Εναιώρημα τσιμέντου τροποποιημένο με αιθέρα κυτταρίνης

Η επίδραση της διαφορετικής μοριακής δομής του μη ιοντικού αιθέρα κυτταρίνης στη δομή των πόρων του πολτού τσιμέντου μελετήθηκε με δοκιμή πυκνότητας απόδοσης και μακροσκοπική και μικροσκοπική παρατήρηση της δομής των πόρων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο μη ιονικός αιθέρας κυτταρίνης μπορεί να αυξήσει το πορώδες του πολτού τσιμέντου. Όταν το ιξώδες του τροποποιημένου πολτού μη ιονικού αιθέρα κυτταρίνης είναι παρόμοιο, το πορώδες τουαιθέρας υδροξυαιθυλοκυτταρίνηςΟ τροποποιημένος πολτός (HEC) είναι μικρότερος από αυτόν του τροποποιημένου πολτού με αιθέρα υδροξυπροπυλ μεθυλοκυτταρίνης (HPMC) και τροποποιημένου πολτού με αιθέρα μεθυλικής κυτταρίνης (MC). Όσο χαμηλότερο είναι το ιξώδες/σχετικό μοριακό βάρος του αιθέρα κυτταρίνης HPMC με παρόμοια περιεκτικότητα σε ομάδες, τόσο μικρότερο είναι το πορώδες του τροποποιημένου πολτού τσιμέντου του. Ο μη ιονικός αιθέρας κυτταρίνης μπορεί να μειώσει την επιφανειακή τάση της υγρής φάσης και να κάνει τον πολτό τσιμέντου εύκολο να σχηματίσει φυσαλίδες. Τα μόρια μη ιοντικού αιθέρα κυτταρίνης προσροφούνται κατευθυντικά στη διεπιφάνεια αερίου-υγρού των φυσαλίδων, γεγονός που αυξάνει επίσης το ιξώδες της φάσης του πολτού τσιμέντου και ενισχύει την ικανότητα του πολτού τσιμέντου να σταθεροποιεί τις φυσαλίδες.

Λέξεις κλειδιά:μη ιονικός αιθέρας κυτταρίνης. Πολτός τσιμέντου; Δομή πόρων; Μοριακή δομή; Επιφανειακή τάση; ιξώδες

Ο μη ιονικός αιθέρας κυτταρίνης (στο εξής θα αναφέρεται ως αιθέρας κυτταρίνης) έχει εξαιρετική πύκνωση και συγκράτηση νερού και χρησιμοποιείται ευρέως σε ξηρό ανάμεικτο κονίαμα, αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα και άλλα νέα υλικά με βάση το τσιμέντο. Οι αιθέρες κυτταρίνης που χρησιμοποιούνται σε υλικά με βάση το τσιμέντο συνήθως περιλαμβάνουν αιθέρα μεθυλοκυτταρίνης (MC), αιθέρα υδροξυπροπυλ μεθυλοκυτταρίνης (HPMC), αιθέρα υδροξυαιθυλο μεθυλοκυτταρίνης (HEMC) και αιθέρα υδροξυαιθυλοκυτταρίνης (HEC), μεταξύ των οποίων οι HPMC και HEMC είναι οι πιο κοινές εφαρμογές .

