Nichtionischer Celluloseether im Polymerzement

Als unverzichtbarer Additiv im Polymerzement hat der nichtionische Celluloseether umfassende Aufmerksamkeit und Forschung erhalten. Basierend auf der relevanten Literatur im In- und Ausland wurden das Gesetz und der Mechanismus des nichtionischen Cellulose-Äther-modifizierten Zementmörser Seine Auswirkung auf die Mikromorphologie und die mechanischen Eigenschaften sowie die Mängel der aktuellen Forschung wurden vorgestellt. Diese Arbeit fördert die Anwendung von Celluloseether im Polymerzement.

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

1. Übersicht

Mit den zunehmenden Nachfrage- und Leistungsanforderungen des Polymerzements in der Bauindustrie ist das Hinzufügen von Zusatzstoffen zu seiner Modifikation zu einem Research -Hotspot geworden 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 im Polymerzement liefert.

2. Arten von nichtionischer Celluloseether

Celluloseether ist eine Art Polymerverbindung mit Etherstruktur aus Cellulose. Es gibt viele Arten von Celluloseether, was einen großen Einfluss auf die Eigenschaften von Materialien auf Zementbasis hat und schwer zu wählen ist. Nach der chemischen Struktur von Substituenten können sie in anionische, kationische und nichtionische Ether unterteilt werden. Nichtionischer Celluloseether mit Seitenkettensubstituenten von H, CH3, C2H5, (CH2CH20) NH, [CH2CH (CH3) 0] NH und anderen nicht-dissozifähigen Gruppen sind die am häufigsten verwendeten in Zement. Celluloseether, Hydroxyethylmethylcellulose -Ether, Hydroxyethylcelluloseether usw. Verschiedene Arten von Celluloseethern haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Zeit des Zements. Laut früheren Literaturberichten hat HEC die stärkste Verzögerungsfähigkeit für Zement, gefolgt von HPMC und HEMC, und MC hat das Schlimmste. Bei der gleichen Art von Celluloseether, Molekulargewicht oder Viskosität, Methyl, Hydroxyethyl und Hydroxypropylgehalt dieser Gruppen unterschiedlich, ist auch der Verzögerungseffekt unterschiedlich. Je größer die Viskosität und desto höher der Gehalt nicht-dispiierbarer Gruppen ist, desto schlechter ist die Verzögerungsfähigkeit. Daher kann im tatsächlichen Produktionsprozess nach den Anforderungen der kommerziellen Mörtelkoagulation der geeignete funktionelle Gruppengehalt des Celluloseethers ausgewählt werden. Oder in der Produktion von Celluloseether gleichzeitig den Inhalt funktioneller Gruppen anpassen und die Anforderungen eines verschiedenen Mörsers erfüllen.

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

3.1 langsame Koagulation

Um die Hydratationshärtungszeit des Zements zu verlängern, so dass der neu gemischte Mörtel in einer längeren Zeit plastisch bleibt, um die Abstandszeit des neu gemischten Mörtels anzupassen, verbessert die Funktionsfähigkeit normalerweise den Retarder in Mörtel, nicht Ionenzelluloseether ist für Polymerzement geeignet.

Der verzögerte Effekt von nichtionischer Celluloseether auf Zement wird hauptsächlich von eigenen Art, Viskosität, Dosierung, unterschiedlicher Zusammensetzung von Zementmineralien und anderen Faktoren beeinflusst. Pourchez J et al. zeigten, dass je höher der Grad der Celluloseethermethylierung war, desto schlechter der Verzögerungseffekt, während das Molekulargewicht von Celluloseether und Hydroxypropoxygehalt einen schwachen Effekt auf die Verzögerung der Zementhydratation hatte. Mit der Zunahme der Viskosität und der Dotierung des nichtionischen Celluloseethers wird die Adsorptionsschicht auf der Oberfläche von Zementpartikeln verdickt, und die anfängliche und endgültige Einstellungszeit des Zements wird verlängert, und der Verzögerungseffekt ist offensichtlicher. Studien haben gezeigt, dass die frühe Wärmefreisetzung von Zementschlumpf mit unterschiedlichem HEMC -Gehalt etwa 15% niedriger ist als die von reinen Zementschlumpf, aber es gibt keinen signifikanten Unterschied im späteren Hydratationsprozess. Singh NK et al. zeigten, dass die Hydratationswärmefreisetzung von modifiziertem Zementmörtel mit zunehmender HEC -Dotierungsmenge einen Trend der zunächst zunehmenden und dann abnahmenden und dann abnehmenden HEC -Gehalt bei der Erreichung der maximalen Hydratation -Wärmefreisetzung mit dem Härtungsalter zusammenhängt.

