Ցելյուլոզային եթեր վաղ էտրինգիտի ձևաբանության վրա

Հիդրօքսիէթիլ մեթիլցելյուլոզային եթերի և մեթիլցելյուլոզային եթերի ազդեցությունը վաղ ցեմենտային խառնուրդում էտրինգիտի ձևաբանության վրա ուսումնասիրվել է սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) միջոցով: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ հիդրօքսիէթիլ մեթիլցելյուլոզային եթերով մոդիֆիկացված խառնուրդում էտրինգիտի բյուրեղների երկարության և տրամագծի հարաբերակցությունը փոքր է, քան սովորական խառնուրդում, և էտրինգիտի բյուրեղների ձևաբանությունը կարճ ձողանման է: Մեթիլցելյուլոզային եթերով մոդիֆիկացված խառնուրդում էտրինգիտի բյուրեղների երկարության և տրամագծի հարաբերակցությունը մեծ է, քան սովորական խառնուրդում, և էտրինգիտի բյուրեղների ձևաբանությունը ասեղանման ձող է: Սովորական ցեմենտային խառնուրդներում էտրինգիտի բյուրեղները ունեն ասեղային հարաբերակցություն միջանկյալ: Վերոնշյալ փորձարարական ուսումնասիրության միջոցով ավելի պարզ է դառնում, որ երկու տեսակի ցելյուլոզային եթերի մոլեկուլային քաշի տարբերությունը էտրինգիտի ձևաբանության վրա ազդող ամենակարևոր գործոնն է:

Հիմնաբառեր՝էտրինգիտ; Երկարություն-տրամագիծ հարաբերակցություն; Մեթիլցելյուլոզային եթեր; Հիդրօքսիէթիլ մեթիլցելյուլոզային եթեր; ձևաբանություն

Էտրինգիտը, որպես թեթևակի ընդլայնված հիդրատացիոն արգասիք, զգալի ազդեցություն ունի ցեմենտե բետոնի կատարողականի վրա և միշտ եղել է ցեմենտի վրա հիմնված նյութերի հետազոտական ​​կենտրոն: Էտրինգիտը տրիսուլֆիդային տիպի կալցիումի ալյումինատի հիդրատի տեսակ է, որի քիմիական բանաձևն է [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, կամ կարող է գրվել որպես 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, որը հաճախ կրճատվում է որպես AFt: Պորտլենդի ցեմենտային համակարգում էտրինգիտը հիմնականում առաջանում է գիպսի և ալյումինատի կամ երկաթի ալյումինատի միներալների փոխազդեցությունից, որը դեր է խաղում ցեմենտի հիդրատացիայի և վաղ ամրության հետաձգման գործում: Էտրինգիտի ձևավորման և ձևաբանության վրա ազդում են բազմաթիվ գործոններ, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը, pH-ի արժեքը և իոնների կոնցենտրացիան: Դեռևս 1976 թվականին Մեթհան և այլք... Սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակը օգտագործեց AFt-ի ձևաբանական բնութագրերը ուսումնասիրելու համար և պարզեց, որ նման փոքր-ինչ ընդարձակված հիդրատացիայի արգասիքների ձևաբանությունը փոքր-ինչ տարբերվում էր, երբ աճի տարածքը բավականաչափ մեծ էր և երբ տարածքը սահմանափակ էր: Առաջինը հիմնականում բարակ ասեղնաձև գնդիկներ էին, մինչդեռ երկրորդը՝ հիմնականում կարճ ձողաձև պրիզմա: Յանգ Վենյանի հետազոտությունը պարզեց, որ AFt ձևերը տարբերվում էին տարբեր կարծրացման միջավայրերում: Թաց միջավայրերը կհետաձգեին AFt-ի առաջացումը ընդարձակմամբ լեգիրված բետոնում և կմեծացնեին բետոնի այտուցվածության և ճաքերի առաջացման հավանականությունը: Տարբեր միջավայրերը ազդում են ոչ միայն AFt-ի ձևավորման և միկրոկառուցվածքի, այլև դրա ծավալային կայունության վրա: Չեն Հուքսինգը և այլք պարզեցին, որ AFt-ի երկարատև կայունությունը նվազում է C3A պարունակության աճի հետ մեկտեղ: Քլարկը և Մոնտեյրոն և այլք պարզեցին, որ շրջակա միջավայրի ճնշման աճի հետ մեկտեղ AFt բյուրեղային կառուցվածքը փոխվում է կարգից դեպի անկարգություն: Բալոնիսը և Գլասերը վերանայեցին AFm-ի և AFt-ի խտության փոփոխությունները: Ռենոդինը և այլք ուսումնասիրեցին AFt-ի կառուցվածքային փոփոխությունները լուծույթում ընկղմվելուց առաջ և հետո, ինչպես նաև AFt-ի կառուցվածքային պարամետրերը Ռամանի սպեկտրում: Կունտերը և այլք: ուսումնասիրվել է CSH գելի կալցիում-սիլիցիում հարաբերակցության և սուլֆատ իոնի փոխազդեցության ազդեցությունը AFt բյուրեղացման ճնշման վրա՝ միջուկային մագնիսական ռեզոնանսի միջոցով: Միևնույն ժամանակ, ցեմենտի վրա հիմնված նյութերում AFt-ի կիրառման հիման վրա, Վենկը և իր գործընկերները ուսումնասիրել են բետոնե հատվածի AFt բյուրեղային կողմնորոշումը՝ կոշտ սինխրոտրոնային ճառագայթման ռենտգենյան դիֆրակցիոն մշակման տեխնոլոգիայի միջոցով: Ուսումնասիրվել են AFt-ի առաջացումը խառը ցեմենտում և էտրինգիտի հետազոտական ​​կենտրոնը: Հետաձգված էտրինգիտի ռեակցիայի հիման վրա որոշ գիտնականներ բազմաթիվ հետազոտություններ են անցկացրել AFt փուլի առաջացման պատճառների վերաբերյալ:

