Effek van omgewingstemperatuur op die werkbaarheid van sellulose-eter gemodifiseerde gips

Die werkverrigting van sellulose-eter-gemodifiseerde gips by verskillende omgewingstemperature verskil baie, maar die meganisme daarvan is nie duidelik nie. Die effekte van sellulose-eter op die reologiese parameters en waterretensie van gipsslib by verskillende omgewingstemperature is bestudeer. Die hidrodinamiese deursnee van sellulose-eter in vloeibare fase is gemeet deur 'n dinamiese ligverstrooiingsmetode, en die invloedmeganisme is ondersoek. Die resultate toon dat sellulose-eter 'n goeie waterhoudende en verdikkingseffek op gips het. Met die toename in sellulose-eter-inhoud, verhoog die viskositeit van suspensie en die waterhouvermoë verhoog. Met die verhoging van temperatuur neem die waterhouvermoë van gemodifiseerde gipsflot egter tot 'n sekere mate af, en die reologiese parameters verander ook. As in ag geneem word dat die sellulose-eter-kolloïedassosiasie waterretensie kan bereik deur die watervervoerkanaal te blokkeer, kan die temperatuurstyging lei tot die disintegrasie van die groot volume assosiasie wat deur sellulose-eter geproduseer word, en sodoende die waterretensie en werkverrigting van die gemodifiseerde gips verminder.

Sleutelwoorde:gips; Sellulose-eter; Temperatuur; Waterretensie; reologie

0. Inleiding

Gips, as 'n soort omgewingsvriendelike materiaal met goeie konstruksie en fisiese eienskappe, word wyd in versieringsprojekte gebruik. By die aanwending van gipsgebaseerde materiale word waterretensiemiddel gewoonlik bygevoeg om flodder te verander om waterverlies in die proses van hidrasie en verharding te voorkom. Sellulose-eter is tans die mees algemene waterhoumiddel. Omdat ioniese CE met Ca2+ sal reageer, gebruik dikwels nie-ioniese CE, soos: hidroksipropylmetielsellulose-eter, hidroksielmetielsellulose-eter en metielsellulose-eter. Dit is belangrik om die eienskappe van sellulose-eter gemodifiseerde gips te bestudeer vir beter toepassing van gips in versieringsingenieurswese.

Sellulose-eter is 'n hoë molekulêre verbinding wat geproduseer word deur die reaksie van alkali sellulose en veretheringsmiddel onder sekere omstandighede. Die nie-ioniese sellulose-eter wat in konstruksie-ingenieurswese gebruik word, het goeie verspreiding, waterretensie, binding en verdikkingseffek. Die byvoeging van sellulose-eter het 'n baie duidelike effek op die waterretensie van gips, maar die buig- en druksterkte van gipsverharde liggaam neem ook effens af met die toename van die byvoegingshoeveelheid. Dit is omdat sellulose-eter 'n sekere lug meevoer-effek het, wat borrels sal inbring in die proses van floddervermenging, en sodoende die meganiese eienskappe van die verharde liggaam verminder. Terselfdertyd sal te veel sellulose-eter die gipsmengsel te taai maak, wat lei tot die konstruksieprestasie daarvan.

Die hidrasieproses van gips kan in vier stappe verdeel word: ontbinding van kalsiumsulfaathemihidraat, kristallisasiekernvorming van kalsiumsulfaatdihidraat, groei van kristallyne kern en vorming van kristallyne struktuur. In die hidrasieproses van gips sal die hidrofiele funksionele groep sellulose-eter wat op die oppervlak van gipsdeeltjies adsorbeer 'n deel van watermolekules vasmaak, en sodoende die kernvormingsproses van gipshidrasie vertraag en die settyd van gips verleng. Deur SEM-waarneming het Mroz gevind dat alhoewel die teenwoordigheid van sellulose-eter die groei van kristalle vertraag het, maar die oorvleueling en samevoeging van kristalle verhoog het.

