Cementová kaše modifikovaná etherem celulózy

Vliv odlišné molekulární struktury neiontového etheru celulózy na strukturu pórů cementové suspenze byl studován pomocí testu hustoty výkonu a makroskopického a mikroskopického pozorování struktury pórů. Výsledky ukazují, že neiontový ether celulózy může zvýšit poréznost cementové kaše. Když je viskozita neiontové suspenze modifikované etherem celulózy podobná, poréznostether hydroxyethylcelulózy(HEC) modifikovaná kaše je menší než kaše modifikovaná etherem hydroxypropylmethylcelulózy (HPMC) a etherem methylcelulózy (MC). Čím nižší je viskozita/relativní molekulová hmotnost etheru celulózy HPMC s podobným obsahem skupin, tím menší je poréznost jeho modifikované cementové suspenze. Neiontový éter celulózy může snížit povrchové napětí kapalné fáze a usnadnit tvorbu bublinek z cementové kaše. Neiontové molekuly etheru celulózy jsou směrově adsorbovány na rozhraní plyn-kapalina bublin, což také zvyšuje viskozitu fáze cementové kaše a zvyšuje schopnost cementové kaše stabilizovat bubliny.

klíčová slova:neiontový ether celulózy; Cementová kaše; Struktura pórů; Molekulární struktura; povrchové napětí; viskozita

Neiontový éter celulózy (dále jen éter celulózy) má vynikající zahušťování a retenci vody a je široce používán v suché míchané maltě, samozhutnitelném betonu a dalších nových materiálech na bázi cementu. Étery celulózy používané v materiálech na bázi cementu obvykle zahrnují éter methylcelulózy (MC), éter hydroxypropylmethylcelulózy (HPMC), éter hydroxyethylmethylcelulózy (HEMC) a éter hydroxyethylcelulózy (HEC), mezi nimiž jsou nejběžnější aplikace HPMC a HEMC .

Éter celulózy může výrazně ovlivnit strukturu pórů cementové kaše. Pourchez et al. pomocí testu zdánlivé hustoty, testu velikosti pórů (metoda injekce rtutí) a analýzy obrazu sEM došli k závěru, že éter celulózy může zvýšit počet pórů o průměru asi 500 nm a pórů o průměru asi 50-250 μm v cementová kaše. Kromě toho pro ztuhlou cementovou kaši je distribuce velikosti pórů u nízkomolekulární HEC modifikované cementové kaše podobná jako u čisté cementové kaše. Celkový objem pórů vysokomolekulární HEC modifikované cementové suspenze je vyšší než u čisté cementové suspenze, ale nižší než u HPMC modifikované cementové suspenze se zhruba stejnou konzistencí. Prostřednictvím pozorování SEM Zhang et al. zjistili, že HEMC může významně zvýšit počet pórů o průměru asi 0,1 mm v cementové maltě. Pomocí rtuťového injekčního testu také zjistili, že HEMC může významně zvýšit celkový objem pórů a průměrný průměr pórů cementové kaše, což má za následek významné zvýšení počtu velkých pórů o průměru 50nm ~ 1μm a velkých pórů o průměru větším. než 1μm. Počet pórů s průměrem menším než 50 nm se však výrazně snížil. Saric-Coric a kol. věřili, že éter celulózy způsobí, že cementová kaše bude poréznější a povede k nárůstu makropórů. Jenni a kol. testoval hustotu výkonu a určil, že objemový podíl pórů HEMC modifikované cementové malty byl přibližně 20 %, zatímco čistá cementová malta obsahovala pouze malé množství vzduchu. Silva a kol. zjistili, že kromě dvou píku při 3,9 nm a 40 ~ 75 nm ve formě čisté cementové kaše, existovaly také dva píky při 100 ~ 500 nm a větší než 100 μm prostřednictvím testu injektáže rtuti. Ma Baoguo a kol. zjistili, že éter celulózy zvýšil počet jemných pórů s průměrem menším než 1 μm a velkých pórů s průměrem větším než 2 μm v cementové maltě pomocí testu injektáže rtutí. Z důvodu, že ether celulózy zvyšuje poréznost cementové kaše, se obvykle má za to, že ether celulózy má povrchovou aktivitu, obohatí se na rozhraní vzduchu a vody a vytvoří film, aby se stabilizovaly bubliny v cementové kaši.