Էտրինգիտի առաջացման հետևանքով ծավալային ընդլայնումը երբեմն բարենպաստ է, և այն կարող է գործել որպես «ընդլայնում»՝ նման մագնեզիումի օքսիդի ընդլայնման նյութին՝ ցեմենտի վրա հիմնված նյութերի ծավալային կայունությունը պահպանելու համար: Պոլիմերային էմուլսիայի և վերասփռվող էմուլսիայի փոշու ավելացումը փոխում է ցեմենտի վրա հիմնված նյութերի մակրոսկոպիկ հատկությունները՝ ցեմենտի վրա հիմնված նյութերի միկրոկառուցվածքի վրա դրանց զգալի ազդեցության պատճառով: Այնուամենայնիվ, ի տարբերություն վերասփռվող էմուլսիայի փոշու, որը հիմնականում բարելավում է կարծրացած շաղախի կպչուն հատկությունները, ջրում լուծվող պոլիմերային ցելյուլոզային եթեր (CE) նոր խառնված շաղախին տալիս է ջրի լավ պահպանման և խտացման ազդեցություն, այդպիսով բարելավելով աշխատանքային արդյունավետությունը: Հաճախ օգտագործվում են ոչ իոնային CE-ն, ներառյալ մեթիլցելյուլոզը (MC), հիդրօքսիէթիլցելյուլոզը (HEC), հիդրօքսիպրոպիլ մեթիլցելյուլոզը (HPMC),հիդրօքսիէթիլ մեթիլցելյուլոզ (HEMC)և այլն, և CE-ն դեր է խաղում նոր խառնված շաղախի մեջ, բայց նաև ազդում է ցեմենտային խառնուրդի հիդրատացիայի գործընթացի վրա: Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ HEMC-ն փոխում է հիդրատացիայի արդյունքում արտադրվող AFt-ի քանակը: Այնուամենայնիվ, ոչ մի ուսումնասիրություն համակարգված կերպով չի համեմատել CE-ի ազդեցությունը AFt-ի մանրադիտակային ձևաբանության վրա, ուստի այս հոդվածը պատկերի վերլուծության և համեմատության միջոցով ուսումնասիրում է HEMC-ի և MC-ի ազդեցության տարբերությունը Էտրինգհեմի մանրադիտակային ձևաբանության վրա վաղ (1-օրյա) ցեմենտային խառնուրդում՝ պատկերի վերլուծության և համեմատության միջոցով:

