Erken etrenjit morfolojisinde selüloz eter

Hidroksietil metil selüloz eter ve metil selüloz eterin erken çimento bulamacındaki etrenjit morfolojisi üzerindeki etkileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Sonuçlar, hidroksietil metil selüloz eter modifiye bulamacındaki etrenjit kristallerinin uzunluk-çap oranının sıradan bulamaca göre daha küçük olduğunu ve etrenjit kristallerinin morfolojisinin kısa çubuk benzeri olduğunu göstermektedir. Metil selüloz eter modifiye bulamacındaki etrenjit kristallerinin uzunluk-çap oranı sıradan bulamaca göre daha büyüktür ve etrenjit kristallerinin morfolojisi iğne-çubuk şeklindedir. Sıradan çimento bulamaçlarındaki etrenjit kristallerinin en-boy oranı bu ikisinin arasında bir yerdedir. Yukarıdaki deneysel çalışma ile, iki tür selüloz eterinin molekül ağırlığı farkının etrenjit morfolojisini etkileyen en önemli faktör olduğu daha da açıktır.

Anahtar kelimeler:etringit; Uzunluk-çap oranı; Metil selüloz eter; Hidroksietil metil selüloz eter; morfoloji

Etrenjit, hafifçe genleşmiş bir hidratasyon ürünü olarak, çimento betonunun performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir ve her zaman çimento esaslı malzemelerin araştırma merkezi olmuştur. Etrenjit, bir tür trisülfür tipi kalsiyum alüminat hidratıdır, kimyasal formülü [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O'dur veya 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O olarak yazılabilir, genellikle AFt olarak kısaltılır. Portland çimento sisteminde, etrenjit esas olarak alçıtaşının alüminat veya ferrik alüminat mineralleriyle reaksiyonu sonucu oluşur ve bu da hidratasyonu ve çimentonun erken dayanımını geciktirme rolünü oynar. Etrenjitin oluşumu ve morfolojisi sıcaklık, pH değeri ve iyon konsantrasyonu gibi birçok faktörden etkilenir. Daha 1976'da, Metha ve ark. AFt'nin morfolojik özelliklerini incelemek için taramalı elektron mikroskobu kullandı ve bu tür hafifçe genişlemiş hidrasyon ürünlerinin morfolojisinin, büyüme alanı yeterince büyük olduğunda ve alan sınırlı olduğunda biraz farklı olduğunu buldu. Bunlardan ilki çoğunlukla ince iğne çubuk şeklindeki kürelerdi, ikincisi ise çoğunlukla kısa çubuk şeklindeki prizmalardı. Yang Wenyan'ın araştırması, AFt formlarının farklı kürleme ortamlarında farklı olduğunu buldu. Islak ortamlar, genleşme katkılı betonda AFt oluşumunu geciktirir ve betonun şişmesi ve çatlaması olasılığını artırır. Farklı ortamlar yalnızca AFt'nin oluşumunu ve mikro yapısını değil, aynı zamanda hacim kararlılığını da etkiler. Chen Huxing ve arkadaşları, AFt'nin uzun vadeli kararlılığının C3A içeriğinin artmasıyla azaldığını buldu. Clark ve Monteiro ve arkadaşları, çevresel basıncın artmasıyla AFt kristal yapısının düzenden düzensizliğe değiştiğini buldu. Balonis ve Glasser, AFm ve AFt'nin yoğunluk değişimlerini inceledi. Renaudin ve arkadaşları. AFt'nin çözeltiye daldırılmadan önce ve sonra yapısal değişimlerini ve Raman spektrumunda AFt'nin yapısal parametrelerini incelemiştir. Kunther ve arkadaşları, CSH jel kalsiyum-silisyum oranı ve sülfat iyonu arasındaki etkileşimin AFt kristalleşme basıncı üzerindeki etkisini NMR ile incelemiştir. Aynı zamanda, çimento bazlı malzemelerde AFt'nin uygulanmasına dayanarak, Wenk ve arkadaşları, sert senkrotron radyasyonu X-ışını kırınımı bitirme teknolojisi ile beton kesitinin AFt kristal yönelimini incelemiştir. Karışık çimentoda AFt oluşumu ve etrenjitin araştırma sıcak noktası araştırılmıştır. Gecikmiş etrenjit reaksiyonuna dayanarak, bazı bilim insanları AFt fazının nedeni hakkında çok sayıda araştırma yürütmüştür.

