प्रारंभिक एट्रिंगाइट की आकृति विज्ञान पर सेल्युलोज ईथर का प्रभाव

प्रारंभिक सीमेंट स्लरी में एट्रिंगाइट की आकृति विज्ञान पर हाइड्रॉक्सीएथिल मिथाइल सेलुलोज ईथर और मिथाइल सेलुलोज ईथर के प्रभावों का अध्ययन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) द्वारा किया गया। परिणामों से पता चलता है कि हाइड्रॉक्सीएथिल मिथाइल सेलुलोज ईथर से संशोधित स्लरी में एट्रिंगाइट क्रिस्टलों का लंबाई-व्यास अनुपात सामान्य स्लरी की तुलना में कम होता है, और एट्रिंगाइट क्रिस्टलों की आकृति लघु छड़ जैसी होती है। मिथाइल सेलुलोज ईथर से संशोधित स्लरी में एट्रिंगाइट क्रिस्टलों का लंबाई-व्यास अनुपात सामान्य स्लरी की तुलना में अधिक होता है, और एट्रिंगाइट क्रिस्टलों की आकृति सुई-छड़ जैसी होती है। सामान्य सीमेंट स्लरी में एट्रिंगाइट क्रिस्टलों का पहलू अनुपात इन दोनों के बीच कहीं होता है। उपरोक्त प्रायोगिक अध्ययन से यह और स्पष्ट हो जाता है कि दो प्रकार के सेलुलोज ईथर के आणविक भार का अंतर एट्रिंगाइट की आकृति विज्ञान को प्रभावित करने वाला सबसे महत्वपूर्ण कारक है।

प्रमुख शब्द:एट्रिंगाइट; लंबाई-व्यास अनुपात; मिथाइल सेलुलोज ईथर; हाइड्रॉक्सीएथिल मिथाइल सेलुलोज ईथर; आकृति विज्ञान

एट्रिंगाइट, एक हल्के विस्तारित जलयोजन उत्पाद के रूप में, सीमेंट कंक्रीट के प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है और हमेशा से सीमेंट-आधारित सामग्रियों के अनुसंधान का केंद्र रहा है। एट्रिंगाइट एक प्रकार का ट्राइसल्फाइड प्रकार का कैल्शियम एल्यूमिनेट हाइड्रेट है, इसका रासायनिक सूत्र [Ca3Al(OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O है, या इसे 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O के रूप में भी लिखा जा सकता है, जिसे अक्सर AFt के रूप में संक्षिप्त किया जाता है। पोर्टलैंड सीमेंट प्रणाली में, एट्रिंगाइट मुख्य रूप से जिप्सम की एल्यूमिनेट या फेरिक एल्यूमिनेट खनिजों के साथ प्रतिक्रिया से बनता है, जो जलयोजन में देरी और सीमेंट की प्रारंभिक मजबूती में भूमिका निभाता है। एट्रिंगाइट के निर्माण और आकारिकी पर तापमान, पीएच मान और आयन सांद्रता जैसे कई कारकों का प्रभाव पड़ता है। सन् 1976 में, मेथ एट अल. स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके AFt की रूपात्मक विशेषताओं का अध्ययन किया गया और पाया गया कि ऐसे थोड़े विस्तारित जलयोजन उत्पादों की आकृति तब थोड़ी भिन्न होती है जब वृद्धि स्थान पर्याप्त बड़ा होता है और जब स्थान सीमित होता है। पहले प्रकार के उत्पाद अधिकतर पतले सुई-छड़ के आकार के गोलाकार होते हैं, जबकि दूसरे प्रकार के उत्पाद अधिकतर छोटे छड़ के आकार के प्रिज्म होते हैं। यांग वेनयान के शोध में पाया गया कि विभिन्न उपचार वातावरणों में AFt के रूप भिन्न होते हैं। नम वातावरण विस्तार-मिश्रित कंक्रीट में AFt के निर्माण में देरी करते हैं और कंक्रीट के फूलने और दरार पड़ने की संभावना को बढ़ाते हैं। विभिन्न वातावरण न केवल AFt के निर्माण और सूक्ष्म संरचना को प्रभावित करते हैं, बल्कि इसकी आयतन स्थिरता को भी प्रभावित करते हैं। चेन हुक्सिंग एट अल. ने पाया कि C3A सामग्री की वृद्धि के साथ AFt की दीर्घकालिक स्थिरता कम हो जाती है। क्लार्क और मोंटेइरो एट अल. ने पाया कि पर्यावरणीय दबाव में वृद्धि के साथ, AFt क्रिस्टल संरचना व्यवस्थित से अव्यवस्थित में बदल जाती है। बैलोनिस और ग्लासर ने AFm और AFt के घनत्व परिवर्तनों की समीक्षा की। रेनॉडिन एट अल. विलयन में डुबोने से पहले और बाद में AFt के संरचनात्मक परिवर्तनों और रमन स्पेक्ट्रम में AFt के संरचनात्मक मापदंडों का अध्ययन किया गया। कुंथर एट अल. ने NMR द्वारा CSH जेल कैल्शियम-सिलिकॉन अनुपात और सल्फेट आयन के बीच परस्पर क्रिया के AFt क्रिस्टलीकरण दबाव पर प्रभाव का अध्ययन किया। साथ ही, सीमेंट-आधारित सामग्रियों में AFt के अनुप्रयोग के आधार पर, वेंक एट अल. ने हार्ड सिंक्रोट्रॉन विकिरण एक्स-रे विवर्तन परिष्करण तकनीक के माध्यम से कंक्रीट सेक्शन के AFt क्रिस्टल अभिविन्यास का अध्ययन किया। मिश्रित सीमेंट में AFt के निर्माण और एटिंग्राइट के अनुसंधान के प्रमुख क्षेत्रों का पता लगाया गया। विलंबित एटिंग्राइट प्रतिक्रिया के आधार पर, कुछ विद्वानों ने AFt चरण के कारण पर बहुत सारे शोध किए हैं।

