Неіённы эфір цэлюлозы ў палімерным цэменце

У якасці незаменнай дабаўкі ў палімерным цэменце неіённы эфір цэлюлозы прыцягнуў вялікую ўвагу і даследаваўся. На падставе адпаведнай літаратуры ў краіне і за мяжой закон і механізм неіённага эфіру цэлюлозы, мадыфікаванага цэментавым растворам, абмяркоўваліся з аспектаў тыпаў і выбару неіённага эфіру цэлюлозы, яго ўплыву на фізічныя ўласцівасці палімернага цэменту, яго ўплыў на мікрамарфалогію і механічныя ўласцівасці, а таксама вылучаны недахопы сучасных даследаванняў. Дадзеная праца будзе садзейнічаць прымяненню эфіру цэлюлозы ў палімерцэменце.

Ключавыя словы: неионный эфір цэлюлозы, палімерцэмент, фізічныя ўласцівасці, механічныя ўласцівасці, мікраструктура

1. Агляд

З ростам попыту і патрабаванняў да палімерцэменту ў будаўнічай індустрыі, даданне дабавак у яго мадыфікацыі стала гарачай кропкай даследаванняў, сярод якіх эфір цэлюлозы шырока выкарыстоўваецца з-за яго ўплыву на ўтрыманне вады ў цэментавым растворы, згушчэнне, запаволенне, паветра і гэтак далей. У гэтым артыкуле апісаны тыпы эфіру цэлюлозы, уплыў на фізічныя і механічныя ўласцівасці палімернага цэменту і мікрамарфалогія палімернага цэменту, што з'яўляецца тэарэтычным арыенцірам для прымянення эфіру цэлюлозы ў палімерным цэменце.

2. Віды неионного эфіру цэлюлозы

Эфір цэлюлозы - гэта свайго роду палімернае злучэнне з эфірнай структурай, вырабленае з цэлюлозы. Існуе шмат відаў эфіру цэлюлозы, які аказвае вялікі ўплыў на ўласцівасці матэрыялаў на аснове цэменту, і выбраць яго складана. Па хімічным будынку намеснікаў іх можна падзяліць на аніённыя, катыённыя і неіённыя эфіры. Неіённы эфір цэлюлозы з замяшчальнікамі бакавых ланцугоў H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH і іншымі нераз'яднанымі групамі найбольш шырока выкарыстоўваецца ў цэменце, тыповымі прадстаўнікамі з'яўляюцца метылавы эфір цэлюлозы, гідраксіпрапілметылавы эфір цэлюлозы, эфір гидроксиэтилметилцеллюлозы, эфір гидроксиэтилцеллюлозы і гэтак далей. Розныя віды эфіраў цэлюлозы па-рознаму ўплываюць на час схоплівання цэменту. Згодна з папярэднімі літаратурнымі справаздачамі, HEC валодае самай моцнай здольнасцю запавольваць цэмент, за ёй ідуць HPMc і HEMc, а Mc мае найгоршую здольнасць. Для таго ж віду эфіру цэлюлозы, малекулярная маса або глейкасць, метыл, гидроксиэтил, гидроксипропил ўтрыманне гэтых груп розныя, яго запавольвае дзеянне таксама адрозніваецца. Наогул кажучы, чым большая глейкасць і чым вышэй утрыманне нераз'яднаных груп, тым горш здольнасць да затрымкі. Такім чынам, у рэальным працэсе вытворчасці, у адпаведнасці з патрабаваннямі камерцыйнай каагуляцыі раствора, можна выбраць адпаведнае ўтрыманне функцыянальнай групы эфіру цэлюлозы. Або ў вытворчасці эфіру цэлюлозы ў той жа час, адрэгулюйце ўтрыманне функцыянальных груп, каб яна адпавядала патрабаванням розных раствораў.

3、уплыў неіённага эфіру цэлюлозы на фізічныя ўласцівасці палімерцэменту

3.1 Запаволеная каагуляцыя

Для таго, каб падоўжыць час цвярдзення цэменту пры гідратацыі, каб зноў замешаны раствор на працягу доўгага часу заставаўся пластычным, каб адрэгуляваць час схоплівання толькі што замешанага раствора, палепшыць яго працаздольнасць, звычайна дадаюць у раствор запавольнік, не- іённы эфір цэлюлозы падыходзіць для палімернага цэменту з'яўляецца агульным запавольвальнікам.