Darüber hinaus wurde festgestellt, dass der verzögerte Effekt von nichtionischer Celluloseether eng mit der Zusammensetzung von Zement zusammenhängt. Peschard et al. fand, dass je niedriger der Gehalt an tricalcium -Aluminat (C3A) im Zement ist, desto offensichtlicher der Verzögerungseffekt von Celluloseether. Schmitz L et al. glaubte, dass dies durch die unterschiedlichen Wege des Celluloseethers zur Hydratationskinetik von Tricalcium -Silikat (C3S) und Trialcium -Aluminat (C3A) verursacht wurde. Celluloseether könnte die Reaktionsgeschwindigkeit in der Beschleunigungszeit von C3s verringern, während es für C3A die Induktionsperiode verlängern und schließlich den Verfestigung und den Härtungsprozess von Mörser verzögern kann.

Es gibt verschiedene Meinungen zum Mechanismus der nichtionischen Celluloseetherzementhydratation. Silva et al. Liu glaubte, dass die Einführung des Celluloseethers die Viskosität der Porenlösung erhöhen würde, wodurch die Bewegung von Ionen blockiert und die Kondensation verzögert wird. Pourchez et al. glaubte, dass es einen offensichtlichen Zusammenhang zwischen der Verzögerung des Celluloseethers zur Zementhydratation und der Viskosität der Zementschlammte gab. Eine andere Theorie ist, dass der Verzögerungseffekt von Celluloseether eng mit dem Alkali -Abbau zusammenhängt. Polysaccharide neigen dazu, sich leicht zu verschlechtern, um Hydroxylcarboxylsäure zu produzieren, die die Hydratation von Zement unter alkalischen Bedingungen verzögern können. Studien haben jedoch festgestellt, dass Celluloseether unter alkalischen Bedingungen sehr stabil ist und sich nur geringfügig verschlechtert, und der Abbau hat nur geringe Auswirkungen auf die Verzögerung der Zementhydratation. Derzeit ist die konsistentere Ansicht, dass der Verzögerungseffekt hauptsächlich durch Adsorption verursacht wird. Insbesondere ist die Hydroxylgruppe auf der molekularen Oberfläche von Celluloseether sauer, die Ca (0H) im Hydratationszementsystem, und andere Mineralphasen sind alkalisch. Unter der synergistischen Wirkung von Wasserstoffbrückenbindungen und hydrophoben werden saure Cellulose -Ether -Moleküle auf der Oberfläche von alkalischen Zementpartikeln und Hydratationsprodukten adsorbiert. Darüber hinaus wird auf seiner Oberfläche ein Dünnfilm gebildet, was das weitere Wachstum dieser Kristallkerne dieser Mineralphasen behindert und die Hydratation und die Setztheit von Zement verzögert. Je stärker die Adsorptionskapazität zwischen Zementhydratationsprodukten und Celluloseether ist, desto offensichtlicher ist die Hydratationsverzögerung des Zements. Einerseits spielt die Größe des sterischen Hindernisses eine entscheidende Rolle bei der Adsorptionskapazität, wie das kleine sterische Hindernis der Hydroxylgruppe, ihre starke Säure und die Adsorption sind ebenfalls stark. Andererseits hängt die Adsorptionskapazität auch von der Zusammensetzung von Hydratationsprodukten von Zement ab. Pourchez et al. fanden heraus, dass Celluloseether leicht an die Oberfläche von Hydratationsprodukten wie Ca (0H) 2, CSH -Gel und Calcium -Aluminathydrat adsorbiert wird, aber es ist nicht einfach, durch Ettringit- und ungydratisierte Phase adsorbiert zu werden. Die Studie von Mullert zeigte auch, dass Celluloseether eine starke Adsorption an C3s und seinen Hydratationsprodukten aufwies, sodass die Hydratation der Silikatphase signifikant verzögert war. Die Adsorption von Ettringit war niedrig, aber die Bildung von Ettringit war signifikant verzögert. Dies lag daran, dass die Verzögerung bei der Bildung von Ettringit durch das Ca2+ -Balance in Lösung beeinflusst wurde, was die Fortsetzung der Verzögerung von Celluloseether in Silikathydratation war.

