Éter de celulosa no iónico en cemento polimérico.

Como aditivo indispensable en el cemento polimérico, el éter de celulosa no iónico ha recibido amplia atención e investigación. Con base en la literatura relevante nacional y extranjera, se discutieron la ley y el mecanismo del mortero de cemento modificado con éter de celulosa no iónico desde los aspectos de los tipos y la selección del éter de celulosa no iónico, su efecto sobre las propiedades físicas del cemento polimérico, Se expusieron su efecto sobre la micromorfología y las propiedades mecánicas, y las deficiencias de la investigación actual. Este trabajo promoverá la aplicación de éter de celulosa en cemento polimérico.

Palabras clave: éter de celulosa no iónico, cemento polimérico, propiedades físicas, propiedades mecánicas, microestructura

1. Descripción general

Con la creciente demanda y requisitos de rendimiento del cemento polimérico en la industria de la construcción, agregar aditivos para su modificación se ha convertido en un punto de investigación, entre los cuales, el éter de celulosa se ha utilizado ampliamente debido a su efecto sobre la retención de agua, el espesamiento, el retardo y el aire del mortero de cemento. etcétera. En este artículo se describen los tipos de éter de celulosa, los efectos sobre las propiedades físicas y mecánicas del cemento polimérico y la micromorfología del cemento polimérico, lo que proporciona una referencia teórica para la aplicación del éter de celulosa en el cemento polimérico.

2. Tipos de éter de celulosa no iónico

El éter de celulosa es un tipo de compuesto polimérico con estructura de éter elaborado a partir de celulosa. Hay muchos tipos de éter de celulosa, que tienen una gran influencia en las propiedades de los materiales a base de cemento y son difíciles de elegir. Según la estructura química de los sustituyentes, se pueden dividir en éteres aniónicos, catiónicos y no iónicos. El éter de celulosa no iónico con sustituyente de cadena lateral de H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH y otros grupos no disociables es el más utilizado en el cemento, los representantes típicos son el éter de metilcelulosa, el hidroxipropilmetilo. éter de celulosa, éter de hidroxietilmetilcelulosa, éter de hidroxietilcelulosa, etc. Los diferentes tipos de éteres de celulosa tienen diferentes efectos sobre el tiempo de fraguado del cemento. Según informes de la literatura anterior, HEC tiene la mayor capacidad retardante para el cemento, seguido de HPMc y HEMc, y Mc tiene la peor. Para el mismo tipo de éter de celulosa, el peso molecular o la viscosidad, el contenido de metilo, hidroxietilo e hidroxipropilo de estos grupos son diferentes y su efecto retardante también es diferente. En general, cuanto mayor es la viscosidad y mayor el contenido de grupos no disociables, peor es la capacidad de retardo. Por lo tanto, en el proceso de producción real, de acuerdo con los requisitos de la coagulación de mortero comercial, se puede seleccionar el contenido de grupo funcional apropiado del éter de celulosa. O en la producción de éter de celulosa al mismo tiempo, ajustar el contenido de grupos funcionales, hacer que cumpla con los requisitos de diferentes morteros.

3、la influencia del éter de celulosa no iónico en las propiedades físicas del cemento polimérico

3.1 Coagulación lenta

Para prolongar el tiempo de endurecimiento por hidratación del cemento, de modo que el mortero recién mezclado permanezca plástico durante mucho tiempo, para ajustar el tiempo de fraguado del mortero recién mezclado y mejorar su operatividad, generalmente se agrega retardador al mortero, no El éter de celulosa iónico es adecuado para el cemento polimérico y es un retardador común.

