Zelulosa eterra ettringita goiztiarraren morfologian

Hidroxietil metil zelulosa eterrek eta metil zelulosa eterrek zementu-nahaste goiztiarreko ettringitaren morfologian dituzten efektuak eskaneatze-mikroskopia elektronikoaren (SEM) bidez aztertu ziren. Emaitzek erakusten dute hidroxietil metil zelulosa eterrez aldatutako nahastean ettringita kristalen luzera-diametro erlazioa ohiko nahastean baino txikiagoa dela, eta ettringita kristalen morfologia hagaxka motzaren antzekoa dela. Metil zelulosa eterrez aldatutako nahastean ettringita kristalen luzera-diametro erlazioa ohiko nahastean baino handiagoa da, eta ettringita kristalen morfologia orratz-hagaxka da. Ohiko zementu-nahasteetako ettringita kristalek tarteko alderdi-erlazioa dute. Goiko ikerketa esperimentalaren bidez, argi dago bi zelulosa eter motaren pisu molekularraren aldea dela ettringitaren morfologian eragiten duen faktore garrantzitsuena.

Gako-hitzak:ettringita; Luzera-diametro erlazioa; Metil zelulosa eterra; Hidroxietil metil zelulosa eterra; morfologia

Etringitak, hidratazio produktu apur bat hedatu gisa, eragin nabarmena du zementu-hormigoiaren errendimenduan, eta beti izan da zementu-oinarritutako materialen ikerketa-gune nagusia. Etringita kaltzio aluminato hidrato trisulfuro motakoa da, bere formula kimikoa [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O da, edo 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O bezala idatz daiteke, askotan AFt bezala laburtua. Portland zementu sisteman, etringita batez ere igeltsuak aluminato edo burdin aluminato mineralekin erreakzionatzean sortzen da, eta horrek zementuaren hidratazioa eta erresistentzia goiztiarra atzeratzen ditu. Etringitaren eraketa eta morfologia faktore askok eragiten dute, hala nola tenperaturak, pH balioak eta ioien kontzentrazioa. 1976an, Metha et al. Mikroskopia elektronikoa erabili zuen AFt-ren ezaugarri morfologikoak aztertzeko, eta aurkitu zuten hidratazio-produktu zabaldu horien morfologia apur bat desberdina zela hazkuntza-espazioa nahikoa handia zenean eta espazioa mugatua zenean. Lehenengoak, gehienbat, orratz-hagaxka itxurako esferulak ziren, eta bigarrenak, berriz, prisma labur itxurako hagaxka. Yang Wenyanen ikerketak aurkitu zuen AFt formak desberdinak zirela sendatze-ingurune desberdinekin. Ingurune hezeek AFt-ren sorrera atzeratuko lukete hedapen-dopatutako hormigoian eta hormigoiaren puzte eta pitzadurak izateko aukera handituko lukete. Ingurune desberdinek ez dute AFt-ren eraketan eta mikroegituran eragiten bakarrik, baita bere bolumen-egonkortasunean ere. Chen Huxing et al.-ek aurkitu zuten AFt-ren epe luzeko egonkortasuna gutxitu egiten zela C3A edukia handitzen den heinean. Clark eta Monteiro et al.-ek aurkitu zuten ingurumen-presioa handitzen den heinean, AFt kristal-egitura ordenatik desordenara aldatzen zela. Balonis eta Glasser-ek AFm eta AFt-ren dentsitate-aldaketak berrikusi zituzten. Renaudin et al.-ek AFt-ren egitura-aldaketak aztertu zituzten disoluzioan murgildu aurretik eta ondoren, eta AFt-ren egitura-parametroak Raman espektroan. Kunther et al. CSH gelaren kaltzio-silizio erlazioaren eta sulfato ioiaren arteko elkarrekintzak AFt kristalizazio presioan duen eragina aztertu zuen NMR bidez. Aldi berean, zementuzko materialetan AFt-ren aplikazioan oinarrituta, Wenk et al.-ek hormigoi sekzioaren AFt kristalaren orientazioa aztertu zuten sinkrotroi erradiazio gogorraren X izpien difrakzio akabera teknologiaren bidez. AFt-ren eraketa zementu nahasian eta etringitaren ikerketa puntu beroa aztertu ziren. Etringitaren erreakzio atzeratuan oinarrituta, ikerlari batzuek ikerketa asko egin dituzte AFt fasearen kausari buruz.

