Éter de celulose na morfologia da etringita inicial

Os efeitos do éter de hidroxietilmetilcelulose e do éter de metilcelulose na morfologia da etringita em pastas de cimento iniciais foram estudados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostram que a razão comprimento-diâmetro dos cristais de etringita na pasta modificada com éter de hidroxietilmetilcelulose é menor do que na pasta comum, e a morfologia dos cristais de etringita é em forma de bastão curto. A razão comprimento-diâmetro dos cristais de etringita na pasta modificada com éter de metilcelulose é maior do que na pasta comum, e a morfologia dos cristais de etringita é em forma de bastão curto. Os cristais de etringita em pastas de cimento comuns têm uma razão de aspecto intermediária. Por meio do estudo experimental acima, fica ainda mais claro que a diferença de peso molecular dos dois tipos de éter de celulose é o fator mais importante que afeta a morfologia da etringita.

Palavras-chave:etringita; Razão comprimento-diâmetro; Éter de metilcelulose; Éter de hidroxietilmetilcelulose; morfologia

A etringita, como um produto de hidratação ligeiramente expandido, tem um efeito significativo no desempenho do concreto de cimento e sempre foi o foco de pesquisa de materiais à base de cimento. A etringita é um tipo de hidrato de aluminato de cálcio do tipo trissulfeto, sua fórmula química é [Ca3Al(OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, ou pode ser escrita como 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, frequentemente abreviada como AFt. No sistema de cimento Portland, a etringita é formada principalmente pela reação do gesso com minerais de aluminato ou aluminato férrico, que desempenha o papel de retardar a hidratação e a resistência inicial do cimento. A formação e a morfologia da etringita são afetadas por muitos fatores, como temperatura, valor de pH e concentração de íons. Já em 1976, Metha et al. utilizou microscopia eletrônica de varredura para estudar as características morfológicas do AFt e descobriu que a morfologia desses produtos de hidratação levemente expandidos era ligeiramente diferente quando o espaço de crescimento era grande o suficiente e quando o espaço era limitado. O primeiro era principalmente esférulas delgadas em forma de haste de agulha, enquanto o último era principalmente prisma curto em forma de haste. A pesquisa de Yang Wenyan descobriu que as formas do AFt eram diferentes com diferentes ambientes de cura. Ambientes úmidos atrasariam a geração de AFt em concreto dopado com expansão e aumentariam a possibilidade de inchaço e fissuras do concreto. Diferentes ambientes afetam não apenas a formação e a microestrutura do AFt, mas também sua estabilidade de volume. Chen Huxing et al. descobriram que a estabilidade a longo prazo do AFt diminuiu com o aumento do teor de C3A. Clark e Monteiro et al. descobriram que com o aumento da pressão ambiental, a estrutura cristalina do AFt mudou de ordem para desordem. Balonis e Glasser revisaram as mudanças de densidade do AFm e do AFt. Renaudin et al. estudaram as mudanças estruturais do AFt antes e depois da imersão em solução e os parâmetros estruturais do AFt no espectro Raman. Kunther et al. estudaram o efeito da interação entre a razão cálcio-silício do gel CSH e o íon sulfato na pressão de cristalização da fase AFt por RMN. Ao mesmo tempo, com base na aplicação da fase AFt em materiais à base de cimento, Wenk et al. estudaram a orientação dos cristais de AFt em seções de concreto por meio da tecnologia de acabamento por difração de raios X por radiação síncrotron rígida. A formação de AFt em cimento misto e o ponto crítico de pesquisa da etringita foram explorados. Com base na reação retardada da etringita, alguns pesquisadores realizaram diversas pesquisas sobre a causa da fase AFt.