Sellulose-eter bevat hidrofiele groepe sodat dit 'n sekere hidrofilisiteit het, polimeer lang ketting verbind met mekaar sodat dit 'n hoë viskositeit het, die interaksie van die twee maak sellulose het 'n goeie waterhoudende verdikkingseffek op gipsmengsel. Bulichen het die waterretensiemeganisme van sellulose-eter in sement verduidelik. By lae vermenging adsorbeer sellulose-eter op sement vir intramolekulêre waterabsorpsie en gepaard met swelling om waterretensie te verkry. Op hierdie tydstip is waterretensie swak. Hoë dosisse sellulose-eter sal honderde nanometer tot 'n paar mikron kolloïdale polimeer vorm, wat die jelstelsel in die gat effektief blokkeer om doeltreffende waterretensie te verkry. Die werkingsmeganisme van sellulose-eter in gips is dieselfde as dié in sement, maar die hoër SO42- konsentrasie in die vloeibare fase van gipsmis sal die waterhoudende effek van sellulose verswak.

Op grond van bogenoemde inhoud kan gevind word dat die huidige navorsing oor sellulose-eter-gemodifiseerde gips meestal fokus op die hidrasieproses van sellulose-eter op gipsmengsel, waterretensie-eienskappe, meganiese eienskappe en mikrostruktuur van verharde liggaam, en die meganisme van sellulose-eter waterretensie. Die studie oor die interaksie tussen sellulose-eter en gipsmis by hoë temperatuur is egter steeds onvoldoende. Sellulose-eter waterige oplossing sal by 'n spesifieke temperatuur gelatieneer. Soos die temperatuur toeneem, sal die viskositeit van sellulose-eter waterige oplossing geleidelik afneem. Wanneer die gelatieneringstemperatuur bereik word, sal sellulose-eter in wit jel neerslaan. Byvoorbeeld, in die somerkonstruksie is die omgewingstemperatuur hoog, die termiese jel-eienskappe van sellulose-eter sal waarskynlik lei tot veranderinge in die werkbaarheid van gemodifiseerde gipsmis. Hierdie werk ondersoek die effek van temperatuurstyging op die werkbaarheid van sellulose-eter gemodifiseerde gipsmateriaal deur sistematiese eksperimente, en verskaf leiding vir die praktiese toepassing van sellulose-eter gemodifiseerde gips.

1. Eksperimenteer

1.1 Grondstowwe

Gips is die β-tipe natuurlike bougips wat deur Beijing Ecological Home Group verskaf word.

Sellulose-eter gekies uit Shandong Yiteng Group hidroksipropylmetielsellulose-eter, produkspesifikasies vir 75,000 mPa·s, 100,000 mPa·s en 200000mPa·s, geleringstemperatuur bo 60 ℃. Sitroensuur is gekies as gipsvertrager.

1.2 Reologietoets

Die reologiese toetsinstrument wat gebruik is, was RST⁃CC reometer vervaardig deur BROOKFIELD USA. Reologiese parameters soos plastiese viskositeit en vloeiskuifspanning van gips suspensie is bepaal deur MBT⁃40F⁃0046 monsterhouer en CC3⁃40 rotor, en die data is deur RHE3000 sagteware verwerk.

Die eienskappe van gipsmengsel stem ooreen met die reologiese gedrag van Bingham-vloeistof, wat gewoonlik met behulp van Bingham-model bestudeer word. As gevolg van die pseudoplastisiteit van sellulose-eter wat by polimeer-gemodifiseerde gips gevoeg word, het die floddermengsel egter gewoonlik 'n sekere skuifverdunningseienskap. In hierdie geval kan gemodifiseerde Bingham (M⁃B) model die reologiese kurwe van gips beter beskryf. Ten einde die skuifvervorming van gips te bestudeer, gebruik hierdie werk ook die Herschel⁃Bulkley (H⁃B) model.

1.3 Waterretensietoets

Toetsprosedure verwys na GB/T28627⁃2012 Pleisterpleister. Tydens die eksperiment met temperatuur as die veranderlike, is die gips 1 uur vooraf by die ooreenstemmende temperatuur in die oond voorverhit, en die gemengde water wat in die eksperiment gebruik is, is 1 uur voorverhit in die ooreenstemmende temperatuur in die konstante temperatuur waterbad, en die instrument wat gebruik is was voorverhit.

