Nichtionischer Celluloseether in Polymerzement

Als unverzichtbarer Zusatzstoff in Polymerzement hat nichtionischer Celluloseether umfangreiche Aufmerksamkeit und Forschung erhalten. Basierend auf der einschlägigen Literatur im In- und Ausland wurden die Gesetze und Mechanismen von mit nichtionischem Celluloseether modifiziertem Zementmörtel unter den Gesichtspunkten der Art und Auswahl von nichtionischem Celluloseether, seiner Auswirkung auf die physikalischen Eigenschaften von Polymerzement, seine Auswirkung auf die Mikromorphologie und die mechanischen Eigenschaften sowie die Mängel der aktuellen Forschung wurden angesprochen. Diese Arbeit wird die Anwendung von Celluloseether in Polymerzement fördern.

Schlüsselwörter: nichtionischer Celluloseether, Polymerzement, physikalische Eigenschaften, mechanische Eigenschaften, Mikrostruktur

1. Übersicht

Angesichts der steigenden Nachfrage und Leistungsanforderungen an Polymerzement in der Bauindustrie ist die Zugabe von Additiven zu seiner Modifikation zu einem Forschungsschwerpunkt geworden, unter anderem wird Celluloseether aufgrund seiner Wirkung auf die Wasserretention, Verdickung, Verzögerung und Luft des Zementmörtels häufig verwendet und so weiter. In diesem Artikel werden die Arten von Celluloseether, die Auswirkungen auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Polymerzement und die Mikromorphologie von Polymerzement beschrieben, was eine theoretische Referenz für die Anwendung von Celluloseether in Polymerzement darstellt.

2. Arten nichtionischer Celluloseether

Celluloseether ist eine Art Polymerverbindung mit Etherstruktur aus Cellulose. Es gibt viele Arten von Celluloseethern, die einen großen Einfluss auf die Eigenschaften zementbasierter Materialien haben und schwierig auszuwählen sind. Entsprechend der chemischen Struktur der Substituenten können sie in anionische, kationische und nichtionische Ether unterteilt werden. Nichtionischer Celluloseether mit Seitenkettensubstituenten aus H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH und anderen nicht dissoziierbaren Gruppen wird am häufigsten in Zement verwendet. Typische Vertreter sind Methylcelluloseether und Hydroxypropylmethyl Celluloseether, Hydroxyethylmethylcelluloseether, Hydroxyethylcelluloseether und so weiter. Verschiedene Arten von Celluloseethern haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Abbindezeit von Zement. Früheren Literaturberichten zufolge hat HEC die stärkste Verzögerungswirkung für Zement, gefolgt von HPMc und HEMc, und Mc hat die schlechteste. Für die gleiche Art von Celluloseether sind das Molekulargewicht oder die Viskosität, der Methyl-, Hydroxyethyl- und Hydroxypropylgehalt dieser Gruppen unterschiedlich, und auch die Verzögerungswirkung ist unterschiedlich. Generell gilt: Je höher die Viskosität und je höher der Gehalt an nicht dissoziierbaren Gruppen, desto schlechter ist die Verzögerungsfähigkeit. Daher kann im eigentlichen Produktionsprozess entsprechend den Anforderungen der kommerziellen Mörtelkoagulation der entsprechende Gehalt an funktionellen Gruppen von Celluloseether ausgewählt werden. Oder passen Sie bei der Herstellung von Celluloseether gleichzeitig den Gehalt an funktionellen Gruppen an, um ihn an die Anforderungen verschiedener Mörtel anzupassen.

3、der Einfluss von nichtionischem Celluloseether auf die physikalischen Eigenschaften von Polymerzement

3.1 Langsame Gerinnung

Um die Hydratationshärtungszeit des Zements zu verlängern, damit der neu gemischte Mörtel lange Zeit plastisch bleibt, um die Abbindezeit des neu gemischten Mörtels anzupassen und seine Funktionsfähigkeit zu verbessern, fügen Sie dem Mörtel normalerweise einen Verzögerer hinzu, der nicht Ionischer Celluloseether eignet sich für Polymerzement und ist ein üblicher Verzögerer.

