Éter de celulosa en la morfología de la etringita temprana

Se estudiaron los efectos del éter de hidroxietil metilcelulosa y del éter de metilcelulosa sobre la morfología de la etringita en la lechada de cemento inicial mediante microscopía electrónica de barrido (MEB). Los resultados muestran que la relación longitud-diámetro de los cristales de etringita en la lechada modificada con éter de hidroxietil metilcelulosa es menor que en la lechada convencional, y la morfología de los cristales de etringita es de tipo varilla corta. La relación longitud-diámetro de los cristales de etringita en la lechada modificada con éter de metilcelulosa es mayor que en la lechada convencional, y la morfología de los cristales de etringita es de tipo aguja-varilla. Los cristales de etringita en las lechadas de cemento convencionales presentan una relación de aspecto intermedia. A través del estudio experimental anterior, queda claro que la diferencia de peso molecular de los dos tipos de éter de celulosa es el factor más importante que afecta la morfología de la etringita.

Palabras clave:etringita; relación longitud-diámetro; éter de metilcelulosa; éter de hidroxietilmetilcelulosa; morfología

La etringita, como producto de hidratación ligeramente expandido, tiene un efecto significativo en el rendimiento del hormigón de cemento y siempre ha sido el punto de interés de la investigación de materiales a base de cemento. La etringita es un tipo de hidrato de aluminato de calcio de tipo trisulfuro, su fórmula química es [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, o puede escribirse como 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, a menudo abreviado como AFt. En el sistema de cemento Portland, la etringita se forma principalmente por la reacción del yeso con minerales de aluminato o aluminato férrico, que desempeña el papel de retrasar la hidratación y la resistencia temprana del cemento. La formación y morfología de la etringita se ven afectadas por muchos factores como la temperatura, el valor de pH y la concentración de iones. Ya en 1976, Metha et al. Se utilizó microscopía electrónica de barrido para estudiar las características morfológicas de AFt, y se encontró que la morfología de estos productos de hidratación ligeramente expandidos era ligeramente diferente cuando el espacio de crecimiento era suficientemente grande y cuando el espacio era limitado. El primero era principalmente esférulas delgadas en forma de varilla de aguja, mientras que el segundo era principalmente prisma corto en forma de varilla. La investigación de Yang Wenyan encontró que las formas de AFt eran diferentes con diferentes entornos de curado. Los entornos húmedos retrasarían la generación de AFt en el hormigón dopado con expansión y aumentarían la posibilidad de hinchazón y agrietamiento del hormigón. Los diferentes entornos afectan no solo la formación y la microestructura de AFt, sino también su estabilidad volumétrica. Chen Huxing et al. encontraron que la estabilidad a largo plazo de AFt disminuía con el aumento del contenido de C3A. Clark y Monteiro et al. encontraron que con el aumento de la presión ambiental, la estructura cristalina de AFt cambió de orden a desorden. Balonis y Glasser revisaron los cambios de densidad de AFm y AFt. Renaudin et al. estudiaron los cambios estructurales de AFt antes y después de la inmersión en solución y los parámetros estructurales de AFt en el espectro Raman. Kunther et al. estudiaron el efecto de la interacción entre la relación calcio-silicio del gel CSH y el ion sulfato en la presión de cristalización de AFt mediante RMN. Al mismo tiempo, basándose en la aplicación de AFt en materiales a base de cemento, Wenk et al. estudiaron la orientación cristalina de AFt en secciones de hormigón mediante la tecnología de acabado de difracción de rayos X de radiación sincrotrón dura. Se exploró la formación de AFt en cemento mixto y el punto clave de investigación de la etringita. Basándose en la reacción retardada de la etringita, algunos investigadores han llevado a cabo numerosas investigaciones sobre la causa de la fase AFt.