Запавольвае дзеянне неіённага эфіру цэлюлозы на цэмент у асноўным залежыць ад яго ўласнага тыпу, глейкасці, дазоўкі, рознага складу мінералаў цэменту і іншых фактараў. Pourchez J і інш. паказалі, што чым вышэй ступень метилирования эфіру цэлюлозы, тым горш эфект запаволення, у той час як малекулярная маса эфіру цэлюлозы і ўтрыманне гидроксипропокси слабо ўплываюць на запаволенне гідратацыі цэменту. З павелічэннем глейкасці і колькасці неіённага эфіру цэлюлозы, адсорбцыйны пласт на паверхні часціц цэменту патаўшчаецца, а пачатковы і канчатковы час схоплівання цэменту павялічваецца, і эфект запаволення больш відавочны. Даследаванні паказалі, што ранняе цеплавыдзяленне цэментавых раствораў з розным утрыманнем HEMC прыкладна на 15% ніжэй, чым у чыстых цэментавых раствораў, але істотнай розніцы ў пазнейшым працэсе гідратацыі няма. Сінгх Н. К. і інш. паказалі, што з павелічэннем колькасці легіравання HEc гідратацыйнае цеплавыдзяленне мадыфікаванага цэментавага раствора прадэманстравала тэндэнцыю спачатку павелічэння, а затым зніжэння, а ўтрыманне ГЭЦ пры дасягненні максімальнага гідратацыйнага цеплавыдзялення было звязана з узростам зацвярдзення.

Акрамя таго, выяўлена, што запавольвае дзеянне неионного эфіру цэлюлозы цесна звязана са складам цэменту. Пешар і інш. выявілі, што чым ніжэй ўтрыманне трехкальциевого алюмінату (С3А) у цэменце, тым больш відавочна запавольвае дзеянне эфіру цэлюлозы. Шміц Л і інш. лічыў, што гэта было выклікана рознымі шляхамі эфіру цэлюлозы да кінетыкі гідратацыі трохкальцыевага сіліката (C3S) і трохкальцыевага алюмінату (C3A). Эфір цэлюлозы можа знізіць хуткасць рэакцыі ў перыяд паскарэння C3S, у той час як для C3A ён можа падоўжыць перыяд індукцыі і, нарэшце, затрымаць працэс зацвярдзення і цвярдзення раствора.

