Ümbritseva õhu temperatuuri mõju tsellulooseetriga modifitseeritud kipsi töödeldavusele

Tsellulooseetriga modifitseeritud kipsi jõudlus erinevatel ümbritseva õhu temperatuuridel on väga erinev, kuid selle mehhanism pole selge. Uuriti tsellulooseetri mõju kipsi lobri reoloogilistele parameetritele ja veeretentsioonile erinevatel ümbritseva õhu temperatuuridel. Vedelfaasilise tsellulooseetri hüdrodünaamilist läbimõõtu mõõdeti dünaamilise valguse hajumise meetodil ja uuriti mõjumehhanismi. Tulemused näitavad, et tsellulooseetril on kipsile hea vettpidav ja paksendav toime. Tsellulooseetri sisalduse suurenemisega suureneb läga viskoossus ja suureneb veepidavus. Temperatuuri tõustes aga teatud määral väheneb modifitseeritud kipsi puderi veepidamisvõime ning muutuvad ka reoloogilised parameetrid. Arvestades, et tsellulooseetri kolloidse ühendusega on võimalik saavutada veepeetus, blokeerides veetranspordikanali, võib temperatuuri tõus põhjustada tsellulooseetri tekitatud suuremahulise assotsiatsiooni lagunemise, vähendades seega modifitseeritud kipsi veepeetust ja töövõimet.

Võtmesõnad:kips; tselluloosi eeter; Temperatuur; Veepeetus; reoloogia

0. Sissejuhatus

Kipsi kui omamoodi keskkonnasõbralikku, heade ehitus- ja füüsikaliste omadustega materjali kasutatakse kaunistusprojektides laialdaselt. Kipsipõhiste materjalide kasutamisel lisatakse tavaliselt vett hoidvat ainet, et muuta läga, et vältida veekadu hüdratatsiooni- ja kõvenemisprotsessis. Tsellulooseeter on praegu kõige levinum vett kinnipidav aine. Kuna ioonne CE reageerib Ca2+-ga, kasutage sageli mitteioonset CE-d, nagu hüdroksüpropüülmetüültsellulooseeter, hüdroksüetüülmetüültsellulooseeter ja metüültsellulooseeter. Oluline on uurida tsellulooseetriga modifitseeritud kipsi omadusi kipsi paremaks rakendamiseks dekoratiivtehnikas.

Tsellulooseeter on suure molekulmassiga ühend, mis tekib leelistselluloosi ja eeterdava aine reaktsioonil teatud tingimustel. Ehitustehnikas kasutataval mitteioonsel tsellulooseetril on hea dispersioon, veepeetus, sidumis- ja paksendav toime. Tsellulooseetri lisamisel on väga ilmne mõju kipsi veepidavusele, kuid kipsiga karastatud keha painde- ja survetugevus väheneb veidi ka lisandikoguse suurenemisega. Selle põhjuseks on asjaolu, et tsellulooseetris on teatav õhku kaasahaarav toime, mis tekitab läga segamise protsessis mullid, vähendades seeläbi kõvastunud keha mehaanilisi omadusi. Samal ajal muudab liiga palju tsellulooseetrit kipsisegu liiga kleepuvaks, mille tulemuseks on selle ehitusomadused.

Kipsi hüdratatsiooniprotsessi võib jagada neljaks etapiks: kaltsiumsulfaadi hemihüdraadi lahustumine, kaltsiumsulfaadi dihüdraadi kristallisatsioonituuma moodustumine, kristalse tuuma kasv ja kristalse struktuuri moodustumine. Kipsi hüdratatsiooniprotsessis fikseerib kipsiosakeste pinnale adsorbeeruva tsellulooseetri hüdrofiilne funktsionaalrühm osa veemolekulidest, lükates nii edasi kipsi hüdratatsiooni tuuma moodustumise protsessi ja pikendades kipsi tardumisaega. SEM-i vaatluse kaudu leidis Mroz, et kuigi tsellulooseetri olemasolu aeglustas kristallide kasvu, kuid suurendas kristallide kattumist ja agregatsiooni.

