Efecte de la temperatura ambient sobre la treballabilitat del guix modificat amb èter de cel·lulosa

El rendiment del guix modificat amb èter de cel·lulosa a diferents temperatures ambient és molt diferent, però el seu mecanisme no està clar. Es van estudiar els efectes de l'èter de cel·lulosa sobre els paràmetres reològics i la retenció d'aigua del purí de guix a diferents temperatures ambient. El diàmetre hidrodinàmic de l'èter de cel·lulosa en fase líquida es va mesurar mitjançant el mètode de dispersió de la llum dinàmica i es va explorar el mecanisme d'influència. Els resultats mostren que l'èter de cel·lulosa té un bon efecte de retenció d'aigua i espessiment sobre el guix. Amb l'augment del contingut d'èter de cel·lulosa, augmenta la viscositat del purí i augmenta la capacitat de retenció d'aigua. Tanmateix, amb l'augment de la temperatura, la capacitat de retenció d'aigua dels purins de guix modificat disminueix fins a cert punt i també canvien els paràmetres reològics. Tenint en compte que l'associació col·loide d'èter de cel·lulosa pot aconseguir la retenció d'aigua bloquejant el canal de transport d'aigua, l'augment de la temperatura pot provocar la desintegració de l'associació de gran volum produïda per l'èter de cel·lulosa, reduint així la retenció d'aigua i el rendiment de treball del guix modificat.

Paraules clau:guix; Èter de cel·lulosa; temperatura; retenció d'aigua; reologia

0. Introducció

El guix, com una mena de material respectuós amb el medi ambient amb bones propietats físiques i constructives, s'utilitza àmpliament en projectes de decoració. En l'aplicació de materials a base de guix, normalment s'afegeix un agent de retenció d'aigua per modificar el purí per evitar la pèrdua d'aigua en el procés d'hidratació i enduriment. L'èter de cel·lulosa és l'agent de retenció d'aigua més comú actualment. Com que el CE iònic reaccionarà amb Ca2+, sovint s'utilitza CE no iònic, com ara: èter d'hidroxipropil metil cel·lulosa, èter d'hidroxietil metil cel·lulosa i èter de metil cel·lulosa. És important estudiar les propietats del guix modificat amb èter de cel·lulosa per a una millor aplicació del guix en enginyeria de decoració.

L'èter de cel·lulosa és un compost d'alt nivell molecular produït per la reacció de la cel·lulosa alcalina i l'agent eterificant en determinades condicions. L'èter de cel·lulosa no iònic utilitzat en enginyeria de la construcció té un bon efecte de dispersió, retenció d'aigua, unió i espessiment. L'addició d'èter de cel·lulosa té un efecte molt evident sobre la retenció d'aigua del guix, però la resistència a la flexió i a la compressió del cos endurit amb guix també disminueix lleugerament amb l'augment de la quantitat d'addició. Això es deu al fet que l'èter de cel·lulosa té un cert efecte d'entrada d'aire, que introduirà bombolles en el procés de barreja de purins, reduint així les propietats mecàniques del cos endurit. Al mateix temps, massa èter de cel·lulosa farà que la barreja de guix sigui massa enganxosa, donant lloc al seu rendiment de construcció.

El procés d'hidratació del guix es pot dividir en quatre passos: dissolució del sulfat de calci hemihidrat, nucleació de cristal·lització de sulfat de calci dihidrat, creixement del nucli cristal·lí i formació de l'estructura cristal·lina. En el procés d'hidratació del guix, el grup funcional hidròfil de l'èter de cel·lulosa que s'adsorbeix a la superfície de les partícules de guix fixarà una part de les molècules d'aigua, retardant així el procés de nucleació de la hidratació del guix i allargant el temps de presa del guix. Mitjançant l'observació SEM, Mroz va trobar que, tot i que la presència d'èter de cel·lulosa retardava el creixement dels cristalls, però augmentava la superposició i l'agregació dels cristalls.