La expansión de volumen causada por la formación de etringita a veces es favorable y puede actuar como un “expansor” similar al agente de expansión de óxido de magnesio para mantener la estabilidad de volumen de los materiales a base de cemento. La adición de emulsión de polímero y polvo de emulsión redispersable cambia las propiedades macroscópicas de los materiales a base de cemento debido a sus efectos significativos en la microestructura de los materiales a base de cemento. Sin embargo, a diferencia del polvo de emulsión redispersable que mejora principalmente la propiedad de unión del mortero endurecido, el polímero soluble en agua éter de celulosa (CE) proporciona al mortero recién mezclado una buena retención de agua y un efecto espesante, mejorando así el rendimiento de trabajo. El CE no iónico es comúnmente utilizado, incluyendo metilcelulosa (MC), hidroxietilcelulosa (HEC), hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC),hidroxietilmetilcelulosa (HEMC)etc., y CE desempeña un papel en el mortero recién mezclado, pero también afecta el proceso de hidratación de la lechada de cemento. Los estudios han demostrado que HEMC cambia la cantidad de AFt producido como producto de hidratación. Sin embargo, ningún estudio ha comparado sistemáticamente el efecto de CE en la morfología microscópica de AFt, por lo que este artículo explora la diferencia del efecto de HEMC y MC en la morfología microscópica de ettringham en lechada de cemento temprana (1 día) a través del análisis y la comparación de imágenes.

1. Experiment

1.1 Materias primas

Se seleccionó cemento Portland P·II 52.5R producido por Anhui Conch Cement Co., LTD como cemento para el experimento. Los dos éteres de celulosa son hidroxietilmetilcelulosa (HEMC) y metilcelulosa (metilcelulosa, Shanghai Sinopath Group), respectivamente. MC); El agua de mezcla es agua del grifo.

1.2 Métodos experimentales

La relación agua-cemento de la muestra de pasta de cemento fue de 0,4 (relación másica de agua a cemento), y el contenido de éter de celulosa fue del 1% de la masa de cemento. La preparación de la muestra se llevó a cabo de acuerdo con GB1346-2011 “Método de ensayo para el consumo de agua, el tiempo de fraguado y la estabilidad de la consistencia estándar del cemento”. Después de formar la muestra, se encapsuló una película plástica en la superficie del molde para evitar la evaporación del agua superficial y la carbonización, y la muestra se colocó en una cámara de curado con una temperatura de (20±2)℃ y una humedad relativa de (60±5) %. Después de 1 día, se retiró el molde y se rompió la muestra, luego se tomó una pequeña muestra del centro y se sumergió en etanol anhidro para detener la hidratación, y la muestra se extrajo y secó antes del ensayo. Las muestras secas se pegaron a la mesa de muestras con adhesivo conductor de doble cara, y se pulverizó una capa de película de oro sobre la superficie con el instrumento de pulverización iónica automática Cressington 108auto. La corriente de pulverización fue de 20 mA y el tiempo de pulverización fue de 60 s. Se utilizó un microscopio electrónico de barrido ambiental (ESEM) FEI QUANTAFEG 650 para observar las características morfológicas de AFt en la sección de la muestra. Se utilizó el modo de electrones secundarios de alto vacío para observar el AFT. El voltaje de aceleración fue de 15 kV, el diámetro del punto del haz fue de 3,0 nm y la distancia de trabajo se controló a unos 10 mm.

2. Resultados y discusión

Las imágenes SEM de etringita en lechada de cemento modificada con HEMC endurecida mostraron que el crecimiento orientado de Ca(OH)2(CH) en capas era evidente, y AFt mostró una acumulación irregular de AFt en forma de varilla corta, y algunas de las AFT en forma de varilla corta estaban cubiertas con la estructura de membrana de HEMC. Zhang Dongfang et al. también encontraron AFt en forma de varilla corta al observar los cambios de microestructura de la lechada de cemento modificada con HEMC a través de ESEM. Creían que la lechada de cemento ordinaria reaccionaba rápidamente después de entrar en contacto con el agua, por lo que el cristal de AFt era delgado, y la extensión de la edad de hidratación condujo al aumento continuo de la relación longitud-diámetro. Sin embargo, HEMC aumentó la viscosidad de la solución, redujo la tasa de unión de iones en la solución y retrasó la llegada del agua a la superficie de las partículas de clinker, por lo que la relación longitud-diámetro de AFt aumentó en una tendencia débil y sus características morfológicas mostraron una forma de varilla corta. Comparado con AFt en lechada de cemento ordinaria de la misma edad, esta teoría se ha verificado parcialmente, pero no es aplicable para explicar los cambios morfológicos de AFt en lechada de cemento modificada con MC. Las imágenes SEM de ettridita en lechada de cemento modificada con MC endurecida durante 1 día también mostraron un crecimiento orientado de Ca(OH)2 en capas, algunas superficies de AFt también estaban cubiertas con una estructura de película de MC, y AFt mostró características morfológicas de crecimiento en cúmulos. Sin embargo, en comparación, el cristal de AFt en lechada de cemento modificada con MC tiene una mayor relación longitud-diámetro y una morfología más delgada, mostrando una morfología acicular típica.

