Erken dönem ettringitin morfolojisi üzerindeki selüloz eterinin etkisi

Erken dönem çimento şerbetindeki ettringitin morfolojisi üzerindeki hidroksietil metil selüloz eter ve metil selüloz eterin etkileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Sonuçlar, hidroksietil metil selüloz eter ile modifiye edilmiş şerbetteki ettringit kristallerinin uzunluk-çap oranının sıradan şerbettekinden daha küçük olduğunu ve ettringit kristallerinin morfolojisinin kısa çubuk şeklinde olduğunu göstermektedir. Metil selüloz eter ile modifiye edilmiş şerbetteki ettringit kristallerinin uzunluk-çap oranı ise sıradan şerbettekinden daha büyüktür ve ettringit kristallerinin morfolojisi iğne-çubuk şeklindedir. Sıradan çimento şerbetlerindeki ettringit kristallerinin en boy oranı ise bu ikisi arasında bir yerdedir. Yukarıdaki deneysel çalışma sayesinde, iki tür selüloz eterin moleküler ağırlık farkının ettringitin morfolojisini etkileyen en önemli faktör olduğu daha da netleşmiştir.

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

Hafifçe genişlemiş bir hidratasyon ürünü olan ettringit, çimento betonunun performansında önemli bir etkiye sahiptir ve her zaman çimento esaslı malzemelerin araştırma odağı olmuştur. Ettringit, bir tür trisülfit tipi kalsiyum alüminat hidrattır, kimyasal formülü [Ca3Al (OH)6·12H2O]2·(SO4)3·2H2O veya 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O olarak yazılabilir ve genellikle AFt olarak kısaltılır. Portland çimento sisteminde, ettringit esas olarak jipsin alüminat veya demir alüminat mineralleriyle reaksiyonu sonucu oluşur ve çimentonun hidratasyonunu geciktirme ve erken mukavemetini sağlama rolünü oynar. Ettringitin oluşumu ve morfolojisi, sıcaklık, pH değeri ve iyon konsantrasyonu gibi birçok faktörden etkilenir. 1976 gibi erken bir tarihte Metha ve arkadaşları... AFt'nin morfolojik özelliklerini incelemek için taramalı elektron mikroskobu kullanıldı ve bu tür hafifçe genişlemiş hidratasyon ürünlerinin morfolojisinin, büyüme alanı yeterince büyük olduğunda ve alan sınırlı olduğunda biraz farklı olduğu bulundu. Birincisi çoğunlukla ince iğne-çubuk şeklinde kürecikler iken, ikincisi çoğunlukla kısa çubuk şeklinde prizmalardı. Yang Wenyan'ın araştırması, AFt formlarının farklı kürleme ortamlarında farklı olduğunu buldu. Islak ortamlar, genleşme katkılı betonda AFt oluşumunu geciktirir ve betonun şişme ve çatlama olasılığını artırır. Farklı ortamlar sadece AFt'nin oluşumunu ve mikro yapısını değil, aynı zamanda hacim stabilitesini de etkiler. Chen Huxing ve arkadaşları, AFt'nin uzun vadeli stabilitesinin C3A içeriğinin artmasıyla azaldığını buldu. Clark ve Monteiro ve arkadaşları, çevresel basıncın artmasıyla AFt kristal yapısının düzenliden düzensizliğe değiştiğini buldu. Balonis ve Glasser, AFm ve AFt'nin yoğunluk değişimlerini inceledi. Renaudin ve arkadaşları... AFt'nin çözeltiye daldırılmadan önce ve sonraki yapısal değişimlerini ve Raman spektrumundaki AFt'nin yapısal parametrelerini incelediler. Kunther ve ark., CSH jelinin kalsiyum-silikon oranı ve sülfat iyonu arasındaki etkileşimin AFt kristalleşme basıncı üzerindeki etkisini NMR ile incelediler. Aynı zamanda, AFt'nin çimento esaslı malzemelerdeki uygulamasına dayanarak, Wenk ve ark., sert senkrotron radyasyonu X-ışını kırınımı sonlandırma teknolojisi ile beton kesitinin AFt kristal yönelimini incelediler. Karışık çimentoda AFt oluşumu ve ettringitin araştırma odak noktası araştırıldı. Gecikmiş ettringit reaksiyonuna dayanarak, bazı bilim insanları AFt fazının nedenine ilişkin birçok araştırma yürüttüler.

