Èter de cel·lulosa no iònic en ciment polimèric

Com a additiu indispensable en el ciment polimèric, l'èter de cel·lulosa no iònic ha rebut una àmplia atenció i investigació. A partir de la literatura rellevant a casa i a l'estranger, es va discutir la llei i el mecanisme del morter de ciment modificat amb èter de cel·lulosa no iònic a partir dels aspectes dels tipus i selecció d'èter de cel·lulosa no iònic, el seu efecte sobre les propietats físiques del ciment polimèric, el seu efecte sobre la micromorfologia i les propietats mecàniques, així com les mancances de la investigació actual es van plantejar. Aquest treball promourà l'aplicació de l'èter de cel·lulosa en el ciment polimèric.

Paraules clau: èter de cel·lulosa no iònic, ciment polimèric, propietats físiques, propietats mecàniques, microestructura

1. Visió general

Amb l'augment de la demanda i els requisits de rendiment del ciment polimèric a la indústria de la construcció, l'addició d'additius a la seva modificació s'ha convertit en un punt d'investigació, entre els quals, l'èter de cel·lulosa s'ha utilitzat àmpliament pel seu efecte sobre la retenció d'aigua del morter de ciment, espessiment, retard, aire. i així successivament. En aquest article es descriuen els tipus d'èter de cel·lulosa, els efectes sobre les propietats físiques i mecàniques del ciment polimèric i la micromorfologia del ciment polimèric, que proporciona una referència teòrica per a l'aplicació de l'èter de cel·lulosa en el ciment polimèric.

2. Tipus d'èter de cel·lulosa no iònic

L'èter de cel·lulosa és un tipus de compost de polímer amb estructura d'èter feta de cel·lulosa. Hi ha molts tipus d'èter de cel·lulosa, que té una gran influència en les propietats dels materials a base de ciment i és difícil d'escollir. Segons l'estructura química dels substituents, es poden dividir en èters aniònics, catiònics i no iònics. L'èter de cel·lulosa no iònic amb substituent de cadena lateral de H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH i altres grups no dissociables és el més utilitzat en el ciment, els representants típics són l'èter de metilcel·lulosa, l'hidroxipropil metil èter de cel·lulosa, èter hidroxietil metil cel·lulosa, èter hidroxietil cel·lulosa, etc. Els diferents tipus d'èters de cel·lulosa tenen diferents efectes sobre el temps de presa del ciment. Segons informes de literatura anteriors, l'HEC té la capacitat de retardació més forta per al ciment, seguit per HPMc i HEMc, i Mc té la pitjor. Per al mateix tipus d'èter de cel·lulosa, pes molecular o viscositat, el contingut de metil, hidroxietil i hidroxipropil d'aquests grups és diferent, el seu efecte retardador també és diferent. En termes generals, com més gran sigui la viscositat i com més gran sigui el contingut de grups no dissociables, pitjor serà la capacitat de retard. Per tant, en el procés de producció real, d'acord amb els requisits de la coagulació de morter comercial, es pot seleccionar el contingut de grup funcional adequat d'èter de cel·lulosa. O en la producció d'èter de cel·lulosa al mateix temps, ajustar el contingut dels grups funcionals, fer que compleixi els requisits de diferents morters.

3、la influència de l'èter de cel·lulosa no iònic sobre les propietats físiques del ciment polimèric

3.1 Coagulació lenta

Per allargar el temps d'enduriment d'hidratació del ciment, de manera que el morter acabat de barrejar durant molt de temps es mantingui plàstic, per tal d'ajustar el temps de fraguat del morter recentment barrejat, millorar la seva operativitat, normalment afegir retardador al morter, no L'èter de cel·lulosa iònic és adequat per al ciment polimèric és un retardador comú.

