Effekt af omgivelsestemperatur på bearbejdeligheden af ​​celluloseethermodificeret gips

Ydeevnen af ​​celluloseethermodificeret gips ved forskellige omgivende temperaturer er meget forskellig, men dens mekanisme er ikke klar. Virkningerne af celluloseether på de rheologiske parametre og vandretention af gipsopslæmning ved forskellige omgivende temperaturer blev undersøgt. Den hydrodynamiske diameter af celluloseether i flydende fase blev målt ved dynamisk lysspredningsmetode, og påvirkningsmekanismen blev undersøgt. Resultaterne viser, at celluloseether har en god vandtilbageholdende og fortykkende effekt på gips. Med stigningen i celluloseetherindholdet øges gyllens viskositet, og vandtilbageholdelseskapaciteten øges. Men med temperaturstigningen falder vandtilbageholdelsesevnen af ​​modificeret gipsopslæmning til en vis grad, og de rheologiske parametre ændres også. I betragtning af, at celluloseetherkolloidsammenslutningen kan opnå vandretention ved at blokere vandtransportkanalen, kan temperaturstigningen føre til nedbrydning af den store volumenforening, der produceres af celluloseether, og dermed reducere vandretentionen og arbejdsydelsen af ​​den modificerede gips.

Nøgleord:gips; Celluloseether; Temperatur; Vandophobning; rheologi

0. Indledning

Gips, som en slags miljøvenligt materiale med gode konstruktions- og fysiske egenskaber, er meget brugt i udsmykningsprojekter. Ved påføring af gipsbaserede materialer tilsættes vandtilbageholdende middel sædvanligvis for at modificere gylle for at forhindre vandtab i processen med hydrering og hærdning. Celluloseether er det mest almindelige vandtilbageholdende middel i øjeblikket. Fordi ionisk CE vil reagere med Ca2+, brug ofte ikke-ionisk CE, såsom: hydroxypropylmethylcelluloseether, hydroxyethylmethylcelluloseether og methylcelluloseether. Det er vigtigt at studere egenskaberne af celluloseethermodificeret gips for bedre anvendelse af gips i dekorationsteknik.

Celluloseether er en højmolekylær forbindelse fremstillet ved reaktion af alkalicellulose og etherificeringsmiddel under visse betingelser. Den ikke-ioniske celluloseether, der anvendes i byggeteknik, har god spredning, vandretention, binding og fortykningseffekt. Tilsætningen af ​​celluloseether har en meget tydelig effekt på vandtilbageholdelsen af ​​gips, men bøjnings- og trykstyrken af ​​gipshærdet legeme falder også lidt med forøgelsen af ​​tilsætningsmængden. Dette skyldes, at celluloseether har en vis luftinddragende effekt, som vil introducere bobler i processen med gylleblanding og dermed reducere de mekaniske egenskaber af det hærdede legeme. Samtidig vil for meget celluloseether gøre gipsblandingen for klæbrig, hvilket resulterer i dens konstruktionsevne.

Hydratiseringsprocessen af ​​gips kan opdeles i fire trin: opløsning af calciumsulfat-hemihydrat, krystalliseringskernedannelse af calciumsulfatdihydrat, vækst af krystallinsk kerne og dannelse af krystallinsk struktur. I hydreringsprocessen af ​​gips vil den hydrofile funktionelle gruppe af celluloseether, der adsorberer på overfladen af ​​gipspartikler, fiksere en del af vandmolekyler, og dermed forsinke kernedannelsesprocessen for gipshydrering og forlænge afbindingstiden for gips. Gennem SEM-observation fandt Mroz, at selvom tilstedeværelsen af ​​celluloseether forsinkede væksten af ​​krystaller, men øgede overlapningen og aggregeringen af ​​krystaller.

