Mit Celluloseether modifizierter Zementschlamm

Der Einfluss unterschiedlicher Molekülstrukturen von nichtionischem Celluloseether auf die Porenstruktur von Zementschlämmen wurde durch Leistungsdichtetests und makroskopische und mikroskopische Porenstrukturbeobachtungen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass nichtionischer Celluloseether die Porosität von Zementschlämmen erhöhen kann. Wenn die Viskosität einer mit nichtionischem Celluloseether modifizierten Aufschlämmung ähnlich ist, nimmt die Porosität von zuHydroxyethylcelluloseether(HEC) modifizierte Aufschlämmung ist kleiner als die der mit Hydroxypropylmethylcelluloseether (HPMC) und Methylcelluloseether (MC) modifizierten Aufschlämmung. Je niedriger die Viskosität/das relative Molekulargewicht von HPMC-Celluloseether mit ähnlichem Gruppengehalt ist, desto geringer ist die Porosität seiner modifizierten Zementaufschlämmung. Nichtionischer Celluloseether kann die Oberflächenspannung der flüssigen Phase verringern und die Blasenbildung in der Zementaufschlämmung erleichtern. Nichtionische Celluloseethermoleküle werden gerichtet an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche der Blasen adsorbiert, was auch die Viskosität der Zementaufschlämmungsphase erhöht und die Fähigkeit der Zementaufschlämmung, die Blasen zu stabilisieren, verbessert.

Schlüsselwörter:nichtionischer Celluloseether; Zementschlamm; Porenstruktur; Molekulare Struktur; Oberflächenspannung; Viskosität

Nichtionischer Celluloseether (im Folgenden als Celluloseether bezeichnet) weist eine hervorragende Verdickung und Wasserretention auf und wird häufig in Trockenmörtel, selbstverdichtendem Beton und anderen neuen Materialien auf Zementbasis verwendet. Zu den in zementbasierten Materialien verwendeten Zelluloseethern gehören üblicherweise Methylzelluloseether (MC), Hydroxypropylmethylzelluloseether (HPMC), Hydroxyethylmethylzelluloseether (HEMC) und Hydroxyethylzelluloseether (HEC), wobei HPMC und HEMC die häufigsten Anwendungen sind .

Celluloseether kann die Porenstruktur von Zementschlämmen erheblich beeinflussen. Pourchez et al. kamen durch einen scheinbaren Dichtetest, einen Porengrößentest (Quecksilberinjektionsverfahren) und eine REM-Bildanalyse zu dem Schluss, dass Celluloseether die Anzahl der Poren mit einem Durchmesser von etwa 500 nm und Poren mit einem Durchmesser von etwa 50–250 μm erhöhen kann Zementschlamm. Darüber hinaus ist bei gehärtetem Zementschlamm die Porengrößenverteilung von HEC-modifiziertem Zementschlamm mit niedrigem Molekulargewicht ähnlich der von reinem Zementschlamm. Das Gesamtporenvolumen von HEC-modifiziertem Zementschlamm mit hohem Molekulargewicht ist höher als das von reinem Zementschlamm, aber niedriger als das von HPMC-modifiziertem Zementschlamm mit ungefähr derselben Konsistenz. Durch SEM-Beobachtung konnten Zhang et al. fanden heraus, dass HEMC die Anzahl der Poren mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm im Zementmörtel deutlich erhöhen konnte. Durch Quecksilberinjektionstests fanden sie außerdem heraus, dass HEMC das Gesamtporenvolumen und den durchschnittlichen Porendurchmesser der Zementaufschlämmung erheblich erhöhen kann, was zu einer deutlichen Erhöhung der Anzahl großer Poren mit einem Durchmesser von 50 nm bis 1 μm und großer Poren mit einem Durchmesser von mehr führt als 1μm. Allerdings wurde die Anzahl der Poren mit Durchmessern unter 50 nm deutlich reduziert. Saric-Coric et al. glaubte, dass Celluloseether den Zementschlamm poröser machen und zu einer Vergrößerung der Makroporen führen würde. Jenni et al. testeten die Leistungsdichte und stellten fest, dass der Porenvolumenanteil von HEMC-modifiziertem Zementmörtel etwa 20 % betrug, während reiner Zementmörtel nur eine geringe Menge Luft enthielt. Silva et al. fanden heraus, dass zusätzlich zu den beiden Peaks bei 3,9 nm und 40–75 nm als reiner Zementschlamm auch zwei Peaks bei 100–500 nm und mehr als 100 μm im Quecksilberinjektionstest auftraten. Ma Baoguo et al. fanden heraus, dass Celluloseether die Anzahl feiner Poren mit Durchmessern von weniger als 1 μm und großer Poren mit Durchmessern von mehr als 2 μm im Zementmörtel durch einen Quecksilberinjektionstest erhöhte. Aus dem Grund, dass Celluloseether die Porosität von Zementschlämmen erhöht, wird üblicherweise angenommen, dass Celluloseether eine Oberflächenaktivität aufweist, sich an der Luft-Wasser-Grenzfläche anreichert und einen Film bildet, um so die Blasen in Zementschlämmen zu stabilisieren.

