Einfluss von Hydroxypropylmethylcelluloseether auf die Eigenschaften von maschinell gespritztem Zementmörtel

Celluloseether ist ein wesentlicher Zusatzstoff in maschinengestrahltem Mörtel. Es wurden die Auswirkungen von vier verschiedenen Viskositäten von Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) auf die Wasserretention, die Dichte, den Luftgehalt, die mechanischen Eigenschaften und die Porengrößenverteilung von maschinengestrahltem Mörtel untersucht. Studien haben gezeigt, dass: HPMC die Wasserrückhalteleistung von Mörtel erheblich verbessern kann und die Wasserrückhalterate 90 % überschreiten kann, wenn der HPMC-Anteil 0,15 % beträgt. Das Offensichtlichste; der Luftgehalt des Mörtels nimmt mit zunehmendem HPMC-Gehalt zu: HPMC verringert offensichtlich die mechanischen Eigenschaften des Zementmörtels, aber das Faltverhältnis des Mörtels nimmt zu; Die Porengröße des Mörtels nimmt nach der Zugabe von HPMC deutlich zu. Der Anteil schädlicher Löcher und mehrerer schädlicher Löcher nimmt deutlich zu.

Schlüsselwörter: Mörtel; Hydroxypropylmethylcelluloseether; Wassereinlagerungen; Porengrößenverteilung

0. Vorwort

In den letzten Jahren hat sich die Technologie des mechanischen Spritzens und Verputzens in unserem Land mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Industrie und der Verbesserung der Technologie durch die Einführung und Verbesserung ausländischer Mörtelspritzmaschinen stark weiterentwickelt. Mechanischer Spritzmörtel unterscheidet sich von gewöhnlichem Mörtel, der eine hohe Wasserrückhalteleistung, eine geeignete Fließfähigkeit und eine gewisse Anti-Absack-Leistung erfordert. Normalerweise wird dem Mörtel Celluloseether zugesetzt, wobei Hydroxypropylmethylcellulose-Ether (HPMC) am häufigsten verwendet wird. Die Hauptfunktionen von HPMC im Mörtel sind: ausgezeichnetes Wasserrückhaltevermögen, Verdickung und Viskositätsanpassung sowie rheologische Einstellung. Die Mängel von HPMC können jedoch nicht ignoriert werden. HPMC hat eine luftporenbildende Wirkung, die zu mehr inneren Defekten führt und die mechanischen Eigenschaften des Mörtels erheblich beeinträchtigt. In diesem Artikel wird der Einfluss von HPMC auf die Wasserretentionsrate, die Dichte, den Luftgehalt und die mechanischen Eigenschaften von Mörtel aus makroskopischer Sicht untersucht und der Einfluss von HPMC auf die Porenstruktur des Mörtels aus mikroskopischer Sicht untersucht.

1. Testen

1.1 Rohstoffe

Zement: handelsübliches P·O42,5-Zement, seine 28d-Biege- und Druckfestigkeiten betragen 6,9 bzw. 48,2 MPa; Sand: feiner Flusssand aus Chengde, 40-100 Mesh; Celluloseether: Hydroxypropylalkohol, hergestellt von einem Unternehmen in Hebei. Methylcelluloseether, weißes Pulver, Nennviskosität 40, 100, 150, 200 Pa·S: Wasser: sauberes Leitungswasser.

1.2 Testmethode

Gemäß JGJ/T 105-2011 „Bauvorschriften für mechanisches Spritzen und Verputzen“ beträgt die Konsistenz des Mörtels 80–120 mm und die Wasserrückhalterate beträgt mehr als 90 %. Bei diesem Test wird das Kalk-Sand-Verhältnis auf 1:5 eingestellt, die Konsistenz wird auf (93) geregelt±2)mm, und der Celluloseether wird extern zugemischt und seine Dosierung wird entsprechend der Zementmasse berechnet. Die grundlegenden Eigenschaften von Mörtel wie Nassdichte, Luftgehalt, Wasserretentionsrate und Konsistenz werden unter Bezugnahme auf JGJ 70-2009 „Testmethoden für grundlegende Eigenschaften von Baumörtel“ getestet und der Luftgehalt wird gemäß geprüft und berechnet Dichtemethode. Die Vorbereitungs-, Biege- und Druckfestigkeitsprüfungen der Proben wurden unter Bezugnahme auf GB/T 17671-1999 „Methods for Testing the Strength of Cement Mortar Sand (ISO Method)“ durchgeführt. Die Porengröße wurde durch Quecksilberporosimetrie getestet. Das Modell des Quecksilberporosimeters war AUTOPORE 9500 und der Messbereich betrug 5,5 nm bis 360μM. Insgesamt wurden 4 Testreihen durchgeführt. 0, 0,1 %, 0,2 %, 0,3 % (Zahlen sind A, B, C, D).