एट्रिंगाइट के निर्माण के कारण होने वाला आयतन विस्तार कभी-कभी लाभकारी होता है, और यह सीमेंट-आधारित सामग्रियों की आयतन स्थिरता बनाए रखने के लिए मैग्नीशियम ऑक्साइड विस्तार एजेंट के समान "विस्तार" के रूप में कार्य कर सकता है। पॉलीमर इमल्शन और पुनर्विक्षेपणीय इमल्शन पाउडर के मिलाने से सीमेंट-आधारित सामग्रियों के सूक्ष्म संरचना पर महत्वपूर्ण प्रभाव के कारण उनके स्थूल गुणों में परिवर्तन होता है। हालांकि, पुनर्विक्षेपणीय इमल्शन पाउडर मुख्य रूप से कठोर मोर्टार के बंधन गुण को बढ़ाता है, जबकि जल-घुलनशील पॉलीमर सेलुलोज ईथर (CE) नए मिश्रित मोर्टार को अच्छा जल प्रतिधारण और गाढ़ापन प्रदान करता है, जिससे कार्य प्रदर्शन में सुधार होता है। आमतौर पर गैर-आयनिक CE का उपयोग किया जाता है, जिसमें मिथाइल सेलुलोज (MC), हाइड्रॉक्सीएथिल सेलुलोज (HEC), हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइल सेलुलोज (HPMC) शामिल हैं।हाइड्रॉक्सीएथिल मिथाइल सेलुलोज (HEMC)आदि, और सीई नए मिश्रित मोर्टार में भूमिका निभाता है, लेकिन सीमेंट स्लरी की जलयोजन प्रक्रिया को भी प्रभावित करता है। अध्ययनों से पता चला है कि एचईएमसी जलयोजन उत्पाद के रूप में उत्पादित एट्रिंघम फाइबर (AFt) की मात्रा को बदलता है। हालांकि, एट्रिंघम फाइबर (AFt) की सूक्ष्म आकृति विज्ञान पर सीई के प्रभाव की व्यवस्थित रूप से तुलना करने वाले कोई अध्ययन नहीं हैं, इसलिए यह शोधपत्र छवि विश्लेषण और तुलना के माध्यम से प्रारंभिक (1-दिन) सीमेंट स्लरी में एट्रिंघम फाइबर (ETTRINGHAM) की सूक्ष्म आकृति विज्ञान पर एचईएमसी और एमसी के प्रभाव के अंतर का पता लगाता है।