Die verzögernde Wirkung von nichtionischem Celluloseether auf Zement wird hauptsächlich durch seine Art, Viskosität, Dosierung, unterschiedliche Zusammensetzung der Zementmineralien und andere Faktoren beeinflusst. Pourchez J et al. zeigten, dass die Verzögerungswirkung umso schlechter war, je höher der Methylierungsgrad des Celluloseethers war, während das Molekulargewicht des Celluloseethers und der Hydroxypropoxygehalt einen schwachen Einfluss auf die Verzögerung der Zementhydratation hatten. Mit zunehmender Viskosität und Dotierungsmenge des nichtionischen Celluloseethers wird die Adsorptionsschicht auf der Oberfläche der Zementpartikel verdickt, die Anfangs- und Endabbindezeit des Zements verlängert sich und der Verzögerungseffekt wird deutlicher. Untersuchungen haben gezeigt, dass die frühe Wärmefreisetzung von Zementschlämmen mit unterschiedlichem HEMC-Gehalt etwa 15 % geringer ist als die von reinen Zementschlämmen, es besteht jedoch kein signifikanter Unterschied im späteren Hydratationsprozess. Singh NK et al. zeigten, dass mit zunehmender HEc-Dotierungsmenge die Hydratationswärmefreisetzung von modifiziertem Zementmörtel zunächst zunahm und dann abnahm und der HEC-Gehalt bei Erreichen der maximalen Hydratationswärmefreisetzung mit dem Aushärtealter zusammenhing.

Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die retardierende Wirkung von nichtionischem Celluloseether eng mit der Zusammensetzung des Zements zusammenhängt. Peschard et al. fanden heraus, dass die verzögernde Wirkung von Celluloseether umso offensichtlicher ist, je niedriger der Gehalt an Tricalciumaluminat (C3A) im Zement ist. Schmitz L et al. glaubten, dass dies durch die unterschiedlichen Wege von Celluloseether zur Hydratationskinetik von Tricalciumsilikat (C3S) und Tricalciumaluminat (C3A) verursacht wurde. Celluloseether könnte die Reaktionsgeschwindigkeit in der Beschleunigungsphase von C3S verringern, während er bei C3A die Induktionsphase verlängern und schließlich den Erstarrungs- und Aushärtungsprozess des Mörtels verzögern könnte.

Über den Mechanismus der Verzögerung der Zementhydratation durch nichtionischen Celluloseether gibt es unterschiedliche Meinungen. Silva et al. Liu glaubte, dass die Einführung von Celluloseether zu einer Erhöhung der Viskosität der Porenlösung führen würde, wodurch die Bewegung von Ionen blockiert und die Kondensation verzögert würde. Pourchez et al. glaubten, dass ein offensichtlicher Zusammenhang zwischen der Verzögerung der Zementhydratation durch Celluloseether und der Viskosität der Zementaufschlämmung besteht. Eine andere Theorie besagt, dass die verzögernde Wirkung von Celluloseether eng mit dem Alkaliabbau zusammenhängt. Polysaccharide neigen dazu, sich leicht zu Hydroxylcarbonsäure abzubauen, die die Hydratation von Zement unter alkalischen Bedingungen verzögern kann. Studien haben jedoch ergeben, dass Celluloseether unter alkalischen Bedingungen sehr stabil ist und sich nur geringfügig abbaut, und dass der Abbau nur geringe Auswirkungen auf die Verzögerung der Zementhydratation hat. Derzeit ist die einheitlichere Ansicht, dass die Verzögerungswirkung hauptsächlich durch Adsorption verursacht wird. Insbesondere ist die Hydroxylgruppe auf der Moleküloberfläche von Celluloseether sauer, das Ca(0H) im Hydratationszementsystem und andere Mineralphasen sind alkalisch. Durch die synergistische Wirkung der Wasserstoffbrückenbindung werden komplexbildende und hydrophobe, saure Celluloseethermoleküle auf der Oberfläche von alkalischen Zementpartikeln und Hydratationsprodukten adsorbiert. Darüber hinaus bildet sich auf seiner Oberfläche ein dünner Film, der das weitere Wachstum dieser Kristallkeime in der Mineralphase behindert und die Hydratation und das Abbinden des Zements verzögert. Je stärker die Adsorptionskapazität zwischen Zementhydratationsprodukten und Celluloseether ist, desto deutlicher ist die Hydratationsverzögerung von Zement. Einerseits spielt die Größe der sterischen Hinderung eine entscheidende Rolle für die Adsorptionskapazität, wie zum Beispiel die geringe sterische Hinderung der Hydroxylgruppe, ihre starke Säure und die Adsorption sind ebenfalls stark. Andererseits hängt die Adsorptionskapazität auch von der Zusammensetzung der Hydratationsprodukte des Zements ab. Pourchez et al. fanden heraus, dass Celluloseether leicht an der Oberfläche von Hydratationsprodukten wie ca(0H)2, csH-Gel und Calciumaluminathydrat adsorbiert wird, aber von Ettringit und der nicht hydratisierten Phase nicht leicht adsorbiert werden kann. Mullerts Studie zeigte auch, dass Celluloseether eine starke Adsorption an c3s und seinen Hydratationsprodukten aufwies, sodass die Hydratation der Silikatphase deutlich verzögert wurde. Die Adsorption von Ettringit war gering, die Bildung von Ettringit war jedoch deutlich verzögert. Dies lag daran, dass die Verzögerung der Bildung von Ettringit durch das Ca2+-Gleichgewicht in der Lösung beeinflusst wurde, was die Fortsetzung der Verzögerung der Silikathydratisierung durch Celluloseether darstellte.

