Lechada de cemento modificada con éter de celulosa

Se estudió el efecto de diferentes estructuras moleculares del éter de celulosa no iónico en la estructura de los poros de la lechada de cemento mediante pruebas de densidad de rendimiento y observación macroscópica y microscópica de la estructura de los poros. Los resultados muestran que el éter de celulosa no iónico puede aumentar la porosidad de la lechada de cemento. Cuando la viscosidad de la suspensión modificada con éter de celulosa no iónico es similar, la porosidad deéter de hidroxietilcelulosa(HEC) la suspensión modificada es más pequeña que la de la suspensión modificada con éter de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) y la suspensión modificada con éter de metilcelulosa (MC). Cuanto menor sea la viscosidad/peso molecular relativo del éter de celulosa HPMC con contenido de grupo similar, menor será la porosidad de su lechada de cemento modificada. El éter de celulosa no iónico puede reducir la tensión superficial de la fase líquida y hacer que la lechada de cemento forme burbujas fácilmente. Las moléculas de éter de celulosa no iónicas se adsorben direccionalmente en la interfaz gas-líquido de las burbujas, lo que también aumenta la viscosidad de la fase de lechada de cemento y mejora la capacidad de la lechada de cemento para estabilizar las burbujas.

Palabras clave:éter de celulosa no iónico; Lechada de cemento; Estructura de poros; Estructura molecular; Tensión superficial; viscosidad

El éter de celulosa no iónico (en lo sucesivo denominado éter de celulosa) tiene un excelente espesamiento y retención de agua, y se usa ampliamente en morteros mixtos secos, concreto autocompactante y otros materiales nuevos a base de cemento. Los éteres de celulosa utilizados en materiales a base de cemento generalmente incluyen éter de metilcelulosa (MC), éter de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC), éter de hidroxietilmetilcelulosa (HEMC) y éter de hidroxietilcelulosa (HEC), entre los cuales HPMC y HEMC son las aplicaciones más comunes. .

El éter de celulosa puede afectar significativamente la estructura de los poros de la lechada de cemento. Pourchez et al., mediante pruebas de densidad aparente, pruebas de tamaño de poro (método de inyección de mercurio) y análisis de imágenes sEM, concluyeron que el éter de celulosa puede aumentar el número de poros con un diámetro de aproximadamente 500 nm y de poros con un diámetro de aproximadamente 50-250 μm en lechada de cemento. Además, para la lechada de cemento endurecida, la distribución del tamaño de los poros de la lechada de cemento modificada con HEC de bajo peso molecular es similar a la de la lechada de cemento puro. El volumen total de poros de la lechada de cemento modificada con HEC de alto peso molecular es mayor que el de la lechada de cemento pura, pero menor que el de la lechada de cemento modificada con HPMC con aproximadamente la misma consistencia. A través de la observación SEM, Zhang et al. descubrió que HEMC podría aumentar significativamente el número de poros con un diámetro de aproximadamente 0,1 mm en mortero de cemento. También encontraron mediante una prueba de inyección de mercurio que HEMC podría aumentar significativamente el volumen total de poros y el diámetro promedio de los poros de la lechada de cemento, lo que resulta en un aumento significativo en el número de poros grandes con un diámetro de 50 nm ~ 1 μm y poros grandes con un diámetro de más. de 1μm. Sin embargo, el número de poros con un diámetro inferior a 50 nm se redujo significativamente. Saric-Coric et al. Se creía que el éter de celulosa haría que la lechada de cemento fuera más porosa y provocaría un aumento de los macroporos. Jenni y cols. Probó la densidad de rendimiento y determinó que la fracción de volumen de poros del mortero de cemento modificado con HEMC era aproximadamente del 20%, mientras que el mortero de cemento puro contenía solo una pequeña cantidad de aire. Silva et al. Descubrió que, además de los dos picos a 3,9 nm y 40 ~ 75 nm como lechada de cemento puro, también había dos picos a 100 ~ 500 nm y superiores a 100 μm mediante la prueba de inyección de mercurio. Ma Baoguo et al. encontraron que el éter de celulosa aumentó el número de poros finos con diámetros menores a 1μm y poros grandes con diámetros mayores a 2μm en mortero de cemento mediante prueba de inyección de mercurio. En cuanto a la razón por la que el éter de celulosa aumenta la porosidad de la lechada de cemento, generalmente se cree que el éter de celulosa tiene actividad superficial, se enriquecerá en la interfaz de aire y agua, formando una película, para estabilizar las burbujas en la lechada de cemento.