1. Փորձարկում

1.1 Հումք

Փորձի համար որպես ցեմենտ ընտրվել է Anhui Conch Cement Co., LTD ընկերության կողմից արտադրված P·II 52.5R պորտլանդցեմենտը: Երկու ցելյուլոզային եթերներն են համապատասխանաբար հիդրօքսիէթիլ մեթիլցելյուլոզը (HEMC) և մեթիլցելյուլոզը (մեթիլցելյուլոզ, Shanghai Sinopath Group): Խառնման ջուրը ծորակի ջուր է:

1.2 Փորձարարական մեթոդներ

Ցեմենտային մածուկի նմուշի ջուր-ցեմենտ հարաբերակցությունը կազմել է 0.4 (ջրի և ցեմենտի զանգվածային հարաբերակցությունը), իսկ ցելյուլոզային եթերի պարունակությունը՝ ցեմենտի զանգվածի 1%-ը: Նմուշի նախապատրաստումը կատարվել է GB1346-2011 «Ջրի սպառման, կարծրացման ժամանակի և ցեմենտի ստանդարտ կոնսիստենցիայի կայունության փորձարկման մեթոդ» համաձայն: Նմուշի ձևավորումից հետո կաղապարի մակերեսին պատվել է պլաստիկե թաղանթ՝ մակերեսային ջրի գոլորշիացումը և ածխացումը կանխելու համար, և նմուշը տեղադրվել է չորացման սենյակում՝ (20±2)℃ ջերմաստիճանով և (60±5)% հարաբերական խոնավությամբ: 1 օր անց կաղապարը հանվել է, նմուշը կոտրվել է, այնուհետև միջից վերցվել է փոքր նմուշ և թրջվել անջուր էթանոլի մեջ՝ հիդրատացիան դադարեցնելու համար, և նմուշը հանվել և չորացվել է փորձարկումից առաջ: Չորացրած նմուշները սոսնձվել են նմուշի սեղանին հաղորդիչ երկկողմանի սոսինձով, և ոսկե թաղանթի շերտ է ցողվել մակերեսին Cressington 108auto ավտոմատ իոնային փոշիացնող գործիքով: Ցողման հոսանքը կազմել է 20 մԱ, իսկ ցողման ժամանակը` 60 վրկ: FEI QUANTAFEG 650 միջավայրի սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակը (ESEM) օգտագործվել է նմուշի հատվածի վրա AFt-ի ձևաբանական բնութագրերը դիտարկելու համար: AFT-ն դիտարկելու համար օգտագործվել է բարձր վակուումային երկրորդային էլեկտրոնային ռեժիմ: Արագացման լարումը կազմել է 15 կՎ, ճառագայթի կետի տրամագիծը՝ 3.0 նմ, իսկ աշխատանքային հեռավորությունը կարգավորվել է մոտ 10 մմ-ի վրա:

