Èter de cel·lulosa en la morfologia de l'ettringita primerenca

Els efectes de l'èter d'hidroxietilmetilcel·lulosa i l'èter de metilcel·lulosa sobre la morfologia de l'ettringita en una pasta de ciment primerenca es van estudiar mitjançant microscòpia electrònica de rastreig (SEM). Els resultats mostren que la relació longitud-diàmetre dels cristalls d'ettringita en una pasta modificada amb èter d'hidroxietilmetilcel·lulosa és més petita que la de la pasta ordinària, i la morfologia dels cristalls d'ettringita és en forma de vareta curta. La relació longitud-diàmetre dels cristalls d'ettringita en una pasta modificada amb èter de metilcel·lulosa és més gran que la de la pasta ordinària, i la morfologia dels cristalls d'ettringita és en forma de vareta d'agulla. Els cristalls d'ettringita en pastilles de ciment ordinàries tenen una relació d'aspecte intermèdia. A través de l'estudi experimental anterior, queda clar que la diferència de pes molecular de dos tipus d'èter de cel·lulosa és el factor més important que afecta la morfologia de l'ettringita.

Paraules clau:ettringita; Relació longitud-diàmetre; Èter de metilcel·lulosa; Èter d'hidroxietilmetilcel·lulosa; morfologia

L'ettringita, com a producte d'hidratació lleugerament expandit, té un efecte significatiu en el rendiment del formigó de ciment i sempre ha estat el tema central de recerca dels materials a base de ciment. L'ettringita és un tipus d'hidrat d'aluminat de calci de tipus trisulfur, la seva fórmula química és [Ca3Al(OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, o es pot escriure com 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, sovint abreujat com AFt. En el sistema de ciment Portland, l'ettringita es forma principalment per la reacció del guix amb minerals d'aluminat o aluminat fèrric, que juga el paper de retardar la hidratació i la resistència primerenca del ciment. La formació i la morfologia de l'ettringita es veuen afectades per molts factors com la temperatura, el valor del pH i la concentració d'ions. Ja el 1976, Metha et al. van utilitzar microscòpia electrònica de rastreig per estudiar les característiques morfològiques de l'AFt i van descobrir que la morfologia d'aquests productes d'hidratació lleugerament expandits era lleugerament diferent quan l'espai de creixement era prou gran i quan l'espai era limitat. El primer era majoritàriament esfèrules primes en forma d'agulla, mentre que el segon era majoritàriament prisma curt en forma de vareta. La investigació de Yang Wenyan va descobrir que les formes d'AFt eren diferents amb diferents entorns de curat. Els entorns humits retardarien la generació d'AFt en el formigó dopat per expansió i augmentarien la possibilitat d'inflor i esquerdes del formigó. Els diferents entorns afecten no només la formació i la microestructura de l'AFt, sinó també la seva estabilitat volumètrica. Chen Huxing et al. van descobrir que l'estabilitat a llarg termini de l'AFt disminuïa amb l'augment del contingut de C3A. Clark i Monteiro et al. van descobrir que amb l'augment de la pressió ambiental, l'estructura cristal·lina de l'AFt canviava d'ordre a desordre. Balonis i Glasser van revisar els canvis de densitat de l'AFm i l'AFt. Renaudin et al. van estudiar els canvis estructurals de l'AFt abans i després de la immersió en solució i els paràmetres estructurals de l'AFt en l'espectre Raman. Kunther et al. van estudiar l'efecte de la interacció entre la relació calci-silici del gel de CSH i l'ió sulfat sobre la pressió de cristal·lització de l'AFt mitjançant RMN. Al mateix temps, basant-se en l'aplicació de l'AFt en materials a base de ciment, Wenk et al. van estudiar l'orientació del cristall d'AFt de la secció de formigó mitjançant la tecnologia d'acabat per difracció de raigs X per radiació de sincrotró dur. Es va explorar la formació d'AFt en ciment mixt i el punt calent de recerca de l'ettringita. Basant-se en la reacció retardada de l'ettringita, alguns estudiosos han dut a terme moltes investigacions sobre la causa de la fase AFt.