El efecto retardante del éter de celulosa no iónico sobre el cemento se ve afectado principalmente por su propio tipo, viscosidad, dosis, diferente composición de los minerales del cemento y otros factores. Pourchez J et al. mostraron que cuanto mayor era el grado de metilación del éter de celulosa, peor era el efecto retardante, mientras que el peso molecular del éter de celulosa y el contenido de hidroxipropoxi tenían un efecto débil sobre el retardo de la hidratación del cemento. Con el aumento de la viscosidad y la cantidad de dopaje del éter de celulosa no iónico, la capa de adsorción en la superficie de las partículas de cemento se espesa, el tiempo de fraguado inicial y final del cemento se extiende y el efecto retardante es más obvio. Los estudios han demostrado que la liberación temprana de calor de las lechadas de cemento con diferentes contenidos de HEMC es aproximadamente un 15% menor que la de las lechadas de cemento puro, pero no hay una diferencia significativa en el proceso de hidratación posterior. Singh NK et al. mostró que con el aumento de la cantidad de dopaje HEc, la liberación de calor de hidratación del mortero de cemento modificado mostró una tendencia de primero aumentar y luego disminuir, y el contenido de HEC al alcanzar la máxima liberación de calor de hidratación estaba relacionado con la edad de curado.

Además, se ha descubierto que el efecto retardante del éter de celulosa no iónico está estrechamente relacionado con la composición del cemento. Peschard et al. Descubrieron que cuanto menor era el contenido de aluminato tricálcico (C3A) en el cemento, más evidente era el efecto retardante del éter de celulosa. Schmitz L et al. Se creía que esto se debía a las diferentes formas del éter de celulosa en la cinética de hidratación del silicato tricálcico (C3S) y del aluminato tricálcico (C3A). El éter de celulosa podría reducir la velocidad de reacción en el período de aceleración del C3S, mientras que para el C3A podría prolongar el período de inducción y finalmente retrasar el proceso de solidificación y endurecimiento del mortero.

Existen diferentes opiniones sobre el mecanismo del éter de celulosa no iónico que retrasa la hidratación del cemento. Silva et al. Liu creía que la introducción de éter de celulosa haría que aumentara la viscosidad de la solución de los poros, bloqueando así el movimiento de los iones y retrasando la condensación. Sin embargo, Pourchez et al. Creían que había una relación obvia entre el retraso del éter de celulosa en la hidratación del cemento y la viscosidad de la lechada de cemento. Otra teoría es que el efecto retardante del éter de celulosa está estrechamente relacionado con la degradación de los álcalis. Los polisacáridos tienden a degradarse fácilmente para producir ácido hidroxil carboxílico que puede retrasar la hidratación del cemento en condiciones alcalinas. Sin embargo, los estudios han encontrado que el éter de celulosa es muy estable en condiciones alcalinas y sólo se degrada ligeramente, y la degradación tiene poco efecto sobre el retraso de la hidratación del cemento. En la actualidad, la opinión más consistente es que el efecto retardante se debe principalmente a la adsorción. Específicamente, el grupo hidroxilo en la superficie molecular del éter de celulosa es ácido, el ca(0H) en el sistema de cemento de hidratación y otras fases minerales son alcalinas. Bajo la acción sinérgica de los enlaces de hidrógeno, las moléculas de éter de celulosa ácidas, hidrofóbicas y complejantes se adsorberán en la superficie de las partículas de cemento alcalino y los productos de hidratación. Además, se forma una fina película en su superficie, lo que dificulta el crecimiento posterior de estos núcleos cristalinos en fase mineral y retrasa la hidratación y el fraguado del cemento. Cuanto mayor sea la capacidad de adsorción entre los productos de hidratación del cemento y el éter de celulosa, más evidente será el retraso de la hidratación del cemento. Por un lado, el tamaño del impedimento estérico juega un papel decisivo en la capacidad de adsorción, como el pequeño impedimento estérico del grupo hidroxilo, su fuerte acidez y la adsorción también es fuerte. Por otro lado, la capacidad de adsorción también depende de la composición de los productos de hidratación del cemento. Pourchez et al. Descubrieron que el éter de celulosa se adsorbe fácilmente en la superficie de productos de hidratación como ca (0H) 2, gel csH y aluminato de calcio hidratado, pero no es fácil de adsorber por la etringita y la fase no hidratada. El estudio de Mullert también mostró que el éter de celulosa tenía una fuerte adsorción en c3s y sus productos de hidratación, por lo que la hidratación de la fase de silicato se retrasó significativamente. La adsorción de etringita fue baja, pero la formación de etringita se retrasó significativamente. Esto se debió a que el retraso en la formación de etringita se vio afectado por el equilibrio de Ca2+ en solución, que era la continuación del retraso del éter de celulosa en la hidratación del silicato.

