Celluloseeter på morfologien til tidlig ettringitt

Effektene av hydroksyetylmetylcelluloseeter og metylcelluloseeter på morfologien til ettringitt i tidlig sementslam ble studert ved hjelp av skanningselektronmikroskopi (SEM). Resultatene viser at lengde-diameterforholdet til ettringittkrystaller i hydroksyetylmetylcelluloseetermodifisert slam er mindre enn i vanlig slam, og morfologien til ettringittkrystaller er kortstavlignende. Lengde-diameterforholdet til ettringittkrystaller i metylcelluloseetermodifisert slam er større enn i vanlig slam, og morfologien til ettringittkrystaller er nålestavlignende. Ettringittkrystallene i vanlige sementslam har et sideforhold et sted midt imellom. Gjennom den ovennevnte eksperimentelle studien er det videre klart at forskjellen i molekylvekt mellom to typer celluloseeter er den viktigste faktoren som påvirker morfologien til ettringitt.

Nøkkelord:ettringitt; forhold mellom lengde og diameter; metylcelluloseeter; hydroksyetylmetylcelluloseeter; morfologi

Ettringitt, som et lett ekspandert hydratiseringsprodukt, har en betydelig effekt på ytelsen til sementbetong, og har alltid vært det viktigste forskningsfokuset for sementbaserte materialer. Ettringitt er en type kalsiumaluminathydrat av trisulfidtypen. Den kjemiske formelen er [Ca3Al(OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, eller kan skrives som 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, ofte forkortet AFt. I Portland-sementsystemet dannes ettringitt hovedsakelig ved reaksjon av gips med aluminat- eller jern(III)aluminatmineraler, som spiller en rolle i å forsinke hydrering og tidlig styrke av sementen. Dannelsen og morfologien til ettringitt påvirkes av mange faktorer som temperatur, pH-verdi og ionekonsentrasjon. Så tidlig som i 1976 brukte Metha et al. skanningselektronmikroskopi for å studere de morfologiske egenskapene til AFt, og fant at morfologien til slike lett ekspanderte hydratiseringsprodukter var litt forskjellig når vekstrommet var stort nok og når rommet var begrenset. Førstnevnte var for det meste slanke nåleformede kuler, mens sistnevnte for det meste var korte stavformede prismer. Yang Wenyans forskning fant at AFt-formene var forskjellige med forskjellige herdemiljøer. Våte miljøer ville forsinke AFt-generering i ekspansjonsdopet betong og øke muligheten for svelling og sprekkdannelser i betongen. Ulike miljøer påvirker ikke bare dannelsen og mikrostrukturen til AFt, men også dens volumstabilitet. Chen Huxing et al. fant at den langsiktige stabiliteten til AFt minket med økningen av C3A-innhold. Clark og Monteiro et al. fant at med økningen av miljøtrykk endret AFt-krystallstrukturen seg fra orden til uorden. Balonis og Glasser gjennomgikk tetthetsendringene til AFm og AFt. Renaudin et al. studerte de strukturelle endringene av AFt før og etter nedsenking i løsning og de strukturelle parametrene til AFt i Raman-spekteret. Kunther et al. studerte effekten av samspillet mellom CSH-gel kalsium-silisium-forhold og sulfationer på AFt-krystallisasjonstrykk ved hjelp av NMR. Samtidig, basert på anvendelsen av AFt i sementbaserte materialer, studerte Wenk et al. AFt-krystallorientering av betongprofiler gjennom hard synkrotronstråling og røntgendiffraksjonsteknologi. Dannelsen av AFt i blandet sement og forskningsfokuset til ettringitt ble utforsket. Basert på forsinket ettringittreaksjon har noen forskere forsket mye på årsaken til AFt-fasen.