L'efecte retardador de l'èter de cel·lulosa no iònic sobre el ciment es veu afectat principalment pel seu propi tipus, viscositat, dosificació, composició diferent de minerals de ciment i altres factors. Pourchez J et al. va demostrar que com més gran sigui el grau de metilació de l'èter de cel·lulosa, pitjor serà l'efecte retardador, mentre que el pes molecular de l'èter de cel·lulosa i el contingut d'hidroxipropoxi tenien un efecte feble en el retard de la hidratació del ciment. Amb l'augment de la viscositat i la quantitat de dopatge d'èter de cel·lulosa no iònic, la capa d'adsorció a la superfície de les partícules de ciment s'espesseix, s'allarga el temps de fixació inicial i final del ciment i l'efecte retardador és més evident. Els estudis han demostrat que l'alliberament de calor primerenc dels purins de ciment amb diferents continguts en HEMC és aproximadament un 15% inferior al dels purins de ciment pur, però no hi ha cap diferència significativa en el procés d'hidratació posterior. Singh NK et al. va demostrar que amb l'augment de la quantitat de dopatge d'HEc, l'alliberament de calor d'hidratació del morter de ciment modificat va mostrar una tendència d'augmentar primer i després de disminuir, i el contingut d'HEC en assolir l'alliberament màxim de calor d'hidratació estava relacionat amb l'edat de curació.

A més, es troba que l'efecte retardador de l'èter de cel·lulosa no iònic està estretament relacionat amb la composició del ciment. Peschard et al. va trobar que com més baix és el contingut d'aluminat tricálcic (C3A) al ciment, més evident és l'efecte retardador de l'èter de cel·lulosa. schmitz L et al. va creure que això era causat per les diferents maneres de l'èter de cel·lulosa a la cinètica d'hidratació del silicat tricálcic (C3S) i l'aluminat tricálcic (C3A). L'èter de cel·lulosa podria reduir la velocitat de reacció en el període d'acceleració de C3S, mentre que per a C3A, podria allargar el període d'inducció i, finalment, retardar el procés de solidificació i enduriment del morter.

Hi ha diferents opinions sobre el mecanisme de l'èter de cel·lulosa no iònic que retarda la hidratació del ciment. Silva et al. Liu creia que la introducció d'èter de cel·lulosa faria augmentar la viscositat de la solució de porus, bloquejant així el moviment dels ions i retardant la condensació. Tanmateix, Pourchez et al. va creure que hi havia una relació òbvia entre el retard de l'èter de cel·lulosa a la hidratació del ciment i la viscositat del purí de ciment. Una altra teoria és que l'efecte retardador de l'èter de cel·lulosa està estretament relacionat amb la degradació alcalina. Els polisacàrids tendeixen a degradar-se fàcilment per produir àcid hidroxil carboxílic que pot retardar la hidratació del ciment en condicions alcalines. Tanmateix, els estudis han trobat que l'èter de cel·lulosa és molt estable en condicions alcalines i només es degrada lleugerament, i la degradació té poc efecte en el retard de la hidratació del ciment. Actualment, la visió més coherent és que l'efecte retardador és causat principalment per l'adsorció. Concretament, el grup hidroxil de la superfície molecular de l'èter de cel·lulosa és àcid, el ca (0H) del sistema de ciment d'hidratació i altres fases minerals són alcalines. Sota l'acció sinèrgica de l'enllaç d'hidrogen, complexant i hidrofòbic, les molècules d'èter de cel·lulosa àcida s'adsorbiran a la superfície de les partícules de ciment alcalí i els productes d'hidratació. A més, es forma una pel·lícula fina a la seva superfície, que dificulta el creixement posterior d'aquests nuclis de cristall de fase mineral i retarda la hidratació i la presa del ciment. Com més forta sigui la capacitat d'adsorció entre els productes d'hidratació del ciment i l'èter de cel·lulosa, més evident és el retard d'hidratació del ciment. D'una banda, la mida de l'obstacle estèric té un paper decisiu en la capacitat d'adsorció, com ara el petit obstacle estèric del grup hidroxil, la seva forta acidesa, l'adsorció també és forta. D'altra banda, la capacitat d'adsorció també depèn de la composició dels productes d'hidratació del ciment. Pourchez et al. va trobar que l'èter de cel·lulosa s'adsorbeix fàcilment a la superfície de productes d'hidratació com ara ca (0H) 2, gel csH i hidrat d'aluminat de calci, però no és fàcil ser adsorbit per l'etringita i la fase no hidratada. L'estudi de Mullert també va demostrar que l'èter de cel·lulosa tenia una forta adsorció sobre c3s i els seus productes d'hidratació, de manera que la hidratació de la fase de silicat es va retardar significativament. L'adsorció d'etringita va ser baixa, però la formació d'etringita es va retardar significativament. Això va ser perquè el retard en la formació de l'etringita es va veure afectat per l'equilibri de ca2+ en solució, que va ser la continuació del retard de l'èter de cel·lulosa en la hidratació de silicats.