Celluloseether indeholder hydrofile grupper, så den har en vis hydrofilicitet, polymer lang kæde forbinder med hinanden, så den har en høj viskositet, vekselvirkningen mellem de to gør, at cellulose har en god vandtilbageholdende fortykningseffekt på gipsblanding. Bulichen forklarede vandtilbageholdelsesmekanismen for celluloseether i cement. Ved lav blanding adsorberes celluloseether på cement til intramolekylær vandabsorption og ledsages af kvældning for at opnå vandretention. På dette tidspunkt er vandretentionen dårlig. Højdosis, celluloseether vil danne hundredvis af nanometer til nogle få mikron kolloid polymer, hvilket effektivt blokerer gelsystemet i hullet for at opnå effektiv vandretention. Virkningsmekanismen for celluloseether i gips er den samme som i cement, men den højere SO42-koncentration i flydende fase af gipsopslæmning vil svække den vandtilbageholdende effekt af cellulose.

Baseret på ovenstående indhold kan det konstateres, at den nuværende forskning i celluloseether modificeret gips hovedsageligt fokuserer på hydratiseringsprocessen af ​​celluloseether på gipsblanding, vandretentionsegenskaber, mekaniske egenskaber og mikrostruktur af hærdet krop og mekanismen af ​​celluloseether. vandophobning. Undersøgelsen af ​​samspillet mellem celluloseether og gipsopslæmning ved høj temperatur er dog stadig utilstrækkelig. Celluloseether vandig opløsning vil gelatinisere ved en bestemt temperatur. Når temperaturen stiger, vil viskositeten af ​​den vandige celluloseetheropløsning gradvist falde. Når gelatineringstemperaturen er nået, vil celluloseether blive udfældet i hvid gel. For eksempel i sommerkonstruktionen er den omgivende temperatur høj, de termiske gelegenskaber af celluloseether er bundet til at føre til ændringer i bearbejdeligheden af ​​modificeret gipsopslæmning. Dette arbejde undersøger effekten af ​​temperaturstigning på bearbejdeligheden af ​​celluloseethermodificeret gipsmateriale gennem systematiske eksperimenter og giver vejledning til den praktiske anvendelse af celluloseethermodificeret gips.

1. Eksperiment

1.1 Råvarer

Gips er den β-type naturlige bygningsgips leveret af Beijing Ecological Home Group.

Celluloseether udvalgt fra Shandong Yiteng Group hydroxypropylmethylcelluloseether, produktspecifikationer for 75.000 mPa·s, 100.000 mPa·s og 200.000 mPa·s, geleringstemperatur over 60 ℃. Citronsyre blev valgt som gipsretarder.

1.2 Rheologitest

Det anvendte rheologiske testinstrument var RST⁃CC rheometer fremstillet af BROOKFIELD USA. Rheologiske parametre såsom plastisk viskositet og flydeforskydningsspænding af gipsopslæmning blev bestemt af MBT⁃40F⁃0046 prøvebeholder og CC3⁃40 rotor, og dataene blev behandlet af RHE3000 software.

Egenskaberne for gipsblanding er i overensstemmelse med Bingham-væskens rheologiske adfærd, som normalt studeres ved hjælp af Bingham-modellen. På grund af pseudoplasticiteten af ​​celluloseether tilsat til polymermodificeret gips udviser opslæmningsblandingen imidlertid sædvanligvis en vis forskydningsfortyndende egenskab. I dette tilfælde kan modificeret Bingham (M⁃B) model bedre beskrive den rheologiske kurve for gips. For at studere forskydningsdeformationen af ​​gips bruger dette arbejde også Herschel⁃Bulkley (H⁃B) modellen.

1.3 Vandtilbageholdelsestest

Testprocedure henvises til GB/T28627⁃2012 Pudsning af gips. Under forsøget med temperatur som variabel blev gipsen forvarmet 1 time i forvejen til den tilsvarende temperatur i ovnen, og det i forsøget anvendte blandede vand blev forvarmet 1 time i den tilsvarende temperatur i vandbadet med konstant temperatur, og instrumentet blev anvendt. blev forvarmet.