Volumekspansjonen forårsaket av dannelsen av ettringitt er noen ganger gunstig, og den kan fungere som en "ekspansjon" på samme måte som magnesiumoksidekspansjonsmiddel for å opprettholde volumstabiliteten til sementbaserte materialer. Tilsetning av polymeremulsjon og redispergerbart emulsjonspulver endrer de makroskopiske egenskapene til sementbaserte materialer på grunn av deres betydelige effekter på mikrostrukturen til sementbaserte materialer. I motsetning til det redispergerbare emulsjonspulveret, som hovedsakelig forbedrer bindingsegenskapene til herdet mørtel, gir imidlertid den vannløselige polymercelluloseeteren (CE) den nyblandede mørtelen god vannretensjon og fortykningseffekt, og forbedrer dermed arbeidsytelsen. Ikke-ionisk CE brukes ofte, inkludert metylcellulose (MC), hydroksyetylcellulose (HEC), hydroksypropylmetylcellulose (HPMC),hydroksyetylmetylcellulose (HEMC), etc., og CE spiller en rolle i nyblandet mørtel, men påvirker også hydreringsprosessen til sementslam. Studier har vist at HEMC endrer mengden AFt som produseres som et hydreringsprodukt. Imidlertid har ingen studier systematisk sammenlignet effekten av CE på den mikroskopiske morfologien til AFt, så denne artikkelen utforsker forskjellen i effekten av HEMC og MC på den mikroskopiske morfologien til Ettringham i tidlig (1-dags) sementslam gjennom bildeanalyse og sammenligning.

1. Eksperiment

1.1 Råvarer

P·II 52.5R Portlandsement produsert av Anhui Conch Cement Co., LTD ble valgt som sement i eksperimentet. De to celluloseetrene er henholdsvis hydroksyetylmetylcellulose (HEMC) og metylcellulose (metylcellulose, Shanghai Sinopath Group). MC); Blandevannet er vann fra springen.

1.2 Eksperimentelle metoder

Vann-sement-forholdet i sementpastaprøven var 0,4 (masseforholdet mellom vann og sement), og innholdet av celluloseeter var 1 % av sementmassen. Prøven ble forberedt i henhold til GB1346-2011 «Testmetode for vannforbruk, herdetid og stabilitet for sementstandardkonsistens». Etter at prøven var dannet, ble det innkapslet plastfilm på overflaten av formen for å forhindre fordampning og karbonisering av overflatevann, og prøven ble plassert i et herderom med en temperatur på (20 ± 2) ℃ og en relativ fuktighet på (60 ± 5) %. Etter 1 dag ble formen fjernet, og prøven ble brutt. Deretter ble en liten prøve tatt fra midten og dynket i vannfri etanol for å avslutte hydreringen, og prøven ble tatt ut og tørket før testing. De tørkede prøvene ble limt til prøvebordet med ledende dobbeltsidig lim, og et lag med gullfilm ble sprayet på overflaten med Cressington 108auto automatisk ionsputteringsinstrument. Sputterstrømmen var 20 mA og sputtertiden var 60 s. FEI QUANTAFEG 650 miljøskanningselektronmikroskop (ESEM) ble brukt til å observere de morfologiske egenskapene til AFt på prøveseksjonen. Høyvakuum sekundærelektronmodus ble brukt til å observere AFT. Akselerasjonsspenningen var 15 kV, stråleflakkdiameteren var 3,0 nm, og arbeidsavstanden ble kontrollert til omtrent 10 mm.

2. Resultater og diskusjon

SEM-bilder av ettringitt i herdet HEMC-modifisert sementslam viste at orienteringsveksten av lagdelt Ca(OH)2(CH) var tydelig, og AFt viste uregelmessig akkumulering av kort stavlignende AFt, og noe kort stavlignende AFT var dekket med HEMC-membranstruktur. Zhang Dongfang et al. fant også kort stavlignende AFt da de observerte mikrostrukturendringene i HEMC-modifisert sementslam gjennom ESEM. De mente at vanlig sementslam reagerte raskt etter å ha møtt vann, slik at AFt-krystallen var tynn, og forlengelsen av hydreringsalderen førte til en kontinuerlig økning av lengde-diameterforholdet. HEMC økte imidlertid viskositeten til løsningen, reduserte bindingshastigheten til ioner i løsningen og forsinket ankomsten av vann på overflaten av klinkerpartiklene, slik at lengde-diameterforholdet til AFt økte i en svak trend, og dens morfologiske egenskaper viste kort stavlignende form. Sammenlignet med AFt i vanlig sementslam av samme alder, har denne teorien blitt delvis bekreftet, men den er ikke anvendelig for å forklare de morfologiske endringene av AFt i MC-modifisert sementslam. SEM-bilder av ettriditt i 1-dags herdet MC-modifisert sementslam viste også orientert vekst av lagdelt Ca(OH)2, noen AFt-overflater var også dekket med filmstruktur av MC, og AFt viste morfologiske egenskaper ved klyngevekst. Til sammenligning har imidlertid AFt-krystall i MC-modifisert sementslam et større lengde-diameterforhold og en slankere morfologi, noe som viser en typisk nåleformet morfologi.

