Celluloseether på morfologien af ​​tidlig ettringit

Virkningerne af hydroxyethylmethylcelluloseether og methylcelluloseether på morfologien af ​​ettringit i tidlig cementopslæmning blev undersøgt ved hjælp af scanningselektronmikroskopi (SEM). Resultaterne viser, at længde-diameterforholdet af ettringitkrystaller i hydroxyethylmethylcelluloseether-modificeret opslæmning er mindre end i almindelig opslæmning, og morfologien af ​​ettringitkrystaller er kortstavlignende. Længde-diameterforholdet af ettringitkrystaller i methylcelluloseether-modificeret opslæmning er større end i almindelig opslæmning, og morfologien af ​​ettringitkrystaller er nålestavlignende. Ettringitkrystallerne i almindelige cementopslæmninger har et aspektforhold et sted midt imellem. Gennem ovenstående eksperimentelle undersøgelse er det yderligere klart, at forskellen i molekylvægt af to typer celluloseether er den vigtigste faktor, der påvirker morfologien af ​​ettringit.

Nøgleord:ettringit; forhold mellem længde og diameter; methylcelluloseether; hydroxyethylmethylcelluloseether; morfologi

Ettringit, som et let ekspanderet hydratiseringsprodukt, har en betydelig effekt på cementbetons ydeevne og har altid været det vigtigste forskningsfokus inden for cementbaserede materialer. Ettringit er en slags calciumaluminathydrat af trisulfidtypen, hvis kemiske formel er [Ca3Al(OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, eller kan skrives som 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, ofte forkortet AFt. I Portlandcement dannes ettringit hovedsageligt ved reaktion af gips med aluminat- eller jern(III)aluminatmineraler, som spiller en rolle i at forsinke hydratisering og tidlig styrke af cement. Dannelsen og morfologien af ​​ettringit påvirkes af mange faktorer såsom temperatur, pH-værdi og ionkoncentration. Allerede i 1976 brugte Metha et al. scanningselektronmikroskopi til at studere de morfologiske egenskaber ved AFt og fandt, at morfologien af ​​sådanne let ekspanderede hydratiseringsprodukter var en smule anderledes, når vækstrummet var stort nok, og når rummet var begrænset. Førstnævnte var for det meste slanke, nåleformede, stavformede kugler, mens sidstnævnte for det meste var et kort, stavformet prisme. Yang Wenyans forskning viste, at AFt-former var forskellige med forskellige hærdningsmiljøer. Våde miljøer ville forsinke AFt-generering i ekspansionsdoteret beton og øge risikoen for betonsvulmning og revner. Forskellige miljøer påvirker ikke kun dannelsen og mikrostrukturen af ​​AFt, men også dens volumenstabilitet. Chen Huxing et al. fandt, at den langsigtede stabilitet af AFt faldt med stigningen i C3A-indholdet. Clark og Monteiro et al. fandt, at med stigningen i miljøtrykket ændrede AFt-krystalstrukturen sig fra orden til uorden. Balonis og Glasser gennemgik densitetsændringerne af AFm og AFt. Renaudin et al. studerede de strukturelle ændringer af AFt før og efter nedsænkning i opløsning og de strukturelle parametre for AFt i Raman-spektret. Kunther et al. studerede effekten af ​​interaktionen mellem CSH-gel calcium-silicium-forholdet og sulfationer på AFt-krystallisationstrykket ved hjælp af NMR. Samtidig studerede Wenk et al., baseret på anvendelsen af ​​AFt i cementbaserede materialer, AFt-krystalorienteringen af ​​betonprofiler gennem hård synkrotronstrålings-røntgendiffraktion-efterbehandlingsteknologi. Dannelsen af ​​AFt i blandet cement og ettringits forsknings-hotspot blev undersøgt. Baseret på forsinket ettringitreaktion har nogle forskere udført en masse forskning i årsagen til AFt-fasen.