Ο αιθέρας κυτταρίνης μπορεί να επηρεάσει σημαντικά τη δομή των πόρων του πολτού τσιμέντου. Ο Pourchez et al., μέσω της δοκιμής φαινομενικής πυκνότητας, της δοκιμής μεγέθους πόρων (μέθοδος έγχυσης υδραργύρου) και της ανάλυσης εικόνας sEM, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο αιθέρας κυτταρίνης μπορεί να αυξήσει τον αριθμό των πόρων με διάμετρο περίπου 500nm και των πόρων με διάμετρο περίπου 50-250μm στο πολτός τσιμέντου. Επιπλέον, για τον πολτό σκληρυμένου τσιμέντου, η κατανομή μεγέθους πόρων του πολτού τσιμέντου τροποποιημένου HEC χαμηλού μοριακού βάρους είναι παρόμοια με αυτή του καθαρού πολτού τσιμέντου. Ο συνολικός όγκος πόρων του υψηλού μοριακού βάρους τροποποιημένου πολτού τσιμέντου HEC είναι υψηλότερος από αυτόν του πολτού καθαρού τσιμέντου, αλλά χαμηλότερος από αυτόν του πολτού τσιμέντου τροποποιημένου HPMC με περίπου την ίδια σύσταση. Μέσω της παρατήρησης SEM, οι Zhang et al. διαπίστωσε ότι το HEMC θα μπορούσε να αυξήσει σημαντικά τον αριθμό των πόρων με διάμετρο περίπου 0,1 mm σε τσιμεντοκονίαμα. Βρήκαν επίσης μέσω της δοκιμής έγχυσης υδραργύρου ότι το HEMC θα μπορούσε να αυξήσει σημαντικά τον συνολικό όγκο πόρων και τη μέση διάμετρο πόρων του πολτού τσιμέντου, με αποτέλεσμα σημαντική αύξηση στον αριθμό των μεγάλων πόρων με διάμετρο 50nm ~ 1μm και των μεγάλων πόρων με διάμετρο μεγαλύτερη. από 1μm. Ωστόσο, ο αριθμός των πόρων με διάμετρο μικρότερη από 50 nm μειώθηκε σημαντικά. Saric-Coric et al. πίστευαν ότι ο αιθέρας της κυτταρίνης θα καθιστούσε τον πολτό του τσιμέντου πιο πορώδη και θα οδηγούσε στην αύξηση των μακροπόρων. Οι Jenni et al. δοκίμασε την πυκνότητα απόδοσης και προσδιόρισε ότι το κλάσμα όγκου πόρων της τροποποιημένης τσιμεντοκονίας HEMC ήταν περίπου 20%, ενώ η καθαρή τσιμεντοκονία περιείχε μόνο μικρή ποσότητα αέρα. Οι Silva et al. διαπίστωσε ότι εκτός από τις δύο κορυφές στα 3,9 nm και 40 ~ 75 nm ως καθαρό πολτό τσιμέντου, υπήρχαν επίσης δύο κορυφές στα 100 ~ 500 nm και μεγαλύτερες από 100 μm μέσω της δοκιμής έγχυσης υδραργύρου. Οι Ma Baoguo et al. διαπίστωσε ότι ο αιθέρας κυτταρίνης αύξησε τον αριθμό των λεπτών πόρων με διαμέτρους μικρότερες από 1μm και μεγάλων πόρων με διαμέτρους μεγαλύτερες από 2μm σε τσιμεντοκονία μέσω της δοκιμής έγχυσης υδραργύρου. Όσον αφορά το λόγο ότι ο αιθέρας κυτταρίνης αυξάνει το πορώδες του πολτού τσιμέντου, συνήθως πιστεύεται ότι ο αιθέρας κυτταρίνης έχει επιφανειακή δραστηριότητα, θα εμπλουτίσει τη διεπιφάνεια αέρα και νερού, σχηματίζοντας ένα φιλμ, έτσι ώστε να σταθεροποιηθούν οι φυσαλίδες στον πολτό τσιμέντου.

Μέσα από την παραπάνω βιβλιογραφική ανάλυση, μπορεί να φανεί ότι η επίδραση του αιθέρα κυτταρίνης στη δομή των πόρων των υλικών με βάση το τσιμέντο έχει λάβει μεγάλη προσοχή. Ωστόσο, υπάρχουν πολλά είδη αιθέρα κυτταρίνης, το ίδιο είδος αιθέρα κυτταρίνης, το σχετικό μοριακό του βάρος, η περιεκτικότητα σε ομάδα και άλλες παράμετροι μοριακής δομής είναι επίσης πολύ διαφορετικά και οι εγχώριοι και ξένοι ερευνητές στην επιλογή αιθέρα κυτταρίνης περιορίζονται μόνο στην αντίστοιχη εφαρμογή τους πεδίο, έλλειψη αναπαράστασης, το συμπέρασμα είναι αναπόφευκτη «υπεργενίκευση», έτσι ώστε η εξήγηση του μηχανισμού αιθέρα κυτταρίνης να μην είναι αρκετά βαθιά. Σε αυτό το άρθρο, η επίδραση του αιθέρα κυτταρίνης με διαφορετική μοριακή δομή στη δομή των πόρων του πολτού τσιμέντου μελετήθηκε με δοκιμή φαινομενικής πυκνότητας και μακροσκοπική και μικροσκοπική παρατήρηση της δομής των πόρων.

