Tsellulooseetri mõju varajase ettringiidi morfoloogiale

Hüdroksüetüülmetüültsellulooseetri ja metüültsellulooseetri mõju ettringiidi morfoloogiale varases tsemendisuspensioonis uuriti skaneeriva elektronmikroskoopia (SEM) abil. Tulemused näitavad, et hüdroksüetüülmetüültsellulooseetriga modifitseeritud suspensioonis on ettringiidi kristallide pikkuse ja läbimõõdu suhe väiksem kui tavalises suspensioonis ning ettringiidi kristallide morfoloogia on lühike, vardakujuline. Metüültsellulooseetriga modifitseeritud suspensioonis on ettringiidi kristallide pikkuse ja läbimõõdu suhe suurem kui tavalises suspensioonis ning ettringiidi kristallide morfoloogia on nõelvardakujuline. Tavaliste tsemendisuspensioonide ettringiidi kristallide pikkus-läbimõõdu suhe on kuskil vahepealne. Ülaltoodud eksperimentaalse uuringu põhjal on selge, et kahe tüüpi tsellulooseetri molekulmassi erinevus on kõige olulisem tegur, mis mõjutab ettringiidi morfoloogiat.

Märksõnad:ettringiit; pikkuse ja läbimõõdu suhe; metüültselluloosi eeter; hüdroksüetüülmetüültselluloosi eeter; morfoloogia

Ettringiit kui kergelt paisunud hüdratsiooniprodukt mõjutab oluliselt tsemendibetooni toimivust ning on alati olnud tsemendipõhiste materjalide uurimise keskpunkt. Ettringiit on teatud tüüpi trisulfiid-tüüpi kaltsiumaluminaathüdraat, mille keemiline valem on [Ca3Al(OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O või seda võib kirjutada kui 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, sageli lühendatult AFt. Portlandtsemendi süsteemis moodustub ettringiit peamiselt kipsi reaktsioonil aluminaadi või raud(III)aluminaatmineraalidega, millel on roll hüdratsiooni ja tsemendi varajase tugevuse edasilükkamisel. Ettringiidi moodustumist ja morfoloogiat mõjutavad paljud tegurid, näiteks temperatuur, pH väärtus ja ioonide kontsentratsioon. Juba 1976. aastal uurisid Metha jt skaneerivat elektronmikroskoopiat AFt morfoloogilisi omadusi ja leidsid, et selliste kergelt paisunud hüdratsiooniproduktide morfoloogia oli veidi erinev, kui kasvuruum oli piisavalt suur ja kui ruum oli piiratud. Esimene neist oli enamasti peenikesed nõelakujulised sfäärid, teine ​​aga enamasti lühike vardakujuline prisma. Yang Wenyani uurimus näitas, et AFt vormid olid erinevates kõvenemiskeskkondades erinevad. Märg keskkond lükkas AFt teket paisumisega legeeritud betoonis edasi ja suurendas betooni paisumise ja pragunemise võimalust. Erinevad keskkonnad mõjutavad mitte ainult AFt moodustumist ja mikrostruktuuri, vaid ka selle mahu stabiilsust. Chen Huxing jt leidsid, et AFt pikaajaline stabiilsus vähenes C3A sisalduse suurenemisega. Clark ja Monteiro jt leidsid, et keskkonnarõhu suurenemisega muutus AFt kristallstruktuur korrastatust korrastatuks. Balonis ja Glasser vaatasid läbi AFm ja AFt tiheduse muutused. Renaudin jt uurisid AFt struktuurimuutusi enne ja pärast lahusesse kastmist ning AFt struktuuriparameetreid Ramani spektris. Kunther jt uurisid CSH geeli kaltsiumi-räni suhte ja sulfaatiooni vahelise interaktsiooni mõju AFt kristallisatsioonirõhule NMR abil. Samal ajal, tuginedes AFt kasutamisele tsemendipõhistes materjalides, Wenk jt... Uuriti betoonsektsiooni AFt kristallide orientatsiooni kõva sünkrotronkiirguse röntgendifraktsiooni viimistlustehnoloogia abil. Uuriti AFt moodustumist segatsemendis ja ettringiidi uurimiskeskset kohta. Hilinenud ettringiidi reaktsiooni põhjal on mõned teadlased läbi viinud palju uuringuid AFt faasi põhjuse kohta.