Tsellulooseeter sisaldab hüdrofiilseid rühmi, nii et sellel on teatav hüdrofiilsus, polümeeri pika ahelaga ahelad on omavahel ühendatud nii, et sellel on kõrge viskoossus, nende kahe koostoime muudab tselluloosi kipsisegule hea vettpidava paksendava toime. Bulichen selgitas tsemendis oleva tsellulooseetri veepeetuse mehhanismi. Madala segamise korral adsorbeerub tsellulooseeter tsemendile molekulisiseseks veeimamiseks ja sellega kaasneb veepeetuse saavutamiseks paisumine. Sel ajal on veepeetus halb. Suures annuses moodustab tsellulooseeter sadu nanomeetreid kuni paar mikronit kolloidset polümeeri, blokeerides tõhusalt geelisüsteemi augus, et saavutada tõhus veepeetus. Tsellulooseetri toimemehhanism kipsis on sama, mis tsemendil, kuid kõrgem SO42- kontsentratsioon kipsi lobri vedelfaasis nõrgendab tselluloosi vettpidavat toimet.

Eeltoodud sisu põhjal võib tõdeda, et praegused tsellulooseetriga modifitseeritud kipsi uuringud keskenduvad enamasti tsellulooseetri hüdratatsiooniprotsessile kipsisegul, veepidavuse omadustele, kõvastunud keha mehaanilistele omadustele ja mikrostruktuurile ning tsellulooseetri tekkemehhanismile. veepeetus. Tsellulooseetri ja kipsi lobri vahelise koostoime uuringud kõrgel temperatuuril on aga endiselt ebapiisavad. Tsellulooseetri vesilahus želatiniseerub teatud temperatuuril. Temperatuuri tõustes väheneb järk-järgult tsellulooseetri vesilahuse viskoossus. Kui želatiniseerumistemperatuur on saavutatud, sadestub tsellulooseeter valgeks geeliks. Näiteks suvises ehituses on välistemperatuur kõrge, tsellulooseetri termilised geelomadused põhjustavad kindlasti muutusi modifitseeritud kipsi suspensiooni töödeldavuses. See töö uurib süstemaatiliste katsete kaudu temperatuuri tõusu mõju tsellulooseetriga modifitseeritud kipsmaterjali töödeldavusele ning annab juhiseid tsellulooseetriga modifitseeritud kipsi praktiliseks kasutamiseks.

1. Eksperiment

1.1 Tooraine

Kips on β-tüüpi looduslik ehituskips, mida pakub Beijing Ecological Home Group.

Tsellulooseeter, mis on valitud Shandong Yitengi rühma hüdroksüpropüülmetüültsellulooseetri hulgast, toote spetsifikatsioonid 75 000 mPa·s, 100 000 mPa·s ja 200 000 mPa·s, geelistumistemperatuur üle 60 ℃. Kipsi aeglustajaks valiti sidrunhape.

1.2 Reoloogia test

Kasutatud reoloogiliseks testimisvahendiks oli BROOKFIELD USA toodetud RST⁃CC reomeeter. Reoloogilised parameetrid, nagu plastiline viskoossus ja kipsi läga saagise nihkepinge, määrati proovimahuti MBT⁃40F⁃0046 ja CC3⁃40 rootori abil ning andmeid töödeldi RHE3000 tarkvaraga.

Kipsisegu omadused vastavad Binghami vedeliku reoloogilisele käitumisele, mida tavaliselt uuritakse Binghami mudeli abil. Kuid polümeeriga modifitseeritud kipsile lisatud tsellulooseetri pseudoplastilisuse tõttu on suspensioonil tavaliselt teatud nihkega hõrenemisomadus. Sel juhul suudab modifitseeritud Binghami (M⁃B) mudel paremini kirjeldada kipsi reoloogilist kõverat. Kipsi nihkedeformatsiooni uurimiseks kasutatakse selles töös ka Herschel⁃Bulkley (H⁃B) mudelit.

1.3 Veepeetuse test

Katseprotseduuri vt GB/T28627⁃2012 Krohvimiskrohv. Katse ajal, kus muutuja oli temperatuur, eelkuumutati kipsi ahjus 1h eelnevalt vastaval temperatuuril ning katses kasutatud segavett eelkuumutati 1h vastaval temperatuuril konstantse temperatuuriga veevannis ning instrument kasutas oli eelkuumutatud.

1.4 Hüdrodünaamilise läbimõõdu katse

HPMC polümeeri assotsiatsiooni hüdrodünaamilist läbimõõtu (D50) vedelas faasis mõõdeti dünaamilise valguse hajumise osakeste suuruse analüsaatoriga (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Tulemused ja arutelu

