Eter selulosa pada morfologi ettringite awal

Efek hidroksi etil metil selulosa eter dan metil selulosa eter pada morfologi ettringite dalam bubur semen awal dipelajari dengan mikroskop elektron pemindaian (SEM). Hasilnya menunjukkan bahwa rasio panjang-diameter kristal ettringite dalam bubur yang dimodifikasi hidroksi etil metil selulosa eter lebih kecil daripada yang ada dalam bubur biasa, dan morfologi kristal ettringite berbentuk seperti batang pendek. Rasio panjang-diameter kristal ettringite dalam bubur yang dimodifikasi eter metil selulosa lebih besar daripada yang ada dalam bubur biasa, dan morfologi kristal ettringite berbentuk seperti batang jarum. Kristal ettringite dalam bubur semen biasa memiliki rasio aspek di antara keduanya. Melalui studi eksperimental di atas, lebih jelas lagi bahwa perbedaan berat molekul dari dua jenis eter selulosa merupakan faktor terpenting yang memengaruhi morfologi ettringite.

Kata kunci:ettringit; rasio panjang-diameter; metil selulosa eter; hidroksi etil metil selulosa eter; morfologi

Ettringite, sebagai produk hidrasi yang sedikit mengembang, memiliki efek signifikan pada kinerja beton semen, dan selalu menjadi pusat penelitian material berbasis semen. Ettringite adalah sejenis kalsium aluminat hidrat tipe trisulfida, rumus kimianya adalah [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, atau dapat ditulis sebagai 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, sering disingkat AFt. Dalam sistem semen Portland, ettringite terutama dibentuk oleh reaksi gipsum dengan mineral aluminat atau aluminat besi, yang berperan menunda hidrasi dan kekuatan awal semen. Pembentukan dan morfologi ettringite dipengaruhi oleh banyak faktor seperti suhu, nilai pH, dan konsentrasi ion. Sejak tahun 1976, Metha et al. menggunakan mikroskop elektron pemindaian untuk mempelajari karakteristik morfologi AFt, dan menemukan bahwa morfologi produk hidrasi yang sedikit mengembang tersebut sedikit berbeda ketika ruang pertumbuhan cukup besar dan ketika ruang tersebut terbatas. Yang pertama sebagian besar berbentuk bola berbentuk batang jarum ramping, sedangkan yang terakhir sebagian besar berbentuk prisma batang pendek. Penelitian Yang Wenyan menemukan bahwa bentuk AFt berbeda dengan lingkungan pengawetan yang berbeda. Lingkungan basah akan menunda pembentukan AFt dalam beton yang didoping ekspansi dan meningkatkan kemungkinan pembengkakan dan keretakan beton. Lingkungan yang berbeda tidak hanya memengaruhi pembentukan dan mikrostruktur AFt, tetapi juga stabilitas volumenya. Chen Huxing dkk. menemukan bahwa stabilitas jangka panjang AFt menurun dengan peningkatan kandungan C3A. Clark dan Monteiro dkk. menemukan bahwa dengan peningkatan tekanan lingkungan, struktur kristal AFt berubah dari teratur menjadi tidak teratur. Balonis dan Glasser meninjau perubahan densitas AFm dan AFt. Renaudin dkk. mempelajari perubahan struktural AFt sebelum dan setelah perendaman dalam larutan dan parameter struktural AFt dalam spektrum Raman. Kunther dkk. mempelajari efek interaksi antara rasio kalsium-silikon gel CSH dan ion sulfat pada tekanan kristalisasi AFt dengan NMR. Pada saat yang sama, berdasarkan penerapan AFt pada material berbasis semen, Wenk dkk. mempelajari orientasi kristal AFt pada penampang beton melalui teknologi penyelesaian difraksi sinar-X radiasi sinkrotron keras. Pembentukan AFt dalam semen campuran dan titik panas penelitian ettringite dieksplorasi. Berdasarkan reaksi ettringite yang tertunda, beberapa ilmuwan telah melakukan banyak penelitian tentang penyebab fase AFt.