1.4 Hidrodinamiese deursnee toets

Die hidrodinamiese deursnee (D50) van HPMC polimeer assosiasie in vloeibare fase is gemeet deur gebruik te maak van 'n dinamiese ligverstrooiende deeltjiegrootte analiseerder (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Resultate en bespreking

2.1 Reologiese eienskappe van HPMC-gemodifiseerde gips

Skynbare viskositeit is die verhouding van skuifspanning tot skuiftempo wat op 'n vloeistof inwerk en is 'n parameter om die vloei van nie-Newtoniaanse vloeistowwe te karakteriseer. Die skynbare viskositeit van die gemodifiseerde gips suspensie het verander met die inhoud van sellulose-eter onder drie verskillende spesifikasies (75000mPa·s, 100,000mpa·s en 200000mPa·s). Die toetstemperatuur was 20 ℃. Wanneer die skuiftempo van reometer 14min-1 is, kan daar gevind word dat die viskositeit van gips flodder toeneem met die toename van HPMC inkorporering, en hoe hoër die HPMC viskositeit is, hoe hoër sal die viskositeit van gemodifiseerde gips flodder wees. Dit dui aan dat HPMC 'n duidelike verdikkings- en viskosifikasie-effek op gipsmis het. Gipssuspensie en sellulose-eter is stowwe met 'n sekere viskositeit. In die gemodifiseerde gipsmengsel word sellulose-eter op die oppervlak van gipshidrasieprodukte geadsorbeer, en die netwerk wat deur sellulose-eter gevorm word en die netwerk wat deur die gipsmengsel gevorm word, word verweef, wat lei tot "superposisie-effek", wat die algehele viskositeit van die gemodifiseerde gipsgebaseerde materiaal.

Die skuif ⁃ spanningskurwes van suiwer gips (G⁃H) en gemodifiseerde gips (G⁃H) pasta gedoteer met 75000mPa· s-HPMC, soos afgelei van die hersiene Bingham (M⁃B) model. Daar kan gevind word dat met die verhoging van skuiftempo, die skuifspanning van die mengsel ook toeneem. Die plastiese viskositeit (ηp) en vloeiskuifspanning (τ0) waardes van suiwer gips en HPMC gemodifiseerde gips by verskillende temperature word verkry.

Uit die plastiese viskositeit (ηp) en vloeiskuifspanning (τ0) waardes van suiwer gips en HPMC gemodifiseerde gips by verskillende temperature, kan gesien word dat die vloeispanning van HPMC gemodifiseerde gips voortdurend sal afneem met die toename in temperatuur, en die opbrengs stres sal 33% afneem by 60 ℃ in vergelyking met 20 ℃. Deur die plastiese viskositeitskromme waar te neem, kan gevind word dat die plastiese viskositeit van gemodifiseerde gipsmis ook afneem met die toename in temperatuur. Die opbrengsspanning en plastiese viskositeit van suiwer gipsflodder neem egter effens toe met die toename in temperatuur, wat aandui dat die verandering van reologiese parameters van HPMC gemodifiseerde gipsflodder in die proses van temperatuurverhoging veroorsaak word deur die verandering van HPMC eienskappe.

Die vloeispanningwaarde van gipsflot weerspieël die maksimum skuifspanningwaarde wanneer die mis skuifvervorming weerstaan. Hoe groter die vloeispanningwaarde, hoe meer stabiel kan die gipsmis wees. Die plastiese viskositeit weerspieël die vervormingtempo van gipsmis. Hoe groter die plastiese viskositeit is, hoe langer sal die skuifvervormingstyd van suspensie wees. Ter afsluiting, die twee reologiese parameters van HPMC gemodifiseerde gips flodder neem duidelik af met die toename in temperatuur, en die verdikkingseffek van HPMC op gips flodder word verswak.