Aus der obigen Literaturanalyse geht hervor, dass der Wirkung von Celluloseether auf die Porenstruktur zementbasierter Materialien große Aufmerksamkeit gewidmet wird. Es gibt jedoch viele Arten von Celluloseethern, die gleiche Art von Celluloseether, ihr relatives Molekulargewicht, ihr Gruppengehalt und andere molekulare Strukturparameter sind ebenfalls sehr unterschiedlich, und in- und ausländische Forscher beschränken sich bei der Auswahl von Celluloseethern nur auf ihre jeweilige Anwendung Feld, Mangel an Darstellung, die Schlussfolgerung ist unvermeidlich „Übergeneralisierung“, so dass die Erklärung des Celluloseether-Mechanismus nicht tief genug ist. In dieser Arbeit wurde die Wirkung von Celluloseether mit unterschiedlicher Molekularstruktur auf die Porenstruktur von Zementschlämmen durch Tests der scheinbaren Dichte und makroskopische und mikroskopische Beobachtung der Porenstruktur untersucht.

1. Testen

1.1 Rohstoffe

Der Zement war ein gewöhnlicher Portlandzement P·O 42,5, hergestellt von Huaxin Cement Co., LTD., dessen chemische Zusammensetzung mit einem Röntgenfluoreszenzspektrometer vom Wellenlängendispersionstyp AXIOS Ad-Vanced (PANa – lytical, Niederlande) gemessen wurde. und die Phasenzusammensetzung wurde mit der Bogue-Methode geschätzt.

Celluloseether wählte vier Arten kommerzieller Celluloseether aus, nämlich Methylcelluloseether (MC), Hydroxypropylmethylcelluloseether (HPMC1, HPMC2) und Hydroxyethylcelluloseether (HEC). Die Molekularstruktur von HPMC1 und HPMC2 ist ähnlich, aber die Viskosität ist viel geringer als bei HPMC2 Das heißt, die relative Molekülmasse von HPMC1 ist viel kleiner als die von HPMC2. Aufgrund der ähnlichen Eigenschaften von Hydroxyethylmethylcelluloseether (HEMc) und HPMC wurden HEMCs in dieser Studie nicht ausgewählt. Um einen Einfluss des Feuchtigkeitsgehalts auf die Testergebnisse zu vermeiden, wurden alle Celluloseether vor der Verwendung 2 Stunden lang bei 98 °C gebacken.

Die Viskosität von Celluloseether wurde mit einem Rotationsviskosimeter NDJ-1B (Shanghai Changji Company) getestet. Die Konzentration der Testlösung (Massenverhältnis von Celluloseether zu Wasser) betrug 2,0 %, die Temperatur betrug 20 °C und die Rotationsgeschwindigkeit betrug 12 U/min. Die Oberflächenspannung von Celluloseether wurde mit der Ringmethode getestet. Das Testgerät war ein automatisches Tensiometer JK99A (Shanghai Zhongchen Company). Die Konzentration der Testlösung betrug 0,01 % und die Temperatur betrug 20 °C. Der Gehalt an Celluloseethergruppen wird vom Hersteller angegeben.

