Циментова суспензия, модифицирана с целулозен етер

Ефектът от различната молекулна структура на нейонния целулозен етер върху структурата на порите на циментовата суспензия беше изследван чрез тест за плътност на производителността и макроскопско и микроскопско наблюдение на структурата на порите. Резултатите показват, че нейонният целулозен етер може да увеличи порьозността на циментовата суспензия. Когато вискозитетът на нейонната суспензия, модифицирана с целулозен етер, е подобен, порьозността нахидроксиетил целулозен етер(HEC) модифицираната суспензия е по-малка от тази на хидроксипропил метил целулозен етер (HPMC) и метилцелулозен етер (MC) модифицирана суспензия. Колкото по-нисък е вискозитетът/относителното молекулно тегло на HPMC целулозен етер с подобно групово съдържание, толкова по-малка е порьозността на неговата модифицирана циментова суспензия. Нейонният целулозен етер може да намали повърхностното напрежение на течната фаза и да направи циментовата суспензия лесна за образуване на мехурчета. Молекулите на нейонен целулозен етер се адсорбират насочено на границата газ-течност на мехурчетата, което също повишава вискозитета на фазата на циментовата суспензия и повишава способността на циментовата суспензия да стабилизира мехурчетата.

Ключови думи:нейонен целулозен етер; Циментова суспензия; Структура на порите; Молекулярна структура; Повърхностно напрежение; вискозитет

Нейонният целулозен етер (наричан по-нататък целулозен етер) има отлично сгъстяване и задържане на вода и се използва широко в сух смесен хоросан, самоуплътняващ се бетон и други нови материали на циментова основа. Целулозните етери, използвани в материали на циментова основа, обикновено включват метил целулозен етер (MC), хидроксипропил метил целулозен етер (HPMC), хидроксиетил метил целулозен етер (HEMC) и хидроксиетил целулозен етер (HEC), сред които HPMC и HEMC са най-честите приложения .

Целулозният етер може значително да повлияе на структурата на порите на циментовата суспензия. Pourchez et al., чрез тест за очевидна плътност, тест за размера на порите (метод на инжектиране на живак) и sEM анализ на изображения, заключиха, че целулозен етер може да увеличи броя на порите с диаметър от около 500 nm и порите с диаметър от около 50-250 μm в циментова каша. Освен това, за втвърдената циментова суспензия, разпределението на размера на порите на HEC модифицираната циментова суспензия с ниско молекулно тегло е подобно на това на чистата циментова суспензия. Общият обем на порите на HEC модифицираната циментова суспензия с високо молекулно тегло е по-висока от тази на чистата циментова суспензия, но по-малка от тази на HPMC модифицираната циментова суспензия с приблизително същата консистенция. Чрез SEM наблюдение, Zhang et al. установи, че HEMC може значително да увеличи броя на порите с диаметър от около 0,1 mm в циментов разтвор. Те също така установиха чрез тест за инжектиране на живак, че HEMC може значително да увеличи общия обем на порите и средния диаметър на порите на циментовата суспензия, което води до значително увеличение на броя на големите пори с диаметър от 50nm ~ 1μm и големите пори с диаметър повече от 1μm. Броят на порите с диаметър по-малък от 50 n обаче беше значително намален. Saric-Coric и др. смята, че целулозен етер ще направи циментовата суспензия по-порьозна и ще доведе до увеличаване на макропорите. Джени и др. тестваха плътността на производителността и установиха, че обемната фракция на порите на HEMC модифициран циментов разтвор е приблизително 20%, докато чистият циментов разтвор съдържа само малко количество въздух. Силва и др. установи, че в допълнение към двата пика при 3,9 nm и 40 ~ 75 nm като чиста циментова суспензия, има и два пика при 100 ~ 500 nm и повече от 100 μm чрез тест за инжектиране на живак. Ma Baoguo и др. установи, че целулозен етер увеличава броя на фините пори с диаметри по-малки от 1 μm и големите пори с диаметри над 2 μm в циментов разтвор чрез тест за инжектиране на живак. Що се отнася до причината, поради която целулозен етер увеличава порьозността на циментовата суспензия, обикновено се смята, че целулозният етер има повърхностна активност, ще обогати повърхността на въздуха и водата, образувайки филм, така че да стабилизира мехурчетата в циментовата суспензия.