Die skuifvervorming van flodder verwys na die skuifverdikkings- of skuifverdunningseffek wat deur die flodder weerspieël word wanneer dit aan skuifkrag onderwerp word. Die skuifvervorming-effek van slurrie kan beoordeel word deur die pseudoplastiese indeks n verkry vanaf die passingskromme. Wanneer n < 1, toon die gipsflot skuifuitdunning, en die skuifuitdunningsgraad van gipsflodder word hoër met die afname van n. Wanneer n > 1, het die gipsflot skuifverdikking getoon, en die skuifverdikkingsgraad van gipsflodder het toegeneem met die toename van n. Reologiese kurwes van HPMC gemodifiseerde gips suspensie by verskillende temperature gebaseer op Herschel⁃Bulkley (H⁃B) modelpassing, verkry dus die pseudoplastiese indeks n van HPMC gemodifiseerde gips slurry.

Volgens die pseudoplastiese indeks n van HPMC gemodifiseerde gips slurry, is die skuifvervorming van die gips flodder gemeng met HPMC skuifverdunning, en die n waarde neem geleidelik toe met die toename in temperatuur, wat aandui dat die skuifverdunningsgedrag van HPMC gemodifiseerde gips sal word tot 'n sekere mate verswak wanneer dit deur temperatuur beïnvloed word.

Gebaseer op die oënskynlike viskositeitsveranderinge van die gemodifiseerde gips suspensie met skuiftempo bereken vanaf skuifspanningdata van 75000 mPa· HPMC by verskillende temperature, kan gevind word dat die plastiese viskositeit van die gemodifiseerde gips suspensie vinnig afneem met die toename in skuiftempo, wat die pasresultaat van die H⁃B-model verifieer. Die gemodifiseerde gips suspensie het skuifverdunning eienskappe getoon. Met die verhoging van temperatuur neem die oënskynlike viskositeit van die mengsel tot 'n sekere mate teen 'n lae skuiftempo af, wat daarop dui dat die skuifverdunningseffek van die gemodifiseerde gipsflodder verswak word.

In die werklike gebruik van gips stopverf, word vereis dat gips slurry maklik vervorm kan word tydens die vryfproses en stabiel bly in rus, wat vereis dat gips slurry goeie skuifverdunnings eienskappe het, en die skuifverandering van HPMC gemodifiseerde gips is skaars om 'n sekere mate, wat nie bevorderlik is vir die konstruksie van gipsmateriaal nie. Die viskositeit van HPMC is een van die belangrike parameters, en ook die hoofrede dat dit die rol van verdikking speel om die veranderlike eienskappe van mengvloei te verbeter. Sellulose-eter self het die eienskappe van warm gel, die viskositeit van sy waterige oplossing neem geleidelik af namate die temperatuur toeneem, en wit gel presipiteer wanneer die geleringstemperatuur bereik word. Die verandering van reologiese parameters van sellulose-eter-gemodifiseerde gips met temperatuur is nou verwant aan die verandering van viskositeit, omdat die verdikkingseffek die gevolg is van die superposisie van sellulose-eter en gemengde flodder. In praktiese ingenieurswese moet die impak van omgewingstemperatuur op HPMC-prestasie in ag geneem word. Byvoorbeeld, die temperatuur van grondstowwe moet in die somer in hoë temperatuur beheer word om die swak werkverrigting van gemodifiseerde gips wat deur hoë temperatuur veroorsaak word, te vermy.

