Cellulosaeter på morfologin hos tidig ettringit

Effekterna av hydroxietylmetylcellulosaeter och metylcellulosaeter på morfologin hos ettringit i tidig cementslam studerades med svepelektronmikroskopi (SEM). Resultaten visar att längd-diameterförhållandet för ettringitkristaller i hydroxietylmetylcellulosaetermodifierad slurry är mindre än i vanlig slurry, och morfologin hos ettringitkristaller är kortstavliknande. Längd-diameterförhållandet för ettringitkristaller i metylcellulosaetermodifierad slurry är större än i vanlig slurry, och morfologin hos ettringitkristaller är nålstavliknande. Ettringitkristallerna i vanliga cementslamningar har ett aspektförhållande någonstans däremellan. Genom ovanstående experimentella studie är det ytterligare tydligt att skillnaden i molekylvikt mellan två typer av cellulosaeter är den viktigaste faktorn som påverkar morfologin hos ettringit.

Nyckelord:ettringit; längd-diameterförhållande; metylcellulosaeter; hydroxietylmetylcellulosaeter; morfologi

Ettringit, som en något expanderad hydratiseringsprodukt, har en betydande effekt på cementbetongens prestanda och har alltid varit forskningscentret för cementbaserade material. Ettringit är en typ av kalciumaluminathydrat av trisulfidtyp, dess kemiska formel är [Ca3Al(OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O, eller kan skrivas som 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O, ofta förkortat AFt. I portlandcementsystem bildas ettringit huvudsakligen genom reaktion av gips med aluminat- eller järnaluminatmineraler, vilka spelar en roll för att fördröja hydratisering och tidig hållfasthet hos cement. Bildningen och morfologin av ettringit påverkas av många faktorer såsom temperatur, pH-värde och jonkoncentration. Redan 1976 använde Metha et al. svepelektronmikroskopi för att studera de morfologiska egenskaperna hos AFt, och fann att morfologin hos sådana något expanderade hydratiseringsprodukter var något annorlunda när tillväxtutrymmet var tillräckligt stort och när utrymmet var begränsat. Den förra bestod mestadels av smala, nålformade, stavformade sfärer, medan den senare mestadels bestod av ett kort, stavformat prisma. Yang Wenyans forskning fann att AFt-formerna skilde sig åt med olika härdningsmiljöer. Våta miljöer fördröjer AFt-genereringen i expansionsdopad betong och ökar risken för svullnad och sprickbildning i betongen. Olika miljöer påverkar inte bara bildandet och mikrostrukturen av AFt, utan även dess volymstabilitet. Chen Huxing et al. fann att den långsiktiga stabiliteten hos AFt minskar med ökningen av C3A-innehållet. Clark och Monteiro et al. fann att med ökningen av miljötrycket förändrades AFt-kristallstrukturen från ordning till oordning. Balonis och Glasser granskade densitetsförändringarna hos AFm och AFt. Renaudin et al. studerade de strukturella förändringarna av AFt före och efter nedsänkning i lösning och de strukturella parametrarna för AFt i Ramanspektrum. Kunther et al. studerade effekten av interaktionen mellan CSH-gelens kalcium-kiselförhållande och sulfatjon på AFt-kristallisationstrycket med NMR. Samtidigt studerade Wenk et al., baserat på tillämpningen av AFt i cementbaserade material, AFt-kristallorienteringen av betongprofiler genom hård synkrotronstrålnings-röntgendiffraktion och ytbehandlingsteknik. Bildningen av AFt i blandad cement och ettringits forsknings-hotspot undersöktes. Baserat på fördröjd ettringitreaktion har vissa forskare bedrivit mycket forskning om orsaken till AFt-fasen.

