Целулозен етер върху морфологията на ранния етрингит

Ефектите на хидроксиетил метилцелулозен етер и метилцелулозен етер върху морфологията на етрингит в ранна циментова суспензия бяха изследвани чрез сканираща електронна микроскопия (SEM). Резултатите показват, че съотношението дължина-диаметър на етрингитните кристали в суспензията, модифицирана с хидроксиетил метил целулозен етер, е по-малка от тази в обикновената суспензия, а морфологията на етрингитните кристали е къса пръчковидна. Съотношението дължина-диаметър на етрингитните кристали в суспензията, модифицирана с метил целулозен етер, е по-голяма от тази в обикновената суспензия и морфологията на етрингитните кристали е игловидна. Кристалите етрингит в обикновените циментови суспензии имат аспектно съотношение някъде по средата. Чрез горното експериментално изследване е допълнително ясно, че разликата в молекулното тегло на два вида целулозен етер е най-важният фактор, влияещ върху морфологията на етрингита.

Ключови думи:етрингит; Съотношение дължина-диаметър; Метилцелулозен етер; Хидроксиетил метилцелулозен етер; морфология

Етрингитът, като леко разширен хидратиращ продукт, има значителен ефект върху експлоатационните характеристики на циментовия бетон и винаги е бил гореща точка за изследване на материали на циментова основа. Етрингитът е вид трисулфиден тип калциев алуминатен хидрат, неговата химична формула е [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O или може да бъде написана като 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, често съкратено като AFt. В системата на Портланд цимент етрингитът се образува главно от реакцията на гипс с алуминатни или железни алуминатни минерали, което играе ролята на забавяне на хидратацията и ранна здравина на цимента. Образуването и морфологията на етрингита се влияят от много фактори като температура, рН стойност и концентрация на йони. Още през 1976 г. Metha et al. използва сканираща електронна микроскопия за изследване на морфологичните характеристики на AFt и установи, че морфологията на такива леко разширени продукти на хидратация е малко по-различна, когато пространството за растеж е достатъчно голямо и когато пространството е ограничено. Първата беше предимно тънка сфера с форма на игла, докато втората беше предимно къса призма с форма на пръчка. Изследването на Yang Wenyan установи, че формите на AFt са различни при различни среди на втвърдяване. Влажната среда би забавила генерирането на AFt в бетон, легиран с разширение, и би увеличила възможността за подуване и напукване на бетона. Различните среди влияят не само на образуването и микроструктурата на AFt, но и на неговата обемна стабилност. Chen Huxing и др. установиха, че дългосрочната стабилност на AFt намалява с увеличаването на съдържанието на C3A. Кларк и Монтейро и др. установи, че с увеличаването на натиска на околната среда, кристалната структура на AFt се променя от ред към безпорядък. Balonis и Glasser прегледаха промените в плътността на AFm и AFt. Renaudin и др. изследва структурните промени на AFt преди и след потапяне в разтвор и структурните параметри на AFt в рамановия спектър. Kunther и др. изследва ефекта на взаимодействието между съотношението CSH гел калций-силиций и сулфатен йон върху налягането на кристализация на AFt чрез NMR. В същото време, въз основа на приложението на AFt в материали на циментова основа, Wenk et al. изследва AFt кристалната ориентация на бетонна секция чрез довършителна технология с рентгенова дифракция на твърдо синхротронно лъчение. Изследвани са образуването на AFt в смесен цимент и изследователската гореща точка на етрингит. Въз основа на забавена етрингитна реакция, някои учени са провели много изследвания за причината за AFt фазата.