Etringitaren sorrerak eragindako bolumen-hedapena batzuetan aldekoa da, eta magnesio oxidoaren hedapen-agentearen antzeko "hedapen" gisa joka dezake zementuzko materialen bolumen-egonkortasuna mantentzeko. Polimero-emultsioa eta birdispertsagarri den emultsio-hautsa gehitzeak zementuzko materialen propietate makroskopikoak aldatzen ditu, zementuzko materialen mikroegituran duten eragin nabarmenagatik. Hala ere, birdispertsagarri den emultsio-hautsa ez bezala, gogortutako morteroaren lotura-ezaugarria hobetzen duena batez ere, uretan disolbagarria den polimero-zelulosa eterrak (CE) mortero berriari ur-atxikipen eta loditze-efektu ona ematen dio, eta horrela lan-errendimendua hobetzen du. CE ez-ionikoa erabili ohi da, besteak beste, metilzelulosa (MC), hidroxietilzelulosa (HEC), hidroxipropil metilzelulosa (HPMC),hidroxietil metil zelulosa (HEMC), etab., eta CE-k zeregin bat du mortero berrian, baina zementu-lohiaren hidratazio-prozesuan ere eragiten du. Ikerketek erakutsi dute HEMC-k hidratazio-produktu gisa sortutako AFt-ren kantitatea aldatzen duela. Hala ere, ez dago CE-k AFt-ren morfologia mikroskopikoan duen eragina sistematikoki alderatu duen ikerketarik, beraz, lan honek HEMC-k eta MC-k ettringham-en morfologia mikroskopikoan duten eraginaren aldea aztertzen du hasierako (egun 1) zementu-lohian irudien analisi eta konparazioaren bidez.

1. Esperimentua

1.1 Lehengaiak

Anhui Conch Cement Co., LTD-k ekoitzitako P·II 52.5R Portland zementua aukeratu zen esperimenturako zementu gisa. Bi zelulosa eterrak hidroxietil metilzelulosa (HEMC) eta metilzelulosa (metilzelulosa, Shanghai Sinopath Group) dira, hurrenez hurren. MC); Nahasteko ura txorrotako ura da.

1.2 Metodo esperimentalak

Zementu-pasta laginaren ur-zementu erlazioa 0,4 izan zen (uraren eta zementuaren arteko masa-erlazioa), eta zelulosa eterraren edukia zementuaren masaren % 1 izan zen. Laginaren prestaketa GB1346-2011 "Uraren kontsumorako, sendotze-denborarako eta zementuaren koherentzia estandarraren egonkortasunerako proba-metodoa" araudiaren arabera egin zen. Lagina eratu ondoren, plastikozko film bat kapsulatu zen moldearen gainazalean, gainazaleko ura lurruntzea eta karbonizazioa saihesteko, eta lagina (20±2) ℃-ko tenperatura eta (60±5) %-ko hezetasun erlatiboarekin sendatzeko gela batean jarri zen. Egun bat igaro ondoren, moldea kendu eta lagina hautsi zen, ondoren, lagin txiki bat erditik hartu eta etanol anhidroan busti zen hidratazioa amaitzeko, eta lagina atera eta lehortu egin zen probatu aurretik. Lehortutako laginak lagin-mahaiari itsatsi ziren alde bikoitzeko itsasgarri eroalearekin, eta urre-film geruza bat ihinztatu zen gainazalean Cressington 108auto ioien ihinztadura automatikoko tresna erabiliz. Ihinztadura-korrontea 20 mA-koa izan zen eta ihinztadura-denbora 60 s-koa. FEI QUANTAFEG 650 ingurumen-eskailera-mikroskopio elektronikoa (ESEM) erabili zen AFt-ren ezaugarri morfologikoak lagin-sekzioan behatzeko. Hutsean dauden bigarren mailako elektroien modua erabili zen AFT behatzeko. Azelerazio-tentsioa 15 kV-koa izan zen, habe-puntuaren diametroa 3,0 nm-koa izan zen eta lan-distantzia 10 mm inguruan kontrolatu zen.