Ekspansi volume yang disebabkan oleh pembentukan ettringite terkadang menguntungkan, dan dapat bertindak sebagai "ekspansi" yang mirip dengan agen ekspansi magnesium oksida untuk menjaga stabilitas volume bahan berbasis semen. Penambahan emulsi polimer dan bubuk emulsi yang dapat didispersikan kembali mengubah sifat makroskopis bahan berbasis semen karena efeknya yang signifikan pada struktur mikro bahan berbasis semen. Namun, tidak seperti bubuk emulsi yang dapat didispersikan kembali yang terutama meningkatkan sifat ikatan mortar yang mengeras, polimer selulosa eter (CE) yang larut dalam air memberikan retensi air dan efek pengentalan yang baik pada mortar yang baru dicampur, sehingga meningkatkan kinerja kerja. CE non-ionik umumnya digunakan, termasuk metil selulosa (MC), hidroksi etil selulosa (HEC), hidroksipropil metil selulosa (HPMC),hidroksi etil metil selulosa (HEMC), dll., dan CE berperan dalam campuran mortar yang baru tetapi juga memengaruhi proses hidrasi bubur semen. Penelitian telah menunjukkan bahwa HEMC mengubah jumlah AFt yang diproduksi sebagai produk hidrasi. Namun, tidak ada penelitian yang secara sistematis membandingkan efek CE pada morfologi mikroskopis AFt, jadi makalah ini mengeksplorasi perbedaan efek HEMC dan MC pada morfologi mikroskopis ettringham dalam bubur semen awal (1 hari) melalui analisis dan perbandingan gambar.

1. Percobaan

1.1 Bahan Baku

Semen Portland P·II 52.5R yang diproduksi oleh Anhui Conch Cement Co., LTD dipilih sebagai semen dalam percobaan ini. Dua eter selulosa adalah hidroksi etil metilselulosa (HEMC) dan metilselulosa (metilselulosa, Shanghai Sinopat Group). MC); Air pencampurnya adalah air ledeng.

1.2 Metode Eksperimen

Rasio air-semen dari sampel pasta semen adalah 0,4 (rasio massa air terhadap semen), dan kandungan selulosa eter adalah 1% dari massa semen. Persiapan spesimen dilakukan sesuai dengan GB1346-2011 “Metode Pengujian Konsumsi Air, Waktu Pengerasan dan Stabilitas Konsistensi Standar Semen”. Setelah membentuk spesimen, film plastik dienkapsulasi pada permukaan cetakan untuk mencegah penguapan air permukaan dan karbonisasi, dan spesimen ditempatkan di ruang pengawetan dengan suhu (20±2)℃ dan kelembaban relatif (60±5) %. Setelah 1 hari, cetakan dilepas, dan spesimen dipecah, kemudian sampel kecil diambil dari tengah dan direndam dalam etanol anhidrat untuk menghentikan hidrasi, dan sampel dikeluarkan dan dikeringkan sebelum pengujian. Sampel yang telah dikeringkan direkatkan ke meja sampel dengan perekat dua sisi yang konduktif, dan lapisan film emas disemprotkan ke permukaan dengan instrumen penyemprotan ion otomatis Cressington 108auto. Arus penyemprotan sebesar 20 mA dan waktu penyemprotan 60 detik. Mikroskop elektron pemindaian lingkungan FEI QUANTAFEG 650 (ESEM) digunakan untuk mengamati karakteristik morfologi AFt pada bagian sampel. Mode elektron sekunder vakum tinggi digunakan untuk mengamati AFT. Tegangan percepatan sebesar 15 kV, diameter titik sinar sebesar 3,0 nm, dan jarak kerja dikontrol sekitar 10 mm.

2. Hasil dan Pembahasan

Gambar SEM ettringite dalam bubur semen yang dimodifikasi HEMC yang mengeras menunjukkan bahwa pertumbuhan orientasi Ca (OH)2(CH) berlapis terlihat jelas, dan AFt menunjukkan akumulasi AFt seperti batang pendek yang tidak teratur, dan beberapa AFT seperti batang pendek ditutupi dengan struktur membran HEMC. Zhang Dongfang dkk. juga menemukan AFt seperti batang pendek saat mengamati perubahan mikrostruktur bubur semen yang dimodifikasi HEMC melalui ESEM. Mereka percaya bahwa bubur semen biasa bereaksi cepat setelah bertemu air, sehingga kristal AFt ramping, dan perpanjangan usia hidrasi menyebabkan peningkatan rasio panjang-diameter secara terus-menerus. Namun, HEMC meningkatkan viskositas larutan, mengurangi laju pengikatan ion dalam larutan dan menunda kedatangan air pada permukaan partikel klinker, sehingga rasio panjang-diameter AFt meningkat dalam tren yang lemah dan karakteristik morfologinya menunjukkan bentuk seperti batang pendek. Dibandingkan dengan AFt dalam bubur semen biasa dengan usia yang sama, teori ini telah diverifikasi sebagian, tetapi tidak berlaku untuk menjelaskan perubahan morfologi AFt dalam bubur semen yang dimodifikasi MC. Citra SEM ettridite dalam bubur semen yang dimodifikasi MC yang telah mengeras selama 1 hari juga menunjukkan pertumbuhan berorientasi Ca(OH)2 berlapis, beberapa permukaan AFt juga ditutupi dengan struktur film MC, dan AFt menunjukkan karakteristik morfologi pertumbuhan kluster. Namun, sebagai perbandingan, kristal AFt dalam bubur semen yang dimodifikasi MC memiliki rasio panjang-diameter yang lebih besar dan morfologi yang lebih ramping, yang menunjukkan morfologi asikular yang khas.