1. Δοκιμή

1.1 Πρώτες Ύλες

Το τσιμέντο ήταν ένα συνηθισμένο τσιμέντο Portland P·O 42,5 που κατασκευάστηκε από την Huaxin Cement Co., LTD., στο οποίο η χημική σύνθεση μετρήθηκε με φασματόμετρο φθορισμού ακτίνων Χ τύπου διασποράς μήκους κύματος AXIOS Ad-Vanced (PANa — lytical, Ολλανδία). και η σύσταση της φάσης εκτιμήθηκε με τη μέθοδο Bogue.

Ο αιθέρας κυτταρίνης επέλεξε τέσσερα είδη εμπορικού αιθέρα κυτταρίνης, αντίστοιχα αιθέρα μεθυλοκυτταρίνης (MC), αιθέρα υδροξυπροπυλ μεθυλοκυτταρίνης (HPMC1, HPMC2) και αιθέρα υδροξυαιθυλοκυτταρίνης (HEC), μοριακή δομή HPMC1 και HPMC2 παρόμοια, αλλά το ιξώδες είναι πολύ μικρότερο από το HPMC2 , Δηλαδή, η σχετική μοριακή μάζα του HPMC1 είναι πολύ μικρότερη από αυτή του HPMC2. Λόγω των παρόμοιων ιδιοτήτων του αιθέρα υδροξυαιθυλο μεθυλοκυτταρίνης (HEMc) και του HPMC, τα HEMC δεν επιλέχθηκαν σε αυτή τη μελέτη. Για να αποφευχθεί η επίδραση της περιεκτικότητας σε υγρασία στα αποτελέσματα της δοκιμής, όλοι οι αιθέρες κυτταρίνης ψήθηκαν στους 98℃ για 2 ώρες πριν από τη χρήση.

Το ιξώδες του αιθέρα κυτταρίνης δοκιμάστηκε με περιστροφικό ιξωδόμετρο NDJ-1B (Shanghai Changji Company). Η συγκέντρωση του διαλύματος δοκιμής (αναλογία μάζας αιθέρα κυτταρίνης προς νερό) ήταν 2,0%, η θερμοκρασία ήταν 20℃ και ο ρυθμός περιστροφής ήταν 12 r/min. Η επιφανειακή τάση του αιθέρα κυτταρίνης δοκιμάστηκε με τη μέθοδο δακτυλίου. Το όργανο δοκιμής ήταν JK99A αυτόματο τανυσόμετρο (Shanghai Zhongchen Company). Η συγκέντρωση του διαλύματος δοκιμής ήταν 0,01% και η θερμοκρασία ήταν 20℃. Το περιεχόμενο της ομάδας αιθέρα κυτταρίνης παρέχεται από τον κατασκευαστή.

Σύμφωνα με το ιξώδες, την επιφανειακή τάση και την περιεκτικότητα σε ομάδα του αιθέρα κυτταρίνης, όταν η συγκέντρωση του διαλύματος είναι 2,0%, ο λόγος ιξώδους του διαλύματος HEC και HPMC2 είναι 1:1,6 και ο λόγος ιξώδους του διαλύματος HEC και MC είναι 1: 0,4, αλλά σε αυτή τη δοκιμή, η αναλογία νερού-τσιμέντου είναι 0,35, η μέγιστη αναλογία τσιμέντου είναι 0,6%, η αναλογία μάζας αιθέρα κυτταρίνης προς νερό είναι περίπου 1,7%, λιγότερο από 2,0%, και η συνεργιστική επίδραση του πολτού τσιμέντου στο ιξώδες, έτσι Η διαφορά ιξώδους του τροποποιημένου πολτού τσιμέντου HEC, HPMC2 ή MC είναι μικρή.

Σύμφωνα με το ιξώδες, την επιφανειακή τάση και την περιεκτικότητα σε ομάδα αιθέρα κυτταρίνης, η επιφανειακή τάση κάθε αιθέρα κυτταρίνης είναι διαφορετική. Ο αιθέρας κυτταρίνης έχει τόσο υδρόφιλες ομάδες (ομάδες υδροξυλίου και αιθέρα) όσο και υδρόφοβες ομάδες (δακτύλιος άνθρακα μεθυλίου και γλυκόζης), είναι επιφανειοδραστικό. Ο αιθέρας κυτταρίνης είναι διαφορετικός, ο τύπος και η περιεκτικότητα των υδρόφιλων και υδρόφοβων ομάδων είναι διαφορετικά, με αποτέλεσμα διαφορετική επιφανειακή τάση.