2. Emaitzak eta eztabaida

HEMCz aldatutako zementu-nahaste gogortuan egindako etringitaren SEM irudiek erakutsi zuten geruzadun Ca (OH)2(CH)-ren orientazio-hazkundea agerikoa zela, eta AFt-k hagaxka itxurako AFt laburren metaketa irregularra erakutsi zuen, eta hagaxka itxurako AFT labur batzuk HEMC mintz-egituraz estalita zeuden. Zhang Dongfang et al.-ek ere hagaxka itxurako AFt laburra aurkitu zuten HEMCz aldatutako zementu-nahastearen mikroegituraren aldaketak ESEM bidez behatzean. Uste zuten zementu-nahaste arruntak azkar erreakzionatzen zuela urarekin topo egin ondoren, beraz, AFt kristala mehea zela, eta hidratazio-adina luzatzeak luzera-diametro erlazioaren etengabeko igoera eragiten zuela. Hala ere, HEMC-k disoluzioaren biskositatea handitu zuen, disoluzioan ioien lotura-tasa murriztu zuen eta klinker partikulen gainazalean uraren etorrera atzeratu zuen, beraz, AFt-ren luzera-diametro erlazioa joera ahulean handitu zen eta bere ezaugarri morfologikoek hagaxka itxurako forma laburra erakutsi zuten. Adin bereko zementu-lohi arruntean dagoen AFt-arekin alderatuta, teoria hau partzialki egiaztatu da, baina ez da aplikagarria MCz aldatutako zementu-lohian dagoen AFt-aren aldaketa morfologikoak azaltzeko. Egun bateko gogortutako MCz aldatutako zementu-lohian dagoen ettriditaren SEM irudiek Ca(OH)2 geruzadun hazkunde orientatua ere erakutsi zuten, AFt gainazal batzuk MCren film-egituraz estalita zeuden, eta AFt-k klusterren hazkundearen ezaugarri morfologikoak erakutsi zituen. Hala ere, alderatuz gero, MCz aldatutako zementu-lohian dagoen AFt kristalak luzera-diametro erlazio handiagoa eta morfologia lirainagoa du, morfologia azikular tipikoa erakutsiz.