3.2 Preservación del agua

Otro efecto de modificación importante del éter de celulosa en el mortero de cemento es aparecer como un agente de retención de agua, que puede evitar que la humedad del mortero húmedo se evapore prematuramente o sea absorbida por la base, y retrasa la hidratación del cemento al tiempo que extiende el tiempo de operación del mortero de cemento. mortero húmedo, para garantizar que el mortero fino se pueda peinar, el mortero enlucido se pueda esparcir y no sea necesario humedecer previamente el mortero fácil de absorber.

La capacidad de retención de agua del éter de celulosa está estrechamente relacionada con su viscosidad, dosis, tipo y temperatura ambiente. Otras condiciones son las mismas, cuanto mayor sea la viscosidad del éter de celulosa, mejor será el efecto de retención de agua, una pequeña cantidad de éter de celulosa puede mejorar considerablemente la tasa de retención de agua del mortero; Para el mismo éter de celulosa, cuanto mayor es la cantidad añadida, mayor es la tasa de retención de agua del mortero modificado, pero existe un valor óptimo, más allá del cual la tasa de retención de agua aumenta lentamente. Para diferentes tipos de éter de celulosa, también existen diferencias en la retención de agua, como HPMc en las mismas condiciones que Mc mejor retención de agua. Además, el rendimiento de retención de agua del éter de celulosa disminuye con el aumento de la temperatura ambiente.

En general, se cree que la razón por la cual el éter de celulosa tiene la función de retención de agua se debe principalmente a que el 0H en la molécula y el átomo 0 en el enlace éter se asociarán con las moléculas de agua para sintetizar el enlace de hidrógeno, de modo que el agua libre se vuelve vinculante. agua, para desempeñar un buen papel de retención de agua; También se cree que la cadena macromolecular del éter de celulosa desempeña un papel restrictivo en la difusión de las moléculas de agua, para controlar eficazmente la evaporación del agua y lograr una alta retención de agua; Pourchez J argumentó que el éter de celulosa logró el efecto de retención de agua mejorando las propiedades reológicas de la lechada de cemento recién mezclada, la estructura de la red porosa y la formación de una película de éter de celulosa que dificultaba la difusión del agua. Laetitia P et al. También creemos que la propiedad reológica del mortero es un factor clave, pero también creemos que la viscosidad no es el único factor que determina el excelente rendimiento de retención de agua del mortero. Vale la pena señalar que aunque el éter de celulosa tiene un buen rendimiento de retención de agua, su absorción de agua del mortero de cemento endurecido modificado se reducirá, la razón es que el éter de celulosa en la película del mortero y en el mortero hay una gran cantidad de pequeños poros cerrados, bloqueando el mortero dentro del capilar.

3.3 Engrosamiento

La consistencia del mortero es uno de los índices importantes para medir su rendimiento laboral. A menudo se introduce éter de celulosa para aumentar la consistencia. La “consistencia” representa la capacidad del mortero recién mezclado para fluir y deformarse bajo la acción de la gravedad o fuerzas externas. Las dos propiedades de espesamiento y retención de agua se complementan. Agregar una cantidad adecuada de éter de celulosa no solo puede mejorar el rendimiento de retención de agua del mortero, garantizar una construcción suave, sino también aumentar la consistencia del mortero, aumentar significativamente la capacidad antidispersión del cemento, mejorar el rendimiento de la unión entre el mortero y la matriz y Reducir el fenómeno de hundimiento del mortero.

El efecto espesante del éter de celulosa proviene principalmente de su propia viscosidad, cuanto mayor sea la viscosidad, mejor será el efecto espesante, pero si la viscosidad es demasiado grande, reducirá la fluidez del mortero, afectando la construcción. Los factores que afectan el cambio de viscosidad, como el peso molecular (o grado de polimerización) y la concentración de éter de celulosa, la temperatura de la solución y la velocidad de corte, afectarán el efecto espesante final.