L'expansió del volum causada per la formació d'ettringita de vegades és favorable, i pot actuar com una "expansió" similar a l'agent d'expansió d'òxid de magnesi per mantenir l'estabilitat del volum dels materials a base de ciment. L'addició d'emulsió de polímer i pols d'emulsió redispersable canvia les propietats macroscòpiques dels materials a base de ciment a causa dels seus efectes significatius sobre la microestructura dels materials a base de ciment. Tanmateix, a diferència de la pols d'emulsió redispersable que millora principalment la propietat d'unió del morter endurit, l'èter de cel·lulosa de polímer (CE) soluble en aigua proporciona al morter recentment barrejat una bona retenció d'aigua i efecte espessidor, millorant així el rendiment de treball. L'EC no iònic s'utilitza habitualment, incloent-hi la metilcel·lulosa (MC), la hidroxietilcel·lulosa (HEC), la hidroxipropilmetilcel·lulosa (HPMC).hidroxietilmetilcel·lulosa (HEMC), etc., i el CE juga un paper en el morter recentment barrejat, però també afecta el procés d'hidratació de la pasta de ciment. Els estudis han demostrat que l'HEMC canvia la quantitat d'AFt produït com a producte d'hidratació. Tanmateix, cap estudi ha comparat sistemàticament l'efecte del CE sobre la morfologia microscòpica de l'AFt, per la qual cosa aquest article explora la diferència de l'efecte de l'HEMC i el MC sobre la morfologia microscòpica d'Etringham en una pasta de ciment primerenca (1 dia) mitjançant l'anàlisi i la comparació d'imatges.

1. Experiment

1.1 Matèries primeres

El ciment seleccionat per a l'experiment és el ciment Portland P·II 52.5R produït per Anhui Conch Cement Co., LTD. Els dos èters de cel·lulosa són hidroxietilmetilcel·lulosa (HEMC) i metilcel·lulosa (metilcel·lulosa, Shanghai Sinopath Group), respectivament. MC); L'aigua de mescla és aigua de l'aixeta.

1.2 Mètodes experimentals

La relació aigua-ciment de la mostra de pasta de ciment va ser de 0,4 (la relació en massa d'aigua respecte al ciment), i el contingut d'èter de cel·lulosa va ser de l'1% de la massa de ciment. La preparació de la mostra es va dur a terme d'acord amb la norma GB1346-2011 "Mètode de prova per al consum d'aigua, el temps d'enduriment i l'estabilitat de la consistència estàndard del ciment". Després de formar la mostra, es va encapsular una pel·lícula de plàstic a la superfície del motlle per evitar l'evaporació i la carbonització de l'aigua superficial, i la mostra es va col·locar en una sala de curat amb una temperatura de (20 ± 2) ℃ i una humitat relativa de (60 ± 5) %. Després d'1 dia, es va retirar el motlle i es va trencar la mostra, després es va prendre una petita mostra del mig i es va submergir en etanol anhidre per acabar la hidratació, i la mostra es va treure i assecar abans de la prova. Les mostres seques es van enganxar a la taula de mostres amb un adhesiu conductor de doble cara i es va ruixar una capa de pel·lícula d'or a la superfície mitjançant un instrument de pulverització iònica automàtica Cressington 108auto. El corrent de pulverització catòdica va ser de 20 mA i el temps de pulverització catòdica va ser de 60 s. Es va utilitzar el microscopi electrònic de rastreig ambiental (ESEM) FEI QUANTAFEG 650 per observar les característiques morfològiques de l'AFt a la secció de mostra. Es va utilitzar el mode d'electrons secundaris d'alt buit per observar l'AFT. El voltatge d'acceleració va ser de 15 kV, el diàmetre del punt del feix va ser de 3,0 nm i la distància de treball es va controlar a uns 10 mm.

2. Resultats i discussió

Les imatges SEM d'ettringita en una pasta de ciment modificada amb HEMC endurida van mostrar que el creixement de l'orientació del Ca (OH)2(CH) en capes era evident, i l'AFt mostrava una acumulació irregular d'AFt curt en forma de vareta, i una part de l'AFT curt en forma de vareta estava coberta per l'estructura de la membrana HEMC. Zhang Dongfang et al. també van trobar AFt curt en forma de vareta en observar els canvis en la microestructura de la pasta de ciment modificada amb HEMC mitjançant ESEM. Creien que la pasta de ciment ordinària reaccionava ràpidament després de trobar-se amb aigua, de manera que el cristall d'AFt era prim i l'extensió de l'edat d'hidratació conduïa a l'augment continu de la relació longitud-diàmetre. Tanmateix, l'HEMC va augmentar la viscositat de la solució, va reduir la velocitat d'unió dels ions a la solució i va retardar l'arribada de l'aigua a la superfície de les partícules de clínquer, de manera que la relació longitud-diàmetre de l'AFt va augmentar en una tendència feble i les seves característiques morfològiques van mostrar una forma curta en forma de vareta. En comparació amb l'AFt en una pasta de ciment ordinària de la mateixa edat, aquesta teoria s'ha verificat parcialment, però no és aplicable per explicar els canvis morfològics de l'AFt en una pasta de ciment modificada amb MC. Les imatges SEM d'etridita en una pasta de ciment modificada amb MC endurida durant 1 dia també van mostrar un creixement orientat de Ca(OH)2 en capes, algunes superfícies d'AFt també estaven cobertes amb una estructura de pel·lícula de MC, i l'AFt va mostrar característiques morfològiques de creixement en clústers. Tanmateix, en comparació, el cristall d'AFt en una pasta de ciment modificada amb MC té una relació longitud-diàmetre més gran i una morfologia més esvelta, mostrant una morfologia acicular típica.