Існуюць розныя меркаванні аб механізме неіённага эфіру цэлюлозы, які затрымлівае гідратацыю цэменту. Сільва і інш. Лю лічыў, што ўвядзенне эфіру цэлюлозы прывядзе да павелічэння глейкасці поравага раствора, такім чынам блакуючы рух іёнаў і затрымліваючы кандэнсацыю. Аднак Pourchez et al. лічылі, што існуе відавочная залежнасць паміж затрымкай эфіру цэлюлозы да гідратацыі цэменту і глейкасцю цэментавага раствора. Іншая тэорыя заключаецца ў тым, што запавольвае дзеянне эфіру цэлюлозы цесна звязана з дэградацыяй шчолаччу. Поліцукрыды, як правіла, лёгка раскладаюцца з адукацыяй гідраксільнай карбонавай кіслаты, якая можа затрымліваць гідратацыю цэменту ў шчолачных умовах. Аднак даследаванні паказалі, што эфір цэлюлозы вельмі стабільны ў шчолачных умовах і толькі нязначна дэградуе, і дэградацыя мала ўплывае на затрымку гідратацыі цэменту. У цяперашні час больш паслядоўная думка заключаецца ў тым, што эфект запаволення ў асноўным выкліканы адсорбцыяй. У прыватнасці, гідраксільная група на малекулярнай паверхні эфіру цэлюлозы з'яўляецца кіслай, ca(0H) у сістэме гідратацыйнага цэменту, а іншыя мінеральныя фазы з'яўляюцца шчолачнымі. Пад сінэргетычным дзеяннем вадародных сувязяў, утварэння комплексаў і гідрафобных, малекулы кіслага эфіру цэлюлозы будуць адсарбаваны на паверхні часціц шчолачнага цэменту і прадуктаў гідратацыі. Акрамя таго, на яго паверхні ўтворыцца тонкая плёнка, якая перашкаджае далейшаму росту гэтых зародкаў крышталяў мінеральнай фазы і затрымлівае гідратацыю і схопліванне цэменту. Чым мацней адсарбцыйная здольнасць паміж прадуктамі гідратацыі цэменту і эфірам цэлюлозы, тым больш відавочная затрымка гідратацыі цэменту. З аднаго боку, памер стэрычных перашкод гуляе вырашальную ролю ў адсарбцыйнай здольнасці, напрыклад, невялікія стэрычныя перашкоды гідраксільнай групы, яе моцная кіслотнасць, адсорбцыя таксама моцная. З іншага боку, адсарбцыйныя здольнасць таксама залежыць ад складу прадуктаў гідратацыі цэменту. Пурчэз і інш. выявілі, што эфір цэлюлозы лёгка адсарбуецца на паверхні такіх прадуктаў гідратацыі, як ca(0H)2, гель csH і гідрат алюмінату кальцыя, але няпроста адсарбавацца этрынгітам і негідратаванай фазай. Даследаванне Мюллерта таксама паказала, што эфір цэлюлозы мае моцную адсорбцыю на c3s і прадуктах яго гідратацыі, таму гідратацыя сілікатнай фазы значна затрымліваецца. Адсорбцыя этрынгіту была нізкай, але адукацыя этрынгіту значна затрымлівалася. Гэта адбылося таму, што на затрымку ўтварэння этрынгіту ўплываў баланс Ca2+ у растворы, які быў працягам затрымкі эфіру цэлюлозы ў гідратацыі сілікатаў.

3.2 Захаванне вады

Яшчэ адзін важны мадыфікацыйны эфект эфіру цэлюлозы ў цэментавым растворы - гэта з'яўленне ў якасці водаўтрымліваючага агента, які можа прадухіліць заўчаснае выпарэнне вільгаці ў вільготным растворы або паглынанне яе асновай, а таксама затрымаць гідратацыю цэменту, адначасова падаўжаючы час працы вільготны раствор, каб можна было расчасаць тонкі раствор, можна наносіць атынкаваны раствор, а раствор, які лёгка ўбіраецца, не трэба папярэдне змочваць.

Водаўтрымліваючая здольнасць эфіру цэлюлозы цесна звязана з яго глейкасцю, дазоўкай, тыпам і тэмпературай навакольнага асяроддзя. Іншыя ўмовы аднолькавыя, чым большая глейкасць эфіру цэлюлозы, тым лепшы эфект ўтрымання вады, невялікая колькасць эфіру цэлюлозы можа значна павысіць хуткасць утрымання вады растворам; Для аднаго і таго ж эфіру цэлюлозы, чым больш дададзеная колькасць, тым вышэй каэфіцыент водаўтрымання мадыфікаванага раствора, але існуе аптымальнае значэнне, за якім каэфіцыент ўтрымання вады павялічваецца павольна. Для розных відаў эфіру цэлюлозы таксама існуюць адрозненні ва ўтрыманні вады, напрыклад, HPMc пры тых жа ўмовах, чым Mc лепш утрымлівае ваду. Акрамя таго, здольнасць эфіру цэлюлозы да ўтрымання вады зніжаецца з павышэннем тэмпературы навакольнага асяроддзя.