3.2 Wasserkonservierung

Ein weiterer wichtiger Modifikationseffekt von Celluloseether im Zementmörser besteht darin, als Wasserretingmittel zu erscheinen, das verhindern kann, Nassmörser, um sicherzustellen, dass der dünne Mörtel gekämmt werden kann, verputzte Mörtel ausbreiten und leicht zu absorbieren ist, muss Mörtel nicht vor dem Einstieg vorhanden sein.

Die Wasserversorgungskapazität von Celluloseether hängt eng mit seiner Viskosität, Dosierung, Art und Umgebungstemperatur zusammen. Andere Erkrankungen sind gleich, je größer die Viskosität von Celluloseether ist, desto besser kann der Wasserretentionseffekt eine kleine Menge Celluloseether erheblich verbessert. Bei dem gleichen Celluloseether ist die Wasserretentionsrate des modifizierten Mörsers umso höher, desto höher ist jedoch ein optimaler Wert, über den die Wasserretentionsrate langsam zunimmt. Für verschiedene Arten von Celluloseether gibt es auch Unterschiede in der Wasserretention, wie z. Darüber hinaus nimmt die Wasserretentionsleistung von Celluloseether mit zunehmender Umgebungstemperatur ab.

Es wird allgemein angenommen, dass der Grund, warum Celluloseether die Funktion der Wasserretention hat Wasser, um eine gute Rolle der Wasserretention zu spielen; Es wird auch angenommen, dass die makromolekulare Cellulose -Ether -Kette eine restriktive Rolle bei der Diffusion von Wassermolekülen spielt, um die Wasserverdunstung effektiv zu kontrollieren, um eine hohe Wasserretention zu erreichen. Pourchez J argumentierte, dass Celluloseether den Wasserretentionseffekt erzielte, indem die rheologischen Eigenschaften der neu gemischten Zementschlammung, die Struktur des porösen Netzwerks und die Bildung des Cellulose -Ether -Films verbessert wurden, die die Diffusion von Wasser behinderten. Laetitia P et al. Glauben Sie auch, dass die rheologische Eigenschaft von Mörtel ein Schlüsselfaktor ist, aber auch der Ansicht, dass Viskosität nicht der einzige Faktor ist, der die hervorragende Leistung von Mörtel mit Wasserretention ermittelt. Es ist erwähnenswert der Mörtel im Kapillar.

3.3 Verdickung

Die Konsistenz von Mörtel ist einer der wichtigsten Indizes, um die Arbeitsleistung zu messen. Celluloseether wird häufig eingeführt, um die Konsistenz zu erhöhen. „Konsistenz“ stellt die Fähigkeit von frisch gemischtem Mörtel dar, unter der Wirkung von Schwerkraft oder externen Kräften zu fließen und zu verformen. Die beiden Eigenschaften der Verdickung und der Wasserretention ergänzen sich. Das Hinzufügen einer angemessenen Menge an Celluloseether kann nicht nur die Wasserretentionsleistung des Mörtels verbessern, eine reibungslose Konstruktion sicherstellen, sondern auch die Konsistenz von Mörtel erhöhen, die Fähigkeit zur Zement-Dispersion signifikant erhöhen, die Bindungsleistung zwischen Mörtel und Matrix und Matrix und Matrix verbessern und erhöhen Reduzieren Sie das schlaffe Phänomen des Mörsers.

Der Verdickungseffekt von Celluloseether stammt hauptsächlich aus seiner eigenen Viskosität, desto größer ist die Viskosität, desto besser die Verdickungseffekt. Wenn die Viskosität jedoch zu groß ist, verringert sie die Fluidität des Mörsers und beeinflusst die Konstruktion. Die Faktoren, die die Viskositätsveränderung beeinflussen, wie Molekulargewicht (oder Polymerisationsgrad) und die Konzentration von Celluloseether, Lösungstemperatur, Schergeschwindigkeit, beeinflussen den endgültigen Verdickungseffekt.