L'èter de cel·lulosa conté grups hidròfils de manera que tingui una certa hidrofílicitat, una cadena llarga de polímers que s'interconnecten entre si de manera que tingui una alta viscositat, la interacció dels dos fa que la cel·lulosa tingui un bon efecte espessidor de retenció d'aigua a la barreja de guix. Bulichen va explicar el mecanisme de retenció d'aigua de l'èter de cel·lulosa al ciment. A baixa mescla, l'èter de cel·lulosa s'adsorbeix al ciment per a l'absorció intramolecular d'aigua i s'acompanya d'inflor per aconseguir la retenció d'aigua. En aquest moment, la retenció d'aigua és deficient. L'èter de cel·lulosa d'alta dosi formarà centenars de nanòmetres a unes poques micres de polímer col·loidal, bloquejant eficaçment el sistema de gel al forat per aconseguir una retenció d'aigua eficient. El mecanisme d'acció de l'èter de cel·lulosa en el guix és el mateix que el del ciment, però la concentració més alta de SO42 a la fase fluida de la purina de guix debilitarà l'efecte de retenció d'aigua de la cel·lulosa.

A partir del contingut anterior, es pot trobar que la investigació actual sobre el guix modificat amb èter de cel·lulosa se centra principalment en el procés d'hidratació de l'èter de cel·lulosa en la barreja de guix, propietats de retenció d'aigua, propietats mecàniques i microestructura del cos endurit i el mecanisme de l'èter de cel·lulosa. retenció d'aigua. No obstant això, l'estudi sobre la interacció entre èter de cel·lulosa i purins de guix a alta temperatura encara és insuficient. La solució aquosa d'èter de cel·lulosa gelatinitzarà a una temperatura específica. A mesura que augmenta la temperatura, la viscositat de la solució aquosa d'èter de cel·lulosa disminuirà gradualment. Quan s'arribi a la temperatura de gelatinització, l'èter de cel·lulosa es precipitarà en gel blanc. Per exemple, a la construcció d'estiu, la temperatura ambient és alta, les propietats del gel tèrmic de l'èter de cel·lulosa estan obligats a provocar canvis en la treballabilitat del purí de guix modificat. Aquest treball explora l'efecte de l'augment de la temperatura sobre la treballabilitat del material de guix modificat amb èter de cel·lulosa mitjançant experiments sistemàtics i proporciona orientació per a l'aplicació pràctica del guix modificat amb èter de cel·lulosa.

1. Experimenta

1.1 Matèries primeres

El guix és el guix de construcció natural de tipus β que proporciona Beijing Ecological Home Group.

Èter de cel·lulosa seleccionat de l'èter hidroxipropil metil cel·lulosa del grup Shandong Yiteng, especificacions del producte per a 75.000 mPa·s, 100.000 mPa·s i 200.000mPa·s, temperatura de gelificació superior a 60 ℃. L'àcid cítric es va seleccionar com a retardador de guix.

1.2 Prova de Reologia

L'instrument de prova reològica utilitzat va ser el reòmetre RST⁃CC produït per BROOKFIELD USA. Els paràmetres reològics com la viscositat plàstica i l'esforç de tall de rendiment de la purina de guix es van determinar mitjançant el contenidor de mostres MBT⁃40F⁃0046 i el rotor CC3⁃40, i les dades es van processar pel programari RHE3000.

Les característiques de la mescla de guix s'ajusten al comportament reològic del fluid de Bingham, que normalment s'estudia mitjançant el model de Bingham. Tanmateix, a causa de la pseudoplasticitat de l'èter de cel·lulosa afegit al guix modificat amb polímers, la barreja de purins sol presentar una certa propietat d'aprimament per cisalla. En aquest cas, el model Bingham modificat (M⁃B) pot descriure millor la corba reològica del guix. Per tal d'estudiar la deformació per cisalla del guix, aquest treball també utilitza el model Herschel⁃Bulkley (H⁃B).

1.3 Prova de retenció d'aigua

El procediment de prova es refereix a GB/T28627⁃2012 Guix de guix. Durant l'experiment amb la temperatura com a variable, el guix es va preescalfar 1 h d'antelació a la temperatura corresponent al forn, i l'aigua barrejada utilitzada a l'experiment es va preescalfar 1 h a la temperatura corresponent al bany maria a temperatura constant i l'instrument utilitzat estava preescalfat.