Звычайна лічыцца, што прычына, па якой эфір цэлюлозы выконвае функцыю ўтрымання вады, у асноўным звязана з тым, што 0Н на малекуле і атам 0 на эфірнай сувязі будуць звязаны з малекуламі вады для сінтэзу вадароднай сувязі, так што свабодная вада становіцца звязваючай вады, каб гуляць добрую ролю ўтрымання вады; Лічыцца таксама, што макрамалекулярны ланцуг эфіру цэлюлозы гуляе абмежавальную ролю ў дыфузіі малекул вады, каб эфектыўна кантраляваць выпарэнне вады, каб дасягнуць высокага ўтрымання вады; Пурчэз Дж. сцвярджаў, што эфір цэлюлозы дасягае эфекту ўтрымання вады за кошт паляпшэння рэалагічных уласцівасцей толькі што замешанага цэментавага раствора, структуры порыстай сеткі і адукацыі плёнкі эфіру цэлюлозы, якая перашкаджае дыфузіі вады. Laetitia P і інш. таксама лічаць, што рэалагічныя ўласцівасці будаўнічага раствора з'яўляюцца ключавым фактарам, але таксама мяркуюць, што глейкасць з'яўляецца не адзіным фактарам, які вызначае выдатныя характарыстыкі ўтрымання вады растворам. Варта адзначыць, што хоць эфір цэлюлозы мае добрыя характарыстыкі ўтрымання вады, але водапаглынанне яго мадыфікаванага зацвярдзелага цэментавага раствора будзе зніжана, прычына ў тым, што эфір цэлюлозы ў растворнай плёнцы, а ў растворы вялікая колькасць дробных замкнёных пор, якія блакуюць раствор ўнутры капіляра.

3.3 Згушчэнне

Кансістэнцыя раствора з'яўляецца адным з важных паказчыкаў для вымярэння яго працаздольнасці. Для павелічэння кансістэнцыі часта ўводзяць эфір цэлюлозы. «Кансістэнцыя» ўяўляе сабой здольнасць свежазамешанага раствора цячы і дэфармавацца пад дзеяннем сілы цяжару або знешніх сіл. Дзве ўласцівасці згушчэння і ўтрымання вады дапаўняюць адна адну. Даданне адпаведнай колькасці эфіру цэлюлозы можа не толькі палепшыць здольнасць раствора ўтрымліваць ваду, забяспечыць гладкую канструкцыю, але таксама павялічыць кансістэнцыю раствора, значна павялічыць антыдысперсійную здольнасць цэменту, палепшыць характарыстыкі сувязі паміж растворам і матрыцай, і паменшыць прасадку раствора.

Эфект згушчэння эфіру цэлюлозы ў асноўным абумоўлены яго ўласнай глейкасцю, чым большая глейкасць, тым лепшы эфект згушчэння, але калі глейкасць занадта вялікая, гэта паменшыць цякучасць раствора, што паўплывае на канструкцыю. Фактары, якія ўплываюць на змяненне глейкасці, такія як малекулярная маса (або ступень полімерызацыі) і канцэнтрацыя эфіру цэлюлозы, тэмпература раствора, хуткасць зруху, будуць уплываць на канчатковы эфект згушчэння.

Механізм згушчэння эфіру цэлюлозы ў асноўным адбываецца ад гідратацыі і зблытвання паміж малекуламі. З аднаго боку, палімерная ланцуг эфіру цэлюлозы лёгка ўтварае вадародную сувязь з вадой у вадзе, вадародная сувязь робіць яе высокай гідратацыяй; З іншага боку, калі эфір цэлюлозы дадаецца ў раствор, ён паглынае шмат вады, так што яго ўласны аб'ём значна пашыраецца, памяншаючы вольную прастору часціц, у той жа час малекулярныя ланцугі эфіру цэлюлозы пераплятаюцца адзін з адным каб утварыць трохмерную сеткавую структуру, часціцы раствора акружаны, а не свабодна цякуць. Іншымі словамі, у выніку гэтых двух дзеянняў глейкасць сістэмы паляпшаецца, такім чынам дасягаючы жаданага эфекту згушчэння.