Der Verdickungsmechanismus von Celluloseether stammt hauptsächlich aus der Hydratation und der Verstrickung zwischen Molekülen. Einerseits ist die Polymerkette aus Celluloseether leicht zu einer Wasserstoffbrücke mit Wasser in Wasser, was die Wasserstoffbrücke eine hohe Hydratation aufweist. Wenn der Mörtel hingegen Zelluloseether zugesetzt wird Um eine dreidimensionale Netzwerkstruktur zu bilden, sind Mörserpartikel umgeben, in denen nicht der freie Fluss. Mit anderen Worten, unter diesen beiden Aktionen wird die Viskosität des Systems verbessert, wodurch der gewünschte Verdickungseffekt erreicht wird.

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

Wie aus den oben genannten Erscheinen hervorgeht, spielt der nichtionische Celluloseether eine wichtige Rolle im Polymerzement, und seine Zugabe wird sicherlich die Mikrostruktur des gesamten Zementmörsers beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen, dass nichtionischer Celluloseether die Porosität des Zementmörsers normalerweise erhöht und die Anzahl der Poren in der Größe von 3nm ~ 350um zunimmt, unter denen die Anzahl der Poren im Bereich von 100 nm ~ 500 nm am meisten erhöht. Der Einfluss auf die Porenstruktur von Zementmörser hängt eng mit dem Typ und der Viskosität von nichtionischer Zelluloseether hinzu. Ou Zhihua et al. Angenommen, wenn die Viskosität gleich ist, ist die Porosität des durch HEC modifizierten Zementmörsers kleiner als die von HPMC und MC als Modifikatoren hinzugefügt. Für denselben Celluloseether ist die Porosität des modifizierten Zementmörsers je kleiner die Viskosität, je kleiner die Viskosität ist. Durch die Untersuchung der Wirkung von HPMC auf die Blende des geschäumten Zementinsolvenzausschusses Wang Yanru et al. fanden heraus, dass die Zugabe von HPMC die Porosität nicht signifikant verändert, sondern die Blende erheblich reduzieren kann. Zhang Guodian et al. fanden heraus, dass je größer der HEMC -Gehalt ist, desto offensichtlicher der Einfluss auf die Porenstruktur der Zementschlammung. Die Zugabe von HEMC kann die Porosität, das Gesamtporenvolumen und den durchschnittlichen Porenradius der Zementschlammung signifikant erhöhen, aber die spezifische Oberfläche der Poren nimmt ab und die Anzahl der großen Kapillarporen mit einem Durchmesser von mehr als 50 nm und die eingeführten Poren sind hauptsächlich geschlossene Poren.

Die Wirkung des nichtionischen Cellulose -Ethers auf den Bildungsprozess der Zementschlammporenstruktur wurde analysiert. Es wurde festgestellt, dass die Zugabe von Celluloseether hauptsächlich die Eigenschaften der flüssigen Phase veränderte. Einerseits nimmt die Spannung der flüssigen Phasenoberfläche ab, was es leicht macht, Blasen im Zementmörser zu bilden, und die Entwässerung der Flüssigkeitsphasen und die Blasendiffusion verlangsamt, so dass kleine Blasen schwer zu großen Blasen und Entladung zu sich nehmen können ist stark erhöht; Andererseits nimmt die Viskosität der flüssigen Phase zu, die auch die Entwässerung, Blasendiffusion und Blasenverzerrung hemmt und die Fähigkeit verbessert, Blasen zu stabilisieren. Daher kann der Einflussmodus von Celluloseether auf die Porengrößenverteilung des Zementmörsers erhalten werden Erhöhen der flüssigen Viskosität; In der Region von 30 nm ~ 60 nm kann die Anzahl der Poren in der Region durch Hemmung der Fusion kleinerer Blasen beeinflusst werden.