2.1 HPMC modifitseeritud kipsi reoloogilised omadused

Näivviskoossus on nihkepinge ja vedelikule mõjuva nihkekiiruse suhe ning see on parameeter, mis iseloomustab mitte-Newtoni vedelike voolu. Modifitseeritud kipsi lobri näiv viskoossus muutus koos tsellulooseetri sisaldusega kolmes erinevas spetsifikatsioonis (75000mPa·s, 100 000 mpa·s ja 200 000 mPa·s). Katse temperatuur oli 20 ℃. Kui reomeetri nihkekiirus on 14 min-1, võib leida, et kipsi lobri viskoossus suureneb koos HPMC lisamise suurenemisega ja mida kõrgem on HPMC viskoossus, seda suurem on modifitseeritud kipsi lobri viskoossus. See näitab, et HPMC-l on ilmne paksendav ja viskoossuse suurendav toime kipsi suspensioonile. Kipsipulber ja tsellulooseeter on teatud viskoossusega ained. Modifitseeritud kipsisegus adsorbeerub tsellulooseeter kipsi hüdratatsioonitoodete pinnale ning tsellulooseetri ja kipsisegu moodustatud võrgustik on omavahel põimunud, mille tulemuseks on "superpositsiooniefekt", mis parandab oluliselt kipsi üldist viskoossust. modifitseeritud kipsipõhine materjal.

75000 mPa·s-HPMC-ga legeeritud puhta kipsi (G⁃H) ja modifitseeritud kipsi (G⁃H) nihkepingekõverad, nagu järeldati muudetud Binghami (M⁃B) mudelist. Võib leida, et nihkekiiruse suurenemisega suureneb ka segu nihkepinge. Saadakse puhta kipsi ja HPMC modifitseeritud kipsi plastilise viskoossuse (ηp) ja voolavuse nihkepinge (τ0) väärtused erinevatel temperatuuridel.

Puhta kipsi ja HPMC modifitseeritud kipsi plastilise viskoossuse (ηp) ja voolavusnihkepinge (τ0) väärtustest erinevatel temperatuuridel on näha, et HPMC modifitseeritud kipsi voolavuspiir väheneb temperatuuri tõustes pidevalt ja saagis stress väheneb 33% temperatuuril 60 ℃ võrreldes 20 ℃. Vaadeldes plastilise viskoossuse kõverat, võib leida, et modifitseeritud kipsi lobri plastiline viskoossus väheneb ka temperatuuri tõustes. Puhta kipsi lobri voolavuspiir ja plastiline viskoossus aga suurenevad veidi temperatuuri tõusuga, mis viitab sellele, et HPMC modifitseeritud kipsi lobri reoloogiliste parameetrite muutumine temperatuuri tõusu protsessis on tingitud HPMC omaduste muutumisest.

Kipsi lobri voolavuspinge väärtus peegeldab maksimaalset nihkepinge väärtust, kui lobri peab vastu nihkedeformatsioonile. Mida suurem on voolavuspinge väärtus, seda stabiilsem võib kipsipulber olla. Plastiline viskoossus peegeldab kipsi läga deformatsioonikiirust. Mida suurem on plasti viskoossus, seda pikem on läga nihkedeformatsiooni aeg. Kokkuvõtteks võib öelda, et HPMC modifitseeritud kipsi lobri kaks reoloogilist parameetrit vähenevad ilmselgelt temperatuuri tõustes ning HPMC paksendav toime kipsisusbil nõrgeneb.

Pulbri nihkedeformatsioon viitab nihke paksenemisele või nihkele hõrenemisele, mis peegeldub lägas nihkejõu mõjul. Läga nihkedeformatsiooniefekti saab hinnata sobituskõveralt saadud pseudoplastilise indeksi n järgi. Kui n < 1, ilmneb kipsilobris nihkehõrenemine ja kipsi lobri nihkehõrenemise aste muutub n vähenemisega suuremaks. Kui n > 1, ilmnes kipsi suspensioonis nihkepaksenemine ja kipsi lobri nihkepaksenemise aste suurenes n suurenemisega. HPMC modifitseeritud kipsi lobri reoloogilised kõverad erinevatel temperatuuridel Herschel⁃Bulkley (H⁃B) mudeli sobitamise põhjal, saadakse seega HPMC modifitseeritud kipsi lobri pseudoplastiline indeks n.

HPMC modifitseeritud kipsi lobri pseudoplastilise indeksi n järgi on HPMC-ga segatud kipsi lobri nihkedeformatsioon hõrenemine ja n väärtus tõuseb järk-järgult koos temperatuuri tõusuga, mis näitab, et HPMC modifitseeritud kipsi nihke hõrenemiskäitumine temperatuuri mõjul teatud määral nõrgeneda.