2. Արդյունքներ և քննարկում

HEMC-մոդիֆիկացված ցեմենտային խառնուրդում էտրինգիտի SEM պատկերները ցույց տվեցին, որ շերտավորված Ca (OH)2(CH4)-ի կողմնորոշման աճը ակնհայտ էր, և AFt-ն ցույց տվեց կարճ ձողանման AFt-ի անկանոն կուտակում, իսկ որոշ կարճ ձողանման AFT ծածկված էր HEMC թաղանթային կառուցվածքով: Չժան Դոնգֆանգը և իր գործընկերները նույնպես հայտնաբերեցին կարճ ձողանման AFt՝ ESEM-ի միջոցով HEMC մոդիֆիկացված ցեմենտային խառնուրդի միկրոկառուցվածքային փոփոխությունները դիտարկելիս: Նրանք կարծում էին, որ սովորական ցեմենտային խառնուրդը արագ արձագանքում է ջրի հետ հանդիպելուց հետո, ուստի AFt բյուրեղը բարակ է, և հիդրատացիայի տարիքի երկարացումը հանգեցնում է երկարություն-տրամագիծ հարաբերակցության անընդհատ աճի: Այնուամենայնիվ, HEMC-ն մեծացնում է լուծույթի մածուցիկությունը, նվազեցնում է իոնների կապման արագությունը լուծույթում և հետաձգում է ջրի ժամանումը կլինկերի մասնիկների մակերեսին, ուստի AFt-ի երկարություն-տրամագիծ հարաբերակցությունը աճում է թույլ միտումով, և դրա ձևաբանական բնութագրերը ցույց են տալիս կարճ ձողանման ձև: Նույն տարիքի սովորական ցեմենտային խառնուրդի AFt-ի համեմատ, այս տեսությունը մասամբ հաստատվել է, բայց այն կիրառելի չէ MC մոդիֆիկացված ցեմենտային խառնուրդում AFt-ի ձևաբանական փոփոխությունները բացատրելու համար: Էտրիդիտի ՍԷՄ պատկերները 1-օրյա կարծրացված MC մոդիֆիկացված ցեմենտային խառնուրդում նույնպես ցույց տվեցին շերտավոր Ca(OH)2-ի կողմնորոշված ​​աճ, որոշ AFt մակերեսներ նույնպես ծածկված էին MC-ի թաղանթային կառուցվածքով, և AFt-ն ցույց տվեց կլաստերային աճի ձևաբանական բնութագրեր: Այնուամենայնիվ, համեմատության համար, MC մոդիֆիկացված ցեմենտային խառնուրդում AFt բյուրեղն ունի ավելի մեծ երկարություն-տրամագիծ հարաբերակցություն և ավելի բարակ ձևաբանություն՝ ցույց տալով բնորոշ ասեղնաձև ձևաբանություն:

Ե՛վ HEMC-ն, և՛ MC-ն հետաձգեցին ցեմենտի վաղ հիդրատացիայի գործընթացը և մեծացրին լուծույթի մածուցիկությունը, սակայն դրանց պատճառով AFt-ի ձևաբանական բնութագրերի տարբերությունները դեռևս նշանակալի էին։ Վերոնշյալ երևույթները կարող են ավելի մանրամասն քննարկվել ցելյուլոզային եթերի մոլեկուլային կառուցվածքի և AFt բյուրեղային կառուցվածքի տեսանկյունից։ Ռենոդինը և այլք սինթեզված AFt-ը թրջեցին պատրաստված ալկալային լուծույթում՝ «թաց AFt» ստանալու համար, և մասամբ հեռացրին այն և չորացրին հագեցած CaCl2 լուծույթի (35% հարաբերական խոնավություն) մակերեսին՝ «չոր AFt» ստանալու համար։ Ռամանի սպեկտրոսկոպիայի և ռենտգենյան փոշու դիֆրակցիայի միջոցով կառուցվածքի կատարելագործման ուսումնասիրությունից հետո պարզվեց, որ երկու կառուցվածքների միջև տարբերություն չկա, միայն բջիջների բյուրեղագոյացման ուղղությունն է փոխվել չորացման գործընթացում, այսինքն՝ միջավայրի «թաց»-ից «չոր»-ի փոփոխության գործընթացում AFt բյուրեղները աստիճանաբար մեծացել են նորմալ ուղղությամբ՝ a-ի: c-ի նորմալ ուղղությամբ AFt բյուրեղները նվազել են։ Եռաչափ տարածության ամենահիմնական միավորը կազմված է a նորմալ գծից, b նորմալ գծից և c նորմալ գծից, որոնք ուղղահայաց են միմյանց։ Այն դեպքում, երբ b նորմալները ֆիքսված էին, AFt բյուրեղները կուտակվեցին a նորմալների երկայնքով, ինչը հանգեցրեց բջջային լայնական հատույթի մեծացմանը ab նորմալների հարթությունում: Այսպիսով, եթե HEMC-ն «պահեստավորում» է ավելի շատ ջուր, քան MC-ն, տեղայնացված տարածքում կարող է առաջանալ «չոր» միջավայր, որը խթանում է AFt բյուրեղների կողմնային ագրեգացիան և աճը: Պատուրալը և այլք պարզել են, որ CE-ի համար, որքան բարձր է պոլիմերացման աստիճանը (կամ որքան մեծ է մոլեկուլային քաշը), այնքան մեծ է CE-ի մածուցիկությունը և այնքան ավելի լավ է ջուրը պահելու կատարողականը: HEMC-ների և MCS-ի մոլեկուլային կառուցվածքը հաստատում է այս վարկածը, որտեղ հիդրօքսիէթիլ խումբն ունի շատ ավելի մեծ մոլեկուլային քաշ, քան ջրածնային խումբը:

