا من هذه النظرية، ولكنها غير قابلة للتطبيق لتفسير التغيرات المورفولوجية لـ AFt في ملاط ​​الأسمنت المعدل بـ MC. أظهرت صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) للإتريديت في ملاط ​​الأسمنت المعدل بـ MC المتصلب لمدة يوم واحد نموًا موجهًا لطبقات Ca(OH)2، كما غُطيت بعض أسطح AFt بطبقة من بنية غشائية من MC، وأظهر AFt خصائص مورفولوجية لنمو عنقودي. ومع ذلك، بالمقارنة، تتميز بلورة AFt في ملاط ​​الأسمنت المعدل بـ MC بنسبة طول إلى قطر أكبر ومورفولوجيا أكثر نحافة، مما يُظهر مورفولوجيا إبرية نموذجية.

أدى كل من HEMC و MC إلى تأخير عملية الترطيب المبكرة للأسمنت وزيادة لزوجة المحلول، إلا أن الاختلافات في الخصائص المورفولوجية لـ AFt الناتجة عنهما كانت لا تزال كبيرة. يمكن توضيح الظواهر المذكورة أعلاه بشكل أكبر من منظور التركيب الجزيئي لإيثر السليلوز وبنية بلورة AFt. نقع Renaudin وآخرون AFt المُصنّع في المحلول القلوي المُجهز للحصول على AFt "رطب"، ثم أزالوه جزئيًا وجففوه على سطح محلول CaCl2 المشبع (رطوبة نسبية 35٪) للحصول على AFt "جاف". بعد دراسة تحسين التركيب بواسطة مطيافية رامان وحيود مسحوق الأشعة السينية، وُجد أنه لا يوجد فرق بين التركيبين، فقط تغير اتجاه تكوين البلورات للخلايا في عملية التجفيف، أي في عملية التغير البيئي من "رطب" إلى "جاف"، شكلت بلورات AFt خلايا على طول الاتجاه الطبيعي لـ a تدريجيًا. أصبحت بلورات AFt على طول الاتجاه الطبيعي c أقل وأقل. تتكون الوحدة الأساسية للفضاء ثلاثي الأبعاد من خط عمودي وخط عمودي b وخط عمودي c وهي متعامدة على بعضها البعض. في حالة تثبيت الخطوط العمودية b، تتجمع بلورات AFt على طول الخطوط العمودية a، مما يؤدي إلى توسع المقطع العرضي للخلية في مستوى الخطوط العمودية ab. وبالتالي، إذا "خزنت" HEMC ماءً أكثر من MC، يمكن أن تحدث بيئة "جافة" في منطقة موضعية، مما يشجع على التجمع الجانبي ونمو بلورات AFt. وجد باتورال وآخرون أنه بالنسبة لـ CE نفسها، كلما زادت درجة البلمرة (أو زاد الوزن الجزيئي)، زادت لزوجة CE وكان أداء الاحتفاظ بالماء أفضل. يدعم التركيب الجزيئي لـ HEMCs وMCS هذه الفرضية، حيث تتمتع مجموعة هيدروكسي إيثيل بوزن جزيئي أكبر بكثير من مجموعة الهيدروجين.

بشكل عام، تتشكل بلورات AFt وتترسب فقط عندما تصل الأيونات ذات الصلة إلى درجة تشبع معينة في نظام المحلول. لذلك، يمكن لعوامل مثل تركيز الأيونات ودرجة الحرارة وقيمة الرقم الهيدروجيني ومساحة التكوين في محلول التفاعل أن تؤثر بشكل كبير على مورفولوجيا بلورات AFt، ويمكن أن تؤدي التغيرات في ظروف التخليق الاصطناعي إلى تغيير مورفولوجيا بلورات AFt. لذلك، قد يكون سبب نسبة بلورات AFt في ملاط ​​الأسمنت العادي بين الاثنين عاملًا واحدًا وهو استهلاك الماء في الترطيب المبكر للأسمنت. ومع ذلك، فإن الاختلاف في مورفولوجيا بلورات AFt الناجم عن HEMC وMC يعود أساسًا إلى آلية احتباس الماء الخاصة بهما. تُنشئ Hemcs وMCS "حلقة مغلقة" لنقل الماء داخل المنطقة الدقيقة من ملاط ​​الأسمنت الطازج، مما يسمح "بفترة قصيرة" يكون فيها الماء "سهل الدخول ويصعب الخروج". ومع ذلك، خلال هذه الفترة، تتغير أيضًا بيئة الطور السائل داخل المنطقة الدقيقة وبالقرب منها. عوامل مثل تركيز الأيونات، ودرجة الحموضة، وغيرها. ينعكس تغير بيئة النمو بشكل أكبر في الخصائص المورفولوجية لبلورات AFt. هذه "الحلقة المغلقة" لنقل الماء تشبه آلية العمل التي وصفها بورشيز وآخرون. تلعب HPMC دورًا في احتباس الماء.

3. الخاتمة

(1) إن إضافة إيثر هيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز (HEMC) وإيثر ميثيل السليلوز (MC) يمكن أن يغير بشكل كبير مورفولوجيا الإترينجيت في ملاط ​​الأسمنت العادي المبكر (يوم واحد).

(2) طول وقطر بلورات الإترنجيت في ملاط ​​الأسمنت المُعدَّل بـ HEMC صغيران وقصيران على شكل قضيب؛ ونسبة طول وقطر بلورات الإترنجيت في ملاط ​​الأسمنت المُعدَّل بـ MC كبيرة، على شكل قضيب إبرية. أما في ملاط ​​الأسمنت العادي، فنسبة أبعاد بلورات الإترنجيت بين هاتين النسبتين.

(3) إن التأثيرات المختلفة لإيثرات السليلوز على مورفولوجيا الإترينجيت ترجع أساسًا إلى الاختلاف في الوزن الجزيئي.