1.4 Assaig de diàmetre hidrodinàmic

El diàmetre hidrodinàmic (D50) de l'associació de polímers HPMC en fase líquida es va mesurar mitjançant un analitzador de mida de partícules de dispersió de llum dinàmica (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Resultats i discussió

2.1 Propietats reològiques del guix modificat amb HPMC

La viscositat aparent és la relació entre l'esforç de cisalla i la velocitat de cisalla que actua sobre un fluid i és un paràmetre per caracteritzar el flux de fluids no newtonians. La viscositat aparent de la suspensió de guix modificat va canviar amb el contingut d'èter de cel·lulosa sota tres especificacions diferents (75.000 mPa·s, 100.000mpa·s i 200.000mPa·s). La temperatura de prova va ser de 20 ℃. Quan la velocitat de cisalla del reòmetre és de 14 min-1, es pot trobar que la viscositat de la purín de guix augmenta amb l'augment de la incorporació d'HPMC, i com més alta sigui la viscositat d'HPMC, més gran serà la viscositat de la purín de guix modificat. Això indica que l'HPMC té un efecte d'engrossiment i viscosificació evident sobre el purís de guix. La purín de guix i l'èter de cel·lulosa són substàncies amb una certa viscositat. A la barreja de guix modificada, l'èter de cel·lulosa s'adsorbeix a la superfície dels productes d'hidratació de guix, i la xarxa formada per èter de cel·lulosa i la xarxa formada per la barreja de guix s'entrellacen, donant lloc a un "efecte de superposició", que millora significativament la viscositat general de el material a base de guix modificat.

Les corbes d'esforç de cisalla ⁃ de la pasta de guix pur (G⁃H) i de guix modificat (G⁃H) dopada amb 75000mPa· s-HPMC, tal com es dedueix del model de Bingham (M⁃B) revisat. Es pot trobar que amb l'augment de la velocitat de cisalla, també augmenta la tensió de tall de la mescla. S'obtenen els valors de viscositat plàstica (ηp) i tensió de tall de rendiment (τ0) del guix pur i del guix modificat amb HPMC a diferents temperatures.

A partir dels valors de viscositat plàstica (ηp) i tensió de tall de rendiment (τ0) del guix pur i del guix modificat amb HPMC a diferents temperatures, es pot veure que la tensió de fluència del guix modificat amb HPMC disminuirà contínuament amb l'augment de la temperatura i el rendiment. L'estrès disminuirà un 33% a 60 ℃ en comparació amb 20 ℃. En observar la corba de viscositat plàstica, es pot trobar que la viscositat plàstica del purí de guix modificat també disminueix amb l'augment de la temperatura. Tanmateix, la tensió de rendiment i la viscositat plàstica del purí de guix pur augmenten lleugerament amb l'augment de la temperatura, cosa que indica que el canvi dels paràmetres reològics del purí de guix modificat amb HPMC en el procés d'augment de la temperatura és causat pel canvi de propietats de l'HPMC.

El valor de tensió de fluència de la purín de guix reflecteix el valor màxim de l'esforç de cisalla quan la purín resisteix la deformació de cisalla. Com més gran sigui el valor de la tensió de rendiment, més estable pot ser el purí de guix. La viscositat plàstica reflecteix la taxa de deformació del purí de guix. Com més gran sigui la viscositat plàstica, més llarg serà el temps de deformació de cisalla del purí. En conclusió, els dos paràmetres reològics del purí de guix modificat amb HPMC disminueixen òbviament amb l'augment de la temperatura i l'efecte espessidor de l'HPMC sobre el purís de guix es debilita.

