A cellulóz-éter hatása különböző cementek és egyetlen ércek hidratációs hőjére

a cellulóz-éter portlandcement, szulfoaluminát cement, trikalcium-szilikát és trikalcium-aluminát hidratációs hőre gyakorolt ​​hatását 72 óra alatt izoterm kalorimetriás teszttel hasonlítottuk össze.Az eredmények azt mutatják, hogy a cellulóz-éter jelentősen csökkentheti a portlandcement és a trikalcium-szilikát hidratációját és hőleadási sebességét, és a trikalcium-szilikát hidratációját és hőleadási sebességét csökkentő hatása jelentősebb.A cellulóz-éternek a szulfoaluminát cement hidratációjának hőleadási sebességét csökkentő hatása nagyon gyenge, de a trikalcium-aluminát hidratációjának hőleadási sebességének javítására gyengén hat.A cellulóz-étert bizonyos hidratációs termékek adszorbeálják, így késleltetik a hidratációs termékek kristályosodását, majd befolyásolják a cement és egyetlen érc hidratációs hőleadási sebességét.

Kulcsszavak:cellulóz-éter;Cement;Egyetlen érc;Hidratációs hő;adszorpció

1. Bemutatkozás

A cellulóz-éter fontos sűrítő és vízmegtartó szer a száraz kevert habarcsokban, az öntömörödő betonokban és más új cement alapú anyagokban.A cellulóz-éter azonban késlelteti a cement hidratálódását is, ami javítja a cementalapú anyagok működési idejét, javítja a habarcs konzisztenciáját és a beton leesési időveszteségét, de késleltetheti az építkezés előrehaladását is.Különösen az alacsony hőmérsékletű környezetben használt habarcsra és betonra lesz káros hatással.Ezért nagyon fontos megérteni a cellulóz-éter cementhidratációs kinetikájára vonatkozó törvényét.

OU és Pourchez szisztematikusan tanulmányozták a molekuláris paraméterek, például a cellulóz-éter molekulatömege, a szubsztituens típusa vagy a helyettesítés mértéke hatását a cement hidratációs kinetikájára, és számos fontos következtetést vontak le: A hidroxi-etil-cellulóz-éter (HEC) képessége késleltetni a hidratációt. A cement általában erősebb, mint a metil-cellulóz-éter (HPMC), a hidroxi-metil-etil-cellulóz-éter (HEMC) és a metil-cellulóz-éter (MC).A metilt tartalmazó cellulóz-éterben minél alacsonyabb a metiltartalom, annál erősebb a cement hidratálódását késleltető képesség;Minél kisebb a cellulóz-éter molekulatömege, annál erősebben késlelteti a cement hidratációját.Ezek a következtetések tudományos alapot nyújtanak a cellulóz-éter helyes kiválasztásához.

A cement különböző komponensei esetében a cellulóz-éternek a cement hidratációs kinetikájára gyakorolt ​​hatása szintén komoly probléma a mérnöki alkalmazásokban.Erről a szempontból azonban nincs kutatás.Ebben a cikkben a cellulóz-éternek a közönséges portlandcement, a C3S (trikalcium-szilikát), a C3A (trikalcium-aluminát) és a szulfoaluminát cement (SAC) hidratációs kinetikájára gyakorolt ​​hatását tanulmányoztuk izoterm kalorimetriás teszttel, hogy jobban megértsük a kölcsönhatást és belső mechanizmus a cellulóz-éter és a cementhidratációs termékek között.További tudományos alapot biztosít a cellulóz-éter racionális felhasználásához cement alapú anyagokban, valamint kutatási alapot biztosít más adalékszerek és cementhidratáló termékek közötti kölcsönhatásokhoz.

2. Teszt

2.1 Nyersanyagok

(1) közönséges portlandcement (P·0).A Wuhan Huaxin Cement Co., LTD. által gyártott specifikáció P·042.5 (GB 175-2007), hullámhossz-diszperziós típusú röntgenfluoreszcencia spektrométerrel (AXIOS advanced, PANalytical Co., LTD.) határozva meg.A JADE 5.0 szoftver elemzése szerint a C3S, C2s, C3A, C4AF cementklinker ásványok és a gipsz mellett a cement alapanyagok közé tartozik a kalcium-karbonát is.

(2) szulfoaluminát cement (SAC).A Zhengzhou Wang Lou Cement Industry Co., Ltd. által gyártott gyorskemény szulfoaluminát cement az R.Star 42.5 (GB 20472-2006).Fő csoportjai a kalcium-szulfoaluminát és a dikalcium-szilikát.