2. Ergebnisse und Analyse

2.1 Einfluss von HPMC auf die Wasserretentionsrate von Zementmörtel

Unter Wasserspeicherung versteht man die Fähigkeit des Mörtels, Wasser zu speichern. In maschinell gespritztem Mörtel kann die Zugabe von Celluloseether die Feuchtigkeit effektiv aufrechterhalten, die Ausblutungsrate verringern und die Anforderungen einer ausreichenden Hydratation zementbasierter Materialien erfüllen.

Aus der Wirkung von HPMC auf die Wasserretentionsrate von Mörtel geht hervor, dass mit zunehmendem HPMC-Gehalt die Wasserretentionsrate von Mörtel allmählich zunimmt. Die Kurven von Celluloseethern mit Viskositäten von 100, 150 und 200 Pa·s sind im Grunde gleich. Bei einem Gehalt von 0,05 % bis 0,15 % steigt die Wasserretentionsrate linear an. Bei einem Gehalt von 0,15 % beträgt die Wasserretentionsrate mehr als 93 %.．Nach 20 % flacht der zunehmende Trend der Wasserretention ab, was darauf hindeutet, dass die HPMC-Menge nahe der Sättigung ist. Die Einflusskurve der HPMC-Menge bei einer Viskosität von 40 Pa·s auf der Wasserretentionsrate ist ungefähr eine gerade Linie. Wenn die Menge mehr als 0,15 % beträgt, ist die Wasserretentionsrate des Mörtels deutlich geringer als die der anderen drei Arten von HPMC mit der gleichen Viskosität. Es wird allgemein angenommen, dass der Wasserrückhaltemechanismus von Celluloseether darin besteht, dass sich die Hydroxylgruppe am Celluloseethermolekül und das Sauerstoffatom an der Etherbindung mit dem Wassermolekül verbinden und eine Wasserstoffbindung bilden, so dass das freie Wasser zu gebundenem Wasser wird , wodurch eine gute Wasserretentionswirkung erzielt wird; Es wird auch angenommen, dass die Interdiffusion zwischen Wassermolekülen und Celluloseether-Molekülketten es Wassermolekülen ermöglicht, in das Innere der Celluloseether-Makromolekülketten einzudringen und starken Bindungskräften ausgesetzt zu sein, wodurch die Wasserretention der Zementaufschlämmung verbessert wird. Durch die hervorragende Wasserretention kann der Mörtel homogen bleiben, sich nicht leicht entmischen und eine gute Mischleistung erzielen, während gleichzeitig der mechanische Verschleiß verringert und die Lebensdauer der Mörtelspritzmaschine erhöht wird.

2.2 Der Einfluss von HPMC auf die Dichte und den Luftgehalt von Zementmörtel

Aus dem Einfluss verschiedener Viskositäten und Dosierungen von HPMC auf die Dichte des Mörtels lässt sich erkennen, dass bei einer HPMC-Dosierung von 0–0,20 % die Dichte des Mörtels mit zunehmender HPMC-Dosierung ab 2050 kg/m stark abnimmt³ bis ca. 1650kg/m³ , um etwa 20 % gesunken; Nachdem der HPMC-Gehalt 0,20 % übersteigt, verläuft die Dichteabnahme tendenziell flach. Beim Vergleich der vier Arten von HPMC mit unterschiedlichen Viskositäten zeigt sich, dass die Dichte des Mörtels umso geringer ist, je höher die Viskosität ist. Die Dichtekurven der Mörtel mit den Mischviskositäten 150 und 200 Pa·s HPMC überlappen sich grundsätzlich, was darauf hindeutet, dass mit zunehmender Viskosität von HPMC die Dichte des Mörtels nicht mehr abnimmt.