2.2 Waterretensie vanHPMC gemodifiseerde gips

Die waterretensie van gips suspensie gemodifiseer met drie verskillende spesifikasies van sellulose-eter word verander met die dosiskurwe. Met die verhoging van HPMC-dosering word die waterretensietempo van gipsmis aansienlik verbeter, en die toenameneiging word stabiel wanneer die HPMC-dosis 0.3% bereik. Laastens is die waterretensietempo van gipsmis stabiel op 90% ~ 95%. Dit dui aan dat HPMC 'n duidelike waterhoudende effek op klippasta het, maar die waterhoudende effek word nie aansienlik verbeter nie aangesien die dosis aanhou toeneem. Drie spesifikasies van HPMC waterretensie koers verskil is nie groot nie, byvoorbeeld, wanneer die inhoud is 0,3%, water retensie koers reeks is 5%, die standaardafwyking is 2,2. Die HPMC met die hoogste viskositeit is nie die hoogste waterretensietempo nie, en die HPMC met die laagste viskositeit is nie die laagste waterretensietempo nie. In vergelyking met suiwer gips, is die waterretensietempo van die drie HPMC vir gipsflot egter aansienlik verbeter, en die waterretensietempo van die gemodifiseerde gips in die 0,3%-inhoud word met 95%, 106%, 97% verhoog in vergelyking met die leë kontrolegroep. Sellulose-eter kan natuurlik die waterretensie van gipsmis verbeter. Met die toename in HPMC-inhoud bereik die waterretensietempo van HPMC-gemodifiseerde gipsmis met verskillende viskositeit geleidelik die versadigingspunt. 10000mPa·sHPMC bereik die versadigingspunt op 0.3%, 75000mPa·s en 20000mPa·s HPMC het die versadigingspunt op 0.2% bereik. Die resultate toon dat die waterretensie van 75000mPa·s HPMC gemodifiseerde gips verander met temperatuur onder verskillende dosisse. Met die afname in temperatuur neem die waterretensietempo van HPMC-gemodifiseerde gips geleidelik af, terwyl die waterretensietempo van suiwer gips basies onveranderd bly, wat aandui dat die verhoging van temperatuur die waterretensie-effek van HPMC op gips verswak. Die waterretensietempo van HPMC het met 31.5% afgeneem toe die temperatuur van 20 ℃ tot 40 ℃ gestyg het. Wanneer die temperatuur van 40℃ tot 60℃ styg, is die waterretensietempo van HPMC-gemodifiseerde gips basies dieselfde as dié van suiwer gips, wat aandui dat HPMC die effek van die verbetering van die waterretensie van gips op hierdie tydstip verloor het. Jian Jian en Wang Peiming voorgestel dat sellulose-eter self het 'n termiese gel verskynsel, temperatuurverandering sal lei tot veranderinge in die viskositeit, morfologie en adsorpsie van sellulose-eter, wat gebind is om te lei tot veranderinge in die prestasie van flodder mengsel. Bulichen het ook gevind dat die dinamiese viskositeit van sementoplossings wat HPMC bevat, afgeneem het met toenemende temperatuur.

Die verandering van waterretensie van die mengsel wat veroorsaak word deur die toename in temperatuur, moet gekombineer word met die meganisme van sellulose-eter. Bulichen het die meganisme verduidelik waardeur sellulose-eter water in sement kan behou. In sement-gebaseerde stelsels verbeter HPMC die waterretensietempo van suspensie deur die deurlaatbaarheid van die "filterkoek" wat deur die sementstelsel gevorm word, te verminder. 'N Sekere konsentrasie van HPMC in die vloeibare fase sal 'n paar honderd nanometer tot 'n paar mikrons kolloïdale assosiasie vorm, dit het 'n sekere volume polimeerstruktuur wat die wateroordragkanaal effektief in die mengsel kan inprop, die deurlaatbaarheid van "filterkoek" verminder. om doeltreffende waterretensie te bewerkstellig. Bulichen het ook getoon dat HPMCS in gips dieselfde meganisme vertoon. Daarom kan die studie van die hidromeganiese deursnee van die assosiasie wat deur HPMC in die vloeistoffase gevorm word, die effek van HPMC op die waterretensie van gips verduidelik.

2.3 Hidrodinamiese deursnee van HPMC kolloïed assosiasie

Deeltjieverspreidingskurwes van verskillende konsentrasies van 75000mPa·s HPMC in die vloeistoffase, en deeltjieverspreidingskurwes van drie spesifikasies van HPMC in die vloeistoffase by die konsentrasie van 0.6%. Dit kan gesien word uit die deeltjieverspreidingskurwe van HPMC van drie spesifikasies in die vloeistoffase wanneer die konsentrasie 0.6% is dat, met die toename in HPMC konsentrasie, die deeltjiegrootte van die geassosieerde verbindings wat in die vloeistoffase gevorm word ook toeneem. Wanneer die konsentrasie laag is, is die deeltjies wat deur HPMC-aggregasie gevorm word klein, en slegs 'n klein deel van HPMC aggregeer in deeltjies van ongeveer 100nm. Wanneer HPMC-konsentrasie 1% is, is daar 'n groot aantal kolloïdale assosiasies met 'n hidrodinamiese deursnee van ongeveer 300nm, wat 'n belangrike teken van molekulêre oorvleueling is. Hierdie "groot volume" polimerisasiestruktuur kan die wateroordragkanaal in die mengsel effektief blokkeer, die "deurlaatbaarheid van koek" verminder en die ooreenstemmende waterretensie van gipsmengsel by hierdie konsentrasie is ook groter as 90%. Die hidromeganiese diameters van HPMC met verskillende viskositeite in vloeibare fase is basies dieselfde, wat die soortgelyke waterretensietempo van HPMC-gemodifiseerde gipsmis met verskillende viskositeite verklaar.