3.2 Wasserschutz

Ein weiterer wichtiger Modifikationseffekt von Celluloseether in Zementmörtel besteht darin, dass er als Wasserrückhaltemittel auftritt, das verhindern kann, dass die Feuchtigkeit im nassen Mörtel vorzeitig verdunstet oder vom Untergrund absorbiert wird, und die Hydratation des Zements verzögert und gleichzeitig die Betriebszeit verlängert Nassmörtel, so dass dünner Mörtel gut kämmbar ist, verputzter Mörtel verteilbar ist und leicht saugfähiger Mörtel nicht vornässt werden muss.

Das Wasserhaltevermögen von Celluloseether hängt eng mit seiner Viskosität, Dosierung, Art und Umgebungstemperatur zusammen. Andere Bedingungen sind die gleichen: Je höher die Viskosität des Celluloseethers, desto besser ist der Wasserretentionseffekt. Eine kleine Menge Celluloseether kann die Wasserretentionsrate des Mörtels erheblich verbessern. Bei gleichem Celluloseether ist die Wasserretentionsrate des modifizierten Mörtels umso höher, je höher die zugesetzte Menge ist. Es gibt jedoch einen optimalen Wert, ab dem die Wasserretentionsrate langsam ansteigt. Bei verschiedenen Arten von Celluloseethern gibt es auch Unterschiede in der Wasserretention, beispielsweise ist HPMc unter den gleichen Bedingungen besser als Mc. Darüber hinaus nimmt die Wasserrückhalteleistung von Celluloseether mit steigender Umgebungstemperatur ab.

Es wird allgemein angenommen, dass der Grund dafür, dass Celluloseether die Funktion der Wasserretention hat, hauptsächlich darin liegt, dass 0H am Molekül vorhanden ist und das 0-Atom an der Etherbindung mit Wassermolekülen assoziiert wird, um Wasserstoffbrückenbindungen zu synthetisieren, so dass freies Wasser bindend wird Wasser, um eine gute Rolle bei der Wasserretention zu spielen; Es wird auch angenommen, dass die makromolekulare Kette des Celluloseethers eine einschränkende Rolle bei der Diffusion von Wassermolekülen spielt, um die Wasserverdunstung wirksam zu kontrollieren und eine hohe Wasserretention zu erreichen. Pourchez J argumentierte, dass Celluloseether den Wasserrückhalteeffekt durch die Verbesserung der rheologischen Eigenschaften der neu gemischten Zementaufschlämmung, der Struktur des porösen Netzwerks und der Bildung eines Celluloseetherfilms erzielt, der die Diffusion von Wasser behindert. Laetitia P et al. glauben auch, dass die rheologischen Eigenschaften von Mörtel ein Schlüsselfaktor sind, sind aber auch davon überzeugt, dass die Viskosität nicht der einzige Faktor ist, der die hervorragende Wasserrückhalteleistung von Mörtel bestimmt. Es ist erwähnenswert, dass Celluloseether zwar eine gute Wasserrückhalteleistung aufweist, die Wasseraufnahme des modifizierten gehärteten Zementmörtels jedoch verringert wird. Der Grund dafür ist, dass Celluloseether im Mörtelfilm und im Mörtel eine große Anzahl kleiner geschlossener Poren verstopft den Mörtel in der Kapillare.