Både HEMC og MC forsinket den tidlige hydreringsprosessen til sement og økte viskositeten til løsningen, men forskjellene i AFt-morfologiske egenskaper forårsaket av dem var fortsatt betydelige. Fenomenene ovenfor kan utdypes ytterligere fra perspektivet til molekylstrukturen til celluloseeter og AFt-krystallstrukturen. Renaudin et al. bløtla den syntetiserte AFt i den forberedte alkaliløsningen for å få "våt AFt", og fjernet den delvis og tørket den på overflaten av mettet CaCl2-løsning (35 % relativ fuktighet) for å få "tørr AFt". Etter strukturforbedringsstudien ved hjelp av Raman-spektroskopi og røntgenpulverdiffraksjon ble det funnet at det ikke var noen forskjell mellom de to strukturene, bare retningen på krystalldannelsen til cellene endret seg i tørkeprosessen, det vil si at i prosessen med miljøendringer fra "våt" til "tørr", dannet AFt-krystaller celler langs normalretningen gradvis økte. AFt-krystallene langs c-normalretningen ble færre og færre. Den mest grunnleggende enheten i tredimensjonalt rom er sammensatt av en normallinje, b-normallinje og c-normallinje som er vinkelrett på hverandre. I tilfellet der b-normalene var fiksert, grupperte AFt-krystaller seg langs a-normalene, noe som resulterte i et forstørret celletverrsnitt i planet til ab-normalene. Dermed, hvis HEMC "lagrer" mer vann enn MC, kan det oppstå et "tørt" miljø i et lokalisert område, noe som oppmuntrer til lateral aggregering og vekst av AFt-krystaller. Patural et al. fant at for CE i seg selv, jo høyere polymerisasjonsgrad (eller jo større molekylvekt), desto større er viskositeten til CE og desto bedre er vannretensjonsytelsen. Den molekylære strukturen til HEMC-er og MCS støtter denne hypotesen, der hydroksyetylgruppen har en mye større molekylvekt enn hydrogengruppen.

Generelt vil AFt-krystaller kun dannes og utfelles når relevante ioner når en viss metning i løsningssystemet. Derfor kan faktorer som ionkonsentrasjon, temperatur, pH-verdi og dannelsesrom i reaksjonsløsningen påvirke morfologien til AFt-krystaller betydelig, og endringer i kunstige synteseforhold kan endre morfologien til AFt-krystaller. Derfor kan forholdet mellom AFt-krystaller i vanlig sementslam mellom de to være forårsaket av den enkle faktoren vannforbruk i tidlig hydrering av sement. Forskjellen i AFt-krystallmorfologi forårsaket av HEMC og MC bør imidlertid hovedsakelig skyldes deres spesielle vannretensjonsmekanisme. Hemcs og MCS skaper en "lukket sløyfe" av vanntransport innenfor mikrosonen til den ferske sementslammen, noe som gir en "kort periode" der vann er "lett å komme inn og vanskelig å få ut". I løpet av denne perioden endres imidlertid også væskefasemiljøet i og nær mikrosonen. Faktorer som ionkonsentrasjon, pH, etc. Endringen i vekstmiljøet gjenspeiles ytterligere i de morfologiske egenskapene til AFt-krystaller. Denne «lukkede sløyfen» for vanntransport ligner på virkningsmekanismen beskrevet av Pourchez et al. HPMC spiller en rolle i vannretensjon.

3. Konklusjon

(1) Tilsetning av hydroksyetylmetylcelluloseeter (HEMC) og metylcelluloseeter (MC) kan endre morfologien til ettringitt betydelig i tidlig (1 dag) vanlig sementslam.

(2) Lengden og diameteren til ettringittkrystallene i HEMC-modifisert sementoppslemming er små og stavformede; Forholdet mellom lengde og diameter for ettringittkrystallene i MC-modifisert sementoppslemming er stort, noe som gir en nåleformet stavform. Ettringittkrystallene i vanlige sementoppslemminger har et sideforhold mellom disse to.

(3) De ulike effektene av to celluloseetere på morfologien til ettringitt skyldes i hovedsak forskjellen i molekylvekt.