1.2 Μέθοδοι δοκιμής

Παρασκευάστηκαν έξι είδη πολτού τσιμέντου, συμπεριλαμβανομένου πολτού καθαρού τσιμέντου, πολτού τσιμέντου τροποποιημένου με αιθέρα τεσσάρων κυτταρίνης (MC, HPMCl, HPMC2 και HEC) με αναλογία τσιμέντου 0,60% και τροποποιημένο με HPMC2 πολτό τσιμέντου με αναλογία τσιμέντου 0,05%. Αναφ., MC — 0,60, HPMCl — 0,60, Hpmc2-0,60. Τα HEC 1-0,60 και hpMC2-0,05 υποδεικνύουν ότι η αναλογία νερού-τσιμέντου είναι και τα δύο 0,35.

Ο πολτός τσιμέντου πρώτα σύμφωνα με το GB/T 17671 1999 "μέθοδος δοκιμής αντοχής τσιμεντοκονίας (μέθοδος ISO)" κατασκευασμένο σε μπλοκ δοκιμής πρισμάτων 40mm×40mm×160mm, υπό την προϋπόθεση στεγανοποιημένης σκλήρυνσης 20℃ 28d. Μετά το ζύγισμα και τον υπολογισμό της φαινομενικής πυκνότητάς του, ραγίστηκε με ένα μικρό σφυρί και παρατηρήθηκε η κατάσταση της μακροοπής του κεντρικού τμήματος του μπλοκ δοκιμής και φωτογραφήθηκε με ψηφιακή κάμερα. Ταυτόχρονα, μικρά κομμάτια 2,5 ~ 5,0 mm ελήφθησαν για παρατήρηση με οπτικό μικροσκόπιο (τρισδιάστατο βίντεο μικροσκόπιο HIROX) και ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (JSM-5610LV).

2. Αποτελέσματα δοκιμών

2.1 Φαινόμενη πυκνότητα

Σύμφωνα με τη φαινόμενη πυκνότητα του πολτού τσιμέντου που τροποποιείται από διαφορετικούς αιθέρες κυτταρίνης, (1) η φαινομενική πυκνότητα του καθαρού πολτού τσιμέντου είναι η υψηλότερη, που είναι 2044 kg/m³. Η φαινομενική πυκνότητα των τεσσάρων ειδών πολτού τροποποιημένου με αιθέρα κυτταρίνης με την αναλογία τσιμέντου 0,60% ήταν 74% ~ 88% εκείνης του καθαρού πολτού τσιμέντου, υποδεικνύοντας ότι ο αιθέρας κυτταρίνης προκάλεσε την αύξηση του πορώδους του πολτού τσιμέντου. (2) Όταν η αναλογία τσιμέντου προς τσιμέντο είναι 0,60%, η επίδραση διαφορετικών αιθέρων κυτταρίνης στο πορώδες του πολτού τσιμέντου είναι πολύ διαφορετική. Το ιξώδες του πολτού τσιμέντου τροποποιημένου HEC, HPMC2 και MC είναι παρόμοιο, αλλά η φαινομενική πυκνότητα του πολτού τσιμέντου τροποποιημένου HEC είναι η υψηλότερη, υποδεικνύοντας ότι το πορώδες του πολτού τσιμέντου τροποποιημένου HEC είναι μικρότερο από αυτό του πολτού τροποποιημένου τσιμέντου HPMc2 και Mc με παρόμοιο ιξώδες . Τα HPMc1 και HPMC2 έχουν παρόμοια περιεκτικότητα σε ομάδες, αλλά το ιξώδες του HPMCl είναι πολύ χαμηλότερο από αυτό του HPMC2 και η φαινομενική πυκνότητα του τροποποιημένου πολτού τσιμέντου με HPMCl είναι σημαντικά υψηλότερη από εκείνη του πολτού τροποποιημένου τσιμέντου HPMC2, πράγμα που δείχνει ότι όταν η περιεκτικότητα σε ομάδα είναι παρόμοια , όσο χαμηλότερο είναι το ιξώδες του αιθέρα κυτταρίνης, τόσο χαμηλότερο είναι το πορώδες του τροποποιημένου πολτού τσιμέντου. (3) Όταν η αναλογία τσιμέντου προς τσιμέντο είναι πολύ μικρή (0,05%), η φαινομενική πυκνότητα του πολτού τσιμέντου τροποποιημένου με HPMC2 είναι βασικά κοντά σε αυτή του καθαρού πολτού τσιμέντου, υποδεικνύοντας ότι η επίδραση του αιθέρα κυτταρίνης στο πορώδες του τσιμέντου ο πολτός είναι πολύ μικρός.