Etringit oluşumunun neden olduğu hacim genişlemesi bazen olumludur ve çimento esaslı malzemelerin hacim kararlılığını korumak için magnezyum oksit genleşme maddesine benzer bir "genleşme" görevi görebilir. Polimer emülsiyon ve yeniden dağıtılabilir emülsiyon tozunun eklenmesi, çimento esaslı malzemelerin mikro yapısı üzerindeki önemli etkileri nedeniyle çimento esaslı malzemelerin makroskobik özelliklerini değiştirir. Ancak, esas olarak sertleştirilmiş harcın bağlanma özelliğini artıran yeniden dağıtılabilir emülsiyon tozunun aksine, suda çözünür polimer selüloz eter (CE), yeni karıştırılmış harca iyi su tutma ve kalınlaştırma etkisi vererek çalışma performansını iyileştirir. Metil selüloz (MC), hidroksietil selüloz (HEC), hidroksipropil metil selüloz (HPMC) dahil olmak üzere iyonik olmayan CE yaygın olarak kullanılır.hidroksietil metil selüloz (HEMC), vb. ve CE yeni karıştırılmış harçta rol oynar ancak aynı zamanda çimento bulamacının hidratasyon sürecini de etkiler. Çalışmalar, HEMC'nin bir hidratasyon ürünü olarak üretilen AFt miktarını değiştirdiğini göstermiştir. Ancak, hiçbir çalışma CE'nin AFt'nin mikroskobik morfolojisi üzerindeki etkisini sistematik olarak karşılaştırmamıştır, bu nedenle bu makale HEMC ve MC'nin erken (1 günlük) çimento bulamacındaki ettringham'ın mikroskobik morfolojisi üzerindeki etkisinin farkını görüntü analizi ve karşılaştırma yoluyla araştırmaktadır.

1. Deney

1.1 Hammaddeler

Deneyde çimento olarak Anhui Conch Cement Co., LTD tarafından üretilen P·II 52.5R Portland çimentosu seçildi. İki selüloz eteri sırasıyla hidroksietil metilselüloz (HEMC) ve metilselülozdur (metilselüloz, Shanghai Sinopath Group). MC); Karıştırma suyu musluk suyudur.

1.2 Deneysel yöntemler

Çimento hamuru numunesinin su-çimento oranı 0,4 (suyun çimentoya kütle oranı) ve selüloz eter içeriği çimento kütlesinin %1'iydi. Numunenin hazırlanması GB1346-2011 “Su Tüketimi, Priz Süresi ve Çimento Standart Tutarlılığının Stabilitesi için Test Yöntemi” ne göre gerçekleştirildi. Numune oluşturulduktan sonra, yüzey suyunun buharlaşmasını ve karbonizasyonunu önlemek için kalıbın yüzeyine plastik film kapsüllendi ve numune (20±2)℃ sıcaklıkta ve (60±5) % bağıl nemde bir kürleme odasına yerleştirildi. 1 gün sonra kalıp çıkarıldı ve numune kırıldı, daha sonra ortasından küçük bir numune alındı ​​ve hidratasyonu sonlandırmak için susuz etanole batırıldı ve numune çıkarılıp testten önce kurutuldu. Kurutulmuş numuneler iletken çift taraflı yapıştırıcı ile numune masasına yapıştırıldı ve Cressington 108auto otomatik iyon püskürtme cihazı ile yüzeye bir kat altın film püskürtüldü. Püskürtme akımı 20 mA ve püskürtme süresi 60 saniyeydi. AFt'nin numune bölümündeki morfolojik özelliklerini gözlemlemek için FEI QUANTAFEG 650 çevresel Taramalı Elektron Mikroskobu (ESEM) kullanıldı. AFT'yi gözlemlemek için yüksek vakumlu ikincil elektron modu kullanıldı. Hızlanma voltajı 15 kV, ışın noktası çapı 3,0 nm ve çalışma mesafesi yaklaşık 10 mm olarak kontrol edildi.

2. Sonuçlar ve tartışma

Sertleştirilmiş HEMC modifiyeli çimento bulamacındaki etrenjitin SEM görüntüleri, katmanlı Ca (OH)2(CH) yönelim büyümesinin belirgin olduğunu ve AFt'nin kısa çubuk benzeri AFt'nin düzensiz birikimini gösterdiğini ve bazı kısa çubuk benzeri AFT'nin HEMC membran yapısıyla kaplı olduğunu gösterdi. Zhang Dongfang ve arkadaşları da ESEM ile HEMC modifiyeli çimento bulamacının mikro yapı değişikliklerini gözlemlerken kısa çubuk benzeri AFt buldular. Sıradan çimento bulamacının suyla karşılaştıktan sonra hızla tepkimeye girdiğine, bu nedenle AFt kristalinin ince olduğuna ve hidratasyon yaşının uzamasının uzunluk-çap oranının sürekli artmasına yol açtığına inanıyorlardı. Ancak, HEMC çözelti viskozitesini artırdı, çözeltideki iyonların bağlanma oranını düşürdü ve suyun klinker parçacıklarının yüzeyine ulaşmasını geciktirdi, bu nedenle AFt'nin uzunluk-çap oranı zayıf bir eğilimde arttı ve morfolojik özellikleri kısa çubuk benzeri bir şekil gösterdi. Aynı yaştaki sıradan çimento bulamacındaki AFt ile karşılaştırıldığında, bu teori kısmen doğrulanmıştır, ancak MC modifiyeli çimento bulamacındaki AFt'nin morfolojik değişimlerini açıklamak için uygulanabilir değildir. 1 günlük sertleştirilmiş MC modifiyeli çimento bulamacındaki etridit'in SEM görüntüleri de katmanlı Ca(OH)2'nin yönlendirilmiş büyümesini gösterdi, bazı AFt yüzeyleri de MC'nin film yapısıyla kaplandı ve AFt küme büyümesinin morfolojik özelliklerini gösterdi. Ancak, karşılaştırma açısından, MC modifiyeli çimento bulamacındaki AFt kristali daha büyük bir uzunluk-çap oranına ve daha ince bir morfolojiye sahiptir ve tipik bir iğne morfolojisi gösterir.