La deformació de cisalla de la purín es refereix a l'efecte d'engrossiment o d'aprimament de cisalla reflectit per la purín quan està sotmesa a una força de cisalla. L'efecte de deformació per cisalla de la purín es pot jutjar per l'índex pseudoplàstic n obtingut a partir de la corba d'ajust. Quan n < 1, la purín de guix mostra una dilució per cisalla i el grau d'aprimament de la cisalla de la purín de guix augmenta amb la disminució de n. Quan n > 1, el purí de guix va mostrar un espessiment de cisalla i el grau d'engrossiment del purí de guix va augmentar amb l'augment de n. Les corbes reològiques de purins de guix modificats amb HPMC a diferents temperatures basades en l'ajustament del model Herschel⁃Bulkley (H⁃B), obtenen així l'índex pseudoplàstic n de purins de guix modificats amb HPMC.

D'acord amb l'índex pseudoplàstic n del purí de guix modificat amb HPMC, la deformació de cisalla del purí de guix barrejat amb HPMC és un aprimament per cisalla, i el valor n augmenta gradualment amb l'augment de la temperatura, cosa que indica que el comportament d'aprimament del guix modificat amb HPMC. quedar debilitat fins a cert punt quan es veu afectat per la temperatura.

A partir dels canvis aparents de viscositat de la purín de guix modificat amb velocitat de cisalla calculada a partir de dades d'esforç de cisalla de 75.000 mPa · HPMC a diferents temperatures, es pot trobar que la viscositat plàstica de la purín de guix modificada disminueix ràpidament amb l'augment de la velocitat de cisalla, que verifica el resultat d'ajust del model H⁃B. El purín de guix modificat mostrava característiques d'aprimament per cisalla. Amb l'augment de la temperatura, la viscositat aparent de la mescla disminueix fins a cert punt a una velocitat de cisalla baixa, la qual cosa indica que l'efecte d'aprimament de cisalla del purí de guix modificat es debilita.

En l'ús real de la massilla de guix, cal que la pasta de guix sigui fàcil de deformar en el procés de fregament i que es mantingui estable en repòs, cosa que requereix que la pasta de guix tingui bones característiques d'aprimament de cisalla, i el canvi de cisalla del guix modificat amb HPMC és rar. en certa mesura, que no és propici per a la construcció de materials de guix. La viscositat de l'HPMC és un dels paràmetres importants, i també la principal raó per la qual juga el paper d'engrossiment per millorar les característiques variables del flux de mescla. El propi èter de cel·lulosa té les propietats del gel calent, la viscositat de la seva solució aquosa disminueix gradualment a mesura que augmenta la temperatura i el gel blanc precipita en arribar a la temperatura de gelificació. El canvi dels paràmetres reològics del guix modificat amb èter de cel·lulosa amb la temperatura està estretament relacionat amb el canvi de viscositat, ja que l'efecte espessidor és el resultat de la superposició d'èter de cel·lulosa i purins barrejats. En enginyeria pràctica, s'ha de tenir en compte l'impacte de la temperatura ambiental en el rendiment de l'HPMC. Per exemple, la temperatura de les matèries primeres s'ha de controlar a alta temperatura a l'estiu per evitar el mal rendiment de treball del guix modificat causat per l'alta temperatura.