1.4 Hydrodynamisk diametertest

Den hydrodynamiske diameter (D50) af HPMC-polymerassociation i væskefase blev målt ved anvendelse af en dynamisk lysspredningspartikelstørrelsesanalysator (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Resultater og diskussion

2.1 Rheologiske egenskaber af HPMC modificeret gips

Tilsyneladende viskositet er forholdet mellem forskydningsspænding og forskydningshastighed, der virker på en væske og er en parameter til at karakterisere strømmen af ​​ikke-newtonske væsker. Den tilsyneladende viskositet af den modificerede gipsopslæmning ændrede sig med indholdet af celluloseether under tre forskellige specifikationer (75.000 mPa·s, 100.000 mpa·s og 200.000 mPa·s). Testtemperaturen var 20 ℃. Når forskydningshastigheden af ​​rheometer er 14min-1, kan det konstateres, at viskositeten af ​​gipsopslæmning stiger med stigningen i HPMC-inkorporering, og jo højere HPMC-viskositeten er, jo højere vil viskositeten af ​​modificeret gipsopslæmning være. Dette indikerer, at HPMC har en tydelig fortykkelses- og viskosificeringseffekt på gipsopslæmning. Gipsgylle og celluloseether er stoffer med en vis viskositet. I den modificerede gipsblanding adsorberes celluloseether på overfladen af ​​gipshydreringsprodukter, og netværket dannet af celluloseether og netværket dannet af gipsblandingen er sammenvævet, hvilket resulterer i en "superpositionseffekt", som væsentligt forbedrer den samlede viskositet af det modificerede gipsbaserede materiale.

Forskydnings ⁃ spændingskurverne for ren gips (G⁃H) og modificeret gips (G⁃H) pasta doteret med 75000 mPa·s-HPMC, som udledt af den reviderede Bingham (M⁃B) model. Det kan konstateres, at med stigningen i forskydningshastigheden, øges forskydningsspændingen af ​​blandingen også. Værdierne for plastisk viskositet (ηp) og flydeforskydningsspænding (τ0) for ren gips og HPMC-modificeret gips ved forskellige temperaturer opnås.

Ud fra værdierne for plastisk viskositet (ηp) og flydeforskydningsspænding (τ0) for ren gips og HPMC modificeret gips ved forskellige temperaturer, kan det ses, at flydespændingen for HPMC modificeret gips vil falde kontinuerligt med stigningen i temperaturen, og udbyttet stress vil falde 33 % ved 60 ℃ sammenlignet med 20 ℃. Ved at observere plastisk viskositetskurven kan det konstateres, at den plastiske viskositet af modificeret gipsopslæmning også falder med stigningen i temperaturen. Flydespændingen og den plastiske viskositet af ren gipsopslæmning stiger dog lidt med temperaturstigningen, hvilket indikerer, at ændringen af ​​rheologiske parametre for HPMC-modificeret gipsopslæmning i processen med temperaturstigning er forårsaget af ændringen af ​​HPMC-egenskaberne.

Flydespændingsværdien for gipsgylle afspejler den maksimale forskydningsspændingsværdi, når gyllen modstår forskydningsdeformation. Jo større flydespændingsværdien er, jo mere stabil kan gipsopslæmningen være. Den plastiske viskositet afspejler deformationshastigheden af ​​gipsopslæmning. Jo større plastisk viskositet er, jo længere vil gyllens forskydningsdeformationstid være. Som konklusion falder de to rheologiske parametre for HPMC-modificeret gipsopslæmning tydeligvis med stigningen i temperaturen, og fortykkelseseffekten af ​​HPMC på gipsopslæmning svækkes.