Ettringiidi moodustumisest tingitud mahupaisumine on mõnikord soodne ja see võib toimida sarnaselt magneesiumoksiidi paisumisainega „paisumisena“, et säilitada tsemendipõhiste materjalide mahu stabiilsust. Polümeeremulsiooni ja redispergeeruva emulsioonpulbri lisamine muudab tsemendipõhiste materjalide makroskoopilisi omadusi, kuna need avaldavad olulist mõju tsemendipõhiste materjalide mikrostruktuurile. Erinevalt redispergeeruvast emulsioonpulbrist, mis parandab peamiselt kõvenenud mördi nakkuvust, annab vees lahustuv polümeertsellulooseeter (CE) äsja segatud mördile hea veepeetuse ja paksendava efekti, parandades seeläbi tööomadusi. Tavaliselt kasutatakse mitteioonseid CE-sid, sealhulgas metüültselluloosi (MC), hüdroksüetüültselluloosi (HEC), hüdroksüpropüülmetüültselluloosi (HPMC).hüdroksüetüülmetüültselluloos (HEMC)jne, ning CE mängib rolli äsja segatud mördis, aga mõjutab ka tsemendisuspensiooni hüdratsiooniprotsessi. Uuringud on näidanud, et HEMC muudab hüdratsiooniproduktina tekkiva AFt hulka. Siiski pole ükski uuring süstemaatiliselt võrrelnud CE mõju AFt mikroskoopilisele morfoloogiale, seega uurib see artikkel HEMC ja MC mõju erinevust Ettringhami mördi mikroskoopilisele morfoloogiale varajases (1-päevases) tsemendisuspensioonis pildianalüüsi ja võrdluse abil.

1. Katse

1.1 Toorained

Katses valiti tsemendiks Anhui Conch Cement Co., LTD toodetud portlandtsement P·II 52.5R. Kaks tsellulooseetrit on vastavalt hüdroksüetüülmetüültselluloos (HEMC) ja metüültselluloos (metüültselluloos, Shanghai Sinopath Group). MC); Segamisvesi on kraanivesi.

1.2 Eksperimentaalsed meetodid

Tsemendipasta proovi vee-tsemendi suhe oli 0,4 (vee ja tsemendi massi suhe) ja tsellulooseetri sisaldus oli 1% tsemendi massist. Proovi ettevalmistamine viidi läbi vastavalt standardile GB1346-2011 „Vee tarbimise, tardumisaja ja tsemendi standardkonsistentsi stabiilsuse katsemeetod“. Pärast proovi vormimist kapseldati vormi pinnale plastkile, et vältida pinnavee aurustumist ja karboniseerumist, ning proov asetati kõvenemisruumi temperatuuriga (20±2) ℃ ja suhtelise õhuniiskusega (60±5)%. Ühe päeva pärast eemaldati vorm ja proov purustati, seejärel võeti keskelt väike proov ja leotati veevabas etanoolis hüdratsiooni lõpetamiseks ning proov võeti välja ja kuivatati enne testimist. Kuivatatud proovid liimiti proovilauale juhtiva kahepoolse liimiga ja pinnale pihustati kuldkile kiht Cressington 108auto automaatse ioonpihustusinstrumendiga. Pihustusvool oli 20 mA ja pihustamisaeg 60 sekundit. AFt morfoloogiliste omaduste jälgimiseks proovilõigul kasutati FEI QUANTAFEG 650 keskkonna skaneerivat elektronmikroskoopi (ESEM). AFT jälgimiseks kasutati kõrgvaakumi sekundaarset elektronrežiimi. Kiirenduspinge oli 15 kV, kiirepunkti läbimõõt oli 3,0 nm ja töökaugus oli umbes 10 mm.

2. Tulemused ja arutelu

Kõvenenud HEMC-modifitseeritud tsemendisuspensioonis oleva ettringiidi SEM-kujutised näitasid, et kihilise Ca(OH)2(CH3)2 orientatsioonikasv oli ilmne ning AFt näitas lühikeste vardataoliste AFt-de ebaregulaarset akumuleerumist ning osa lühikestest vardataolistest AFT-dest oli kaetud HEMC membraanstruktuuriga. Zhang Dongfang jt. leidsid samuti lühikesi vardataolisi AFt-sid, jälgides HEMC-modifitseeritud tsemendisuspensiooni mikrostruktuuri muutusi ESEM-i abil. Nad uskusid, et tavaline tsemendisuspensioon reageeris pärast veega kokkupuudet kiiresti, mistõttu AFt kristall oli õhuke ja hüdratsiooniaja pikenemine viis pikkuse ja läbimõõdu suhte pideva suurenemiseni. HEMC aga suurendas lahuse viskoossust, vähendas ioonide sidumiskiirust lahuses ja lükkas vee saabumist klinkriosakeste pinnale, mistõttu AFt pikkuse ja läbimõõdu suhe suurenes nõrgalt ja selle morfoloogilised omadused näitasid lühikese vardataolist kuju. Võrreldes sama vanuse tavalise tsemendisuspensiooni AFt-ga on see teooria osaliselt kinnitust leidnud, kuid see ei ole rakendatav AFt morfoloogiliste muutuste selgitamiseks MC-modifitseeritud tsemendisuspensioonis. 1-päevaselt kõvenenud MC-modifitseeritud tsemendisuspensioonis oleva ettridiidi SEM-kujutised näitasid samuti kihilise Ca(OH)2 orienteeritud kasvu, mõned AFt pinnad olid kaetud MC kilestruktuuriga ja AFt näitasid klastrite kasvu morfoloogilisi tunnuseid. Võrdluseks, MC-modifitseeritud tsemendisuspensiooni AFt kristallidel on aga suurem pikkuse ja läbimõõdu suhe ning saledam morfoloogia, näidates tüüpilist nõelja morfoloogiat.