2.2 Retenció d'aigua deGuix modificat HPMC

La retenció d'aigua de purins de guix modificat amb tres especificacions diferents d'èter de cel·lulosa es modifica amb la corba de dosificació. Amb l'augment de la dosi d'HPMC, la taxa de retenció d'aigua de la purín de guix es millora significativament i la tendència d'augment es torna estable quan la dosi d'HPMC arriba al 0,3%. Finalment, la taxa de retenció d'aigua dels purins de guix és estable al 90% ~ 95%. Això indica que HPMC té un efecte de retenció d'aigua evident sobre la pasta de pasta de pedra, però l'efecte de retenció d'aigua no es millora significativament a mesura que la dosi continua augmentant. Tres especificacions de la diferència de taxa de retenció d'aigua HPMC no són grans, per exemple, quan el contingut és del 0,3%, el rang de la taxa de retenció d'aigua és del 5%, la desviació estàndard és de 2,2. L'HPMC amb la viscositat més alta no és la taxa de retenció d'aigua més alta, i l'HPMC amb la viscositat més baixa no és la taxa de retenció d'aigua més baixa. Tanmateix, en comparació amb el guix pur, la taxa de retenció d'aigua dels tres HPMC per a purins de guix es millora significativament i la taxa de retenció d'aigua del guix modificat en el contingut del 0,3% augmenta en un 95%, 106%, 97% en comparació amb el guix. grup de control en blanc. L'èter de cel·lulosa pot millorar, òbviament, la retenció d'aigua de la pasta de guix. Amb l'augment del contingut d'HPMC, la taxa de retenció d'aigua de la suspensió de guix modificat amb HPMC amb una viscositat diferent arriba gradualment al punt de saturació. 10000mPa·sHPMC va arribar al punt de saturació al 0,3%, 75000mPa·s i 20000mPa·s HPMC van assolir el punt de saturació al 0,2%. Els resultats mostren que la retenció d'aigua del guix modificat HPMC de 75000 mPa·s canvia amb la temperatura a diferents dosis. Amb la disminució de la temperatura, la taxa de retenció d'aigua del guix modificat amb HPMC disminueix gradualment, mentre que la taxa de retenció d'aigua del guix pur es manté bàsicament sense canvis, cosa que indica que l'augment de la temperatura debilita l'efecte de retenció d'aigua de HPMC sobre el guix. La taxa de retenció d'aigua de HPMC va disminuir un 31,5% quan la temperatura va augmentar de 20 ℃ a 40 ℃. Quan la temperatura augmenta de 40 ℃ a 60 ℃, la taxa de retenció d'aigua del guix modificat amb HPMC és bàsicament la mateixa que la del guix pur, cosa que indica que HPMC ha perdut l'efecte de millorar la retenció d'aigua del guix en aquest moment. Jian Jian i Wang Peiming van proposar que l'èter de cel·lulosa en si mateix té un fenomen de gel tèrmic, el canvi de temperatura comportarà canvis en la viscositat, la morfologia i l'adsorció de l'èter de cel·lulosa, que està obligat a provocar canvis en el rendiment de la barreja de purins. Bulichen també va trobar que la viscositat dinàmica de les solucions de ciment que contenien HPMC disminuïa amb l'augment de la temperatura.

El canvi de retenció d'aigua de la mescla provocat per l'augment de la temperatura s'ha de combinar amb el mecanisme de l'èter de cel·lulosa. Bulichen va explicar el mecanisme pel qual l'èter de cel·lulosa pot retenir aigua al ciment. En sistemes basats en ciment, HPMC millora la taxa de retenció d'aigua de purins reduint la permeabilitat del "pastís de filtre" format pel sistema de ciment. Una certa concentració de HPMC en la fase líquida formarà diversos centenars de nanòmetres a unes poques micres d'associació col·loïdal, això té un cert volum d'estructura de polímer que pot connectar eficaçment el canal de transmissió d'aigua a la barreja, reduir la permeabilitat del "pastís de filtre", per aconseguir una retenció eficient d'aigua. Bulichen també va demostrar que els HPMCS al guix presenten el mateix mecanisme. Per tant, l'estudi del diàmetre hidromecànic de l'associació formada per HPMC en fase líquida pot explicar l'efecte de HPMC sobre la retenció d'aigua del guix.

2.3 Diàmetre hidrodinàmic de l'associació de col·loides HPMC

Corbes de distribució de partícules de diferents concentracions de 75000mPa·s HPMC en fase líquida, i corbes de distribució de partícules de tres especificacions de HPMC en fase líquida a la concentració del 0,6%. Es pot veure a partir de la corba de distribució de partícules d'HPMC de tres especificacions en fase líquida quan la concentració és del 0,6% que, amb l'augment de la concentració d'HPMC, també augmenta la mida de partícules dels compostos associats formats en fase líquida. Quan la concentració és baixa, les partícules formades per l'agregació d'HPMC són petites i només una petita part de l'HPMC s'agrega en partícules d'uns 100 nm. Quan la concentració de HPMC és de l'1%, hi ha un gran nombre d'associacions col·loïdals amb un diàmetre hidrodinàmic d'uns 300 nm, que és un signe important de superposició molecular. Aquesta estructura de polimerització de "gran volum" pot bloquejar eficaçment el canal de transmissió d'aigua a la barreja, reduir la "permeabilitat del pastís" i la retenció d'aigua corresponent de la barreja de guix a aquesta concentració també és superior al 90%. Els diàmetres hidromecànics d'HPMC amb diferents viscositats en fase líquida són bàsicament els mateixos, la qual cosa explica la taxa de retenció d'aigua similar de la purín de guix modificat amb HPMC amb diferents viscositats.