A través del análisis de la literatura anterior, se puede ver que el efecto del éter de celulosa en la estructura de los poros de los materiales a base de cemento ha recibido gran atención. Sin embargo, existen muchos tipos de éter de celulosa, el mismo tipo de éter de celulosa, su peso molecular relativo, contenido de grupo y otros parámetros de estructura molecular también son muy diferentes, y los investigadores nacionales y extranjeros sobre la selección de éter de celulosa solo se limitan a sus respectivas aplicaciones. En el campo, la falta de representación, la conclusión es inevitable "sobregeneralización", por lo que la explicación del mecanismo del éter de celulosa no es lo suficientemente profunda. En este artículo, se estudió el efecto del éter de celulosa con diferente estructura molecular sobre la estructura de los poros de la lechada de cemento mediante pruebas de densidad aparente y observación macroscópica y microscópica de la estructura de los poros.

1. Prueba

1.1 Materias primas

El cemento era un cemento Portland ordinario P·O 42,5 fabricado por Huaxin Cement Co., LTD., en el que la composición química se midió mediante un espectrómetro de fluorescencia de rayos X de dispersión de longitud de onda AXIOS Ad-Vanced (PANa - lytical, Países Bajos). y la composición de fases se estimó mediante el método de Bogue.

El éter de celulosa seleccionó cuatro tipos de éter de celulosa comercial, respectivamente éter de metilcelulosa (MC), éter de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC1, HPMC2) y éter de hidroxietilcelulosa (HEC), la estructura molecular de HPMC1 y HPMC2 son similares, pero la viscosidad es mucho menor que la de HPMC2. Es decir, la masa molecular relativa de HPMC1 es mucho menor que la de HPMC2. Debido a las propiedades similares del éter de hidroxietilmetilcelulosa (HEMc) y la HPMC, no se seleccionaron HEMC en este estudio. Para evitar la influencia del contenido de humedad en los resultados de las pruebas, todos los éteres de celulosa se hornearon a 98 ℃ durante 2 horas antes de su uso.

La viscosidad del éter de celulosa se probó con un viscosímetro rotatorio NDJ-1B (Shanghai Changji Company). La concentración de la solución de prueba (relación en masa de éter de celulosa a agua) fue del 2,0 %, la temperatura fue de 20 ℃ y la velocidad de rotación fue de 12 r/min. La tensión superficial del éter de celulosa se comprobó mediante el método del anillo. El instrumento de prueba fue el tensiómetro automático JK99A (Shanghai Zhongchen Company). La concentración de la solución de prueba fue del 0,01% y la temperatura fue de 20 ℃. El contenido del grupo éter de celulosa lo proporciona el fabricante.

Según la viscosidad, la tensión superficial y el contenido de grupos del éter de celulosa, cuando la concentración de la solución es del 2,0%, la relación de viscosidad de la solución de HEC y HPMC2 es 1:1,6, y la relación de viscosidad de la solución de HEC y MC es 1:0,4, pero En esta prueba, la relación agua-cemento es 0,35, la relación máxima de cemento es 0,6%, la relación másica de éter de celulosa a agua es aproximadamente 1,7%, menos de 2,0%, y el efecto sinérgico de la lechada de cemento sobre la viscosidad, por lo que la La diferencia de viscosidad de la lechada de cemento modificado con HEC, HPMC2 o MC es pequeña.

Según la viscosidad, la tensión superficial y el contenido de grupos del éter de celulosa, la tensión superficial de cada éter de celulosa es diferente. El éter de celulosa tiene grupos hidrófilos (grupos hidroxilo y éter) y grupos hidrófobos (anillo de carbono metilo y glucosa), es un tensioactivo. El éter de celulosa es diferente, el tipo y contenido de grupos hidrófilos e hidrófobos son diferentes, lo que da como resultado una tensión superficial diferente.

1.2 Métodos de prueba

Se prepararon seis tipos de lechada de cemento, incluida lechada de cemento pura, lechada de cemento modificada con cuatro éteres de celulosa (MC, HPMCl, HPMC2 y HEC) con una proporción de cemento del 0,60% y lechada de cemento modificada con HPMC2 con una proporción de cemento del 0,05%. Ref, MC - 0,60, HPMCl - 0,60, Hpmc2-0,60. HEC 1-0,60 y hpMC2-0,05 indican que la relación agua-cemento es ambos de 0,35.