Prostřednictvím výše uvedené analýzy literatury lze vidět, že vlivu éteru celulózy na strukturu pórů materiálů na bázi cementu byla věnována velká pozornost. Existuje však mnoho druhů éteru celulózy, stejný druh éteru celulózy, jeho relativní molekulová hmotnost, obsah skupin a další parametry molekulární struktury jsou také velmi odlišné a domácí a zahraniční výzkumníci v oblasti výběru éteru celulózy jsou omezeni pouze na jejich příslušnou aplikaci. pole, nedostatek reprezentace, závěr je nevyhnutelná „přegeneralizace“, takže vysvětlení mechanismu éteru celulózy není dostatečně hluboké. V tomto článku byl studován vliv etheru celulózy s různou molekulární strukturou na strukturu pórů cementové suspenze pomocí testu zdánlivé hustoty a makroskopického a mikroskopického pozorování struktury pórů.

1. Test

1.1 Suroviny

Cementem byl běžný portlandský cement P·O 42,5 vyráběný společností Huaxin Cement Co., LTD., jehož chemické složení bylo měřeno rentgenovým fluorescenčním spektrometrem vlnové délky disperzního typu AXIOS Ad-Vanced (PANa – lytical, Nizozemsko), a fázové složení bylo odhadnuto Bogueovou metodou.

Ether celulózy vybral čtyři druhy komerčního etheru celulózy, respektive ether methylcelulózy (MC), ether hydroxypropylmethylcelulózy (HPMC1, HPMC2) a ether hydroxyethylcelulózy (HEC), molekulární struktura HPMC1 a HPMC2 jsou podobné, ale viskozita je mnohem nižší než HPMC2 To znamená, že relativní molekulová hmotnost HPMC1 je mnohem menší než relativní molekulová hmotnost HPMC2. Vzhledem k podobným vlastnostem etheru hydroxyethylmethylcelulózy (HEMc) a HPMC nebyly HEMC v této studii vybrány. Aby se zabránilo vlivu obsahu vlhkosti na výsledky testu, byly všechny ethery celulózy před použitím vypalovány při 98 °C po dobu 2 hodin.

Viskozita etheru celulózy byla testována rotačním viskozimetrem NDJ-1B (Shanghai Changji Company). Koncentrace testovaného roztoku (hmotnostní poměr etheru celulózy k vodě) byla 2,0 %, teplota byla 20 °C a rychlost rotace byla 12 ot./min. Povrchové napětí etheru celulózy bylo testováno kruhovou metodou. Testovacím zařízením byl automatický tenzometr JK99A (Shanghai Zhongchen Company). Koncentrace testovaného roztoku byla 0,01 % a teplota byla 20 °C. Obsah etherové skupiny celulózy poskytuje výrobce.

Podle viskozity, povrchového napětí a obsahu skupin éteru celulózy, když je koncentrace roztoku 2,0 %, je viskozitní poměr roztoku HEC a HPMC2 1:1,6 a viskozitní poměr roztoku HEC a MC je 1:0,4, ale v tomto testu je poměr voda-cement 0,35, maximální poměr cementu je 0,6 %, hmotnostní poměr éteru celulózy k vodě je asi 1,7 %, méně než 2,0 %, a synergický účinek cementové kaše na viskozitu, takže rozdíl viskozity HEC, HPMC2 nebo MC modifikované cementové kaše je malý.

Podle viskozity, povrchového napětí a skupinového obsahu éteru celulózy je povrchové napětí každého éteru celulózy odlišné. Éter celulózy má jak hydrofilní skupiny (hydroxylové a etherové skupiny), tak hydrofobní skupiny (methylový a glukózový uhlíkový kruh), je povrchově aktivní látkou. Éter celulózy je různý, liší se druh a obsah hydrofilních a hydrofobních skupin, což má za následek různé povrchové napětí.

1.2 Zkušební metody

Bylo připraveno šest druhů cementové kaše, včetně čisté cementové kaše, čtyři cementové kaše modifikované celulózovým etherem (MC, HPMCl, HPMC2 a HEC) s poměrem cementu 0,60 % a modifikovaná cementová kaše HPMC2 s poměrem cementu 0,05 %. Ref, MC - 0,60, HPMCl - 0,60, Hpmc2 - 0,60. HEC 1-0,60 a hpMC2-0,05 ukazují, že poměr voda-cement je oba 0,35.