Volymutvidgningen som orsakas av bildandet av ettringit är ibland gynnsam, och den kan fungera som en "expansion" liknande magnesiumoxidexpansionsmedel för att bibehålla volymstabiliteten hos cementbaserade material. Tillsatsen av polymeremulsion och återdispergerbart emulsionspulver förändrar de makroskopiska egenskaperna hos cementbaserade material på grund av deras betydande effekter på mikrostrukturen hos cementbaserade material. Till skillnad från det återdispergerbara emulsionspulvret som huvudsakligen förbättrar bindningsegenskapen hos härdat murbruk, ger den vattenlösliga polymercellulosaetern (CE) det nyblandade murbruket god vattenretention och förtjockningseffekt, vilket förbättrar arbetsprestanda. Nonjonisk CE används ofta, inklusive metylcellulosa (MC), hydroxietylcellulosa (HEC), hydroxipropylmetylcellulosa (HPMC),hydroxietylmetylcellulosa (HEMC), etc., och CE spelar en roll i nyblandat murbruk men påverkar även hydratiseringsprocessen i cementslam. Studier har visat att HEMC förändrar mängden AFt som produceras som en hydratiseringsprodukt. Emellertid har inga studier systematiskt jämfört effekten av CE på den mikroskopiska morfologin hos AFt, så denna artikel undersöker skillnaden i effekten av HEMC och MC på den mikroskopiska morfologin hos Ettringham i tidig (1-dags) cementslam genom bildanalys och jämförelse.

1. Experimentera

1.1 Råvaror

P·II 52.5R Portlandcement tillverkat av Anhui Conch Cement Co., LTD valdes som cement i experimentet. De två cellulosaetrarna är hydroxietylmetylcellulosa (HEMC) respektive metylcellulosa (metylcellulosa, Shanghai Sinopath Group). MC; Blandningsvattnet är kranvatten.

1.2 Experimentella metoder

Vatten-cementförhållandet i cementpastaprovet var 0,4 (massförhållandet mellan vatten och cement), och innehållet av cellulosaeter var 1 % av cementens massa. Provet framställdes enligt GB1346-2011 "Testmetod för vattenförbrukning, härdningstid och stabilitet hos cementens standardkonsistens". Efter att provet formats inkapslades plastfilm på formens yta för att förhindra avdunstning och förkolning av ytvattnet, och provet placerades i ett härdningsrum med en temperatur på (20 ± 2) ℃ och en relativ fuktighet på (60 ± 5) %. Efter 1 dag togs formen bort och provet bröts. Sedan togs ett litet prov från mitten och blötlades i vattenfri etanol för att avsluta hydreringen, och provet togs ut och torkades före testning. De torkade proverna limmades på provbordet med ledande dubbelsidigt lim, och ett lager guldfilm sprayades på ytan med Cressington 108auto automatisk jonförstoftningsinstrument. Sputterströmmen var 20 mA och sputtertiden var 60 s. FEI QUANTAFEG 650 miljöavsökande elektronmikroskop (ESEM) användes för att observera de morfologiska egenskaperna hos AFt på provsektionen. Högvakuumsekundärelektronläge användes för att observera AFT. Accelerationsspänningen var 15 kV, strålfläckens diameter var 3,0 nm och arbetsavståndet kontrollerades till cirka 10 mm.

2. Resultat och diskussion

SEM-bilder av ettringit i härdad HEMC-modifierad cementslam visade att orienteringstillväxten av skiktad Ca(OH)2(CH) var tydlig, och AFt uppvisade oregelbunden ansamling av kort stavliknande AFt, och en del kort stavliknande AFT var täckt med HEMC-membranstruktur. Zhang Dongfang et al. fann också kort stavliknande AFt när de observerade mikrostrukturförändringarna i HEMC-modifierad cementslam genom ESEM. De trodde att vanlig cementslam reagerade snabbt efter att ha mött vatten, så AFt-kristallen var smal, och förlängningen av hydreringsåldern ledde till en kontinuerlig ökning av längd-diameterförhållandet. HEMC ökade dock lösningens viskositet, minskade bindningshastigheten för joner i lösningen och fördröjde vattens ankomst till ytan av klinkerpartiklarna, så längd-diameterförhållandet för AFt ökade i en svag trend och dess morfologiska egenskaper visade kort stavliknande form. Jämfört med AFt i vanlig cementslam av samma ålder har denna teori delvis verifierats, men den är inte tillämplig för att förklara de morfologiska förändringarna av AFt i MC-modifierad cementslam. SEM-bilder av ettridit i 1-dags härdad MC-modifierad cementslamning visade också orienterad tillväxt av skiktad Ca(OH)2, vissa AFt-ytor var också täckta med filmstruktur av MC, och AFt uppvisade morfologiska egenskaper av klustertillväxt. Som jämförelse har dock AFt-kristaller i MC-modifierad cementslamning ett större längd-diameterförhållande och en smalare morfologi, vilket visar en typisk nålformad morfologi.