Чрез горния анализ на литературата може да се види, че ефектът на целулозен етер върху структурата на порите на материали на циментова основа е получил голямо внимание. Въпреки това има много видове целулозен етер, един и същи вид целулозен етер, неговото относително молекулно тегло, съдържание на група и други параметри на молекулната структура също са много различни, а местните и чуждестранни изследователи за избора на целулозен етер са ограничени само до съответното им приложение поле, липса на представяне, заключението е неизбежно „свръхобобщаване“, така че обяснението на механизма на целулозния етер не е достатъчно дълбоко. В тази статия ефектът на целулозен етер с различна молекулна структура върху структурата на порите на циментовата суспензия е изследван чрез тест за видима плътност и макроскопско и микроскопско наблюдение на структурата на порите.

1. Тествайте

1.1 Суровини

Циментът беше P·O 42.5 обикновен портланд цимент, произведен от Huaxin Cement Co., LTD., в който химичният състав беше измерен с AXIOS Ad-Vanced рентгенов флуоресцентен спектрометър с дисперсия на дължината на вълната (PANa — lytical, Холандия), и фазовият състав беше оценен по метода на Bogue.

Целулозен етер избра четири вида търговски целулозен етер, съответно метил целулозен етер (MC), хидроксипропил метил целулозен етер (HPMC1, HPMC2) и хидроксиетил целулозен етер (HEC), HPMC1 молекулна структура и HPMC2 подобни, но вискозитетът е много по-малък от HPMC2 , Тоест относителната молекулна маса на HPMC1 е много по-малка от тази на HPMC2. Поради сходните свойства на хидроксиетил метилцелулозен етер (HEMc) и HPMC, HEMCs не бяха избрани в това проучване. За да се избегне влиянието на съдържанието на влага върху резултатите от теста, всички целулозни етери бяха изпечени при 98 ℃ за 2 часа преди употреба.

Вискозитетът на целулозен етер беше тестван с ротационен вискозиметър NDJ-1B (Shanghai Changji Company). Концентрацията на тестовия разтвор (масово съотношение на целулозен етер към вода) е 2,0%, температурата е 20 ℃ и скоростта на въртене е 12r/min. Повърхностното напрежение на целулозен етер се тества по метода на пръстена. Тестовият уред беше автоматичен тензиометър JK99A (Shanghai Zhongchen Company). Концентрацията на тестовия разтвор е 0,01% и температурата е 20 ℃. Съдържанието на групата на целулозния етер се предоставя от производителя.

Според вискозитета, повърхностното напрежение и груповото съдържание на целулозен етер, когато концентрацията на разтвора е 2,0%, вискозитетното съотношение на HEC и HPMC2 разтвора е 1: 1,6, а вискозитетното съотношение на HEC и MC разтвора е 1: 0,4, но в този тест съотношението вода-цимент е 0,35, максималното циментово съотношение е 0,6%, масовото съотношение на целулозен етер към вода е около 1,7%, по-малко от 2,0%, а синергичният ефект на циментовата суспензия върху вискозитета, така че разликата във вискозитета на HEC, HPMC2 или MC модифицирана циментова суспензия е малка.

Според вискозитета, повърхностното напрежение и груповото съдържание на целулозния етер, повърхностното напрежение на всеки целулозен етер е различно. Целулозният етер има както хидрофилни групи (хидроксилни и етерни групи), така и хидрофобни групи (метилов и глюкозен въглероден пръстен), е повърхностно активно вещество. Целулозният етер е различен, видът и съдържанието на хидрофилни и хидрофобни групи са различни, което води до различно повърхностно напрежение.

1.2 Методи за изпитване

Приготвени са шест вида циментова суспензия, включително чиста циментова суспензия, модифицирана циментова суспензия с четири целулозни етера (MC, HPMCl, HPMC2 и HEC) с 0,60% циментово съотношение и HPMC2 модифицирана циментова суспензия с 0,05% циментово съотношение. Ref, MC — 0.60, HPMCl — 0.60, Hpmc2-0.60. HEC 1-0,60 и hpMC2-0,05 показват, че съотношението вода-цимент е 0,35.

Циментова суспензия първо в съответствие с GB/T 17671 1999 „метод за изпитване на якост на циментов разтвор (ISO метод)“, направена в тестов блок с призми 40 mm × 40 mm × 160 mm, при условие на 20 ℃ запечатано втвърдяване 28d. След претегляне и изчисляване на привидната му плътност, той беше разпукан с малък чук и състоянието на макро отвора на централната секция на тестовия блок беше наблюдавано и фотографирано с цифрова камера. В същото време бяха взети малки парчета от 2,5 ~ 5,0 mm за наблюдение с оптичен микроскоп (триизмерен видеомикроскоп HIROX) и сканиращ електронен микроскоп (JSM-5610LV).