Entsprechend der Viskosität, Oberflächenspannung und dem Gruppengehalt von Celluloseether beträgt das Viskositätsverhältnis von HEC- und HPMC2-Lösung 1:1,6 und das Viskositätsverhältnis von HEC- und MC-Lösung 1:0,4, wenn die Lösungskonzentration 2,0 % beträgt In diesem Test beträgt das Wasser-Zement-Verhältnis 0,35, das maximale Zementverhältnis beträgt 0,6 %, das Massenverhältnis von Celluloseether zu Wasser beträgt etwa 1,7 %, also weniger als 2,0 %, und die synergistische Wirkung der Zementaufschlämmung auf die Viskosität, also die Der Viskositätsunterschied der HEC-, HPMC2- oder MC-modifizierten Zementschlämme ist gering.

Je nach Viskosität, Oberflächenspannung und Gruppengehalt des Celluloseethers ist die Oberflächenspannung jedes Celluloseethers unterschiedlich. Celluloseether hat sowohl hydrophile Gruppen (Hydroxyl- und Ethergruppen) als auch hydrophobe Gruppen (Methyl- und Glucose-Kohlenstoffring) und ist ein Tensid. Celluloseether ist unterschiedlich, die Art und der Gehalt an hydrophilen und hydrophoben Gruppen sind unterschiedlich, was zu einer unterschiedlichen Oberflächenspannung führt.

1.2 Testmethoden

Es wurden sechs Arten von Zementschlämmen hergestellt, darunter reine Zementschlämme, vier mit Celluloseether (MC, HPMCl, HPMC2 und HEC) modifizierte Zementschlämme mit einem Zementanteil von 0,60 % und HPMC2-modifizierte Zementschlämme mit einem Zementanteil von 0,05 %. Ref, MC – 0,60, HPMCl – 0,60, Hpmc2-0,60. HEC 1-0,60 und hpMC2-0,05 geben an, dass das Wasser-Zement-Verhältnis jeweils 0,35 beträgt.

Zuerst wurde die Zementaufschlämmung gemäß GB/T 17671 1999 „Zementmörtel-Festigkeitstestverfahren (ISO-Methode)“ in einen 40 mm × 40 mm × 160 mm großen Prismentestblock unter der Bedingung einer versiegelten Aushärtung von 20 °C für 28 Tage verarbeitet. Nach dem Wiegen und Berechnen der scheinbaren Dichte wurde es mit einem kleinen Hammer aufgeschlagen und der Zustand der Makrolöcher im Mittelteil des Testblocks wurde beobachtet und mit einer Digitalkamera fotografiert. Gleichzeitig wurden kleine Stücke von 2,5 bis 5,0 mm zur Beobachtung mit einem optischen Mikroskop (dreidimensionales Videomikroskop HIROX) und einem Rasterelektronenmikroskop (JSM-5610LV) entnommen.