Ettringit oluşumunun neden olduğu hacim genişlemesi bazen olumlu sonuçlar doğurabilir ve çimento esaslı malzemelerin hacim stabilitesini korumak için magnezyum oksit genleşme ajanı gibi bir "genleşme" görevi görebilir. Polimer emülsiyonu ve yeniden dağılabilir emülsiyon tozu ilavesi, çimento esaslı malzemelerin mikro yapısı üzerindeki önemli etkileri nedeniyle, çimento esaslı malzemelerin makroskopik özelliklerini değiştirir. Bununla birlikte, esas olarak sertleşmiş harcın yapışma özelliğini artıran yeniden dağılabilir emülsiyon tozunun aksine, suda çözünebilen polimer selüloz eter (CE), yeni karıştırılmış harca iyi su tutma ve koyulaştırma etkisi kazandırarak çalışma performansını iyileştirir. Yaygın olarak kullanılan iyonik olmayan CE'ler arasında metil selüloz (MC), hidroksietil selüloz (HEC), hidroksipropil metil selüloz (HPMC) bulunur.hidroksietil metil selüloz (HEMC)vb., ve CE, yeni karıştırılmış harçta rol oynar, ancak aynı zamanda çimento şerbetinin hidratasyon sürecini de etkiler. Çalışmalar, HEMC'nin hidratasyon ürünü olarak üretilen AFt miktarını değiştirdiğini göstermiştir. Bununla birlikte, CE'nin AFt'nin mikroskobik morfolojisi üzerindeki etkisini sistematik olarak karşılaştıran hiçbir çalışma bulunmamaktadır; bu nedenle bu makale, görüntü analizi ve karşılaştırma yoluyla erken (1 günlük) çimento şerbetindeki ettringham'ın mikroskobik morfolojisi üzerindeki HEMC ve MC etkisinin farklılığını araştırmaktadır.

1. Deney

1.1 Hammaddeler

Deneyde çimento olarak Anhui Conch Cement Co., LTD tarafından üretilen P·II 52.5R Portland çimentosu seçilmiştir. İki selüloz eteri sırasıyla hidroksietil metilselüloz (HEMC) ve metilselüloz (Shanghai Sinopath Group) olup, karıştırma suyu olarak musluk suyu kullanılmıştır.

1.2 Deneysel Yöntemler

Çimento macunu numunesinin su-çimento oranı 0,4 (su/çimento kütle oranı) ve selüloz eter içeriği çimento kütlesinin %1'iydi. Numunenin hazırlanması, GB1346-2011 “Çimento Standardı Kıvamının Su Tüketimi, Priz Süresi ve Stabilitesi İçin Test Yöntemi”ne göre gerçekleştirildi. Numune oluşturulduktan sonra, yüzey suyunun buharlaşmasını ve karbonlaşmasını önlemek için kalıbın yüzeyine plastik film sarıldı ve numune (20±2)℃ sıcaklık ve (60±5) % bağıl nem oranına sahip bir kürleme odasına yerleştirildi. 1 gün sonra kalıp çıkarıldı, numune kırıldı, ardından ortasından küçük bir örnek alındı ​​ve hidratasyonu sonlandırmak için susuz etanolde bekletildi, daha sonra örnek çıkarılıp testten önce kurutuldu. Kurutulmuş numuneler, iletken çift taraflı yapıştırıcı ile numune tablasına yapıştırıldı ve Cressington 108auto otomatik iyon püskürtme cihazı ile yüzeye bir altın film tabakası püskürtüldü. Püskürtme akımı 20 mA ve püskürtme süresi 60 s idi. Numune kesitindeki AFt'nin morfolojik özelliklerini gözlemlemek için FEI QUANTAFEG 650 çevresel taramalı elektron mikroskobu (ESEM) kullanıldı. AFt'yi gözlemlemek için yüksek vakumlu ikincil elektron modu kullanıldı. Hızlandırma voltajı 15 kV, ışın noktası çapı 3,0 nm ve çalışma mesafesi yaklaşık 10 mm olarak kontrol edildi.

2. Sonuçlar ve tartışma

Sertleşmiş HEMC ile modifiye edilmiş çimento şerbetindeki ettringitin SEM görüntüleri, katmanlı Ca(OH)2(CH) yönelimli büyümesinin belirgin olduğunu ve AFt'nin düzensiz bir şekilde kısa çubuk benzeri AFt birikimi gösterdiğini ve bazı kısa çubuk benzeri AFt'nin HEMC membran yapısıyla kaplandığını göstermiştir. Zhang Dongfang ve arkadaşları da ESEM ile HEMC ile modifiye edilmiş çimento şerbetinin mikro yapı değişikliklerini gözlemlediklerinde kısa çubuk benzeri AFt bulmuşlardır. Sıradan çimento şerbetinin suyla karşılaştıktan sonra hızla reaksiyona girdiğini, bu nedenle AFt kristalinin ince olduğunu ve hidratasyon yaşının uzamasının uzunluk-çap oranının sürekli artmasına yol açtığını düşünmüşlerdir. Bununla birlikte, HEMC çözeltinin viskozitesini artırmış, çözeltideki iyonların bağlanma oranını azaltmış ve suyun klinker parçacıklarının yüzeyine ulaşmasını geciktirmiştir, bu nedenle AFt'nin uzunluk-çap oranı zayıf bir eğilimle artmış ve morfolojik özellikleri kısa çubuk benzeri bir şekil göstermiştir. Aynı yaştaki sıradan çimento şerbetindeki AFt ile karşılaştırıldığında, bu teori kısmen doğrulanmıştır, ancak MC ile modifiye edilmiş çimento şerbetindeki AFt'nin morfolojik değişikliklerini açıklamak için uygulanamaz. 1 günlük sertleştirilmiş MC ile modifiye edilmiş çimento şerbetindeki ettriditin SEM görüntüleri de katmanlı Ca(OH)2'nin yönlendirilmiş büyümesini göstermiştir, bazı AFt yüzeyleri de MC'nin film yapısıyla kaplanmıştır ve AFt küme büyümesinin morfolojik özelliklerini göstermiştir. Bununla birlikte, karşılaştırma yapıldığında, MC ile modifiye edilmiş çimento şerbetindeki AFt kristali daha büyük bir uzunluk-çap oranına ve daha ince bir morfolojiye sahip olup, tipik iğne benzeri bir morfoloji göstermektedir.