Volumenekspansionen forårsaget af dannelsen af ​​ettringit er undertiden gunstig, og den kan fungere som en "ekspansion" svarende til magnesiumoxidekspansionsmiddel for at opretholde volumenstabiliteten af ​​cementbaserede materialer. Tilsætningen af ​​polymeremulsion og redispergerbart emulsionspulver ændrer de makroskopiske egenskaber af cementbaserede materialer på grund af deres betydelige virkninger på mikrostrukturen af ​​cementbaserede materialer. I modsætning til det redispergerbare emulsionspulver, som primært forbedrer bindingsegenskaberne af hærdet mørtel, giver den vandopløselige polymercelluloseether (CE) den nyblandede mørtel dog god vandretention og fortykkelseseffekt, hvilket forbedrer arbejdsevnen. Ikke-ionisk CE anvendes almindeligvis, herunder methylcellulose (MC), hydroxyethylcellulose (HEC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC),hydroxyethylmethylcellulose (HEMC)osv., og CE spiller en rolle i nyblandet mørtel, men påvirker også hydratiseringsprocessen i cementslam. Undersøgelser har vist, at HEMC ændrer mængden af ​​AFt, der produceres som et hydratiseringsprodukt. Der er dog ingen undersøgelser, der systematisk har sammenlignet effekten af ​​CE på den mikroskopiske morfologi af AFt, så denne artikel undersøger forskellen i effekten af ​​HEMC og MC på den mikroskopiske morfologi af Ettringham i tidlig (1-dags) cementslam gennem billedanalyse og sammenligning.

1. Eksperiment

1.1 Råvarer

P·II 52.5R Portlandcement produceret af Anhui Conch Cement Co., LTD blev valgt som cement i eksperimentet. De to celluloseethere er henholdsvis hydroxyethylmethylcellulose (HEMC) og methylcellulose (methylcellulose, Shanghai Sinopath Group). MC); Blandevandet er postevand.

1.2 Eksperimentelle metoder

Vand-cementforholdet i cementpastaprøven var 0,4 (masseforholdet mellem vand og cement), og indholdet af celluloseether var 1% af cementens masse. Forberedelsen af ​​prøven blev udført i henhold til GB1346-2011 “Testmetode til vandforbrug, afbindingstid og stabilitet af cementstandardkonsistens”. Efter formning af prøven blev der indkapslet plastfilm på formens overflade for at forhindre fordampning og karbonisering af overfladevand, og prøven blev placeret i et hærdningsrum med en temperatur på (20±2)℃ og en relativ luftfugtighed på (60±5). Efter 1 dag blev formen fjernet, og prøven blev brudt, hvorefter en lille prøve blev taget fra midten og gennemblødt i vandfri ethanol for at afslutte hydreringen, og prøven blev taget ud og tørret før testning. De tørrede prøver blev limet til prøvebordet med ledende dobbeltklæbende klæbemiddel, og et lag guldfilm blev sprøjtet på overfladen med Cressington 108auto automatisk ionsputteringsinstrument. Sputterstrømmen var 20 mA, og sputtertiden var 60 s. FEI QUANTAFEG 650 miljøscanningselektronmikroskop (ESEM) blev brugt til at observere de morfologiske karakteristika af AFt på prøvesektionen. Højvakuum sekundærelektrontilstand blev brugt til at observere AFT. Accelerationsspændingen var 15 kV, strålepletdiameteren var 3,0 nm, og arbejdsafstanden blev kontrolleret til ca. 10 mm.

2. Resultater og diskussion

SEM-billeder af ettringit i hærdet HEMC-modificeret cementopslæmning viste, at orienteringsvæksten af ​​lagdelt Ca(OH)2(CH) var tydelig, og AFt viste uregelmæssig akkumulering af kort stavlignende AFt, og noget kort stavlignende AFT var dækket af HEMC-membranstruktur. Zhang Dongfang et al. fandt også kort stavlignende AFt, da de observerede mikrostrukturændringerne i HEMC-modificeret cementopslæmning gennem ESEM. De mente, at almindelig cementopslæmning reagerede hurtigt efter kontakt med vand, så AFt-krystallen var slank, og forlængelsen af ​​hydreringsalderen førte til en kontinuerlig stigning i længde-diameterforholdet. HEMC øgede imidlertid opløsningens viskositet, reducerede ionbindingshastigheden i opløsningen og forsinkede vandets ankomst til overfladen af ​​klinkerpartiklerne, så længde-diameterforholdet for AFt steg i en svag tendens, og dets morfologiske egenskaber viste en kort stavlignende form. Sammenlignet med AFt i almindelig cementopslæmning af samme alder er denne teori delvist blevet verificeret, men den er ikke anvendelig til at forklare de morfologiske ændringer af AFt i MC-modificeret cementopslæmning. SEM-billeder af ettridit i 1-dags hærdet MC-modificeret cementslam viste også orienteret vækst af lagdelt Ca(OH)2, nogle AFt-overflader var også dækket af filmstruktur af MC, og AFt viste morfologiske karakteristika for klyngevækst. Til sammenligning har AFt-krystaller i MC-modificeret cementslam dog et større længde-diameterforhold og en mere slank morfologi, hvilket viser en typisk acikulær morfologi.