Cementová kaše nejprve v souladu s GB/T 17671 1999 „metoda zkoušky pevnosti cementové malty (metoda ISO)“ vyrobená do zkušebního bloku hranolů 40 mm × 40 mm × 160 mm za podmínek 20 °C uzavřeného vytvrzování 28d. Po zvážení a výpočtu jeho zdánlivé hustoty byl rozbit malým kladivem a byl pozorován a fotografován digitálním fotoaparátem stav makro otvoru ve střední části testovacího bloku. Současně byly odebrány malé kousky o velikosti 2,5 ~ 5,0 mm pro pozorování optickým mikroskopem (trojrozměrný videomikroskop HIROX) a rastrovacím elektronovým mikroskopem (JSM-5610LV).

2. Výsledky testu

2.1 Zdánlivá hustota

Podle zdánlivé hustoty cementové kaše modifikované různými ethery celulózy je (1) nejvyšší zdánlivá hustota čisté cementové kaše, která je 2044 kg/m³; Zdánlivá hustota čtyř druhů suspenze modifikované éterem celulózy s poměrem cementu 0,60 % byla 74 % až 88 % hustoty čisté cementové suspenze, což ukazuje, že éter celulózy způsobil zvýšení poréznosti cementové suspenze. (2) Když je poměr cementu k cementu 0,60 %, vliv různých etherů celulózy na pórovitost cementové kaše je velmi rozdílný. Viskozita cementové suspenze modifikované HEC, HPMC2 a MC je podobná, ale zdánlivá hustota cementové suspenze modifikované HEC je nejvyšší, což ukazuje, že pórovitost cementové suspenze modifikované HEC je menší než pórovitost cementové suspenze modifikované HEC a Mc s podobnou viskozitou. . HPMc1 a HPMC2 mají podobný obsah skupin, ale viskozita HPMCl je mnohem nižší než viskozita HPMC2 a zdánlivá hustota cementové suspenze modifikované HPMCl je výrazně vyšší než hustota cementové suspenze modifikované HPMC2, což ukazuje, že když je obsah skupin podobný Čím nižší je viskozita éteru celulózy, tím nižší je poréznost modifikované cementové suspenze. (3) Když je poměr cementu k cementu velmi malý (0,05 %), zdánlivá hustota cementové kaše modifikované HPMC2 je v zásadě blízká hustotě čisté cementové kaše, což naznačuje, že vliv éteru celulózy na poréznost cementu kaše je velmi malá.

2.2 Makroskopický pór

Podle sekce fotografií cementové kaše modifikované celulózou, pořízených digitálním fotoaparátem, je čistá cementová kaše velmi hustá, téměř bez viditelných pórů; Všechny čtyři druhy suspenze modifikované éterem celulózy s poměrem cementu 0,60 % mají všechny makroskopičtější póry, což ukazuje, že éter celulózy vede ke zvýšení pórovitosti cementové suspenze. Podobně jako u výsledků zkoušky zdánlivé hustoty je vliv různých typů a obsahů etherů celulózy na pórovitost cementové kaše zcela odlišný. Viskozita suspenze modifikované HEC, HPMC2 a MC je podobná, ale poréznost suspenze modifikované HEC je menší než porozita suspenze modifikované HPMC2 a MC. Ačkoli HPMC1 a HPMC2 mají podobný obsah skupin, suspenze modifikovaná HPMC1 s nižší viskozitou má menší poréznost. Když je poměr cementu k cementu u suspenze modifikované HPMc2 velmi malý (0,05 %), počet makroskopických pórů se mírně zvýší než u suspenze čistého cementu, ale značně se sníží než u suspenze modifikované HPMC2 s 0,60 % cementu. - poměr cementu.

2.3 Mikroskopický pór

4. Závěr

(1) Éter celulózy může zvýšit poréznost cementové kaše.

(2) Účinek éteru celulózy na pórovitost cementové suspenze s různými parametry molekulární struktury je různý: když je viskozita cementové suspenze modifikované éterem celulózy podobná, je pórovitost cementové suspenze modifikované HEC menší než pórovitosti suspenze modifikované HPMC a MC. cementová kaše; Čím nižší je viskozita/relativní molekulová hmotnost etheru celulózy HPMC s podobným obsahem skupin, tím nižší je poréznost jeho modifikované cementové suspenze.

(3) Po přidání éteru celulózy do cementové kaše se povrchové napětí kapalné fáze sníží, takže z cementové kaše lze snadno vytvářet bubliny a molekuly etheru celulózy směrovou adsorpci na rozhraní bublina plyn-kapalina, zlepšit pevnost a houževnatost adsorpce bublinkového kapalného filmu na rozhraní bublinkový plyn-kapalina zlepšuje pevnost bublinkového kapalného filmu a posiluje schopnost houževnatého bahna stabilizovat bublinu.