(3) trikalcium-szilikát (C3S).Préselés Ca(OH)2, SiO2, Co2O3 és H2O 3:1:0,08 arányban: 10 tömegarányt egyenletesen elkeverünk, és állandó, 60 MPa nyomáson préseljük, hogy hengeres zöld tuskót kapjunk.A tuskót 1400 ℃-on 1,5-2 órán át kalcináltuk szilícium-molibdén rúd magas hőmérsékletű elektromos kemencében, majd mikrohullámú sütőbe helyeztük további mikrohullámú melegítés céljából 40 percig.A tuskó kiszedése után hirtelen lehűtötték, többször megtörték és kalcinálták, amíg a késztermék szabad CaO-tartalma 1,0% alá nem érte.

(4) trikalcium-aluminát (c3A).A CaO-t és az A12O3-at egyenletesen összekevertük, 1450 C-on 4 órán át kalcináltuk szilícium-molibdén rudas elektromos kemencében, porrá őröltük, és ismételten kalcináltuk, amíg a szabad CaO-tartalom 1,0% alá nem érte, és a C12A7 és CA csúcsok elérik. figyelmen kívül hagyva.

(5) cellulóz-éter.Az előző munka 16 féle cellulóz-éter hatását hasonlította össze a közönséges portlandcement hidratációjára és hőleadási sebességére, és megállapította, hogy a különböző cellulóz-éterek jelentős különbségeket mutatnak a cement hidratációs és hőleadási törvényében, valamint elemezte a belső mechanizmust. ebből a jelentős különbségből.A korábbi vizsgálatok eredményei szerint háromféle cellulóz-étert választottak ki, amelyek nyilvánvalóan késleltető hatással bírnak a közönséges portlandcementre.Ezek közé tartozik a hidroxi-etil-cellulóz-éter (HEC), a hidroxi-propil-metil-cellulóz-éter (HPMC) és a hidroxi-etil-metil-cellulóz-éter (HEMC).A cellulóz-éter viszkozitását forgó viszkoziméterrel mértük, 2%-os vizsgálati koncentrációval, 20 ℃ hőmérséklettel és 12 fordulat/perc forgási sebességgel.A cellulóz-éter viszkozitását forgó viszkoziméterrel mértük, 2%-os vizsgálati koncentrációval, 20 ℃ hőmérséklettel és 12 fordulat/perc forgási sebességgel.A cellulóz-éter moláris helyettesítési fokát a gyártó adja meg.

(6) Víz.Használjon másodlagos desztillált vizet.

2.2 Vizsgálati módszer

A hidratálás hője.A TA Instrument Company által gyártott 8 csatornás TAM Air izoterm kalorimétert alkalmazták.Minden nyersanyagot állandó hőmérsékleten tartottunk a teszthőmérséklethez képest (például (20±0,5) ℃) a kísérlet előtt.Először 3 g cementet és 18 mg cellulóz-étert adtunk a kaloriméterbe (a cellulóz-éter és a cellulózanyag tömegaránya 0,6%).Teljes keverés után kevert vizet (másodlagos desztillált vizet) adtunk hozzá a megadott víz-cement aránynak megfelelően, és egyenletesen kevertük.Aztán gyorsan bekerült a kaloriméterbe tesztelésre.A c3A vízkötőanyag aránya 1,1, a másik három cementkötésű anyag vízkötőanyag aránya 0,45.

3. Eredmények és megbeszélés

3.1 Vizsgálati eredmények

A HEC, a HPMC és a HEMC hatása a közönséges portlandcement, C3S és C3A hidratációs hőleadási sebességére és kumulatív hőleadási sebességére 72 órán belül, valamint a HEC hatása a szulfoaluminát cement hidratációs hőleadási sebességére és kumulatív hőleadási sebességére 72 órán belül a HEC az a cellulóz-éter, amely a legerősebb késleltető hatással rendelkezik más cement és egyetlen érc hidratálására.A két hatást kombinálva megállapítható, hogy a cementkötésű anyagösszetétel változásával a cellulóz-éter eltérő hatással van a hidratációs hőleadás sebességére és a kumulatív hőleadásra.A kiválasztott cellulóz-éter jelentősen csökkentheti a közönséges portlandcement és a C, S hidratációját és hőleadási sebességét, főként meghosszabbítja az indukciós periódus idejét, késlelteti a hidratáció és a hőleadási csúcs megjelenését, amelyek között a cellulóz-éter C, S hidratálást, ill. a hőkibocsátási sebesség késleltetése nyilvánvalóbb, mint a szokásos portlandcement hidratáció és a hőkibocsátási sebesség késése;A cellulóz-éter késleltetheti a szulfoaluminát cement hidratációjának hőleadási sebességét is, de a késleltetési képesség nagyon gyenge, és főleg 2 óra elteltével késlelteti a hidratációt;A C3A hidratáció hőleadási sebességéhez a cellulóz-éter gyenge gyorsító képességgel rendelkezik.