Forskydningsdeformationen af ​​gylle refererer til forskydningsfortykkelsen eller forskydningsudtyndingseffekten, der afspejles af gyllen, når den udsættes for forskydningskraft. Forskydningsdeformationseffekten af ​​gylle kan bedømmes ved det pseudoplastiske indeks n opnået fra tilpasningskurven. Når n < 1, viser gipsopslæmningen forskydningsudtynding, og forskydningsudtyndingsgraden af ​​gipsopslæmning bliver højere med faldet på n. Når n > 1, viste gipsopslæmningen forskydningsfortykkelse, og forskydningsfortykkelsesgraden af ​​gipsopslæmning steg med stigningen på n. Rheologiske kurver for HPMC modificeret gipsopslæmning ved forskellige temperaturer baseret på Herschel⁃Bulkley (H⁃B) modeltilpasning, opnår således det pseudoplastiske indeks n for HPMC modificeret gipsopslæmning.

Ifølge det pseudoplastiske indeks n for HPMC modificeret gipsopslæmning er forskydningsdeformationen af ​​gipsopslæmningen blandet med HPMC forskydningsudtynding, og n-værdien stiger gradvist med temperaturstigningen, hvilket indikerer, at forskydningsfortyndingsadfærden af ​​HPMC modificeret gips vil svækkes til en vis grad, når de påvirkes af temperaturen.

Baseret på de tilsyneladende viskositetsændringer af den modificerede gipsopslæmning med forskydningshastighed beregnet ud fra forskydningsspændingsdata på 75000 mPa· HPMC ved forskellige temperaturer, kan det konstateres, at plastisk viskositet af den modificerede gipsopslæmning falder hurtigt med stigningen i forskydningshastigheden, som verificerer tilpasningsresultatet af H⁃B-modellen. Den modificerede gipsopslæmning udviste forskydningsfortyndende egenskaber. Med temperaturstigningen falder blandingens tilsyneladende viskositet til en vis grad ved lav forskydningshastighed, hvilket indikerer, at forskydningsfortyndende virkning af den modificerede gipsopslæmning er svækket.

Ved den faktiske brug af gipsspartel kræves det, at gipsopslæmning er let at deformere i gnidningsprocessen og forbliver stabil i hvile, hvilket kræver, at gipsopslæmning har gode forskydningsfortyndende egenskaber, og forskydningsændringen af ​​HPMC modificeret gips er sjælden. et vist omfang, som ikke er befordrende for konstruktion af gipsmaterialer. Viskositeten af ​​HPMC er en af ​​de vigtige parametre, og også hovedårsagen til, at den spiller rollen som fortykkelse for at forbedre de variable egenskaber ved blandingsflow. Celluloseether selv har egenskaberne som varm gel, viskositeten af ​​dens vandige opløsning falder gradvist, når temperaturen stiger, og hvid gel udfældes, når geleringstemperaturen nås. Ændringen af ​​rheologiske parametre for celluloseethermodificeret gips med temperaturen er tæt forbundet med ændringen af ​​viskositet, fordi fortykkelseseffekten er resultatet af overlejringen af ​​celluloseether og blandet opslæmning. I praktisk ingeniørarbejde bør miljøtemperaturens indvirkning på HPMC-ydelsen tages i betragtning. For eksempel bør temperaturen på råmaterialerne kontrolleres ved høj temperatur om sommeren for at undgå den dårlige arbejdsydelse af modificeret gips forårsaget af høj temperatur.