Tanto el HEMC como el MC retrasaron el proceso de hidratación temprana del cemento y aumentaron la viscosidad de la solución, pero las diferencias en las características morfológicas del AFt causadas por ellos seguían siendo significativas. Los fenómenos anteriores pueden elaborarse más desde la perspectiva de la estructura molecular del éter de celulosa y la estructura cristalina del AFt. Renaudin et al. sumergieron el AFt sintetizado en la solución alcalina preparada para obtener "AFt húmedo", y lo retiraron parcialmente y lo secaron en la superficie de una solución saturada de CaCl2 (35% de humedad relativa) para obtener "AFt seco". Después del estudio de refinamiento de la estructura mediante espectroscopia Raman y difracción de polvo de rayos X, se encontró que no había diferencia entre las dos estructuras, solo la dirección de formación de cristales de las celdas cambió en el proceso de secado, es decir, en el proceso de cambio ambiental de "húmedo" a "seco", los cristales de AFt formados celdas a lo largo de la dirección normal a aumentaron gradualmente. Los cristales de AFt a lo largo de la dirección normal c se volvieron cada vez menos. La unidad más básica del espacio tridimensional se compone de una línea normal a, una línea normal b y una línea normal c que son perpendiculares entre sí. En el caso de que las normales b fueran fijas, los cristales de AFt se agruparon a lo largo de las normales a, lo que resultó en una sección transversal celular ampliada en el plano de las normales ab. Por lo tanto, si el HEMC "almacena" más agua que el MC, puede ocurrir un ambiente "seco" en un área localizada, lo que fomenta la agregación lateral y el crecimiento de los cristales de AFt. Patural et al. encontraron que para el CE en sí, cuanto mayor es el grado de polimerización (o mayor es el peso molecular), mayor es la viscosidad del CE y mejor es el rendimiento de retención de agua. La estructura molecular de los HEMC y MCS respalda esta hipótesis, ya que el grupo hidroxietilo tiene un peso molecular mucho mayor que el grupo hidrógeno.

Generalmente, los cristales de AFt se forman y precipitan solo cuando los iones relevantes alcanzan cierta saturación en el sistema de solución. Por lo tanto, factores como la concentración de iones, la temperatura, el valor de pH y el espacio de formación en la solución de reacción pueden afectar significativamente la morfología de los cristales de AFt, y los cambios en las condiciones de síntesis artificial pueden modificar la morfología de los cristales de AFt. Por consiguiente, la proporción de cristales de AFt en la lechada de cemento ordinaria entre los dos puede deberse al único factor del consumo de agua en la hidratación inicial del cemento. Sin embargo, la diferencia en la morfología de los cristales de AFt causada por HEMC y MC debería deberse principalmente a su mecanismo especial de retención de agua. Los HEMC y MCS crean un "circuito cerrado" de transporte de agua dentro de la microzona de la lechada de cemento fresca, lo que permite un "período corto" en el que el agua es "fácil de entrar y difícil de salir". Sin embargo, durante este período, el entorno de la fase líquida dentro y cerca de la microzona también cambia. Factores como la concentración de iones, el pH, etc., El cambio del entorno de crecimiento se refleja además en las características morfológicas de los cristales de AFt. Este “bucle cerrado” de transporte de agua es similar al mecanismo de acción descrito por Pourchez et al. HPMC desempeña un papel en la retención de agua.

3. Conclusión

(1) La adición de éter de hidroxietil metilcelulosa (HEMC) y éter de metilcelulosa (MC) puede cambiar significativamente la morfología de la etringita en la lechada de cemento ordinaria temprana (1 día).

(2) La longitud y el diámetro del cristal de etringita en la lechada de cemento modificada con HEMC son pequeños y tienen forma de varilla corta; la relación longitud/diámetro de los cristales de etringita en la lechada de cemento modificada con MC es grande, y tienen forma de varilla de aguja. Los cristales de etringita en las lechadas de cemento ordinarias tienen una relación de aspecto entre estas dos.

(3) Los diferentes efectos de dos éteres de celulosa sobre la morfología de la etringita se deben esencialmente a la diferencia en el peso molecular.