3.2 Elemzés és megbeszélés

A cellulóz-éter mechanizmusa késlelteti a cement hidratációját.Silva et al.feltételezték, hogy a cellulóz-éter növeli a pórusoldat viszkozitását és gátolja az ionmozgás sebességét, így késlelteti a cement hidratációját.Az irodalom azonban kétségbe vonja ezt a feltevést, mivel kísérleteik azt találták, hogy az alacsonyabb viszkozitású cellulóz-éterek erősebben késleltetik a cement hidratációját.Valójában az ionok mozgásának vagy migrációjának ideje olyan rövid, hogy nyilvánvalóan nem hasonlítható össze a cement hidratációs késleltetési idejével.A cellulóz-éter és a cementhidratációs termékek közötti adszorpciót tekintik a cellulóz-éter általi cementhidratáció késleltetésének valódi okának.A cellulóz-éter könnyen adszorbeálódik a hidratációs termékek, például kalcium-hidroxid, CSH-gél és kalcium-aluminát-hidrát felületén, de nem könnyű az ettringit és a hidratálatlan fázis által adszorbeálódni, és a cellulóz-éter adszorpciós kapacitása kalcium-hidroxidon nagyobb, mint hogy a CSH gél.Ezért a közönséges portlandcement hidratáló termékek esetében a cellulóz-éter késlelteti a legerősebbet a kalcium-hidroxidnál, a legerősebb a kalciumnál, a második késleltetés a CSH-gélen és a leggyengébb az ettringitnél.

Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a nemionos poliszacharid és az ásványi fázis közötti adszorpció főként hidrogénkötést és kémiai komplexálást foglal magában, és ez a két hatás a poliszacharid hidroxilcsoportja és az ásványi felületen lévő fém-hidroxid között jelentkezik.Liu et al.tovább osztályozta a poliszacharidok és fém-hidroxidok közötti adszorpciót sav-bázis kölcsönhatásként, a poliszacharidokkal mint savakkal és a fém-hidroxidokokkal mint bázisokkal.Egy adott poliszacharid esetében az ásványi felület lúgossága határozza meg a poliszacharidok és ásványok közötti kölcsönhatás erősségét.Az ebben a cikkben vizsgált négy zselésítő komponens közül a fő fém vagy nemfémes elemek közé tartozik a Ca, az Al és a Si.A fémek aktivitásának sorrendje szerint hidroxidjaik lúgossága Ca(OH)2>Al(OH3>Si(OH)4) Valójában a Si(OH)4 oldat savas, nem adszorbeálja a cellulóz-étert, ezért a cementhidratációs termékek felületén lévő Ca(OH)2-tartalom meghatározza a hidratációs termékek és a cellulóz-éter adszorpciós képességét Mivel a kalcium-hidroxid, a CSH-gél (3CaO·2SiO2·3H20), az ettringit (3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) a kalcium-aluminát-hidrát (3CaO·Al2O3·6H2O) pedig a CaO szervetlen oxidjaiban 100%, 58,33%, 49,56% és 62,2%, ezért cellulóz-éterrel való adszorpciós képességük sorrendje kalcium-hidroxid > kalcium aluminát >CSH gél > ettringit, ami összhangban van az irodalomban található eredményekkel.

A c3S hidratációs termékei elsősorban a Ca(OH) és a csH gélt tartalmazzák, ezekre jó késleltető hatással van a cellulóz-éter.Ezért a cellulóz-éter nagyon nyilvánvalóan késlelteti a C3s hidratációját.A közönséges portlandcement a c3S mellett C2s hidratációt is tartalmaz, ami lassabb, ami miatt a cellulóz-éter késleltető hatása nem nyilvánvaló a korai szakaszban.A közönséges szilikát hidratációs termékei közé tartozik az ettringit is, és a cellulóz-éter késleltető hatása gyenge.Ezért a cellulóz-éter késleltető képessége a c3s-hoz erősebb, mint a tesztben megfigyelt közönséges portlandcementé.