2.2 Vandophobning afHPMC modificeret gips

Vandtilbageholdelsen af ​​gipsopslæmning modificeret med tre forskellige specifikationer af celluloseether ændres med doseringskurven. Med stigningen af ​​HPMC-dosering forbedres vandophobningshastigheden for gipsopslæmning betydeligt, og stigningstrenden bliver stabil, når HPMC-doseringen når 0,3%. Endelig er vandretentionshastigheden for gipsopslæmning stabil på 90% ~ 95%. Dette indikerer, at HPMC har en tydelig vandtilbageholdende effekt på stenpasta, men den vandholdende effekt forbedres ikke væsentligt, da doseringen fortsætter med at stige. Tre specifikationer af HPMC-vandretentionshastighedsforskellen er ikke stor, for eksempel, når indholdet er 0,3%, er vandretentionshastighedsområdet 5%, standardafvigelsen er 2,2. HPMC'en med den højeste viskositet er ikke den højeste vandretentionsrate, og HPMC'en med den laveste viskositet er ikke den laveste vandretentionsrate. Sammenlignet med ren gips er vandtilbageholdelseshastigheden for de tre HPMC for gipsopslæmning imidlertid væsentligt forbedret, og vandretentionshastigheden for den modificerede gips i indholdet på 0,3% er øget med 95%, 106%, 97% sammenlignet med tom kontrolgruppe. Celluloseether kan naturligvis forbedre vandretentionen af ​​gipsopslæmning. Med stigningen i HPMC-indholdet når vandretentionshastigheden for HPMC-modificeret gipsopslæmning med forskellig viskositet gradvist mætningspunktet. 10000mPa·sHPMC nåede mætningspunktet ved 0,3%, 75000mPa·s og 20000mPa·s HPMC nåede mætningspunktet ved 0,2%. Resultaterne viser, at vandretentionen af ​​75000mPa·s HPMC modificeret gips ændrer sig med temperaturen under forskellige doseringer. Med faldet i temperaturen falder vandtilbageholdelseshastigheden for HPMC modificeret gips gradvist, mens vandretentionshastigheden for ren gips stort set forbliver uændret, hvilket indikerer, at temperaturstigningen svækker vandtilbageholdelseseffekten af ​​HPMC på gips. Vandtilbageholdelseshastigheden for HPMC faldt med 31,5 %, når temperaturen steg fra 20 ℃ til 40 ℃. Når temperaturen stiger fra 40 ℃ til 60 ℃, er vandtilbageholdelseshastigheden for HPMC modificeret gips stort set den samme som for ren gips, hvilket indikerer, at HPMC har mistet effekten af ​​at forbedre vandretentionen af ​​gips på dette tidspunkt. Jian Jian og Wang Peiming foreslog, at celluloseether selv har et termisk gel fænomen, temperaturændringer vil føre til ændringer i viskositeten, morfologien og adsorptionen af ​​celluloseether, hvilket er bundet til at føre til ændringer i ydelsen af ​​gylleblanding. Bulichen fandt også, at den dynamiske viskositet af cementopløsninger indeholdende HPMC faldt med stigende temperatur.

Ændringen af ​​vandretention af blandingen forårsaget af temperaturstigningen bør kombineres med celluloseetherens mekanisme. Bulichen forklarede den mekanisme, hvormed celluloseether kan tilbageholde vand i cement. I cementbaserede systemer forbedrer HPMC vandtilbageholdelseshastigheden for gylle ved at reducere permeabiliteten af ​​"filterkagen", der dannes af cementeringssystemet. En vis koncentration af HPMC i den flydende fase vil danne flere hundrede nanometer til et par mikrometer kolloid association, dette har et vist volumen af ​​polymerstruktur, kan effektivt tilstoppe vandtransmissionskanalen i blandingen, reducere permeabiliteten af ​​"filterkage", for at opnå effektiv vandretention. Bulichen viste også, at HPMCS i gips udviser den samme mekanisme. Derfor kan undersøgelsen af ​​den hydromekaniske diameter af foreningen dannet af HPMC i væskefasen forklare effekten af ​​HPMC på vandretentionen af ​​gips.

2.3 Hydrodynamisk diameter af HPMC kolloid association

Partikelfordelingskurver af forskellige koncentrationer af 75.000mPa·s HPMC i væskefasen og partikelfordelingskurver for tre specifikationer af HPMC i væskefase ved en koncentration på 0,6%. Det kan ses af HPMC's partikelfordelingskurve for tre specifikationer i væskefasen, når koncentrationen er 0,6%, at med stigningen i HPMC-koncentrationen stiger partikelstørrelsen af ​​de associerede forbindelser dannet i væskefasen også. Når koncentrationen er lav, er partiklerne dannet ved HPMC-aggregering små, og kun en lille del af HPMC aggregerer til partikler på omkring 100 nm. Når HPMC-koncentrationen er 1%, er der et stort antal kolloide associationer med en hydrodynamisk diameter på omkring 300nm, hvilket er et vigtigt tegn på molekylært overlap. Denne "store volumen" polymerisationsstruktur kan effektivt blokere vandtransmissionskanalen i blandingen, reducere "permeabiliteten af ​​kagen", og den tilsvarende vandretention af gipsblandingen ved denne koncentration er også større end 90%. De hydromekaniske diametre af HPMC med forskellige viskositeter i flydende fase er grundlæggende de samme, hvilket forklarer den ensartede vandretentionshastighed for HPMC modificeret gipsopslæmning med forskellige viskositeter.