2. Testergebnisse

2.1 Scheinbare Dichte

Entsprechend der scheinbaren Dichte von Zementschlämmen, die mit verschiedenen Celluloseethern modifiziert wurden, (1) ist die scheinbare Dichte von reinem Zementschlamm mit 2044 kg/m³ am höchsten; Die scheinbare Dichte der vier Arten von Celluloseether-modifizierter Aufschlämmung mit einem Zementanteil von 0,60 % betrug 74 % bis 88 % der reinen Zementaufschlämmung, was darauf hindeutet, dass Celluloseether den Anstieg der Porosität der Zementaufschlämmung verursachte. (2) Wenn das Verhältnis von Zement zu Zement 0,60 % beträgt, ist die Wirkung verschiedener Celluloseether auf die Porosität der Zementaufschlämmung sehr unterschiedlich. Die Viskosität von HEC-, HPMC2- und MC-modifizierten Zementschlämmen ist ähnlich, aber die scheinbare Dichte von HEC-modifizierten Zementschlämmen ist am höchsten, was darauf hinweist, dass die Porosität von HEC-modifizierten Zementschlämmen geringer ist als die von HPMc2- und Mc-modifizierten Zementschlämmen mit ähnlicher Viskosität . HPMC1 und HPMC2 haben einen ähnlichen Gruppengehalt, aber die Viskosität von HPMCl ist viel niedriger als die von HPMC2, und die scheinbare Dichte von HPMCl-modifiziertem Zementschlamm ist deutlich höher als die von HPMC2-modifiziertem Zementschlamm, was darauf hinweist, dass der Gruppengehalt ähnlich ist Je niedriger die Viskosität des Celluloseethers ist, desto geringer ist die Porosität der modifizierten Zementaufschlämmung. (3) Wenn das Zement-zu-Zement-Verhältnis sehr klein ist (0,05 %), liegt die scheinbare Dichte von HPMC2-modifiziertem Zementschlamm im Wesentlichen nahe an der von reinem Zementschlamm, was darauf hinweist, dass Celluloseether die Porosität von Zement beeinflusst Gülle ist sehr klein.

2.2 Makroskopische Pore

Gemäß den Abschnittsfotos von mit Celluloseether modifiziertem Zementschlamm, die mit einer Digitalkamera aufgenommen wurden, ist der reine Zementschlamm sehr dicht und weist fast keine sichtbaren Poren auf. Die vier Arten von Celluloseether-modifizierter Aufschlämmung mit einem Zementanteil von 0,60 % weisen alle mehr makroskopische Poren auf, was darauf hindeutet, dass Celluloseether zu einer Erhöhung der Porosität der Zementaufschlämmung führt. Ähnlich wie bei den Ergebnissen des Rohdichtetests ist der Einfluss verschiedener Celluloseethertypen und -gehalte auf die Porosität von Zementschlämmen recht unterschiedlich. Die Viskosität von HEC-, HPMC2- und MC-modifizierter Aufschlämmung ist ähnlich, aber die Porosität von HEC-modifizierter Aufschlämmung ist geringer als die von HPMC2- und MC-modifizierter Aufschlämmung. Obwohl HPMC1 und HPMC2 einen ähnlichen Gruppengehalt aufweisen, weist eine mit HPMC1 modifizierte Aufschlämmung mit niedrigerer Viskosität eine geringere Porosität auf. Wenn das Zement-zu-Zement-Verhältnis der HPMC2-modifizierten Aufschlämmung sehr klein ist (0,05 %), ist die Anzahl der makroskopischen Poren leicht erhöht als die der reinen Zementaufschlämmung, aber stark reduziert als die der HPMC2-modifizierten Aufschlämmung mit 0,60 % Zement-zu-Aufschlämmung -Zementverhältnis.

2.3 Mikroskopische Pore

4. Fazit

(1) Celluloseether kann die Porosität von Zementschlämmen erhöhen.

(2) Die Wirkung von Celluloseether auf die Porosität von Zementschlämmen mit unterschiedlichen Molekülstrukturparametern ist unterschiedlich: Wenn die Viskosität von mit Celluloseether modifizierten Zementschlämmen ähnlich ist, ist die Porosität von HEC-modifizierten Zementschlämmen kleiner als die von HPMC- und MC-modifizierten Zementschlamm; Je niedriger die Viskosität/das relative Molekulargewicht von HPMC-Celluloseether mit ähnlichem Gruppengehalt ist, desto geringer ist die Porosität seiner modifizierten Zementaufschlämmung.

(3) Nach der Zugabe von Celluloseether zur Zementaufschlämmung wird die Oberflächenspannung der flüssigen Phase verringert, so dass sich in der Zementaufschlämmung leicht Blasen bilden. Die gerichtete Adsorption von Celluloseethermolekülen in der Blasen-Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche verbessert die Festigkeit und Zähigkeit Die Adsorption des Blasenflüssigkeitsfilms an der Grenzfläche zwischen Blasengas und Flüssigkeit verbessert die Festigkeit des Blasenflüssigkeitsfilms und stärkt die Fähigkeit des zähen Schlamms, die Blase zu stabilisieren.