A C3A gyorsan feloldódik és hidratálódik, amikor vízzel találkozik, és a hidratációs termékek általában C2AH8 és c4AH13, és a hidratálás hője felszabadul.Amikor a C2AH8 és a c4AH13 oldata eléri a telítést, a C2AH8 és C4AH13 hexagonális lemezhidrát kristályosodása képződik, és ezzel egyidejűleg csökken a reakciósebesség és a hidratációs hő.A cellulóz-éternek a kalcium-aluminát-hidrát (CxAHy) felületére való adszorpciója miatt a cellulóz-éter jelenléte késlelteti a C2AH8 és C4AH13 hexagonális lemez-hidrát kristályosodását, ami a reakciósebesség és a hidratációs hőleadás sebességének csökkenését eredményezi. tiszta C3A, ami azt mutatja, hogy a cellulóz-éter gyengén gyorsítja a C3A hidratálását.Érdemes megjegyezni, hogy ebben a tesztben a cellulóz-éter gyengén gyorsítja a tiszta c3A hidratálását.A közönséges portlandcementben azonban, mivel a c3A gipsszel reagálva ettringitet képez, a szuszpenziós oldatban lévő ca2+ egyensúly hatása miatt a cellulóz-éter késlelteti az ettringit képződését, így késlelteti a c3A hidratációját.

A HEC, a HPMC és a HEMC hatásaiból a közönséges portlandcement, C3S és C3A hidratációra és hőleadási sebességére, valamint kumulatív hőleadásra 72 órán belül, valamint a HEC hatásai a szulfoaluminát hidratációs és hőleadási sebességére, valamint kumulatív hőleadásra cement 72 órán belül, látható, hogy a kiválasztott három cellulóz-éter közül a c3s és a portlandcement késleltetett hidratáló képessége a HEC-ben volt a legerősebb, ezt követi a HEMC, és a leggyengébb a HPMC-ben.Ami a C3A-t illeti, a három cellulózéter hidratációt gyorsító képessége is azonos sorrendben van, vagyis a HEC a legerősebb, a HEMC a második, a HPMC a leggyengébb és legerősebb.Ez kölcsönösen megerősítette, hogy a cellulóz-éter késleltette a zselésítő anyagok hidratációs termékeinek képződését.

A szulfoaluminát cement fő hidratációs termékei az ettringit és az Al(OH)3 gél.A szulfoaluminát cementben lévő C2S külön-külön is hidratálódik, így Ca(OH)2 és cSH gélt képez.Mivel a cellulóz-éter és az ettringit adszorpciója figyelmen kívül hagyható, és a szulfoaluminát hidratációja túl gyors, ezért a cellulóz-éter a hidratáció korai szakaszában csekély hatással van a szulfoaluminát cement hidratációs hőleadási sebességére.De a hidratálás egy bizonyos idejéig, mivel a c2s külön-külön hidratálódik Ca(OH)2 és CSH géllel, ezt a két hidratációs terméket a cellulóz-éter késlelteti.Ezért megfigyelték, hogy a cellulóz-éter 2 óra elteltével késleltette a szulfoaluminát cement hidratációját.

4. Következtetés

Ebben a cikkben izoterm kalorimetriás teszttel összehasonlítottuk a cellulóz-éter hatás törvényét és képződési mechanizmusát a közönséges portlandcement, c3s, c3A, szulfoaluminát cement és más különböző komponensek, valamint egyetlen érc hidratációs hőjére 72 óra alatt.A fő következtetések a következők:

(1) A cellulóz-éter jelentősen csökkentheti a közönséges portlandcement és trikalcium-szilikát hidratációs hőleadási sebességét, és a trikalcium-szilikát hidratációs hőfelszabadulási sebességét csökkentő hatás jelentősebb;A cellulóz-éter hatása a szulfoaluminát cement hőleadási sebességének csökkentésére nagyon gyenge, de a trikalcium-aluminát hőleadási sebességének javítására gyengén hat.

(2) A cellulóz-étert bizonyos hidratációs termékek adszorbeálják, így késleltetik a hidratációs termékek kristályosodását, ami befolyásolja a cementhidratáció hőleadási sebességét.A hidratáló termékek típusa és mennyisége a cementkőérc különböző összetevőinél eltérő, így a cellulóz-éter hatása a hidratációs hőjükre nem azonos.