El mecanismo de espesamiento del éter de celulosa proviene principalmente de la hidratación y el entrelazamiento entre moléculas. Por un lado, la cadena polimérica del éter de celulosa es fácil de formar enlaces de hidrógeno con agua en agua, el enlace de hidrógeno hace que tenga una alta hidratación; Por otro lado, cuando se añade éter de celulosa al mortero, este absorberá mucha agua, por lo que su propio volumen se expande mucho, reduciendo el espacio libre de las partículas, al mismo tiempo las cadenas moleculares del éter de celulosa se entrelazan entre sí. Para formar una estructura de red tridimensional, las partículas de mortero están rodeadas en las que no fluye libremente. En otras palabras, bajo estas dos acciones se mejora la viscosidad del sistema, consiguiendo así el efecto espesante deseado.

4. Efecto del éter de celulosa no iónico sobre la morfología y estructura de poros del cemento polimérico.

Como se puede ver en lo anterior, el éter de celulosa no iónico juega un papel vital en el cemento polimérico y su adición ciertamente afectará la microestructura de todo el mortero de cemento. Los resultados muestran que el éter de celulosa no iónico generalmente aumenta la porosidad del mortero de cemento y aumenta el número de poros en el tamaño de 3 nm ~ 350 um, entre los cuales el número de poros en el rango de 100 nm ~ 500 nm aumenta más. La influencia sobre la estructura de los poros del mortero de cemento está estrechamente relacionada con el tipo y la viscosidad del éter de celulosa no iónico añadido. Ou Zhihua et al. Se cree que cuando la viscosidad es la misma, la porosidad del mortero de cemento modificado por HEC es menor que la del HPMc y Mc añadidos como modificadores. Para el mismo éter de celulosa, cuanto menor es la viscosidad, menor es la porosidad del mortero de cemento modificado. Al estudiar el efecto de HPMc en la apertura de paneles aislantes de cemento espumado, Wang Yanru et al. Descubrió que la adición de HPMC no cambia significativamente la porosidad, pero puede reducir significativamente la apertura. Sin embargo, Zhang Guodian et al. Descubrieron que cuanto mayor era el contenido de HEMc, más obvia era la influencia en la estructura de los poros de la lechada de cemento. La adición de HEMc puede aumentar significativamente la porosidad, el volumen total de los poros y el radio promedio de los poros de la lechada de cemento, pero el área de superficie específica del poro disminuye y el número de poros capilares grandes de más de 50 nm de diámetro aumenta significativamente y los poros introducidos. Son principalmente poros cerrados.

Se analizó el efecto del éter de celulosa no iónico en el proceso de formación de la estructura de poros de la lechada de cemento. Se encontró que la adición de éter de celulosa cambiaba principalmente las propiedades de la fase líquida. Por un lado, la tensión superficial de la fase líquida disminuye, lo que facilita la formación de burbujas en el mortero de cemento, y ralentizará el drenaje de la fase líquida y la difusión de las burbujas, de modo que es difícil que las burbujas pequeñas se acumulen en burbujas grandes y se descarguen, por lo que el vacío. aumenta considerablemente; Por otro lado, la viscosidad de la fase líquida aumenta, lo que también inhibe el drenaje, la difusión y la fusión de las burbujas, y mejora la capacidad de estabilizar las burbujas. Por lo tanto, se puede obtener el modo de influencia del éter de celulosa en la distribución del tamaño de poro del mortero de cemento: en el rango de tamaño de poro de más de 100 nm, se pueden introducir burbujas reduciendo la tensión superficial de la fase líquida y se puede inhibir la difusión de burbujas mediante aumentar la viscosidad del líquido; en la región de 30 nm ~ 60 nm, la cantidad de poros en la región puede verse afectada al inhibir la fusión de burbujas más pequeñas.