3.2 Preservació de l'aigua

Un altre efecte de modificació important de l'èter de cel·lulosa al morter de ciment és aparèixer com a agent de retenció d'aigua, que pot evitar que la humitat del morter humit s'evapori prematurament o sigui absorbida per la base, i retardar la hidratació del ciment mentre allarga el temps de funcionament del morter humit, per tal d'assegurar que el morter prim es pugui pentinar, es pot estendre el morter arrebossat i el morter fàcil d'absorbir no cal que estigui prèviament humit.

La capacitat de retenció d'aigua de l'èter de cel·lulosa està estretament relacionada amb la seva viscositat, dosificació, tipus i temperatura ambient. Altres condicions són les mateixes, com més gran sigui la viscositat de l'èter de cel·lulosa, millor serà l'efecte de retenció d'aigua, una petita quantitat d'èter de cel·lulosa pot millorar molt la taxa de retenció d'aigua del morter; Per al mateix èter de cel·lulosa, com més gran sigui la quantitat afegida, més gran serà la taxa de retenció d'aigua del morter modificat, però hi ha un valor òptim, més enllà del qual la taxa de retenció d'aigua augmenta lentament. Per a diferents tipus d'èter de cel·lulosa, també hi ha diferències en la retenció d'aigua, com HPMc en les mateixes condicions que la millor retenció d'aigua Mc. A més, el rendiment de retenció d'aigua de l'èter de cel·lulosa disminueix amb l'augment de la temperatura ambient.

En general es creu que la raó per la qual l'èter de cel·lulosa té la funció de retenció d'aigua es deu principalment a la 0H de la molècula i l'àtom 0 de l'enllaç èter s'associarà amb molècules d'aigua per sintetitzar l'enllaç d'hidrogen, de manera que l'aigua lliure esdevingui vinculant. aigua, per tal de tenir un bon paper de retenció d'aigua; També es creu que la cadena macromolecular de l'èter de cel·lulosa té un paper restrictiu en la difusió de les molècules d'aigua, per controlar eficaçment l'evaporació de l'aigua, per aconseguir una alta retenció d'aigua; Pourchez J va argumentar que l'èter de cel·lulosa va aconseguir l'efecte de retenció d'aigua millorant les propietats reològiques del purí de ciment recentment barrejat, l'estructura de la xarxa porosa i la formació de pel·lícula d'èter de cel·lulosa que va dificultar la difusió de l'aigua. Laetitia P et al. També creu que la propietat reològica del morter és un factor clau, però també creu que la viscositat no és l'únic factor que determina l'excel·lent rendiment de retenció d'aigua del morter. Val la pena assenyalar que tot i que l'èter de cel·lulosa té un bon rendiment de retenció d'aigua, però es reduirà l'absorció d'aigua de morter de ciment endurit modificat, la raó és que l'èter de cel·lulosa a la pel·lícula de morter i al morter un gran nombre de petits porus tancats, bloquejant el morter dins del capil·lar.

3.3 Engrossiment

La consistència del morter és un dels índexs importants per mesurar el seu rendiment de treball. Sovint s'introdueix èter de cel·lulosa per augmentar la consistència. La "consistència" representa la capacitat del morter acabat de barrejar per fluir i deformar-se sota l'acció de la gravetat o de les forces externes. Les dues propietats d'engrossiment i retenció d'aigua es complementen. L'addició d'una quantitat adequada d'èter de cel·lulosa no només pot millorar el rendiment de retenció d'aigua del morter, garantir una construcció suau, sinó també augmentar la consistència del morter, augmentar significativament la capacitat antidispersió del ciment, millorar el rendiment d'unió entre el morter i la matriu, i reduir el fenomen de flacciditat del morter.

L'efecte espessidor de l'èter de cel·lulosa prové principalment de la seva pròpia viscositat, com més gran sigui la viscositat, millor serà l'efecte espessidor, però si la viscositat és massa gran, reduirà la fluïdesa del morter, afectant la construcció. Els factors que afecten el canvi de viscositat, com ara el pes molecular (o el grau de polimerització) i la concentració d'èter de cel·lulosa, la temperatura de la solució, la velocitat de cisalla, afectaran l'efecte d'espessiment final.