Ընդհանուր առմամբ, AFt բյուրեղները կձևավորվեն և կնստվեն միայն այն ժամանակ, երբ համապատասխան իոնները լուծույթի համակարգում հասնում են որոշակի հագեցվածության: Հետևաբար, այնպիսի գործոններ, ինչպիսիք են իոնների կոնցենտրացիան, ջերմաստիճանը, pH արժեքը և ռեակցիայի լուծույթում ձևավորման տարածքը, կարող են զգալիորեն ազդել AFt բյուրեղների ձևաբանության վրա, իսկ արհեստական ​​սինթեզի պայմանների փոփոխությունները կարող են փոխել AFt բյուրեղների ձևաբանությունը: Հետևաբար, սովորական ցեմենտային խառնուրդում AFt բյուրեղների հարաբերակցությունը երկուսի միջև կարող է պայմանավորված լինել ցեմենտի վաղ հիդրատացիայի ժամանակ ջրի սպառման միակ գործոնով: Այնուամենայնիվ, HEMC-ի և MC-ի կողմից AFt բյուրեղների ձևաբանության տարբերությունը հիմնականում պայմանավորված է դրանց հատուկ ջրի պահպանման մեխանիզմով: Hemc-ները և MCS-ը ստեղծում են ջրի փոխադրման «փակ օղակ» թարմ ցեմենտային խառնուրդի միկրոգոտու ներսում, ինչը թույլ է տալիս ունենալ «կարճ ժամանակահատված», որի ընթացքում ջուրը «հեշտությամբ է մտնում և դժվարությամբ՝ դուրս գալիս»: Այնուամենայնիվ, այս ժամանակահատվածում միկրոգոտու ներսում և դրա մոտակայքում հեղուկ փուլի միջավայրը նույնպես փոխվում է: Այնպիսի գործոններ, ինչպիսիք են իոնների կոնցենտրացիան, pH-ը և այլն: Աճի միջավայրի փոփոխությունը հետագայում արտացոլվում է AFt բյուրեղների ձևաբանական բնութագրերում: Ջրի փոխադրման այս «փակ օղակը» նման է Պուրշեի և այլոց կողմից նկարագրված գործողության մեխանիզմին: HPMC-ն դեր է խաղում ջրի պահպանման գործում։

3. Եզրակացություն

(1) Հիդրօքսիէթիլ մեթիլցելյուլոզային եթերի (HEMC) և մեթիլցելյուլոզային եթերի (MC) ավելացումը կարող է զգալիորեն փոխել էտրինգիտի ձևաբանությունը վաղ (1 օր) սովորական ցեմենտային խառնուրդում։

(2) HEMC մոդիֆիկացված ցեմենտային խառնուրդում էտրինկիտի բյուրեղների երկարությունը և տրամագիծը փոքր են և կարճ ձողաձև։ MC մոդիֆիկացված ցեմենտային խառնուրդում էտրինկիտի բյուրեղների երկարության և տրամագծի հարաբերակցությունը մեծ է, ինչը ասեղաձև ձողաձև է։ Սովորական ցեմենտային խառնուրդներում էտրինկիտի բյուրեղների ասեղային հարաբերակցությունը այս երկուսի միջև է։

(3) Երկու ցելյուլոզային եթերների տարբեր ազդեցությունները էտրինգիտի ձևաբանության վրա հիմնականում պայմանավորված են մոլեկուլային քաշի տարբերությամբ։