Hem HEMC hem de MC, çimentonun erken hidratasyon sürecini geciktirdi ve çözeltinin viskozitesini artırdı, ancak bunlardan kaynaklanan AFt morfolojik özelliklerindeki farklılıklar yine de önemliydi. Yukarıdaki olgular, selüloz eterinin moleküler yapısı ve AFt kristal yapısı perspektifinden daha ayrıntılı olarak açıklanabilir. Renaudin ve ark. sentezlenen AFt'yi hazırlanan alkali çözeltiye batırarak "ıslak AFt" elde ettiler ve kısmen uzaklaştırıp doymuş CaCl2 çözeltisinin (bağıl nem %35) yüzeyinde kurutarak "kuru AFt" elde ettiler. Raman spektroskopisi ve X-ışını toz kırınımı ile yapılan yapı iyileştirme çalışmasından sonra, iki yapı arasında bir fark olmadığı, sadece kurutma işleminde hücrelerin kristal oluşum yönünün değiştiği, yani "ıslak"tan "kuru"ya çevresel değişim sürecinde, a normal yönü boyunca hücre oluşturan AFt kristallerinin giderek arttığı, c normal yönü boyunca AFt kristallerinin ise giderek azaldığı bulundu. Üç boyutlu uzayın en temel birimi, birbirine dik olan a normal çizgisi, b normal çizgisi ve c normal çizgisinden oluşur. b normalleri sabitlendiğinde, AFt kristalleri a normalleri boyunca kümelenerek ab normalleri düzleminde genişlemiş bir hücre kesiti oluşturur. Bu nedenle, HEMC, MC'den daha fazla su "depoluyorsa", lokalize bir alanda "kuru" bir ortam oluşabilir ve bu da AFt kristallerinin yanal agregasyonunu ve büyümesini teşvik eder. Patural ve ark. 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'lerin moleküler yapısı, hidroksietil grubunun hidrojen grubundan çok daha büyük bir moleküler ağırlığa sahip olmasıyla bu hipotezi desteklemektedir.

Genel olarak, AFt kristalleri ancak ilgili iyonlar çözelti sisteminde belirli bir doygunluğa ulaştığında oluşur ve çökelir. Bu nedenle, iyon konsantrasyonu, sıcaklık, pH değeri ve reaksiyon çözeltisindeki oluşum alanı gibi faktörler AFt kristallerinin morfolojisini önemli ölçüde etkileyebilir ve yapay sentez koşullarındaki değişiklikler AFt kristallerinin morfolojisini değiştirebilir. Bu nedenle, sıradan çimento şerbetindeki AFt kristallerinin oranı, çimentonun erken hidratasyonunda su tüketimi gibi tek bir faktörden kaynaklanıyor olabilir. Bununla birlikte, HEMC ve MC'nin neden olduğu AFt kristal morfolojisindeki farklılık, esas olarak özel su tutma mekanizmalarından kaynaklanmalıdır. HEMC'ler ve MCS, taze çimento şerbetinin mikro bölgesinde su taşınmasının "kapalı bir döngüsünü" oluşturarak, suyun "kolayca girebildiği ve zor çıkabildiği" "kısa bir süre" sağlar. Ancak bu süre zarfında, mikro bölgedeki ve yakınındaki sıvı faz ortamı da değişir. İyon konsantrasyonu, pH vb. faktörler, büyüme ortamındaki değişimin AFt kristallerinin morfolojik özelliklerine yansımasına neden olur. Bu "kapalı döngü" su taşıma mekanizması, Pourchez ve diğerlerinin tanımladığı, HPMC'nin su tutmada rol oynadığı etki mekanizmasına benzer.

3. Sonuç

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

(2) HEMC modifiye çimento bulamacındaki ettringit kristalinin uzunluğu ve çapı küçük ve kısa çubuk şeklindedir; MC modifiye çimento bulamacındaki ettringit kristallerinin uzunluk ve çap oranı büyüktür ve iğne-çubuk şeklindedir. Sıradan çimento bulamaçlarındaki ettringit kristallerinin en boy oranı bu ikisi arasındadır.

(3) İki selüloz eterinin ettringitin morfolojisi üzerindeki farklı etkileri esasen moleküler ağırlıktaki farklılıktan kaynaklanmaktadır.