Nii HEMC kui ka MC aeglustasid tsemendi varajast hüdratsiooniprotsessi ja suurendasid lahuse viskoossust, kuid nende põhjustatud erinevused AFt morfoloogilistes omadustes olid siiski märkimisväärsed. Ülaltoodud nähtusi saab edasi arendada tsellulooseetri molekulaarstruktuuri ja AFt kristallstruktuuri vaatenurgast. Renaudin jt leotasid sünteesitud AFt-d ettevalmistatud leeliselahuses, et saada „märg AFt“, ja eemaldasid selle osaliselt ning kuivatasid küllastunud CaCl2 lahuse pinnal (35% suhteline õhuniiskus), et saada „kuiva AFt“. Pärast struktuuri täpsustamise uuringut Ramani spektroskoopia ja röntgenpulberdifraktsiooni abil leiti, et kahe struktuuri vahel ei olnud erinevust, vaid kuivamisprotsessi käigus muutus kristallide moodustumise suund, st keskkonna muutumisel „märjast“ „kuivaks“ suurenesid AFt kristallide rakud piki a normaaljoont järk-järgult. AFt kristallid piki c normaaljoont vähenesid üha. Kolmemõõtmelise ruumi kõige põhilisem ühik koosneb teineteisega risti olevast normaaljoonest, b normaaljoonest ja c normaaljoonest. Juhul kui b-normaalid olid fikseeritud, kogunesid AFt-kristallid piki a-normaali, mille tulemuseks oli suurenenud raku ristlõige ab-normaalide tasapinnas. Seega, kui HEMC "ladustab" rohkem vett kui MC, võib lokaliseeritud piirkonnas tekkida "kuiv" keskkond, mis soodustab AFt-kristallide külgmist agregatsiooni ja kasvu. Patural jt leidsid, et CE enda puhul, mida kõrgem on polümerisatsiooniaste (või mida suurem on molekulmass), seda suurem on CE viskoossus ja seda parem on veepeetusvõime. HEMC-de ja MCS-ide molekulaarstruktuur toetab seda hüpoteesi, kusjuures hüdroksüetüülrühmal on palju suurem molekulmass kui vesinikrühmal.

Üldiselt moodustuvad ja sadestuvad AFt kristallid ainult siis, kui vastavad ioonid saavutavad lahuses teatud küllastuse. Seetõttu võivad sellised tegurid nagu ioonide kontsentratsioon, temperatuur, pH väärtus ja moodustumisruum reaktsioonilahuses oluliselt mõjutada AFt kristallide morfoloogiat ning kunstliku sünteesi tingimuste muutused võivad muuta AFt kristallide morfoloogiat. Seega võib tavalises tsemendisuspensioonis AFt kristallide suhe nende kahe vahel olla põhjustatud ühest tegurist – vee tarbimisest tsemendi varajases hüdratsioonis. HEMC ja MC põhjustatud AFt kristallide morfoloogia erinevus peaks aga tulenema peamiselt nende erilisest veepeetusmehhanismist. Hemcs ja MCS loovad värske tsemendisuspensiooni mikrotsoonis veetranspordi "suletud ahela", mis võimaldab "lühikest perioodi", mille jooksul vesi on "kerge sisse pääseda ja raske välja pääseda". Selle aja jooksul muutub aga ka mikrotsoonis ja selle lähedal olev vedelfaasi keskkond. Sellised tegurid nagu ioonide kontsentratsioon, pH jne. Kasvukeskkonna muutus kajastub veelgi AFt kristallide morfoloogilistes omadustes. See veetranspordi "suletud ring" on sarnane Pourchez jt kirjeldatud toimemehhanismiga. HPMC mängib rolli veepeetuses.

3. Kokkuvõte

(1) Hüdroksüetüülmetüültsellulooseetri (HEMC) ja metüültsellulooseetri (MC) lisamine võib oluliselt muuta ettringiidi morfoloogiat varases (1-päevases) tavalises tsemendisuspensioonis.

(2) HEMC-modifitseeritud tsemendisuspensioonis olevate ettringiidikristallide pikkus ja läbimõõt on väikesed ja lühikese varda kujulised; MC-modifitseeritud tsemendisuspensioonis olevate ettringiidikristallide pikkuse ja läbimõõdu suhe on suur, mis tähendab nõelvarda kuju. Tavalistes tsemendisuspensioonides on ettringiidikristallide pikkus ja läbimõõt nende kahe vahel.

(3) Kahe tsellulooseetri erinev mõju ettringiidi morfoloogiale tuleneb peamiselt molekulmassi erinevusest.