Corbes de distribució de la mida de partícules de 75000mPa·s HPMC amb concentració de l'1% a diferents temperatures. Amb l'augment de la temperatura, òbviament es pot trobar la descomposició de l'associació col·loïdal HPMC. A 40 ℃, el gran volum d'associació de 300 nm va desaparèixer completament i es va descompondre en partícules de petit volum de 15 nm. Amb l'augment de la temperatura, l'HPMC es converteix en partícules més petites i la retenció d'aigua del purí de guix es perd completament.

El fenomen de les propietats d'HPMC que canvien amb l'augment de la temperatura també es coneix com a propietats del gel calent, la visió comuna existent és que a baixa temperatura, les macromolècules d'HPMC es dispersen primer en aigua per dissoldre la solució, les molècules d'HPMC en alta concentració formaran una gran associació de partícules. . Quan la temperatura augmenta, la hidratació de HPMC es debilita, l'aigua entre cadenes es descarrega gradualment, els grans compostos d'associació es dispersen gradualment en petites partícules, la viscositat de la solució disminueix i l'estructura de xarxa tridimensional es forma quan la gelificació. s'arriba a la temperatura i es precipita el gel blanc.

Bodvik va trobar que es van canviar les propietats de microestructura i adsorció de HPMC en fase líquida. En combinació amb la teoria de Bulichen de l'associació col·loïdal HPMC que bloqueja el canal de transport d'aigua de purins, es va concloure que l'augment de la temperatura va provocar la desintegració de l'associació col·loïdal HPMC, donant lloc a la disminució de la retenció d'aigua del guix modificat.

3. Conclusió

(1) L'èter de cel·lulosa en si té una alta viscositat i un efecte "superposat" amb purins de guix, amb un efecte espessidor evident. A temperatura ambient, l'efecte espessiment es fa més evident amb l'augment de la viscositat i la dosi d'èter de cel·lulosa. Tanmateix, amb l'augment de la temperatura, la viscositat de l'èter de cel·lulosa disminueix, el seu efecte espessidor es debilita, la tensió de tall de rendiment i la viscositat plàstica de la barreja de guix disminueixen, la pseudoplasticitat es debilita i la propietat de la construcció empitjora.

(2) L'èter de cel·lulosa va millorar la retenció d'aigua del guix, però amb l'augment de la temperatura, la retenció d'aigua del guix modificat també va disminuir significativament, fins i tot a 60 ℃ perdrà completament l'efecte de retenció d'aigua. La taxa de retenció d'aigua de la purín de guix es va millorar significativament per l'èter de cel·lulosa i la taxa de retenció d'aigua de la purín de guix modificat amb HPMC amb una viscositat diferent va assolir gradualment el punt de saturació amb l'augment de la dosi. La retenció d'aigua de guix és generalment proporcional a la viscositat de l'èter de cel·lulosa, a una viscositat alta té poc efecte.

(3) Els factors interns que canvien la retenció d'aigua de l'èter de cel·lulosa amb la temperatura estan estretament relacionats amb la morfologia microscòpica de l'èter de cel·lulosa en fase líquida. A una certa concentració, l'èter de cel·lulosa tendeix a agregar-se per formar grans associacions col·loïdals, bloquejant el canal de transport d'aigua de la mescla de guix per aconseguir una alta retenció d'aigua. No obstant això, amb l'augment de la temperatura, a causa de la propietat de gelificació tèrmica del propi èter de cel·lulosa, la gran associació de col·loides formada anteriorment es redispersa, donant lloc a la disminució del rendiment de retenció d'aigua.