Bai HEMCk bai MCk zementuaren hidratazio-prozesu goiztiarra atzeratu eta disoluzioaren biskositatea handitu zuten, baina horiek eragindako AFt-ren ezaugarri morfologikoen arteko desberdintasunak oraindik ere esanguratsuak ziren. Goiko fenomenoak gehiago azaldu daitezke zelulosa eterren egitura molekularraren eta AFt kristal-egituraren ikuspegitik. Renaudin et al.-ek sintetizatutako AFt-a prestatutako alkali-disoluzioan busti zuten "AFt bustia" lortzeko, eta partzialki kendu eta CaCl2 disoluzio saturatuaren gainazalean lehortu zuten (% 35eko hezetasun erlatiboa) "AFt lehorra" lortzeko. Raman espektroskopia eta X izpien hauts-difrakzio bidezko egitura-finketaren azterketaren ondoren, ikusi zen ez zegoela desberdintasunik bi egituren artean, zelulen kristal-formazioaren norabidea bakarrik aldatu zen lehortze-prozesuan, hau da, "bustitik" "lehorrera" ingurumen-aldaketa prozesuan, AFt kristalek zelulak sortu zituzten a-ren norabide normalean pixkanaka handituz. c norabide normalean zeharratutako AFt kristalak gero eta gutxiago bihurtu ziren. Hiru dimentsioko espazioaren oinarrizko unitatea elkarren artean perpendikularrak diren lerro normal batez, b lerro normal batez eta c lerro normal batez osatuta dago. b normalak finkoak zirenean, AFt kristalak a normaletan zehar multzokatu ziren, eta horrek ab normalen planoan zelularen zeharkako sekzioa handitu zuen. Beraz, HEMC-ak MC-ak baino ur gehiago “gordetzen” badu, ingurune “lehor” bat gerta daiteke eremu lokalizatu batean, eta horrek AFt kristalen alboko agregazioa eta hazkundea sustatu zituen. Patural et al.-ek aurkitu zuten CE-rentzat berarentzat, zenbat eta polimerizazio-maila handiagoa izan (edo zenbat eta pisu molekularra handiagoa izan), orduan eta handiagoa zela CE-ren biskositate eta orduan eta hobea zela ura atxikitzeko errendimendua. HEMC-en eta MCS-en egitura molekularrak hipotesi hau babesten du, hidroxietil taldeak hidrogeno taldeak baino pisu molekular askoz handiagoa izanik.

Oro har, AFt kristalak sortu eta hauspeatu egingo dira ioi garrantzitsuek disoluzio-sisteman saturazio jakin batera iristen direnean bakarrik. Beraz, ioien kontzentrazioa, tenperatura, pH balioa eta erreakzio-disoluzioko eraketa-espazioa bezalako faktoreek AFt kristalen morfologian eragin handia izan dezakete, eta sintesi artifizialeko baldintzen aldaketek AFt kristalen morfologia alda dezakete. Beraz, zementu-nahaste arruntean bien arteko AFt kristalen arteko erlazioa zementuaren hidratazio goiztiarrean uraren kontsumoaren faktore bakarraren ondoriozkoa izan daiteke. Hala ere, HEMC eta MC-k eragindako AFt kristalen morfologian duten aldea batez ere haien ura atxikitzeko mekanismo bereziari zor zaio. Hemc-ek eta MCS-ek uraren garraioaren "begizta itxi" bat sortzen dute zementu-nahaste freskoaren mikrozonan, "denbora labur" bat ahalbidetuz, non ura "erraz sartzen den eta zaila ateratzen" den. Hala ere, aldi horretan, mikrozonaren barruko eta inguruko fase likidoaren ingurunea ere aldatzen da. Ioien kontzentrazioa, pH-a eta abar bezalako faktoreek hazkuntza-ingurunearen aldaketa AFt kristalen ezaugarri morfologikoetan islatzen da. Ur-garraioaren “zirkuitu itxi” hau Pourchez et al.-ek deskribatutako ekintza-mekanismoaren antzekoa da. HPMC-k uraren atxikipenean zeregina du.

3. Ondorioa

(1) Hidroxietil metil zelulosa eterra (HEMC) eta metil zelulosa eterra (MC) gehitzeak etringitaren morfologia nabarmen alda dezake hasierako (egun 1) zementu-nahaste arruntean.

(2) HEMC eraldatutako zementu-nahastean etringita kristalaren luzera eta diametroa txikiak dira eta hagaxka motzaren forma dute; MC eraldatutako zementu-nahastean etringita kristalen luzera eta diametroaren erlazioa handia da, hau da, orratz-hagaxka forma dute. Zementu-nahaste arruntetan dauden etringita kristalek bi horien arteko alderdi-erlazioa dute.

(3) Bi zelulosa eterrek ettringitaren morfologian duten eragin desberdina funtsean pisu molekularraren aldearen ondorio da.