Aus dem Einfluss unterschiedlicher Viskositäten und Dosierungen von HPMC auf den Luftgehalt des Mörtels lässt sich erkennen, dass die Änderung des Luftgehalts des Mörtels entgegengesetzt zu der der Dichte des Mörtels ist. Die Luftmenge steigt nahezu geradlinig an; Wenn der HPMC-Gehalt 0,20 % übersteigt, ändert sich der Luftgehalt kaum, was darauf hindeutet, dass die Luftporenbildungswirkung des Mörtels nahezu gesättigt ist. Der luftporenbildende Effekt von HPMC mit einer Viskosität von 150 und 200 Pa·s ist größer als die von HPMC mit einer Viskosität von 40 und 100 Pa·s.

Die luftporenbildende Wirkung von Celluloseether wird hauptsächlich durch seine molekulare Struktur bestimmt. Celluloseether hat sowohl hydrophile Gruppen (Hydroxyl-, Ethergruppen) als auch hydrophobe Gruppen (Methylgruppen, Glucoseringe) und ist ein Tensid. besitzt Oberflächenaktivität und wirkt somit luftporenbildend. Einerseits kann das eingebrachte Gas als Kugellager im Mörtel wirken, die Arbeitsleistung des Mörtels verbessern, das Volumen erhöhen und die Leistung steigern, was für den Hersteller von Vorteil ist. Andererseits erhöht der Luftporeneffekt den Luftgehalt des Mörtels und die Porosität nach dem Aushärten, was zu einer Vergrößerung schädlicher Poren und einer starken Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften führt. Obwohl HPMC eine gewisse luftporenbildende Wirkung hat, kann es den Luftporenbildner nicht ersetzen. Darüber hinaus kann es bei gleichzeitiger Verwendung von HPMC und Luftporenbildnern zu einem Ausfall des Luftporenbildners kommen.

2.3 Einfluss von HPMC auf die mechanischen Eigenschaften von Zementmörtel

Aus der 28d-Biegefestigkeit und der 28d-Druckfestigkeit ist ersichtlich, dass bei einer HPMC-Menge von nur 0,05 % die Biegefestigkeit des Mörtels deutlich abnimmt, was etwa 25 % niedriger ist als die der Blindprobe ohne HPMC, und die Druckfestigkeit kann nur 65 % der Blindprobe erreichen. 80 %. Wenn der HPMC-Gehalt 0,20 % übersteigt, ist der Grad der Abnahme der Biegefestigkeit und Druckfestigkeit des Mörtels nicht offensichtlich. Die Viskosität von HPMC hat kaum Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Mörtel. HPMC führt viele kleine Luftblasen ein und der Luftporeneffekt im Mörtel erhöht die innere Porosität und schädliche Poren des Mörtels, was zu einer erheblichen Verringerung der Druckfestigkeit und Biegefestigkeit führt. Ein weiterer Grund für die Abnahme der Mörtelfestigkeit ist der Wasserrückhalteeffekt von Celluloseether, der das Wasser im ausgehärteten Mörtel hält, und das große Wasser-Bindemittel-Verhältnis führt zu einer Abnahme der Festigkeit des Prüfblocks. Bei mechanischem Baumörtel kann Celluloseether zwar die Wasserretentionsrate des Mörtels erheblich erhöhen und seine Verarbeitbarkeit verbessern, wenn die Menge jedoch zu groß ist, beeinträchtigt er ernsthaft die mechanischen Eigenschaften des Mörtels, sodass das Verhältnis zwischen beiden angemessen abgewogen werden sollte.

Aus dem 28-Tage-Faltverhältnis lässt sich erkennen, dass mit zunehmendem HPMC-Gehalt das Gesamtfaltverhältnis des Mörtels einen zunehmenden Trend zeigt, was im Grunde eine lineare Beziehung darstellt. Dies liegt daran, dass der zugesetzte Celluloseether eine große Anzahl von Luftblasen einführt, was zu mehr Defekten im Mörtel führt, was zu einem starken Rückgang der Druckfestigkeit des Mörtels führt, obwohl auch die Biegefestigkeit bis zu einem gewissen Grad abnimmt; Der Celluloseether kann jedoch die Flexibilität des Mörtels verbessern und dem Widerstand standhalten. Die Faltfestigkeit ist günstig, wodurch sich die Abnahmegeschwindigkeit verlangsamt. Zusammenfassend betrachtet führt die kombinierte Wirkung beider zu einer Erhöhung des Faltverhältnisses.

2.4 Einfluss von HPMC auf die Porengröße von Mörtel

Die Porengrößenverteilungskurven der vier Probengruppen A, B, C und D wurden durch Quecksilberintrusionsporosimetrie gemessen.