Разширяването на обема, причинено от образуването на етрингит, понякога е благоприятно и може да действа като „разширяване“, подобно на разширяващия агент на магнезиев оксид, за да поддържа обемната стабилност на циментовите материали. Добавянето на полимерна емулсия и редиспергируем емулсионен прах променя макроскопските свойства на циментовите материали поради значителното им влияние върху микроструктурата им. За разлика от редиспергируемия емулсионен прах, който основно подобрява свързващото свойство на втвърдения разтвор, водоразтворимият полимерен целулозен етер (CE) дава на новосмесения разтвор добър ефект на задържане на вода и сгъстяване, като по този начин подобрява работните характеристики. Често се използва нейоногенен CE, включително метилцелулоза (MC), хидроксиетилцелулоза (HEC), хидроксипропилметилцелулоза (HPMC),хидроксиетил метил целулоза (HEMC)и т.н., а CE играе роля в новосмесения разтвор, но също така влияе върху процеса на хидратация на циментовата суспензия. Проучванията показват, че HEMC променя количеството AFt, произведено като продукт за хидратация. Въпреки това, никакви проучвания не са сравнявали систематично ефекта на CE върху микроскопичната морфология на AFt, така че тази статия изследва разликата в ефекта на HEMC и MC върху микроскопичната морфология на ettringham в ранна (1-дневна) циментова суспензия чрез анализ на изображения и сравнение.

1. Експериментирайте

1.1 Суровини

P·II 52.5R Портланд цимент, произведен от Anhui Conch Cement Co., LTD, беше избран като цимент в експеримента. Двата целулозни етера са съответно хидроксиетил метилцелулоза (HEMC) и метилцелулоза (метилцелулоза, Shanghai Sinopath Group). MC); Водата за смесване е чешмяна вода.

1.2 Експериментални методи

Съотношението вода-цимент на пробата от циментова паста е 0,4 (масовото съотношение вода към цимент), а съдържанието на целулозен етер е 1% от масата на цимента. Подготовката на образеца е извършена съгласно GB1346-2011 „Метод за изпитване на потребление на вода, време на втвърдяване и стабилност на стандартната консистенция на цимента“. След оформянето на образеца, върху повърхността на матрицата се капсулира пластмасов филм, за да се предотврати изпаряването на повърхностната вода и карбонизацията, и образецът се поставя в стая за втвърдяване с температура (20±2)℃ и относителна влажност (60±5)%. След 1 ден матрицата се отстранява и образецът се счупва, след което се взема малка проба от средата и се накисва в безводен етанол, за да се прекрати хидратацията, и пробата се изважда и изсушава преди тестването. Изсушените проби бяха залепени към масата за проби с проводящо двустранно лепило и слой от златен филм беше напръскан върху повърхността от Cressington 108auto автоматичен йонен разпръскващ инструмент. Токът на разпръскване беше 20 mA и времето на разпръскване беше 60 s. FEI QUANTAFEG 650 екологичен сканиращ електронен микроскоп (ESEM) беше използван за наблюдение на морфологичните характеристики на AFt върху среза на пробата. Високовакуумният вторичен електронен режим беше използван за наблюдение на AFT. Напрежението на ускорението беше 15 kV, диаметърът на петното на лъча беше 3.0 nm, а работното разстояние беше контролирано на около 10 mm.

2. Резултати и обсъждане

SEM изображения на етрингит във втвърдена HEMC-модифицирана циментова суспензия показват, че ориентационният растеж на слоестия Ca (OH)2(CH) е очевиден, а AFt показва неравномерно натрупване на къси пръчковидни AFt, като някои къси пръчковидни AFT са покрити с HEMC мембранна структура. Zhang Dongfang и др. също откриват къси пръчковидни AFt, когато наблюдават промените в микроструктурата на HEMC модифицираната циментова суспензия чрез ESEM. Те смятат, че обикновената циментова суспензия реагира бързо след контакт с вода, така че кристалите на AFt са тънки, а удължаването на хидратационната възраст води до непрекъснато увеличаване на съотношението дължина-диаметър. HEMC обаче увеличава вискозитета на разтвора, намалява скоростта на свързване на йони в разтвора и забавя пристигането на вода върху повърхността на клинкерните частици, така че съотношението дължина-диаметър на AFt се увеличава слабо, а морфологичните му характеристики показват късо-пръчковидна форма. В сравнение с AFt в обикновена циментова суспензия със същата възраст, тази теория е частично потвърдена, но не е приложима за обяснение на морфологичните промени на AFt в MC модифицирана циментова суспензия. SEM изображенията на етридит в еднодневно втвърдена, модифицирана с MC циментова суспензия, също показват ориентиран растеж на слоест Ca(OH)2, някои AFt повърхности също са покрити с филмова структура от MC, а AFt показва морфологични характеристики на растеж на клъстери. Въпреки това, за сравнение, AFt кристалът в модифицирана с MC циментова суспензия има по-голямо съотношение дължина-диаметър и по-тънка морфология, показвайки типична ацикуларна морфология.