El mecanisme d'engrossiment de l'èter de cel·lulosa prové principalment de la hidratació i l'entrellat entre molècules. D'una banda, la cadena polimèrica de l'èter de cel·lulosa és fàcil de formar enllaç d'hidrogen amb aigua a l'aigua, l'enllaç d'hidrogen fa que tingui una alta hidratació; D'altra banda, quan s'afegeix èter de cel·lulosa al morter, absorbirà molta aigua, de manera que el seu propi volum s'expandeix molt, reduint l'espai lliure de partícules, al mateix temps que les cadenes moleculars de l'èter de cel·lulosa s'entrellacen entre si. per formar una estructura de xarxa tridimensional, s'envolten partícules de morter en les quals, no flueix lliurement. És a dir, sota aquestes dues accions, es millora la viscositat del sistema, aconseguint així l'efecte espessidor desitjat.

4. Efecte de l'èter de cel·lulosa no iònic sobre la morfologia i l'estructura de porus del ciment polimèric

Com es pot veure a l'anterior, l'èter de cel·lulosa no iònic té un paper vital en el ciment polimèric i, sens dubte, la seva addició afectarà la microestructura de tot el morter de ciment. Els resultats mostren que l'èter de cel·lulosa no iònic sol augmentar la porositat del morter de ciment i augmenta el nombre de porus de la mida de 3nm ~ 350um, entre els quals augmenta el nombre de porus en el rang de 100nm ~ 500nm. La influència en l'estructura dels porus del morter de ciment està estretament relacionada amb el tipus i la viscositat de l'èter de cel·lulosa no iònic afegit. Ou Zhihua et al. creia que quan la viscositat és la mateixa, la porositat del morter de ciment modificat per HEC és menor que la de HPMc i Mc afegit com a modificadors. Per al mateix èter de cel·lulosa, com més petita sigui la viscositat, menor serà la porositat del morter de ciment modificat. Mitjançant l'estudi de l'efecte de HPMc sobre l'obertura del tauler d'aïllament de ciment escumat, Wang Yanru et al. va trobar que l'addició de HPMC no canvia significativament la porositat, però pot reduir significativament l'obertura. Tanmateix, Zhang Guodian et al. va trobar que com més gran sigui el contingut d'HEMc, més òbvia serà la influència en l'estructura dels porus de la purina de ciment. L'addició de HEMc pot augmentar significativament la porositat, el volum total dels porus i el radi mitjà dels porus de la purina de ciment, però la superfície específica del porus disminueix i el nombre de porus capil·lars grans de més de 50 nm de diàmetre augmenta significativament i els porus introduïts. són principalment porus tancats.

Es va analitzar l'efecte de l'èter de cel·lulosa no iònic en el procés de formació de l'estructura de porus de purins de ciment. Es va trobar que l'addició d'èter de cel·lulosa va canviar principalment les propietats de la fase líquida. D'una banda, la tensió superficial de la fase líquida disminueix, facilitant la formació de bombolles al morter de ciment, i retardarà el drenatge de la fase líquida i la difusió de les bombolles, de manera que les bombolles petites són difícils de reunir en bombolles grans i de descàrrega, de manera que el buit. augmenta molt; D'altra banda, augmenta la viscositat de la fase líquida, cosa que també inhibeix el drenatge, la difusió de la bombolla i la fusió de bombolles, i millora la capacitat d'estabilitzar les bombolles. Per tant, es pot obtenir el mode d'influència de l'èter de cel·lulosa en la distribució de la mida dels porus del morter de ciment: en el rang de mida dels porus de més de 100 nm, es poden introduir bombolles reduint la tensió superficial de la fase líquida i es pot inhibir la difusió de les bombolles. augmentar la viscositat del líquid; a la regió de 30 nm ~ 60 nm, el nombre de porus de la regió es pot veure afectat inhibint la fusió de bombolles més petites.