5. Influencia del éter de celulosa no iónico en las propiedades mecánicas del cemento polimérico.

Las propiedades mecánicas del cemento polimérico están estrechamente relacionadas con su morfología. Con la adición de éter de celulosa no iónico aumenta la porosidad, lo que inevitablemente tendrá un efecto adverso sobre su resistencia, especialmente la resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión. La reducción de la resistencia a la compresión del mortero de cemento es significativamente mayor que la resistencia a la flexión. Ou Zhihua et al. Estudió la influencia de diferentes tipos de éter de celulosa no iónico en las propiedades mecánicas del mortero de cemento y descubrió que la resistencia del mortero de cemento modificado con éter de celulosa era menor que la del mortero de cemento puro, y la resistencia a la compresión 28d más baja fue solo del 44,3%. del de la lechada de cemento puro. La resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión de HPMc, HEMC y MC modificado con éter de celulosa son similares, mientras que la resistencia a la compresión y la resistencia a la flexión de la lechada de cemento modificada con HEc en cada edad son significativamente mayores. Esto está estrechamente relacionado con su viscosidad o peso molecular, cuanto mayor sea la viscosidad o peso molecular del éter de celulosa, o cuanto mayor sea la actividad superficial, menor será la resistencia de su mortero de cemento modificado.

Sin embargo, también se ha demostrado que el éter de celulosa no iónico puede mejorar la resistencia a la tracción, la flexibilidad y la cohesibilidad del mortero de cemento. Huang Liangen et al. encontraron que, contrariamente a la ley de cambio de la resistencia a la compresión, la resistencia al corte y la resistencia a la tracción de la lechada aumentaban con el aumento del contenido de éter de celulosa en el mortero de cemento. El análisis de la razón, después de la adición de éter de celulosa y emulsión de polímero juntos para formar una gran cantidad de película de polímero densa, mejora en gran medida la flexibilidad de la lechada y los productos de hidratación del cemento, cemento no hidratado, rellenos y otros materiales rellenos en esta película. , para asegurar la resistencia a la tracción del sistema de recubrimiento.

Para mejorar el rendimiento del cemento polimérico modificado con éter de celulosa no iónico, mejorar las propiedades físicas del mortero de cemento al mismo tiempo, no reducir significativamente sus propiedades mecánicas, la práctica habitual es combinar éter de celulosa y otros aditivos, añadidos a el mortero de cemento. Li Tao-wen et al. Se descubrió que el aditivo compuesto compuesto por éter de celulosa y pegamento polimérico en polvo no solo mejoraba ligeramente la resistencia a la flexión y la resistencia a la compresión del mortero, de modo que la cohesividad y viscosidad del mortero de cemento son más adecuadas para la construcción del revestimiento, sino que también mejoraba significativamente la retención de agua. Capacidad del mortero en comparación con el éter de celulosa simple. Xu Qi y cols. añadió polvo de escoria, agente reductor de agua y HEMc, y descubrió que el agente reductor de agua y el polvo mineral pueden aumentar la densidad del mortero, reducir el número de agujeros y mejorar la resistencia y el módulo elástico del mortero. HEMc puede aumentar la resistencia a la tracción del mortero, pero no es bueno para la resistencia a la compresión y el módulo elástico del mortero. Yang Xiaojie et al. descubrieron que el agrietamiento por contracción plástica del mortero de cemento se puede reducir significativamente después de mezclar fibra de HEMc y PP.

6. Conclusión

El éter de celulosa no iónico desempeña un papel importante en el cemento polimérico, que puede mejorar significativamente las propiedades físicas (incluido el retardo de la coagulación, la retención de agua y el espesamiento), la morfología microscópica y las propiedades mecánicas del mortero de cemento. Se ha trabajado mucho en la modificación de materiales a base de cemento mediante éter de celulosa, pero todavía quedan algunos problemas que requieren más estudio. Por ejemplo, en aplicaciones prácticas de ingeniería, se presta poca atención a la reología, las propiedades de deformación, la estabilidad del volumen y la durabilidad de los materiales a base de cemento modificados, y no se ha establecido una relación correspondiente regular con la adición de éter de celulosa. La investigación sobre el mecanismo de migración del polímero de éter de celulosa y los productos de hidratación del cemento en la reacción de hidratación aún es insuficiente. El proceso de acción y el mecanismo de los aditivos compuestos de éter de celulosa y otras mezclas no están lo suficientemente claros. La adición compuesta de éter de celulosa y materiales reforzados inorgánicos como fibra de vidrio no se ha perfeccionado. Todos estos serán el foco de futuras investigaciones para proporcionar orientación teórica para mejorar aún más el rendimiento del cemento polimérico.