A expansão de volume causada pela formação de etringita é, por vezes, favorável, podendo atuar como uma "expansão" semelhante ao agente de expansão de óxido de magnésio para manter a estabilidade de volume de materiais à base de cimento. A adição de emulsão polimérica e pó de emulsão redispersível altera as propriedades macroscópicas de materiais à base de cimento devido aos seus efeitos significativos na microestrutura dos materiais à base de cimento. No entanto, ao contrário do pó de emulsão redispersível, que melhora principalmente a propriedade de ligação da argamassa endurecida, o éter de celulose (EC) polimérico solúvel em água confere à argamassa recém-misturada boa retenção de água e efeito espessante, melhorando assim o desempenho de trabalho. EC não iônico é comumente utilizado, incluindo metilcelulose (MC), hidroxietilcelulose (HEC), hidroxipropilmetilcelulose (HPMC).hidroxietilmetilcelulose (HEMC), etc., e a EC desempenha um papel na argamassa recém-misturada, mas também afeta o processo de hidratação da pasta de cimento. Estudos demonstraram que a HEMC altera a quantidade de AFt produzida como produto de hidratação. No entanto, nenhum estudo comparou sistematicamente o efeito da EC na morfologia microscópica da AFt, portanto, este artigo explora a diferença entre o efeito da HEMC e da MC na morfologia microscópica do ettringham na pasta de cimento inicial (1 dia) por meio de análise e comparação de imagens.

1. Experiment

1.1 Matérias-primas

O cimento Portland P·II 52.5R, produzido pela Anhui Conch Cement Co., LTD, foi selecionado como cimento no experimento. Os dois éteres de celulose são hidroxietilmetilcelulose (HEMC) e metilcelulose (metilcelulose, Shanghai Sinopath Group), respectivamente. MC); A água de amassamento é água da torneira.

1.2 Métodos experimentais

A relação água-cimento da amostra de pasta de cimento foi de 0,4 (a relação em massa de água para cimento), e o teor de éter de celulose foi de 1% da massa de cimento. A preparação da amostra foi realizada de acordo com GB1346-2011 "Método de Teste para Consumo de Água, Tempo de Pega e Estabilidade da Consistência Padrão de Cimento". Após a formação da amostra, um filme plástico foi encapsulado na superfície do molde para evitar a evaporação da água da superfície e a carbonização, e a amostra foi colocada em uma sala de cura com temperatura de (20 ± 2) ℃ e umidade relativa de (60 ± 5)%. Após 1 dia, o molde foi removido e a amostra foi quebrada, então uma pequena amostra foi retirada do meio e embebida em etanol anidro para interromper a hidratação, e a amostra foi retirada e seca antes do teste. As amostras secas foram coladas à mesa de amostras com adesivo condutivo dupla-face, e uma camada de filme de ouro foi pulverizada na superfície com o instrumento de pulverização iônica automática Cressington 108auto. A corrente de pulverização foi de 20 mA e o tempo de pulverização foi de 60 s. O Microscópio Eletrônico de Varredura Ambiental FEI QUANTAFEG 650 (ESEM) foi utilizado para observar as características morfológicas da AFt na seção da amostra. O modo de elétron secundário de alto vácuo foi utilizado para observar a AFT. A tensão de aceleração foi de 15 kV, o diâmetro do ponto do feixe foi de 3,0 nm e a distância de trabalho foi controlada em cerca de 10 mm.

2. Resultados e discussão

Imagens SEM de etringita em pasta de cimento endurecida modificada por HEMC mostraram que o crescimento de orientação de Ca(OH)2(CH)3 em camadas era óbvio, e o AFt mostrou acúmulo irregular de AFt em forma de haste curta, e algumas AFT em forma de haste curta foram cobertas com estrutura de membrana HEMC. Zhang Dongfang et al. também encontraram AFt em forma de haste curta ao observar as mudanças na microestrutura da pasta de cimento modificada por HEMC através de ESEM. Eles acreditavam que a pasta de cimento comum reagia rapidamente após encontrar água, então o cristal de AFt era delgado, e a extensão da idade de hidratação levou ao aumento contínuo da razão comprimento-diâmetro. No entanto, o HEMC aumentou a viscosidade da solução, reduziu a taxa de ligação de íons na solução e atrasou a chegada de água na superfície das partículas de clínquer, então a razão comprimento-diâmetro do AFt aumentou em uma tendência fraca e suas características morfológicas mostraram formato de haste curta. Comparada com a AFt em pasta de cimento comum da mesma idade, esta teoria foi parcialmente verificada, mas não é aplicável para explicar as alterações morfológicas da AFt em pasta de cimento modificada com MC. Imagens de MEV de ettridita em pasta de cimento modificada com MC endurecida por 1 dia também mostraram crescimento orientado de Ca(OH)2 em camadas, algumas superfícies de AFt também foram cobertas com estrutura de filme de MC, e a AFt apresentou características morfológicas de crescimento de aglomerados. No entanto, em comparação, o cristal de AFt em pasta de cimento modificada com MC apresenta uma relação comprimento-diâmetro maior e uma morfologia mais delgada, apresentando uma morfologia acicular típica.