Primero, la lechada de cemento de acuerdo con GB/T 17671 1999 “método de prueba de resistencia del mortero de cemento (método ISO)” se convirtió en un bloque de prueba de prismas de 40 mm × 40 mm × 160 mm, bajo la condición de curado sellado a 20 ℃ 28d. Después de pesar y calcular su densidad aparente, se abrió con un pequeño martillo y se observó y fotografió con una cámara digital el estado del macroagujero de la sección central del bloque de prueba. Al mismo tiempo, se tomaron pequeños trozos de 2,5 ~ 5,0 mm para su observación mediante microscopio óptico (microscopio de vídeo tridimensional HIROX) y microscopio electrónico de barrido (JSM-5610LV).

2. Resultados de la prueba

2.1 Densidad aparente

Según la densidad aparente de la lechada de cemento modificada por diferentes éteres de celulosa, (1) la densidad aparente de la lechada de cemento puro es la más alta, que es 2044 kg/m³; La densidad aparente de los cuatro tipos de lechada modificada con éter de celulosa con una proporción de cemento de 0,60 % fue del 74 % al 88 % de la de la lechada de cemento pura, lo que indica que el éter de celulosa provocó el aumento de la porosidad de la lechada de cemento. (2) Cuando la proporción de cemento a cemento es del 0,60%, el efecto de diferentes éteres de celulosa sobre la porosidad de la lechada de cemento es muy diferente. La viscosidad de la lechada de cemento modificada con HEC, HPMC2 y MC es similar, pero la densidad aparente de la lechada de cemento modificada con HEC es la más alta, lo que indica que la porosidad de la lechada de cemento modificada con HEC es menor que la de la lechada de cemento modificada con HPMc2 y Mc con viscosidad similar. . HPMc1 y HPMC2 tienen un contenido de grupos similar, pero la viscosidad de HPMCl es mucho menor que la de HPMC2, y la densidad aparente de la lechada de cemento modificada con HPMCl es significativamente mayor que la de la lechada de cemento modificada con HPMC2, lo que indica que cuando el contenido de grupo es similar , cuanto menor es la viscosidad del éter de celulosa, menor es la porosidad de la lechada de cemento modificada. (3) Cuando la relación cemento-cemento es muy pequeña (0,05%), la densidad aparente de la lechada de cemento modificada con HPMC2 es básicamente cercana a la de la lechada de cemento pura, lo que indica que el efecto del éter de celulosa sobre la porosidad del cemento la lechada es muy pequeña.

2.2 Poro macroscópico

Según las fotografías de la sección de lechada de cemento modificada con éter de celulosa tomadas con una cámara digital, la lechada de cemento puro es muy densa y casi no tiene poros visibles; Los cuatro tipos de lechada modificada con éter de celulosa con una proporción de cemento del 0,60% tienen poros más macroscópicos, lo que indica que el éter de celulosa conduce a un aumento de la porosidad de la lechada de cemento. De manera similar a los resultados de la prueba de densidad aparente, el efecto de diferentes tipos y contenidos de éter de celulosa sobre la porosidad de la lechada de cemento es bastante diferente. La viscosidad de la suspensión modificada con HEC, HPMC2 y MC es similar, pero la porosidad de la suspensión modificada con HEC es menor que la de la suspensión modificada con HPMC2 y MC. Aunque HPMC1 y HPMC2 tienen un contenido de grupos similar, la suspensión modificada con HPMC1 con menor viscosidad tiene una porosidad menor. Cuando la relación cemento-cemento de la lechada modificada con HPMc2 es muy pequeña (0,05%), el número de poros macroscópicos aumenta ligeramente que el de la lechada de cemento puro, pero se reduce considerablemente que el de la lechada modificada con HPMC2 con 0,60% de cemento. -relación cemento.

2.3 Poro microscópico

4. Conclusión

(1) El éter de celulosa puede aumentar la porosidad de la lechada de cemento.

(2) El efecto del éter de celulosa sobre la porosidad de la lechada de cemento con diferentes parámetros de estructura molecular es diferente: cuando la viscosidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa es similar, la porosidad de la lechada de cemento modificada con HEC es menor que la de HPMC y MC modificada lechada de cemento; Cuanto menor sea la viscosidad/peso molecular relativo del éter de celulosa HPMC con contenido de grupo similar, menor será la porosidad de su lechada de cemento modificada.

(3) Después de agregar éter de celulosa a la lechada de cemento, la tensión superficial de la fase líquida se reduce, de modo que la lechada de cemento es fácil de formar burbujas y la adsorción direccional de moléculas de éter de celulosa en la interfaz gas-líquido de burbujas, mejora la resistencia y tenacidad de La adsorción de la película líquida de burbujas en la interfaz gas-líquido de burbujas, mejora la resistencia de la película líquida de burbujas y fortalece la capacidad del lodo resistente para estabilizar la burbuja.