2. Резултати от теста

2.1 Видима плътност

Според видимата плътност на циментовата суспензия, модифицирана с различни целулозни етери, (1) видимата плътност на чистата циментова суспензия е най-висока, която е 2044 kg/m³; Видимата плътност на четирите вида суспензия, модифицирана с целулозен етер, с циментово съотношение 0,60% е 74% ~ 88% от тази на чистата циментова суспензия, което показва, че целулозен етер е причинил увеличаването на порьозността на циментовата суспензия. (2) Когато съотношението цимент към цимент е 0,60%, ефектът на различните целулозни етери върху порьозността на циментовата суспензия е много различен. Вискозитетът на HEC, HPMC2 и MC модифицираната циментова суспензия е подобен, но видимата плътност на HEC модифицираната циментова суспензия е най-висока, което показва, че порьозността на HEC модифицираната циментова суспензия е по-малка от тази на HPMc2 и Mc модифицираната циментова суспензия с подобен вискозитет . HPMC1 и HPMC2 имат подобно групово съдържание, но вискозитетът на HPMCl е много по-нисък от този на HPMC2 и видимата плътност на HPMCl модифицирана циментова суспензия е значително по-висока от тази на HPMC2 модифицирана циментова суспензия, което показва, че когато съдържанието на групата е подобно , колкото по-нисък е вискозитетът на целулозния етер, толкова по-ниска е порьозността на модифицираната циментова суспензия. (3) Когато съотношението цимент към цимент е много малко (0,05%), видимата плътност на HPMC2-модифицираната циментова суспензия е основно близка до тази на чистата циментова суспензия, което показва, че ефектът на целулозния етер върху порьозността на цимента кашата е много малка.

2.2 Макроскопична пора

Според раздела снимки на циментова суспензия, модифицирана с целулозен етер, заснети от цифров фотоапарат, чистата циментова суспензия е много плътна, почти без видими пори; Четирите вида суспензия, модифицирана с целулозен етер с 0,60% циментово съотношение, всички имат по-макроскопични пори, което показва, че целулозен етер води до увеличаване на порьозността на циментовата суспензия. Подобно на резултатите от теста за привидна плътност, ефектът на различните типове и съдържание на целулозен етер върху порьозността на циментовата суспензия е доста различен. Вискозитетът на HEC, HPMC2 и MC модифицираната суспензия е подобен, но порьозността на HEC модифицираната суспензия е по-малка от тази на HPMC2 и MC модифицираната суспензия. Въпреки че HPMC1 и HPMC2 имат подобно групово съдържание, HPMC1 модифицираната суспензия с по-нисък вискозитет има по-малка порьозност. Когато съотношението цимент към цимент на HPMC2 модифицирана суспензия е много малко (0,05%), броят на макроскопичните пори е леко увеличен в сравнение с този на чистата циментова суспензия, но значително намален от този на HPMC2 модифицирана суспензия с 0,60% цимент към - циментово съотношение.

2.3 Микроскопична пора

4. Заключение

(1) Целулозният етер може да увеличи порьозността на циментовата суспензия.

(2) Ефектът на целулозен етер върху порьозността на циментовата суспензия с различни параметри на молекулната структура е различен: когато вискозитетът на модифицираната с целулозен етер циментова суспензия е подобен, порьозността на HEC модифицираната циментова суспензия е по-малка от тази на HPMC и MC модифицираната циментова каша; Колкото по-нисък е вискозитетът/относителното молекулно тегло на HPMC целулозен етер с подобно групово съдържание, толкова по-ниска е порьозността на неговата модифицирана циментова суспензия.

(3) След добавяне на целулозен етер в циментовата суспензия, повърхностното напрежение на течната фаза се намалява, така че циментовата суспензия е лесна за образуване на мехурчета и насочена адсорбция на молекули на целулозен етер в интерфейса газ-течност на мехурчетата, подобряване на здравината и издръжливостта на адсорбцията на течния филм на мехурчетата в интерфейса газ-течност на мехурчетата, подобрява здравината на течния филм на мехурчетата и укрепва способността на твърдата кал да стабилизира мехурчето.