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

Die mechanischen Eigenschaften von Polymerzement hängen eng mit seiner Morphologie zusammen. Mit der Zugabe eines nichtionischen Celluloseethers nimmt die Porosität zu, was sich nachteilig auf seine Festigkeit auswirkt, insbesondere auf die Druckfestigkeit und die Biegefestigkeit. Die Verringerung der Druckfestigkeit von Zementmörser ist signifikant größer als die Biegefestigkeit. Ou Zhihua et al. untersuchte den Einfluss verschiedener Arten von nichtionischem Celluloseether auf die mechanischen Eigenschaften des Zementmörsers und fand heraus von dem von reinem Zementschlamm. Die Druckfestigkeit und die Biegefestigkeit von HPMC-, HEMC- und MC -Cellulose -Ether -Modified sind ähnlich, während die Druckfestigkeit und die Biegefestigkeit von HEC -modifizierten Zementaufschlämmen in jedem Alter signifikant höher sind. Dies hängt eng mit ihrer Viskosität oder ihrem Molekulargewicht zusammen, desto höher ist die Viskosität oder das Molekulargewicht des Celluloseethers oder desto größer die Oberflächenaktivität, desto niedriger die Stärke seines modifizierten Zementmörsers.

Es wurde jedoch auch gezeigt, dass nichtionischer Celluloseether die Zugfestigkeit, Flexibilität und Kohesser von Zementmörser verbessern kann. Huang Liangen et al. stellten fest, dass die Scherfestigkeit und Zugfestigkeit der Aufschlämmung im Gegensatz zum Veränderungsgesetz der Druckfestigkeit mit zunehmendem Gehalt an Celluloseether im Zementmörser zunahm. Analyse des Grundes nach Zugabe von Celluloseether und Polymeremulsion zusammen, um eine große Anzahl dichter Polymerfilm zu bilden, verbessern die Flexibilität der Aufschlämmung erheblich und Zementhydratationsprodukte, ungehydriertes Zement, Füllstoffe und andere Materialien, die in diesem Film gefüllt sind , um die Zugfestigkeit des Beschichtungssystems zu gewährleisten.

Um die Leistung von nichtionischem Cellulose-Äther-modifiziertem Polymerzement zu verbessern, die physikalischen Eigenschaften von Zementmörtel gleichzeitig zu verbessern, reduziert die mechanischen Eigenschaften nicht wesentlich, die übliche Praxis besteht darin der Zementmörser. Li Tao-Wen et al. fanden heraus, dass der aus Celluloseether und Polymerkleberpulver bestehende zusammengesetzte Additiv die Biegefestigkeit und die Druckfestigkeit des Mörser Kapazität des Mörsers im Vergleich zum Einzelzelluloseether. Xu Qi et al. Schleckpulver, Wasserreduziermittel und Hemc hinzugefügt und stellte fest, dass Wasserreinigungsmittel und Mineralpulver die Mörserdichte erhöhen können, die Anzahl der Löcher reduzieren, um die Festigkeit und den elastischen Modul des Mörsers zu verbessern. HEMC kann die Zugfestigkeit von Mörser erhöhen, ist jedoch nicht gut für die Druckfestigkeit und den elastischen Mörtelmodul. Yang Xiaojie et al. fanden heraus, dass das Plastikschrumpfung des Zementmörsers nach dem Mischen von HEMC und PP -Faser signifikant reduziert werden kann.

6. Schlussfolgerung

Der nichtionische Celluloseether spielt eine wichtige Rolle bei Polymerzement, was die physikalischen Eigenschaften (einschließlich Verzögerung der Gerinnung, Wasserretention, Verdickung), mikroskopische Morphologie und mechanische Eigenschaften von Zementmörser erheblich verbessern kann. Es wurde eine Menge Arbeit an der Modifikation von Zementmaterialien durch Celluloseether geleistet, aber es gibt immer noch einige Probleme, die weitere Untersuchungen erfordern. Beispielsweise wird in praktischen technischen Anwendungen der Rheologie, der Deformationseigenschaften, der Volumenstabilität und der Haltbarkeit modifizierter zementbasierter Materialien nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt, und eine regelmäßige entsprechende Beziehung wurde nicht mit zugesetztem Celluloseether hergestellt. Die Forschung zum Migrationsmechanismus von Celluloseetherpolymer- und Zementhydratationsprodukten bei der Hydratationsreaktion ist immer noch unzureichend. Der Aktionsprozess und der Mechanismus der zusammengesetzten Zusatzstoffe aus Celluloseether und anderen Beimischungen sind nicht klar genug. Die zusammengesetzte Zugabe von Celluloseether und anorganischen verstärkten Materialien wie Glasfasern wurde nicht perfektioniert. All dies wird im Mittelpunkt der zukünftigen Forschung stehen, um theoretische Anleitungen zur weiteren Verbesserung der Leistung von Polymerzement zu geben.