Laut Porengrößenverteilungskurve, Porengrößenverteilungsdaten und verschiedenen statistischen Parametern von AD-Proben hat HPMC einen großen Einfluss auf die Porenstruktur von Zementmörtel:

(1) Nach der Zugabe von HPMC nimmt die Porengröße des Zementmörtels deutlich zu. Auf der Porengrößenverteilungskurve verschiebt sich der Bildbereich nach rechts und der dem Spitzenwert entsprechende Porenwert wird größer. Auch aus den statistischen Daten der Porengrößenverteilung und der mittleren Porengröße in den Testergebnissen verschiedener statistischer Parameter ist ersichtlich, dass die mittlere Porengröße des Zementmörtels nach Zugabe von HPMC deutlich größer ist als die der Blindprobe, und In der Probe mit 0,3 % Dosierung liegt der Wert Apertur um 2 Größenordnungen höher als der der Blindprobe.

(2) Wu Zhongwei et al. teilte die Poren im Beton in vier Arten ein, bei denen es sich um harmlose Poren handelt (≤20 nm), wenige schädliche Poren (20–100 nm), schädliche Poren (100–200 nm) und viele schädliche Poren (≥200 nm). 200 nm). Aus den statistischen Daten zur Porengrößenverteilung und den Testergebnissen verschiedener statistischer Parameter ist ersichtlich, dass die Anzahl harmloser oder weniger schädlicher Poren deutlich verringert und die Anzahl schädlicher Poren oder schädlicherer Poren nach Zugabe von HPMC erhöht wird. Die harmlosen oder weniger schädlichen Poren der Probe ohne HPMC betragen etwa 49,4 %, und die harmlosen oder weniger schädlichen Poren werden nach Zugabe von HPMC deutlich reduziert. Am Beispiel der Dosierung von 0,1 % werden die ungefährlichen bzw. weniger schädlichen Poren um ca. 45 % verkleinert. , die Anzahl der schädlichen Poren ist größer als 10μm um etwa das Neunfache erhöht.

3) Der mittlere Porendurchmesser, der durchschnittliche Porendurchmesser, das spezifische Porenvolumen und die spezifische Oberfläche folgen keiner sehr strengen Änderungsregel mit zunehmendem HPMC-Gehalt, was möglicherweise mit der großen Streuung der Probenauswahl beim Quecksilberinjektionstest zusammenhängt. Insgesamt nehmen jedoch der mittlere Porendurchmesser, der durchschnittliche Porendurchmesser und das spezifische Porenvolumen der mit HPMC gemischten Probe im Vergleich zur Blindprobe tendenziell zu, während die spezifische Oberfläche abnimmt.

3. Fazit

(1) Die Wasserretentionsrate von Mörtel steigt mit zunehmendem HPMC-Gehalt. Die Kurven von Celluloseether mit Viskositäten von 100, 150 und 200 Pa·S sind grundsätzlich gleich und die Wasserretentionsrate beträgt mehr als 93 %, wenn der Gehalt 0,15 % beträgt. Bei einem Inhalt von 40 Pa·Da der Celluloseethergehalt mehr als 0,15 % beträgt, ist die Wasserretentionsrate geringer als bei den anderen drei Arten von HPMC mit Viskosität.

(2) Die Dichte des Mörtels nimmt mit zunehmendem HPMC-Gehalt allmählich ab und der Gehalt beträgt 0,05 %. Die Dichteabnahme ist bei 0,20 %, etwa 20 %, am deutlichsten; wenn der Gehalt 0,20 % übersteigt, ändert sich die Dichte kaum; Der Luftgehalt des Mörtels nimmt mit zunehmendem HPMC-Gehalt zu.

(3) Die Erhöhung des HPMC-Gehalts wird offensichtlich die mechanischen Eigenschaften von Zementmörtel verringern, aber das entsprechende Faltverhältnis des Mörtels wird zunehmen und die Flexibilität des Mörtels wird besser.

(4) Nach der Zugabe von HPMC nimmt die Porengröße des Mörtels deutlich zu und der Anteil schädlicher Poren und mehrerer schädlicher Poren nimmt deutlich zu. Die Probe mit 0,1 % HPMC-Gehalt reduzierte sich im Vergleich zur Blindprobe ohne oder mit weniger schädlichen Poren um etwa 45 % und die Anzahl der schädlicheren Poren war größer als 10μm hat sich etwa um das 9-fache erhöht.