Partikelstørrelsesfordelingskurver på 75000mPa·s HPMC med 1% koncentration ved forskellige temperaturer. Med stigningen i temperaturen kan nedbrydningen af ​​HPMC kolloid association tydeligvis findes. Ved 40 ℃ forsvandt det store volumen af ​​300 nm association fuldstændigt og dekomponerede til små volumen partikler på 15 nm. Med den yderligere temperaturstigning bliver HPMC til mindre partikler, og vandretentionen i gipsopslæmningen går fuldstændig tabt.

Fænomenet med HPMC-egenskaber, der ændrer sig med temperaturstigningen, er også kendt som varmegelegenskaber, den eksisterende almindelige opfattelse er, at ved lav temperatur vil HPMC-makromolekyler først dispergeres i vand for at opløse opløsning, HPMC-molekyler i høj koncentration vil danne stor partikelassociation . Når temperaturen stiger, svækkes hydreringen af ​​HPMC, vandet mellem kæderne udledes gradvist, de store associationsforbindelser spredes gradvist til små partikler, opløsningens viskositet falder, og den tredimensionelle netværksstruktur dannes, når geleringen temperatur nås, og den hvide gel udfældes.

Bodvik fandt ud af, at mikrostrukturen og adsorptionsegenskaberne af HPMC i flydende fase blev ændret. Kombineret med Bulichens teori om HPMC kolloid association, der blokerer gyllevandstransportkanal, blev det konkluderet, at temperaturstigningen førte til opløsningen af ​​HPMC kolloid association, hvilket resulterede i et fald i vandretention af modificeret gips.

3. Konklusion

(1) Celluloseether i sig selv har høj viskositet og "overlejret" effekt med gipsopslæmning, hvilket spiller en åbenlys fortykkelseseffekt. Ved stuetemperatur bliver den fortykkende effekt mere tydelig med stigningen i viskositeten og doseringen af ​​celluloseether. Men med stigningen i temperaturen falder viskositeten af ​​celluloseether, dens fortykkende effekt svækkes, flydeforskydningsspændingen og plastisk viskositet af gipsblandingen falder, pseudoplasticiteten svækkes, og konstruktionsegenskaberne bliver værre.

(2) Celluloseether forbedrede vandretentionen af ​​gips, men med stigningen i temperaturen faldt vandretentionen af ​​modificeret gips også betydeligt, selv ved 60 ℃ vil helt miste virkningen af ​​vandretention. Vandtilbageholdelseshastigheden for gipsopslæmning blev væsentligt forbedret af celluloseether, og vandretentionshastigheden for HPMC-modificeret gipsopslæmning med forskellig viskositet nåede gradvist mætningspunktet med stigningen i dosis. Gipsvandretention er generelt proportional med viskositeten af ​​celluloseether, ved høj viskositet har lille effekt.

(3) De interne faktorer, der ændrer vandretentionen af ​​celluloseether med temperaturen, er tæt forbundet med den mikroskopiske morfologi af celluloseether i flydende fase. Ved en vis koncentration har celluloseether en tendens til at aggregere og danne store kolloide associationer, hvilket blokerer vandtransportkanalen for gipsblandingen for at opnå høj vandretention. Men med stigningen i temperaturen, på grund af den termiske geleringsegenskab af selve celluloseetheren, redispergeres den tidligere dannede store kolloidforening, hvilket fører til et fald i vandretentionsevnen.