3.3 Verdickung

Die Konsistenz des Mörtels ist einer der wichtigen Indikatoren zur Messung seiner Arbeitsleistung. Zur Erhöhung der Konsistenz wird häufig Celluloseether zugegeben. „Konsistenz“ bezeichnet die Fähigkeit eines frisch gemischten Mörtels, unter Einwirkung der Schwerkraft oder äußerer Kräfte zu fließen und sich zu verformen. Die beiden Eigenschaften Verdickung und Wasserretention ergänzen sich. Die Zugabe einer geeigneten Menge Celluloseether kann nicht nur die Wasserrückhalteleistung des Mörtels verbessern, eine glatte Konstruktion gewährleisten, sondern auch die Konsistenz des Mörtels erhöhen, die Antidispersionsfähigkeit des Zements deutlich erhöhen, die Bindungsleistung zwischen Mörtel und Matrix verbessern usw Reduzieren Sie das Absackphänomen des Mörtels.

Die Verdickungswirkung von Celluloseether beruht hauptsächlich auf seiner eigenen Viskosität. Je höher die Viskosität, desto besser die Verdickungswirkung. Wenn die Viskosität jedoch zu groß ist, verringert sich die Fließfähigkeit des Mörtels, was sich negativ auf die Konstruktion auswirkt. Die Faktoren, die die Viskositätsänderung beeinflussen, wie Molekulargewicht (oder Polymerisationsgrad) und Konzentration des Celluloseethers, Lösungstemperatur, Schergeschwindigkeit, beeinflussen den endgültigen Verdickungseffekt.

Der Verdickungsmechanismus von Celluloseether beruht hauptsächlich auf der Hydratation und der Verschränkung zwischen Molekülen. Einerseits bildet die Polymerkette von Celluloseether leicht Wasserstoffbrücken mit Wasser in Wasser, Wasserstoffbrücken sorgen für eine hohe Hydratation; Wenn dem Mörtel hingegen Celluloseether zugesetzt wird, nimmt dieser viel Wasser auf, so dass sich sein eigenes Volumen stark ausdehnt, wodurch der freie Raum der Partikel verringert wird und gleichzeitig die Molekülketten des Celluloseethers miteinander verflochten werden Um eine dreidimensionale Netzwerkstruktur zu bilden, sind Mörtelpartikel umgeben, in denen kein freier Fluss möglich ist. Mit anderen Worten: Durch diese beiden Maßnahmen wird die Viskosität des Systems verbessert und somit der gewünschte Verdickungseffekt erzielt.