2.2 Μακροσκοπικός πόρος

Σύμφωνα με τις φωτογραφίες της ενότητας του πολτού τσιμέντου τροποποιημένου με αιθέρα κυτταρίνης που λαμβάνονται με ψηφιακή φωτογραφική μηχανή, ο καθαρός πολτός τσιμέντου είναι πολύ πυκνός, σχεδόν καθόλου ορατοί πόροι. Τα τέσσερα είδη πολτού τροποποιημένου με αιθέρα κυτταρίνης με αναλογία τσιμέντου 0,60% έχουν όλα περισσότερους μακροσκοπικούς πόρους, υποδεικνύοντας ότι ο αιθέρας κυτταρίνης οδηγεί στην αύξηση του πορώδους του πολτού τσιμέντου. Παρόμοια με τα αποτελέσματα της δοκιμής φαινομενικής πυκνότητας, η επίδραση διαφορετικών τύπων αιθέρα κυτταρίνης και περιεχομένων στο πορώδες του πολτού τσιμέντου είναι αρκετά διαφορετική. Το ιξώδες του τροποποιημένου πολτού HEC, HPMC2 και MC είναι παρόμοιο, αλλά το πορώδες του τροποποιημένου πολτού HEC είναι μικρότερο από αυτό του πολτού τροποποιημένου με HPMC2 και MC. Αν και τα HPMC1 και HPMC2 έχουν παρόμοια περιεκτικότητα σε ομάδες, ο τροποποιημένος πολτός HPMC1 με χαμηλότερο ιξώδες έχει μικρότερο πορώδες. Όταν η αναλογία τσιμέντου προς τσιμέντο του τροποποιημένου πολτού HPMc2 είναι πολύ μικρή (0,05%), ο αριθμός των μακροσκοπικών πόρων αυξάνεται ελαφρώς από αυτόν του καθαρού πολτού τσιμέντου, αλλά μειώνεται σημαντικά από αυτόν του τροποποιημένου πολτού HPMC2 με 0,60% τσιμέντο σε -αναλογία τσιμέντου.

2.3 Μικροσκοπικός πόρος

4. Συμπέρασμα

(1) Ο αιθέρας κυτταρίνης μπορεί να αυξήσει το πορώδες του πολτού τσιμέντου.

(2) Η επίδραση του αιθέρα κυτταρίνης στο πορώδες του πολτού τσιμέντου με διαφορετικές παραμέτρους μοριακής δομής είναι διαφορετική: όταν το ιξώδες του πολτού τσιμέντου τροποποιημένου με αιθέρα κυτταρίνης είναι παρόμοιο, το πορώδες του πολτού τσιμέντου τροποποιημένου HEC είναι μικρότερο από αυτό των τροποποιημένων με HPMC και MC πολτός τσιμέντου? Όσο χαμηλότερο είναι το ιξώδες/σχετικό μοριακό βάρος του αιθέρα κυτταρίνης HPMC με παρόμοια περιεκτικότητα σε ομάδες, τόσο χαμηλότερο είναι το πορώδες του τροποποιημένου πολτού τσιμέντου του.

(3) Μετά την προσθήκη αιθέρα κυτταρίνης σε πολτό τσιμέντου, η επιφανειακή τάση της υγρής φάσης μειώνεται, έτσι ώστε ο πολτός τσιμέντου να σχηματίζει εύκολα φυσαλίδες, κατευθυντική προσρόφηση μορίων αιθέρα κυτταρίνης στη διεπιφάνεια αερίου-υγρού φυσαλίδων, βελτιώνει την αντοχή και τη σκληρότητα του η προσρόφηση μεμβράνης υγρού φυσαλίδων στη διεπαφή αερίου-υγρού φυσαλίδων, βελτιώνει την αντοχή του υγρού φιλμ φυσαλίδων και ενισχύει την ικανότητα της σκληρής λάσπης να σταθεροποιεί τη φυσαλίδα.