1. प्रयोग

1.1 कच्चा माल

प्रयोग में उपयोग के लिए अनहुई कोंच सीमेंट कंपनी लिमिटेड द्वारा उत्पादित पी·II 52.5आर पोर्टलैंड सीमेंट को चुना गया। दो सेल्युलोज ईथर क्रमशः हाइड्रॉक्सीएथिल मिथाइलसेलुलोज (HEMC) और मिथाइलसेलुलोज (मिथाइलसेलुलोज, शंघाई सिनोपैथ ग्रुप) हैं। मिश्रण के लिए नल का पानी इस्तेमाल किया गया।

1.2 प्रायोगिक विधियाँ

सीमेंट पेस्ट के नमूने का जल-सीमेंट अनुपात 0.4 (जल और सीमेंट का द्रव्यमान अनुपात) था, और सेल्युलोज ईथर की मात्रा सीमेंट के द्रव्यमान का 1% थी। नमूने का निर्माण GB1346-2011 “सीमेंट मानक स्थिरता के जल उपभोग, सेटिंग समय और स्थिरता के परीक्षण की विधि” के अनुसार किया गया। नमूना तैयार करने के बाद, सतह पर जल के वाष्पीकरण और कार्बनीकरण को रोकने के लिए साँचे की सतह पर प्लास्टिक फिल्म लगाई गई, और नमूने को (20±2)℃ तापमान और (60±5)% सापेक्ष आर्द्रता वाले क्योरिंग कक्ष में रखा गया। 1 दिन बाद, साँचे को हटा दिया गया और नमूने को तोड़कर, बीच से एक छोटा सा नमूना लिया गया और जलयोजन को रोकने के लिए उसे निर्जल इथेनॉल में भिगोया गया, और परीक्षण से पहले नमूने को निकालकर सुखाया गया। सूखे नमूनों को चालक दोहरी तरफा चिपकने वाले पदार्थ से नमूना मेज पर चिपकाया गया, और क्रेसिंगटन 108 ऑटोमेटिक आयन स्पटरिंग उपकरण द्वारा सतह पर सोने की परत चढ़ाई गई। स्पटरिंग धारा 20 mA और स्पटरिंग समय 60 सेकंड था। नमूने के भाग पर AFt की आकारिकी विशेषताओं का अवलोकन करने के लिए FEI QUANTAFEG 650 पर्यावरण स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (ESEM) का उपयोग किया गया। AFT का अवलोकन करने के लिए उच्च निर्वात द्वितीयक इलेक्ट्रॉन मोड का उपयोग किया गया। त्वरण वोल्टेज 15 kV, बीम स्पॉट व्यास 3.0 nm और कार्य दूरी लगभग 10 mm पर नियंत्रित की गई।