4. Уплыў неіённага эфіру цэлюлозы на марфалогію і структуру пор палімернага цэменту

Як відаць з вышэйсказанага, неіённы эфір цэлюлозы гуляе жыццёва важную ролю ў палімерным цэменце, і яго даданне, безумоўна, паўплывае на мікраструктуру ўсяго цэментавага раствора. Вынікі паказваюць, што неіённы эфір цэлюлозы звычайна павялічвае сітаватасць цэментавага раствора, і павялічваецца колькасць пор памерам 3 нм ~ 350 мкм, сярод якіх найбольш павялічваецца колькасць пор у дыяпазоне 100 нм ~ 500 нм. Уплыў на структуру пор цэментавага раствора цесна звязаны з тыпам і глейкасцю дададзенага неіённага эфіру цэлюлозы. Оу Чжыхуа і інш. лічылі, што калі глейкасць аднолькавая, сітаватасць цэментавага раствора, мадыфікаванага HEC, меншая, чым у HPMc і Mc, дададзеных у якасці мадыфікатараў. Для таго ж эфіру цэлюлозы, чым менш глейкасць, тым менш сітаватасць мадыфікаванага цэментавага раствора. Вывучаючы ўплыў HPMc на адтуліну ізаляцыйнай пліты з успененага цэменту, Wang Yanru і інш. выявілі, што даданне HPMC істотна не змяняе сітаватасць, але можа значна паменшыць дыяфрагму. Аднак Чжан Гуодзянь і інш. выявілі, што чым больш утрыманне HEMc, тым больш відавочны ўплыў на структуру пор цэментавага раствора. Даданне HEMc можа значна павялічыць сітаватасць, агульны аб'ём пор і сярэдні радыус пор цэментавага раствора, але ўдзельная плошча паверхні пары памяншаецца, а колькасць буйных капілярных пор больш за 50 нм у дыяметры значна павялічваецца, і ўведзеныя пары у асноўным закрытыя пары.

Прааналізаваны ўплыў неіённага эфіру цэлюлозы на працэс фарміравання поравай структуры цэментавага раствора. Аказалася, што даданне эфіру цэлюлозы ў асноўным змяняла ўласцівасці вадкай фазы. З аднаго боку, павярхоўнае нацяжэнне вадкай фазы памяншаецца, палягчаючы адукацыю бурбалак у цэментавым растворы, і запавольвае дрэнаж вадкай фазы і дыфузію бурбалак, так што дробныя бурбалкі цяжка збіраюцца ў вялікія бурбалкі і выцякаюць, таму пустата моцна павялічваецца; З іншага боку, глейкасць вадкай фазы павялічваецца, што таксама перашкаджае дрэнажу, дыфузіі бурбалак і зліццю бурбалак, а таксама павышае здольнасць стабілізаваць бурбалкі. Такім чынам, можа быць атрыманы рэжым уплыву эфіру цэлюлозы на размеркаванне пор па памерах цэментавага раствора: у дыяпазоне памераў пор больш за 100 нм бурбалкі могуць быць уведзены шляхам памяншэння павярхоўнага нацяжэння вадкай фазы, а дыфузія бурбалак можа быць спынена шляхам павышэнне глейкасці вадкасці; у вобласці 30 нм ~ 60 нм колькасць пор у вобласці можа быць зменена шляхам інгібіравання зліцця меншых бурбалак.

5. Уплыў неіённага эфіру цэлюлозы на механічныя ўласцівасці палімерцэменту

Механічныя ўласцівасці палімерцэменту цесна звязаны з яго марфалогіяй. З даданнем неіённага эфіру цэлюлозы павялічваецца сітаватасць, што абавязкова адмоўна ўплывае на яго трываласць, асабліва на сціск і трываласць на выгіб. Зніжэнне трываласці на сціск цэментавага раствора значна больш, чым трываласці на выгіб. Оу Чжыхуа і інш. вывучылі ўплыў розных тыпаў неіённага эфіру цэлюлозы на механічныя ўласцівасці цэментавага раствора і выявілі, што трываласць цэментавага раствора, мадыфікаванага эфірам цэлюлозы, была ніжэй, чым у чыстага цэментавага раствора, а самая нізкая трываласць на сціск 28d складала толькі 44,3 % што чыстага цэментавага раствора. Трываласць на сціск і трываласць на выгіб мадыфікаванага эфіру цэлюлозы HPMc, HEMC і MC падобныя, у той час як трываласць на сціск і трываласць на выгіб мадыфікаванага цэментавага раствора HEc у кожным узросце значна вышэй. Гэта цесна звязана з іх глейкасцю або малекулярнай масай, чым вышэй глейкасць або малекулярная маса эфіру цэлюлозы, або чым большая павярхоўная актыўнасць, тым ніжэй трываласць яго мадыфікаванага цэментавага раствора.