Както HEMC, така и MC забавят процеса на ранна хидратация на цимента и повишават вискозитета на разтвора, но разликите в морфологичните характеристики на AFt, причинени от тях, все още са значителни. Горните явления могат да бъдат допълнително разработени от гледна точка на молекулярната структура на целулозния етер и кристалната структура на AFt. Renaudin и др. накисва синтезирания AFt в приготвения алкален разтвор, за да получи „мокър AFt“, и частично го отстранява и го изсушава върху повърхността на наситен разтвор на CaCl2 (35% относителна влажност), за да получи „сух AFt“. След изследването за усъвършенстване на структурата чрез раманова спектроскопия и рентгенова прахова дифракция беше установено, че няма разлика между двете структури, само посоката на кристално образуване на клетки се променя в процеса на сушене, тоест в процеса на промяна на околната среда от „мокро“ към „сухо“, AFt кристалите образуват клетки по нормалната посока на постепенно нарастване. Кристалите AFt по нормалната посока c стават все по-малко. Най-основната единица на триизмерното пространство се състои от нормална линия, b нормална линия и c нормална линия, които са перпендикулярни една на друга. В случай, че b нормалите са фиксирани, кристалите AFt се групират по нормали, което води до разширено напречно сечение на клетката в равнината на ab нормали. По този начин, ако HEMC „съхранява“ повече вода от MC, може да възникне „суха“ среда в локализирана област, насърчавайки странично агрегиране и растеж на AFt кристали. Patural и др. установи, че за самия CE, колкото по-висока е степента на полимеризация (или колкото по-голямо е молекулното тегло), толкова по-голям е вискозитетът на CE и толкова по-добра е ефективността на задържане на вода. Молекулярната структура на HEMC и MCS подкрепя тази хипотеза, като хидроксиетиловата група има много по-голямо молекулно тегло от водородната група.

Като цяло кристалите AFt ще се образуват и ще се утаят само когато съответните йони достигнат определено насищане в системата от разтвори. Следователно фактори като йонна концентрация, температура, рН стойност и пространство за образуване в реакционния разтвор могат значително да повлияят на морфологията на AFt кристалите, а промените в условията на изкуствен синтез могат да променят морфологията на AFt кристалите. Следователно, съотношението на AFt кристалите в обикновената циментова суспензия между двете може да бъде причинено от единствения фактор на потреблението на вода при ранната хидратация на цимента. Въпреки това, разликата в кристалната морфология на AFt, причинена от HEMC и MC, трябва да се дължи главно на техния специален механизъм за задържане на вода. Hemcs и MCS създават „затворен цикъл“ на водния транспорт в рамките на микрозоната на прясната циментова суспензия, позволявайки „кратък период“, в който водата е „лесна за влизане и трудна за излизане“. Въпреки това, през този период средата на течната фаза в и близо до микрозоната също се променя. Фактори като концентрация на йони, рН и др. Промяната на средата на растеж се отразява допълнително в морфологичните характеристики на AFt кристалите. Този „затворен цикъл“ на водния транспорт е подобен на механизма на действие, описан от Pourchez et al. HPMC играе роля в задържането на вода.

3. Заключение

(1) Добавянето на хидроксиетил метил целулозен етер (HEMC) и метил целулозен етер (MC) може значително да промени морфологията на етрингит в ранна (1 ден) обикновена циментова суспензия.

(2) Дължината и диаметърът на етрингитния кристал в HEMC модифицираната циментова суспензия са малки и с къса прътовидна форма; Съотношението на дължината и диаметъра на етрингитните кристали в MC модифицираната циментова суспензия е голямо, което е с форма на игла. Етрингитните кристали в обикновените циментови суспензии имат аспектно съотношение между тези две.

(3) Различните ефекти на два целулозни етера върху морфологията на етрингита се дължат основно на разликата в молекулното тегло.