5. Influència de l'èter de cel·lulosa no iònic en les propietats mecàniques del ciment polimèric

Les propietats mecàniques del ciment polimèric estan estretament relacionades amb la seva morfologia. Amb l'addició d'èter de cel·lulosa no iònic, la porositat augmenta, la qual cosa està obligat a tenir un efecte advers sobre la seva resistència, especialment la resistència a la compressió i la resistència a la flexió. La reducció de la resistència a la compressió del morter de ciment és significativament més gran que la resistència a la flexió. Ou Zhihua et al. va estudiar la influència de diferents tipus d'èter de cel·lulosa no iònic en les propietats mecàniques del morter de ciment i va trobar que la resistència del morter de ciment modificat amb èter de cel·lulosa era inferior a la del morter de ciment pur, i la resistència a la compressió 28d més baixa era només del 44,3% de la del purí de ciment pur. La resistència a la compressió i la resistència a la flexió de l'èter de cel·lulosa HPMc, HEMC i MC modificat són similars, mentre que la resistència a la compressió i la resistència a la flexió del purí de ciment modificat amb HEc a cada època són significativament més altes. Això està molt relacionat amb la seva viscositat o pes molecular, com més gran sigui la viscositat o el pes molecular de l'èter de cel·lulosa, o com més gran sigui l'activitat superficial, menor serà la resistència del seu morter de ciment modificat.

Tanmateix, també s'ha demostrat que l'èter de cel·lulosa no iònic pot millorar la resistència a la tracció, la flexibilitat i la cohesió del morter de ciment. Huang Liangen et al. va trobar que, contràriament a la llei de canvi de resistència a la compressió, la resistència a tall i la resistència a la tracció de la purina augmentaven amb l'augment del contingut d'èter de cel·lulosa al morter de ciment. L'anàlisi del motiu, després de l'addició d'èter de cel·lulosa i emulsió de polímers junts per formar una gran quantitat de pel·lícula de polímer densa, millora considerablement la flexibilitat del purí i els productes d'hidratació del ciment, el ciment no hidratat, els farcits i altres materials que s'omplen en aquesta pel·lícula. , per garantir la resistència a la tracció del sistema de recobriment.

Per tal de millorar el rendiment del ciment de polímer modificat amb èter de cel·lulosa no iònic, millorar les propietats físiques del morter de ciment alhora, no reduir significativament les seves propietats mecàniques, la pràctica habitual és combinar l'èter de cel·lulosa i altres additius, afegits a el morter de ciment. Li Tao-wen et al. va trobar que l'additiu compost compost d'èter de cel·lulosa i pols de cola de polímer no només va millorar lleugerament la resistència a la flexió i la resistència a la compressió del morter, de manera que la cohesió i la viscositat del morter de ciment són més adequades per a la construcció del recobriment, sinó que també va millorar significativament la retenció d'aigua. capacitat del morter en comparació amb l'èter de cel·lulosa simple. Xu Qi et al. va afegir pols d'escòria, agent reductor d'aigua i HEMc, i va trobar que l'agent reductor d'aigua i la pols mineral poden augmentar la densitat del morter, reduir el nombre de forats per millorar la resistència i el mòdul elàstic del morter. HEMc pot augmentar la resistència a la tracció del morter, però no és bo per a la resistència a la compressió i el mòdul elàstic del morter. Yang Xiaojie et al. va trobar que el trencament de la contracció plàstica del morter de ciment es pot reduir significativament després de barrejar fibra HEMc i PP.

6. Conclusió

L'èter de cel·lulosa no iònic té un paper important en el ciment polimèric, que pot millorar significativament les propietats físiques (incloent el retard de la coagulació, la retenció d'aigua, l'engrossiment), la morfologia microscòpica i les propietats mecàniques del morter de ciment. S'ha treballat molt en la modificació de materials a base de ciment per l'èter de cel·lulosa, però encara hi ha alguns problemes que necessiten més estudis. Per exemple, en aplicacions pràctiques d'enginyeria, es presta poca atenció a la reologia, les propietats de deformació, l'estabilitat del volum i la durabilitat dels materials a base de ciment modificats, i no s'ha establert una relació corresponent regular amb l'èter de cel·lulosa afegit. La investigació sobre el mecanisme de migració del polímer d'èter de cel·lulosa i els productes d'hidratació del ciment en la reacció d'hidratació encara és insuficient. El procés d'acció i el mecanisme dels additius compostos d'èter de cel·lulosa i altres additius no són prou clars. L'addició composta d'èter de cel·lulosa i materials reforçats inorgànics com la fibra de vidre no s'ha perfeccionat. Tots aquests seran el focus de futures investigacions per proporcionar orientació teòrica per millorar encara més el rendiment del ciment polimèric.