Deeltjiegrootte verspreidingskurwes van 75000mPa·s HPMC met 1% konsentrasie by verskillende temperature. Met die toename in temperatuur kan die ontbinding van HPMC kolloïdale assosiasie duidelik gevind word. By 40 ℃ het die groot volume van 300nm assosiasie heeltemal verdwyn en ontbind in klein volume deeltjies van 15nm. Met die verdere verhoging van temperatuur word HPMC kleiner deeltjies, en die waterretensie van gipsmis word heeltemal verlore.

Die verskynsel van HPMC eienskappe wat verander met die styging van temperatuur staan ​​ook bekend as warm gel eienskappe, die bestaande algemene siening is dat by 'n lae temperatuur, HPMC makromolekules eers in water versprei word om oplossing op te los, HPMC molekules in hoë konsentrasie groot deeltjie assosiasie sal vorm . Wanneer die temperatuur styg, word die hidrasie van HPMC verswak, die water tussen kettings word geleidelik ontslaan, die groot assosiasieverbindings word geleidelik in klein deeltjies versprei, die viskositeit van die oplossing verminder, en die driedimensionele netwerkstruktuur word gevorm wanneer die gelering temperatuur bereik word, en die wit gel word neergeslaan.

Bodvik het gevind dat die mikrostruktuur en adsorpsie-eienskappe van HPMC in vloeibare fase verander is. Gekombineer met Bulichen se teorie van HPMC-kolloïdale assosiasie wat flodderwatervervoerkanaal blokkeer, is tot die gevolgtrekking gekom dat die toename in temperatuur gelei het tot die disintegrasie van HPMC-kolloïdale assosiasie, wat gelei het tot die afname in waterretensie van gemodifiseerde gips.

3. Gevolgtrekking

(1) Sellulose-eter self het 'n hoë viskositeit en 'n "opgeplaaste" effek saam met gipssuspensie, wat 'n duidelike verdikkingseffek speel. By kamertemperatuur word die verdikkingseffek duideliker met die toename in viskositeit en dosis sellulose-eter. Met die toename in temperatuur neem die viskositeit van sellulose-eter egter af, die verdikkingseffek daarvan verswak, die opbrengsskuifspanning en plastiese viskositeit van gipsmengsel verminder, die pseudoplastisiteit verswak, en die konstruksie-eienskap word erger.

(2) Sellulose-eter het die waterretensie van gips verbeter, maar met die toename in temperatuur het die waterretensie van gemodifiseerde gips ook aansienlik afgeneem, selfs by 60 ℃ sal die effek van waterretensie heeltemal verloor. Die waterretensietempo van gipsflodder is aansienlik verbeter deur sellulose-eter, en die waterretensietempo van HPMC-gemodifiseerde gipsflodder met verskillende viskositeit het geleidelik versadigingspunt bereik met die toename in dosis. Gips waterretensie is oor die algemeen eweredig aan die viskositeit van sellulose-eter, by 'n hoë viskositeit het min effek.

(3) Die interne faktore wat die waterretensie van sellulose-eter met temperatuur verander, is nou verwant aan die mikroskopiese morfologie van sellulose-eter in vloeibare fase. By 'n sekere konsentrasie is sellulose-eter geneig om te aggregeer om groot kolloïdale assosiasies te vorm, wat die watervervoerkanaal van gipsmengsel blokkeer om hoë waterretensie te verkry. Met die toename in temperatuur, as gevolg van die termiese geleringseienskap van sellulose-eter self, herdispergeer die voorheen gevormde groot kolloïedassosiasie egter, wat lei tot die afname in waterretensieprestasie.