Hem HEMC hem de MC, çimentonun erken hidratasyon sürecini geciktirdi ve çözelti viskozitesini artırdı, ancak bunların neden olduğu AFt morfolojik özelliklerindeki farklılıklar hala önemliydi. Yukarıdaki olgular, selüloz eterinin moleküler yapısı ve AFt kristal yapısı perspektifinden daha da ayrıntılı olarak açıklanabilir. Renaudin ve arkadaşları, sentezlenen AFt'yi "ıslak AFt" elde etmek için hazırlanan alkali çözeltiye batırdı ve kısmen çıkarıp doymuş CaCl2 çözeltisinin (bağıl nem %35) yüzeyinde kurutarak "kuru AFt" elde etti. Raman spektroskopisi ve X-ışını toz kırınımı ile yapılan yapı iyileştirme çalışmasından sonra, iki yapı arasında bir fark olmadığı, sadece hücrelerin kristal oluşum yönünün kurutma sürecinde değiştiği, yani "ıslak"tan "kuru"ya çevresel değişim sürecinde AFt kristallerinin a'nın normal yönünde hücreler oluşturduğu giderek arttı. c normal yönündeki AFt kristalleri giderek azaldı. Üç boyutlu uzayın en temel birimi, birbirine dik olan bir normal çizgi, b normal çizgisi ve c normal çizgisinden oluşur. b normalinin sabitlenmesi durumunda, AFt kristalleri a normali boyunca kümelenerek ab normali düzleminde genişletilmiş bir hücre kesiti meydana gelir. Dolayısıyla, HEMC, MC'den daha fazla su "depolarsa", yerelleştirilmiş bir alanda "kuru" bir ortam oluşabilir ve bu da AFt kristallerinin yanal agregasyonunu ve büyümesini teşvik eder. Patural ve arkadaşları, CE'nin kendisi için, polimerizasyon derecesi ne kadar yüksekse (veya moleküler ağırlık ne kadar büyükse), CE'nin viskozitesinin o kadar yüksek ve su tutma performansının o kadar iyi olduğunu bulmuşlardır. HEMC'lerin ve MCS'nin moleküler yapısı bu hipotezi desteklemektedir; hidroksietil grubu, hidrojen grubundan çok daha büyük bir moleküler ağırlığa sahiptir.

Genellikle, AFt kristalleri yalnızca ilgili iyonlar çözelti sisteminde belirli bir doygunluğa ulaştığında oluşacak ve çökecektir. Bu nedenle, reaksiyon çözeltisindeki iyon konsantrasyonu, sıcaklık, pH değeri ve oluşum alanı gibi faktörler AFt kristallerinin morfolojisini önemli ölçüde etkileyebilir ve yapay sentez koşullarındaki değişiklikler AFt kristallerinin morfolojisini değiştirebilir. Bu nedenle, sıradan çimento bulamacındaki AFt kristallerinin ikisi arasındaki oranı, çimentonun erken hidratasyonunda su tüketiminin tek faktöründen kaynaklanıyor olabilir. Ancak, HEMC ve MC'nin neden olduğu AFt kristal morfolojisindeki fark, esas olarak özel su tutma mekanizmalarından kaynaklanıyor olmalıdır. Hemcs ve MCS, taze çimento bulamacının mikro bölgesinde su taşınmasında "kapalı bir döngü" oluşturarak suyun "girmesinin kolay ve çıkmasının zor olduğu" "kısa bir süre" sağlar. Ancak, bu süre zarfında, mikro bölgenin içindeki ve yakınındaki sıvı faz ortamı da değişir. İyon konsantrasyonu, pH vb. gibi faktörler, büyüme ortamındaki değişim AFt kristallerinin morfolojik özelliklerine daha fazla yansır. Bu "kapalı döngü" su taşınması, Pourchez ve diğerleri tarafından açıklanan etki mekanizmasına benzerdir. HPMC su tutulmasında rol oynar.

3. Sonuç

(1) Hidroksietil metil selüloz eter (HEMC) ve metil selüloz eter (MC) ilavesi, erken (1 günlük) sıradan çimento bulamacındaki etrenjitin morfolojisini önemli ölçüde değiştirebilir.

(2) HEMC modifiye edilmiş çimento bulamacındaki etringit kristalinin uzunluğu ve çapı küçük ve kısa çubuk şeklindedir; MC modifiye edilmiş çimento bulamacındaki etringit kristallerinin uzunluk ve çap oranı büyüktür, yani iğne çubuk şeklindedir. Sıradan çimento bulamaçlarındaki etringit kristalleri bu ikisi arasında bir en boy oranına sahiptir.

(3) İki selüloz eterinin etrenjit morfolojisi üzerindeki farklı etkileri esas olarak moleküler ağırlıktaki farktan kaynaklanmaktadır.