Tant l'HEMC com l'MC van retardar el procés d'hidratació inicial del ciment i van augmentar la viscositat de la solució, però les diferències en les característiques morfològiques de l'AFt causades per ells van ser encara significatives. Els fenòmens anteriors es poden elaborar més a fons des de la perspectiva de l'estructura molecular de l'èter de cel·lulosa i l'estructura cristal·lina de l'AFt. Renaudin et al. van submergir l'AFt sintetitzat en la solució alcalina preparada per obtenir "AFt humit", i el van treure parcialment i el van assecar a la superfície d'una solució saturada de CaCl2 (35% d'humitat relativa) per obtenir "AFt sec". Després de l'estudi de refinament de l'estructura mitjançant espectroscòpia Raman i difracció de raigs X en pols, es va trobar que no hi havia cap diferència entre les dues estructures, només la direcció de formació de cristalls de les cèl·lules va canviar en el procés d'assecat, és a dir, en el procés de canvi ambiental de "humit" a "sec", els cristalls d'AFt van formar cèl·lules al llarg de la direcció normal de a va augmentar gradualment. Els cristalls d'AFt al llarg de la direcció normal c es van anar reduint cada cop més. La unitat més bàsica de l'espai tridimensional es compon d'una línia normal, una línia normal b i una línia normal c que són perpendiculars entre si. En el cas que les normals b fossin fixes, els cristalls d'AFt es van agrupar al llarg de les normals a, donant lloc a una secció transversal cel·lular ampliada en el pla de les normals ab. Per tant, si l'HEMC "emmagatzema" més aigua que la MC, es pot produir un ambient "sec" en una zona localitzada, cosa que afavoreix l'agregació lateral i el creixement de cristalls d'AFt. Patural et al. van trobar que, per al propi CE, com més alt és el grau de polimerització (o com més gran és el pes molecular), més gran és la viscositat del CE i millor és el rendiment de retenció d'aigua. L'estructura molecular dels HEMC i els MCS dóna suport a aquesta hipòtesi, ja que el grup hidroxietil té un pes molecular molt més gran que el grup hidrogen.

Generalment, els cristalls d'AFt es formen i precipiten només quan els ions rellevants arriben a una certa saturació en el sistema de solució. Per tant, factors com la concentració d'ions, la temperatura, el valor del pH i l'espai de formació en la solució de reacció poden afectar significativament la morfologia dels cristalls d'AFt, i els canvis en les condicions de síntesi artificial poden canviar la morfologia dels cristalls d'AFt. Per tant, la proporció de cristalls d'AFt en la pasta de ciment ordinària entre els dos pot ser causada pel factor únic del consum d'aigua en la hidratació primerenca del ciment. Tanmateix, la diferència en la morfologia del cristall d'AFt causada per HEMC i MC hauria de ser deguda principalment al seu mecanisme especial de retenció d'aigua. Els HEMC i MCS creen un "bucle tancat" de transport d'aigua dins de la microzona de la pasta de ciment fresca, permetent un "període curt" en què l'aigua és "fàcil d'entrar i difícil de treure". Tanmateix, durant aquest període, l'entorn de fase líquida dins i prop de la microzona també canvia. Factors com la concentració d'ions, el pH, etc., el canvi d'entorn de creixement es reflecteix encara més en les característiques morfològiques dels cristalls d'AFt. Aquest "circuit tancat" de transport d'aigua és similar al mecanisme d'acció descrit per Pourchez et al. L'HPMC juga un paper en la retenció d'aigua.

3. Conclusió

(1) L'addició d'èter d'hidroxietilmetilcel·lulosa (HEMC) i èter de metilcel·lulosa (MC) pot canviar significativament la morfologia de l'ettringita en una pasta de ciment ordinària inicial (1 dia).

(2) La longitud i el diàmetre del cristall d'ettringita en la pasta de ciment modificada amb HEMC són petits i tenen forma de vareta curta; la relació longitud-diàmetre dels cristalls d'ettringita en la pasta de ciment modificada amb MC és gran, que té forma d'agulla. Els cristalls d'ettringita de les pastilles de ciment ordinàries tenen una relació d'aspecte entre aquestes dues.

(3) Els diferents efectes de dos èters de cel·lulosa sobre la morfologia de l'ettringita es deuen essencialment a la diferència de pes molecular.