4. Einfluss von nichtionischem Celluloseether auf die Morphologie und Porenstruktur von Polymerzement

Wie aus dem oben Gesagten hervorgeht, spielt nichtionischer Celluloseether eine entscheidende Rolle im Polymerzement, und seine Zugabe wird sicherlich die Mikrostruktur des gesamten Zementmörtels beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen, dass nichtionischer Celluloseether normalerweise die Porosität von Zementmörtel erhöht und die Anzahl der Poren in der Größe von 3 nm bis 350 um zunimmt, wobei die Anzahl der Poren im Bereich von 100 nm bis 500 nm am stärksten zunimmt. Der Einfluss auf die Porenstruktur von Zementmörtel hängt eng mit der Art und Viskosität des zugesetzten nichtionischen Celluloseethers zusammen. Ou Zhihua et al. glaubten, dass bei gleicher Viskosität die Porosität von durch HEC modifiziertem Zementmörtel kleiner ist als die von HPMc und Mc, die als Modifikatoren zugesetzt wurden. Bei gleichem Celluloseether ist die Porosität des modifizierten Zementmörtels umso geringer, je kleiner die Viskosität ist. Durch die Untersuchung der Wirkung von HPMc auf die Öffnung von Dämmplatten aus geschäumtem Zement konnten Wang Yanru et al. fanden heraus, dass die Zugabe von HPMC die Porosität nicht wesentlich verändert, die Apertur jedoch deutlich reduzieren kann. Zhang Guodian et al. fanden heraus, dass der Einfluss auf die Porenstruktur der Zementaufschlämmung umso offensichtlicher ist, je höher der HEMc-Gehalt ist. Die Zugabe von HEMc kann die Porosität, das Gesamtporenvolumen und den durchschnittlichen Porenradius der Zementaufschlämmung erheblich erhöhen, aber die spezifische Oberfläche der Poren nimmt ab und die Anzahl der großen Kapillarporen mit einem Durchmesser von mehr als 50 nm nimmt erheblich zu und die eingeführten Poren sind überwiegend geschlossene Poren.

Die Wirkung von nichtionischem Celluloseether auf den Bildungsprozess der Porenstruktur der Zementaufschlämmung wurde analysiert. Es wurde festgestellt, dass die Zugabe von Celluloseether hauptsächlich die Eigenschaften der flüssigen Phase veränderte. Einerseits nimmt die Oberflächenspannung der flüssigen Phase ab, was die Bildung von Blasen im Zementmörtel erleichtert, und verlangsamt die Entwässerung der flüssigen Phase und die Blasendiffusion, so dass es schwierig ist, kleine Blasen zu großen Blasen zu sammeln und zu entladen, wodurch Hohlräume entstehen ist stark erhöht; Andererseits steigt die Viskosität der flüssigen Phase, was ebenfalls die Entwässerung, Blasendiffusion und Blasenverschmelzung hemmt und die Fähigkeit zur Blasenstabilisierung erhöht. Daher kann der Einfluss von Celluloseether auf die Porengrößenverteilung von Zementmörtel ermittelt werden: Im Porengrößenbereich von mehr als 100 nm können Blasen durch Verringerung der Oberflächenspannung der flüssigen Phase eingeführt und die Blasendiffusion dadurch gehemmt werden Erhöhung der Flüssigkeitsviskosität; Im Bereich von 30 nm bis 60 nm kann die Anzahl der Poren in der Region beeinflusst werden, indem die Verschmelzung kleinerer Blasen verhindert wird.

5. Einfluss von nichtionischem Celluloseether auf die mechanischen Eigenschaften von Polymerzement

Die mechanischen Eigenschaften von Polymerzement hängen eng mit seiner Morphologie zusammen. Durch die Zugabe von nichtionischem Celluloseether erhöht sich die Porosität, was sich unweigerlich negativ auf die Festigkeit, insbesondere die Druckfestigkeit und Biegefestigkeit, auswirkt. Die Reduzierung der Druckfestigkeit von Zementmörtel ist deutlich größer als die der Biegefestigkeit. Ou Zhihua et al. untersuchte den Einfluss verschiedener Arten von nichtionischem Celluloseether auf die mechanischen Eigenschaften von Zementmörtel und stellte fest, dass die Festigkeit von mit Celluloseether modifiziertem Zementmörtel geringer war als die von reinem Zementmörtel und die niedrigste 28d-Druckfestigkeit nur 44,3 % betrug von reinem Zementschlamm. Die Druckfestigkeit und Biegefestigkeit von HPMc-, HEMC- und MC-Celluloseether-modifizierten sind ähnlich, während die Druckfestigkeit und Biegefestigkeit von HEc-modifizierten Zementschlämmen in jedem Alter deutlich höher sind. Dies hängt eng mit ihrer Viskosität oder ihrem Molekulargewicht zusammen. Je höher die Viskosität oder das Molekulargewicht des Celluloseethers bzw. je größer die Oberflächenaktivität, desto geringer ist die Festigkeit seines modifizierten Zementmörtels.