2. परिणाम और चर्चा

कठोर किए गए HEMC-संशोधित सीमेंट घोल में एटिंगाइट की SEM छवियों से पता चला कि स्तरित Ca(OH)2(CH) की अभिविन्यास वृद्धि स्पष्ट थी, और AFt में छोटी छड़ जैसी संरचनाओं का अनियमित संचय देखा गया, और कुछ छोटी छड़ जैसी संरचनाएं HEMC झिल्ली संरचना से ढकी हुई थीं। झांग डोंगफैंग और अन्य ने भी ESEM के माध्यम से HEMC-संशोधित सीमेंट घोल के सूक्ष्मसंरचना परिवर्तनों का अवलोकन करते हुए छोटी छड़ जैसी संरचनाएं पाईं। उनका मानना ​​था कि साधारण सीमेंट घोल पानी के संपर्क में आने के बाद तेजी से प्रतिक्रिया करता है, इसलिए AFt क्रिस्टल पतला होता है, और जलयोजन की अवधि बढ़ने से लंबाई-व्यास अनुपात में लगातार वृद्धि होती है। हालांकि, HEMC ने घोल की चिपचिपाहट को बढ़ाया, घोल में आयनों के बंधन की दर को कम किया और क्लिंकर कणों की सतह पर पानी के पहुंचने में देरी की, इसलिए AFt का लंबाई-व्यास अनुपात धीमी गति से बढ़ा और इसकी आकारिकी विशेषताओं ने छोटी छड़ जैसी आकृति दिखाई। समान आयु के साधारण सीमेंट घोल में पाए जाने वाले AFt की तुलना में, यह सिद्धांत आंशिक रूप से सत्यापित हुआ है, लेकिन यह MC संशोधित सीमेंट घोल में AFt के आकारिकीय परिवर्तनों की व्याख्या करने के लिए लागू नहीं होता है। 1 दिन में कठोर हुए MC संशोधित सीमेंट घोल में एट्रीडाइट की SEM छवियों में भी परतदार Ca(OH)2 की दिशात्मक वृद्धि दिखाई दी, कुछ AFt सतहें MC की फिल्म संरचना से ढकी हुई थीं, और AFt ने गुच्छेदार वृद्धि की आकारिकीय विशेषताएँ प्रदर्शित कीं। हालांकि, तुलनात्मक रूप से, MC संशोधित सीमेंट घोल में AFt क्रिस्टल का लंबाई-व्यास अनुपात अधिक है और आकार अधिक पतला है, जो एक विशिष्ट सुईनुमा आकारिकी दर्शाता है।

HEMC और MC दोनों ने सीमेंट की प्रारंभिक जलयोजन प्रक्रिया में देरी की और विलयन की श्यानता को बढ़ाया, लेकिन इनके कारण AFt की रूपात्मक विशेषताओं में अंतर फिर भी महत्वपूर्ण था। उपरोक्त घटना को सेल्युलोज ईथर की आणविक संरचना और AFt क्रिस्टल संरचना के परिप्रेक्ष्य से और अधिक स्पष्ट किया जा सकता है। रेनॉडिन एट अल. ने संश्लेषित AFt को तैयार क्षार विलयन में भिगोकर "गीला AFt" प्राप्त किया, और फिर इसे आंशिक रूप से निकालकर संतृप्त CaCl2 विलयन (35% सापेक्ष आर्द्रता) की सतह पर सुखाकर "सूखा AFt" प्राप्त किया। रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी और एक्स-रे पाउडर विवर्तन द्वारा संरचना परिशोधन अध्ययन के बाद, यह पाया गया कि दोनों संरचनाओं में कोई अंतर नहीं था, केवल सुखाने की प्रक्रिया में कोशिकाओं के क्रिस्टल निर्माण की दिशा बदल गई, अर्थात्, "गीले" से "सूखे" में पर्यावरणीय परिवर्तन की प्रक्रिया में, a की लंबवत दिशा के अनुदिश बनने वाले AFt क्रिस्टलों की संख्या धीरे-धीरे बढ़ती गई। c की लंबवत दिशा के अनुदिश बनने वाले AFt क्रिस्टलों की संख्या धीरे-धीरे कम होती गई। त्रिविमीय अंतरिक्ष की सबसे बुनियादी इकाई एक अभिलंब रेखा, बी अभिलंब रेखा और सी अभिलंब रेखा से बनी होती है, जो एक दूसरे के लंबवत होती हैं। यदि बी अभिलंब स्थिर हों, तो AFt क्रिस्टल ए अभिलंब के अनुदिश एकत्रित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एबी अभिलंब के तल में कोशिका का अनुप्रस्थ काट बड़ा हो जाता है। इस प्रकार, यदि HEMC, MC की तुलना में अधिक जल "संग्रहित" करता है, तो एक स्थानीय क्षेत्र में "शुष्क" वातावरण बन सकता है, जो AFt क्रिस्टलों के पार्श्व एकत्रीकरण और वृद्धि को प्रोत्साहित करता है। पतुरल एट अल. ने पाया कि स्वयं CE के लिए, बहुलकीकरण की डिग्री जितनी अधिक (या आणविक भार जितना अधिक), CE की श्यानता उतनी ही अधिक और जल धारण क्षमता उतनी ही बेहतर होती है। HEMC और MCS की आणविक संरचना इस परिकल्पना का समर्थन करती है, जिसमें हाइड्रॉक्सीएथिल समूह का आणविक भार हाइड्रोजन समूह की तुलना में कहीं अधिक होता है।