Både HEMC og MC forsinkede cementens tidlige hydreringsproces og øgede opløsningens viskositet, men forskellene i AFt-morfologiske egenskaber forårsaget af dem var stadig betydelige. Ovenstående fænomener kan uddybes yderligere ud fra celluloseetherens molekylære struktur og AFt-krystalstrukturen. Renaudin et al. gennemvædede den syntetiserede AFt i den fremstillede alkaliske opløsning for at få "våd AFt", fjernede den delvist og tørrede den på overfladen af ​​en mættet CaCl2-opløsning (35% relativ fugtighed) for at få "tør AFt". Efter strukturforfiningsundersøgelsen ved hjælp af Raman-spektroskopi og røntgenpulverdiffraktion blev det konstateret, at der ikke var nogen forskel mellem de to strukturer, kun retningen af ​​krystaldannelsen af ​​celler ændrede sig i tørreprocessen, dvs. i processen med miljøændring fra "våd" til "tør", dannede AFt-krystaller celler langs normalretningen og steg gradvist. AFt-krystallerne langs c-normalretningen blev færre og færre. Den mest grundlæggende enhed i tredimensionelt rum er sammensat af en normallinje, b-normallinje og c-normallinje, som er vinkelrette på hinanden. I tilfælde af at b-normaler var fikserede, klyngede AFt-krystaller sig langs a-normaler, hvilket resulterede i et forstørret celletværsnit i ab-normalplanet. Hvis HEMC således "lagrer" mere vand end MC, kan der opstå et "tørt" miljø i et lokaliseret område, hvilket fremmer lateral aggregering og vækst af AFt-krystaller. Patural et al. fandt, at for CE i sig selv gælder det, at jo højere polymerisationsgraden (eller jo større molekylvægten er), desto større er viskositeten af ​​CE og desto bedre er vandretentionsevnen. Den molekylære struktur af HEMC'er og MCS understøtter denne hypotese, hvor hydroxyethylgruppen har en meget større molekylvægt end hydrogengruppen.

Generelt vil AFt-krystaller kun dannes og udfældes, når relevante ioner når en vis mætning i opløsningssystemet. Derfor kan faktorer som ionkoncentration, temperatur, pH-værdi og dannelsesrum i reaktionsopløsningen påvirke morfologien af ​​AFt-krystaller betydeligt, og ændringer i kunstige syntesebetingelser kan ændre morfologien af ​​AFt-krystaller. Derfor kan forholdet mellem AFt-krystaller i almindelig cementopslæmning mellem de to skyldes den enkelte faktor vandforbrug i den tidlige hydrering af cement. Forskellen i AFt-krystalmorfologi forårsaget af HEMC og MC bør dog primært skyldes deres særlige vandretentionsmekanisme. Hemcs og MCS skaber en "lukket kredsløb" af vandtransport inden for mikrozonen af ​​den friske cementopslæmning, hvilket giver mulighed for en "kort periode", hvor vand er "let at komme ind og vanskeligt at få ud". I denne periode ændres imidlertid også væskefasemiljøet i og nær mikrozonen. Faktorer som ionkoncentration, pH osv. Ændringen i vækstmiljøet afspejles yderligere i de morfologiske egenskaber ved AFt-krystaller. Denne "lukkede cirkel" af vandtransport ligner den virkningsmekanisme, der er beskrevet af Pourchez et al. HPMC spiller en rolle i vandretention.

3. Konklusion

(1) Tilsætning af hydroxyethylmethylcelluloseether (HEMC) og methylcelluloseether (MC) kan ændre morfologien af ​​ettringit i tidlig (1 dag) almindelig cementopslæmning betydeligt.

(2) Længden og diameteren af ​​ettringitkrystaller i HEMC-modificeret cementopslæmning er små og stavformede; forholdet mellem længde og diameter af ettringitkrystaller i MC-modificeret cementopslæmning er stort, hvilket er nåleformet. Ettringitkrystallerne i almindelige cementopslæmninger har et aspektforhold mellem disse to.

(3) De forskellige virkninger af to celluloseethere på ettringits morfologi skyldes i det væsentlige forskellen i molekylvægt.