Es hat sich jedoch auch gezeigt, dass nichtionischer Celluloseether die Zugfestigkeit, Flexibilität und Kohäsionsfähigkeit von Zementmörtel verbessern kann. Huang Liangen et al. fanden heraus, dass im Gegensatz zum Änderungsgesetz der Druckfestigkeit die Scherfestigkeit und die Zugfestigkeit der Aufschlämmung mit zunehmendem Celluloseethergehalt im Zementmörtel zunahmen. Analyse des Grundes, nach der Zugabe von Celluloseether und Polymeremulsion zusammen, um eine große Anzahl dichter Polymerfilme zu bilden, wird die Flexibilität der Aufschlämmung erheblich verbessert, und Zementhydratationsprodukte, nicht hydratisierter Zement, Füllstoffe und andere in diesen Film eingefüllte Materialien , um die Zugfestigkeit des Beschichtungssystems sicherzustellen.

Um die Leistung von nichtionischem Celluloseether-modifiziertem Polymerzement zu verbessern und gleichzeitig die physikalischen Eigenschaften des Zementmörtels zu verbessern und seine mechanischen Eigenschaften nicht wesentlich zu verringern, besteht die übliche Praxis darin, Celluloseether und andere Zusatzmittel zuzusetzen der Zementmörtel. Li Tao-wen et al. fanden heraus, dass das Verbundadditiv aus Celluloseether und Polymerkleberpulver nicht nur die Biegefestigkeit und Druckfestigkeit des Mörtels leicht verbesserte, so dass die Kohäsion und Viskosität des Zementmörtels besser für die Beschichtungskonstruktion geeignet sind, sondern auch die Wasserretention deutlich verbesserte Kapazität von Mörtel im Vergleich zu einfachem Celluloseether. Xu Qi et al. Schlackenpulver, wasserreduzierendes Mittel und HEMc hinzugefügt und festgestellt, dass wasserreduzierendes Mittel und Mineralpulver die Dichte des Mörtels erhöhen und die Anzahl der Löcher verringern können, um so die Festigkeit und den Elastizitätsmodul des Mörtels zu verbessern. HEMc kann die Zugfestigkeit des Mörtels erhöhen, ist jedoch nicht gut für die Druckfestigkeit und den Elastizitätsmodul des Mörtels. Yang Xiaojie et al. fanden heraus, dass die plastische Schrumpfungsrissbildung von Zementmörtel nach dem Mischen von HEMc und PP-Fasern deutlich reduziert werden kann.

6. Fazit

Nichtionischer Celluloseether spielt eine wichtige Rolle in Polymerzement, der die physikalischen Eigenschaften (einschließlich Koagulationsverzögerung, Wasserretention, Verdickung), mikroskopische Morphologie und mechanische Eigenschaften von Zementmörtel deutlich verbessern kann. Es wurde viel Arbeit in die Modifizierung zementbasierter Materialien durch Celluloseether investiert, es gibt jedoch noch einige Probleme, die einer weiteren Untersuchung bedürfen. Beispielsweise wird in praktischen technischen Anwendungen der Rheologie, den Verformungseigenschaften, der Volumenstabilität und der Haltbarkeit modifizierter Materialien auf Zementbasis wenig Aufmerksamkeit geschenkt, und ein regelmäßiger entsprechender Zusammenhang mit zugesetztem Celluloseether wurde nicht festgestellt. Die Forschung zum Migrationsmechanismus von Celluloseetherpolymeren und Zementhydratationsprodukten bei der Hydratationsreaktion ist noch unzureichend. Der Wirkungsprozess und Mechanismus der zusammengesetzten Additive aus Celluloseether und anderen Beimengungen ist nicht ausreichend klar. Der Verbundzusatz von Celluloseether und anorganischen verstärkten Materialien wie Glasfasern wurde noch nicht perfektioniert. All dies wird im Mittelpunkt zukünftiger Forschung stehen, um theoretische Leitlinien für die weitere Verbesserung der Leistung von Polymerzement zu liefern.