Аднак таксама было паказана, што неіённы эфір цэлюлозы можа павысіць трываласць на разрыў, гнуткасць і звязальнасць цэментавага раствора. Хуан Лянгэн і інш. выявілі, што, насуперак закону змены трываласці на сціск, трываласць на зрух і расцяжэнне шлама павялічваліся з павелічэннем утрымання эфіру цэлюлозы ў цэментавым растворы. Аналіз прычыны, пасля дадання эфіру цэлюлозы і палімернай эмульсіі разам, каб утварыць вялікую колькасць шчыльнай палімернай плёнкі, значна палепшыць гнуткасць суспензіі, а таксама прадукты гідратацыі цэменту, негидратированный цэмент, напаўняльнікі і іншыя матэрыялы, запоўненыя ў гэтай плёнцы. , каб забяспечыць трываласць на разрыў сістэмы пакрыцця.

Для таго, каб палепшыць прадукцыйнасць неіённага эфіру цэлюлозы, мадыфікаванага палімернага цэменту, палепшыць фізічныя ўласцівасці цэментавага раствора ў той жа час, не істотна зніжаючы яго механічныя ўласцівасці, звычайнай практыкай з'яўляецца адпаведнасць эфіру цэлюлозы і іншых дабавак, дададзеных да цэментавы раствор. Лі Тао-вэнь і інш. выявілі, што кампазітная дабаўка, якая складаецца з эфіру цэлюлозы і парашка палімернага клею, не толькі крыху палепшыла трываласць на выгіб і трываласць на сціск раствора, так што кагезія і глейкасць цэментавага раствора больш падыходзяць для канструкцыі пакрыцця, але і значна палепшыла ўтрыманне вады ёмістасць раствора ў параўнанні з простым эфірам цэлюлозы. Сюй Ці і інш. дадаў парашок дзындры, аднаўляльнік вады і HEMc і выявіў, што аднаўляльнік вады і мінеральны парашок могуць павялічыць шчыльнасць раствора, паменшыць колькасць адтулін, каб палепшыць трываласць і модуль пругкасці раствора. HEMc можа павялічыць трываласць счаплення раствора на расцяжэнне, але гэта дрэнна для трываласці на сціск і модуля пругкасці раствора. Ян Сяоцзе і інш. выявілі, што пластычная ўсаджвальная расколіна цэментавага раствора можа быць значна зменшана пасля змешвання валакна HEMc і PP.

6. Заключэнне

Неіённы эфір цэлюлозы гуляе важную ролю ў палімерцэменце, які можа значна палепшыць фізічныя ўласцівасці (уключаючы запаволенне каагуляцыі, утрыманне вады, згушчэнне), мікраскапічную марфалогію і механічныя ўласцівасці цэментавага раствора. Было праведзена шмат работ па мадыфікацыі матэрыялаў на аснове цэменту эфірам цэлюлозы, але ўсё яшчэ ёсць некаторыя праблемы, якія патрабуюць далейшага вывучэння. Напрыклад, у практычных інжынерных прымяненнях мала ўвагі надаецца рэалогіі, дэфармацыйным уласцівасцям, стабільнасці аб'ёму і даўгавечнасці мадыфікаваных матэрыялаў на аснове цэменту, і не было ўстаноўлена рэгулярнае адпаведнае ўзаемасувязь з даданнем эфіру цэлюлозы. Даследаванні механізму міграцыі палімера эфіру цэлюлозы і прадуктаў гідратацыі цэменту ў рэакцыі гідратацыі пакуль недастатковыя. Працэс і механізм дзеяння камбінаваных дабавак, якія складаюцца з эфіру цэлюлозы і іншых прымешак, недастаткова ясныя. Кампазіцыйнае даданне эфіру цэлюлозы і неарганічных армаваных матэрыялаў, такіх як шкловалакно, не было ўдасканалена. Усё гэта будзе ў цэнтры ўвагі будучых даследаванняў, каб даць тэарэтычныя рэкамендацыі для далейшага паляпшэння характарыстык палімерцэменту.