सामान्यतः, AFt क्रिस्टल तभी बनते और अवक्षेपित होते हैं जब विलयन में संबंधित आयन एक निश्चित संतृप्ति स्तर तक पहुँच जाते हैं। इसलिए, अभिक्रिया विलयन में आयन सांद्रता, तापमान, pH मान और निर्माण स्थान जैसे कारक AFt क्रिस्टलों की आकृति को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकते हैं, और कृत्रिम संश्लेषण की स्थितियों में परिवर्तन भी AFt क्रिस्टलों की आकृति को बदल सकते हैं। अतः, साधारण सीमेंट घोल में AFt क्रिस्टलों का अनुपात सीमेंट के प्रारंभिक जलयोजन में जल की खपत के कारण हो सकता है। हालांकि, HEMC और MC के कारण AFt क्रिस्टल आकृति में अंतर मुख्य रूप से उनकी विशेष जल धारण क्षमता के कारण होना चाहिए। HEMC और MCS ताजे सीमेंट घोल के सूक्ष्म क्षेत्र में जल परिवहन का एक "बंद चक्र" बनाते हैं, जिससे एक ऐसा "अल्पकालिक" समय मिलता है जिसमें जल "आसानी से प्रवेश कर सकता है और बाहर निकलना मुश्किल होता है"। हालांकि, इस अवधि के दौरान, सूक्ष्म क्षेत्र में और उसके आसपास का तरल अवस्था वातावरण भी बदल जाता है। आयन सांद्रता, पीएच आदि जैसे कारक, वृद्धि वातावरण में परिवर्तन को दर्शाते हैं और ये परिवर्तन AFt क्रिस्टलों की आकारिकी विशेषताओं में भी परिलक्षित होते हैं। जल परिवहन का यह "बंद चक्र" पौर्चेज़ एट अल द्वारा वर्णित क्रियाविधि के समान है, जिसमें HPMC जल प्रतिधारण में भूमिका निभाता है।

3. निष्कर्ष

(1) हाइड्रॉक्सीएथिल मिथाइल सेलुलोज ईथर (HEMC) और मिथाइल सेलुलोज ईथर (MC) के मिलाने से शुरुआती (1 दिन) साधारण सीमेंट घोल में एटिंग्राइट की आकृति विज्ञान में महत्वपूर्ण परिवर्तन हो सकता है।

(2) एचईएमसी संशोधित सीमेंट स्लरी में एटिंग्राइट क्रिस्टल की लंबाई और व्यास कम होते हैं और ये छोटी छड़ के आकार के होते हैं; एमसी संशोधित सीमेंट स्लरी में एटिंग्राइट क्रिस्टल की लंबाई और व्यास का अनुपात अधिक होता है, जो सुई-छड़ के आकार का होता है। साधारण सीमेंट स्लरी में एटिंग्राइट क्रिस्टल का पहलू अनुपात इन दोनों के बीच होता है।

(3) एटिंग्राइट की आकृति विज्ञान पर दो सेल्युलोज ईथर के विभिन्न प्रभाव अनिवार्य रूप से आणविक भार में अंतर के कारण होते हैं।