Tanto o HEMC quanto o MC atrasaram o processo de hidratação inicial do cimento e aumentaram a viscosidade da solução, mas as diferenças nas características morfológicas do AFt causadas por eles ainda eram significativas. Os fenômenos acima podem ser mais elaborados a partir da perspectiva da estrutura molecular do éter de celulose e da estrutura cristalina do AFt. Renaudin et al. embeberam o AFt sintetizado na solução alcalina preparada para obter "AFt úmido" e o removeram parcialmente e o secaram na superfície da solução saturada de CaCl2 (35% de umidade relativa) para obter "AFt seco". Após o estudo de refinamento da estrutura por espectroscopia Raman e difração de raios X em pó, verificou-se que não havia diferença entre as duas estruturas, apenas a direção da formação de cristais das células mudou no processo de secagem, ou seja, no processo de mudança ambiental de "úmido" para "seco", os cristais de AFt formaram células ao longo da direção normal de a aumentaram gradualmente. Os cristais de AFt ao longo da direção normal c tornaram-se cada vez menos. A unidade mais básica do espaço tridimensional é composta por uma linha normal, uma linha normal b e uma linha normal c, que são perpendiculares entre si. No caso em que as normais b foram fixadas, os cristais de AFt se agruparam ao longo das normais a, resultando em uma seção transversal da célula ampliada no plano das normais ab. Assim, se o HEMC "armazena" mais água do que o MC, um ambiente "seco" pode ocorrer em uma área localizada, incentivando a agregação lateral e o crescimento dos cristais de AFt. Patural et al. descobriram que, para o próprio CE, quanto maior o grau de polimerização (ou quanto maior o peso molecular), maior a viscosidade do CE e melhor o desempenho de retenção de água. A estrutura molecular dos HEMCs e MCS apoia essa hipótese, com o grupo hidroxietil tendo um peso molecular muito maior do que o grupo hidrogênio.

Geralmente, os cristais de AFt se formam e precipitam somente quando os íons relevantes atingem uma certa saturação no sistema de solução. Portanto, fatores como concentração de íons, temperatura, valor de pH e espaço de formação na solução de reação podem afetar significativamente a morfologia dos cristais de AFt, e mudanças nas condições artificiais de síntese podem alterar a morfologia dos cristais de AFt. Portanto, a proporção de cristais de AFt na pasta de cimento comum entre os dois pode ser causada pelo único fator de consumo de água na hidratação inicial do cimento. No entanto, a diferença na morfologia dos cristais de AFt causada por HEMC e MC deve ser principalmente devido ao seu mecanismo especial de retenção de água. Hemcs e MCS criam um "circuito fechado" de transporte de água dentro da microzona da pasta de cimento fresca, permitindo um "curto período" no qual a água é "fácil de entrar e difícil de sair". No entanto, durante esse período, o ambiente da fase líquida dentro e perto da microzona também é alterado. Fatores como concentração de íons, pH, etc. A mudança no ambiente de crescimento se reflete ainda mais nas características morfológicas dos cristais de AFt. Esse "ciclo fechado" de transporte de água é semelhante ao mecanismo de ação descrito por Pourchez et al. HPMC desempenha um papel na retenção de água.

3. Conclusão

(1) A adição de éter de metilcelulose hidroxietil (HEMC) e éter de metilcelulose (MC) pode alterar significativamente a morfologia da etringita na pasta de cimento comum inicial (1 dia).

(2) O comprimento e o diâmetro dos cristais de etringita na pasta de cimento modificada por HEMC são pequenos e apresentam formato de haste curta; a relação entre comprimento e diâmetro dos cristais de etringita na pasta de cimento modificada por MC é grande, apresentando formato de haste de agulha. Os cristais de etringita em pastas de cimento comuns apresentam uma relação de aspecto intermediária.

(3) Os diferentes efeitos de dois éteres de celulose na morfologia da etringita são essencialmente devidos à diferença no peso molecular.