Både HEMC och MC fördröjde cementens tidiga hydreringsprocessen och ökade lösningens viskositet, men skillnaderna i AFt-morfologiska egenskaper orsakade av dem var fortfarande signifikanta. Ovanstående fenomen kan vidareutvecklas ur perspektivet av cellulosaeterns molekylstruktur och AFt-kristallstruktur. Renaudin et al. blötlade den syntetiserade AFt i den framställda alkalilösningen för att få "våt AFt", och avlägsnade den delvis och torkade den på ytan av en mättad CaCl2-lösning (35 % relativ fuktighet) för att få "torr AFt". Efter strukturförfiningsstudien med Ramanspektroskopi och röntgenpulverdiffraktion fann man att det inte fanns någon skillnad mellan de två strukturerna, endast riktningen för kristallbildningen av celler förändrades under torkningsprocessen, det vill säga i processen med miljöförändring från "våt" till "torr" ökade AFt-kristaller gradvis celler längs normalriktningen. AFt-kristallerna längs c-normalriktningen blev färre och färre. Den mest grundläggande enheten i tredimensionellt rum består av en normallinje, b-normallinje och c-normallinje som är vinkelräta mot varandra. I det fall där b-normalerna fixerades, klustrade AFt-kristaller längs a-normalerna, vilket resulterade i ett förstorat celltvärsnitt i ab-normalernas plan. Om HEMC "lagrar" mer vatten än MC kan således en "torr" miljö uppstå i ett lokaliserat område, vilket uppmuntrar lateral aggregering och tillväxt av AFt-kristaller. Patural et al. fann att för CE i sig, ju högre polymerisationsgrad (eller ju större molekylvikt), desto större är viskositeten hos CE och desto bättre vattenretentionsprestanda. Den molekylära strukturen hos HEMC:er och MCS stöder denna hypotes, där hydroxietylgruppen har en mycket större molekylvikt än vätegruppen.

Generellt sett bildas och fälls AFt-kristaller endast ut när relevanta joner når en viss mättnad i lösningssystemet. Därför kan faktorer som jonkoncentration, temperatur, pH-värde och bildningsutrymme i reaktionslösningen avsevärt påverka morfologin hos AFt-kristaller, och förändringar i artificiella syntesförhållanden kan förändra morfologin hos AFt-kristaller. Därför kan förhållandet mellan AFt-kristaller i vanlig cementslamning mellan de två orsakas av den enda faktorn vattenförbrukning vid cementens tidiga hydrering. Skillnaden i AFt-kristallmorfologi orsakad av HEMC och MC bör dock huvudsakligen bero på deras speciella vattenretentionsmekanism. Hemcs och MCS skapar en "sluten slinga" av vattentransport inom mikrozonen i den färska cementslamningen, vilket möjliggör en "kort period" där vatten är "lätt att komma in och svårt att få ut". Under denna period förändras dock även vätskefasmiljön i och nära mikrozonen. Faktorer som jonkoncentration, pH, etc. Förändringen av tillväxtmiljön återspeglas ytterligare i de morfologiska egenskaperna hos AFt-kristaller. Denna "slutna slinga" av vattentransport liknar den verkningsmekanism som beskrivs av Pourchez et al. HPMC spelar en roll i vattenretention.

3. Slutsats

(1) Tillsats av hydroxietylmetylcellulosaeter (HEMC) och metylcellulosaeter (MC) kan avsevärt förändra morfologin hos ettringit i tidig (1 dag) vanlig cementslamning.

(2) Ettringitkristallerna i HEMC-modifierad cementuppslamning har liten längd och stavform; Förhållandet mellan längd och diameter för ettringitkristallerna i MC-modifierad cementuppslamning är stort, vilket ger en nålformad stav. Ettringitkristallerna i vanliga cementuppslamningar har ett aspektförhållande mellan dessa två.

(3) De olika effekterna av två cellulosaetrar på ettringitens morfologi beror huvudsakligen på skillnaden i molekylvikt.