Baik HEMC maupun MC menunda proses hidrasi awal semen dan meningkatkan viskositas larutan, tetapi perbedaan karakteristik morfologi AFt yang disebabkan oleh keduanya masih signifikan. Fenomena di atas dapat diuraikan lebih lanjut dari perspektif struktur molekul eter selulosa dan struktur kristal AFt. Renaudin dkk. merendam AFt yang disintesis dalam larutan alkali yang disiapkan untuk mendapatkan "AFt basah", dan sebagian menghilangkannya dan mengeringkannya pada permukaan larutan CaCl2 jenuh (kelembapan relatif 35%) untuk mendapatkan "AFt kering". Setelah studi penyempurnaan struktur dengan spektroskopi Raman dan difraksi bubuk sinar-X, ditemukan bahwa tidak ada perbedaan antara kedua struktur, hanya arah pembentukan kristal sel yang berubah dalam proses pengeringan, yaitu, dalam proses perubahan lingkungan dari "basah" menjadi "kering", kristal AFt membentuk sel sepanjang arah normal yang meningkat secara bertahap. Kristal AFt sepanjang arah normal c menjadi semakin sedikit. Unit paling dasar dari ruang tiga dimensi tersusun dari garis normal a, garis normal b, dan garis normal c yang saling tegak lurus. Dalam kasus b normal ditetapkan, kristal AFt mengelompok di sepanjang a normal, menghasilkan penampang sel yang membesar pada bidang ab normal. Jadi, jika HEMC "menyimpan" lebih banyak air daripada MC, lingkungan "kering" dapat terjadi di area terlokalisasi, yang mendorong agregasi lateral dan pertumbuhan kristal AFt. Patural dkk. menemukan bahwa untuk CE sendiri, semakin tinggi derajat polimerisasi (atau semakin besar berat molekul), semakin besar viskositas CE dan semakin baik kinerja retensi air. Struktur molekul HEMC dan MCS mendukung hipotesis ini, dengan gugus hidroksi etil memiliki berat molekul yang jauh lebih besar daripada gugus hidrogen.

Umumnya, kristal AFt akan terbentuk dan mengendap hanya ketika ion yang relevan mencapai saturasi tertentu dalam sistem larutan. Oleh karena itu, faktor-faktor seperti konsentrasi ion, suhu, nilai pH, dan ruang pembentukan dalam larutan reaksi dapat secara signifikan memengaruhi morfologi kristal AFt, dan perubahan dalam kondisi sintesis buatan dapat mengubah morfologi kristal AFt. Oleh karena itu, rasio kristal AFt dalam bubur semen biasa antara keduanya dapat disebabkan oleh faktor tunggal konsumsi air dalam hidrasi awal semen. Namun, perbedaan morfologi kristal AFt yang disebabkan oleh HEMC dan MC seharusnya terutama disebabkan oleh mekanisme retensi air khusus mereka. Hemcs dan MCS menciptakan "lingkaran tertutup" transportasi air dalam mikrozona bubur semen segar, yang memungkinkan "periode singkat" di mana air "mudah masuk dan sulit keluar." Namun, selama periode ini, lingkungan fase cair di dalam dan di dekat mikrozona juga berubah. Faktor-faktor seperti konsentrasi ion, pH, dll., Perubahan lingkungan pertumbuhan selanjutnya tercermin dalam karakteristik morfologi kristal AFt. “Lingkaran tertutup” transportasi air ini mirip dengan mekanisme kerja yang dijelaskan oleh Pourchez et al. HPMC berperan dalam retensi air.

3. Kesimpulan

(1) Penambahan hidroksi etil metil selulosa eter (HEMC) dan metil selulosa eter (MC) dapat mengubah morfologi ettringite secara signifikan pada bubur semen biasa awal (1 hari).

(2) Panjang dan diameter kristal ettringite dalam bubur semen yang dimodifikasi HEMC berbentuk batang kecil dan pendek; Rasio panjang dan diameter kristal ettringite dalam bubur semen yang dimodifikasi MC besar, yaitu berbentuk batang jarum. Kristal ettringite dalam bubur semen biasa memiliki rasio aspek di antara keduanya.

(3) Perbedaan pengaruh dua eter selulosa terhadap morfologi ettringite pada dasarnya disebabkan oleh perbedaan berat molekul.