Tuginedes modifitseeritud kipsi lobri näivatele viskoossuse muutustele nihkekiirusega, mis on arvutatud nihkepinge andmetest 75000 mPa· HPMC erinevatel temperatuuridel, võib leida, et modifitseeritud kipsi lobri plastiline viskoossus väheneb nihkekiiruse suurenemisega kiiresti. mis kontrollib H⁃B mudeli sobivuse tulemust. Modifitseeritud kipsi lobril ilmnesid nihkega hõrenemise omadused. Temperatuuri tõustes väheneb segu näiv viskoossus teatud määral madalal nihkekiirusel, mis näitab, et modifitseeritud kipsi lobri nihkelahjendav toime nõrgeneb.

Kipspahtli tegelikul kasutamisel peab kipsipulber olema hõõrdumisprotsessis kergesti deformeeruv ja püsima puhkeolekus stabiilne, mis eeldab, et kipsi lobril on head nihkevedelusomadused ning HPMC modifitseeritud kipsi nihkemuutus on haruldane. teatud määral, mis ei soodusta kipsmaterjalide ehitamist. HPMC viskoossus on üks olulisi parameetreid ja ka peamine põhjus, miks see mängib paksendavat rolli, parandades segamisvoolu muutuvaid omadusi. Tsellulooseeter ise on kuuma geeli omadustega, selle vesilahuse viskoossus väheneb temperatuuri tõustes järk-järgult ja geelistumistemperatuuri saavutamisel sadestub valge geel. Tsellulooseetriga modifitseeritud kipsi reoloogiliste parameetrite muutumine temperatuuriga on tihedalt seotud viskoossuse muutumisega, kuna paksendav toime tuleneb tsellulooseetri ja segatud lobri superpositsioonist. Praktilises inseneritöös tuleks arvesse võtta keskkonnatemperatuuri mõju HPMC jõudlusele. Näiteks tuleks toormaterjalide temperatuuri reguleerida suvel kõrgel temperatuuril, et vältida kõrgest temperatuurist tingitud modifitseeritud kipsi halba töövõimet.

2.2 VeepeetusHPMC modifitseeritud kips

Kolme erineva tsellulooseetri spetsifikatsiooniga modifitseeritud kipsi lobri veepidavust muudetakse koos doseerimiskõveraga. HPMC doosi suurendamisega paraneb oluliselt kipsi lobri veepeetus ja kasvutrend muutub stabiilseks, kui HPMC annus jõuab 0,3%-ni. Lõpuks on kipsi lobri veepeetus stabiilne 90–95%. See näitab, et HPMC-l on kivipasta pastale ilmne vettpidav toime, kuid vett kinnipidav toime ei parane oluliselt, kui annus suureneb. HPMC kolme spetsifikatsiooni veepeetusmäära erinevus ei ole suur, näiteks kui sisaldus on 0,3%, veepeetuse määra vahemik on 5%, standardhälve on 2,2. Kõrgeima viskoossusega HPMC ei ole kõrgeim veepeetuse määr ja madalaima viskoossusega HPMC ei ole madalaim veepeetuse määr. Võrreldes puhta kipsiga on aga kipsilobri kolme HPMC veepeetus märkimisväärselt paranenud ja 0,3% sisaldusega modifitseeritud kipsi veepeetus on suurenenud 95%, 106%, 97% võrreldes tühi kontrollrühm. Tsellulooseeter võib ilmselgelt parandada kipsi läga veepeetust. HPMC sisalduse suurenemisega jõuab erineva viskoossusega HPMC modifitseeritud kipsi lobri veepeetus järk-järgult küllastuspunktini. 10000mPa·sHPMC saavutas küllastuspunkti 0,3%, 75000mPa·s ja 20000mPa·s HPMC saavutas küllastuspunkti 0,2%. Tulemused näitavad, et 75000 mPa·s HPMC modifitseeritud kipsi veepeetus muutub erinevate dooside korral temperatuuriga. Temperatuuri langusega HPMC modifitseeritud kipsi veepidavuse määr järk-järgult väheneb, samas kui puhta kipsi veepidavuse määr jääb põhimõtteliselt muutumatuks, mis näitab, et temperatuuri tõus nõrgendab HPMC veepidavust kipsile. HPMC veepeetuse määr vähenes 31,5%, kui temperatuur tõusis 20 ℃-lt 40 ℃-le. Kui temperatuur tõuseb 40 ℃-lt 60 ℃-le, on HPMC modifitseeritud kipsi veepidavuse määr põhimõtteliselt sama, mis puhtal kipsil, mis näitab, et HPMC on praegusel ajal kaotanud kipsi veepeetust parandava efekti. Jian Jian ja Wang Peiming tegid ettepaneku, et tsellulooseetris endas on termiline geelinähtus, temperatuurimuutused põhjustavad muutusi tsellulooseetri viskoossuses, morfoloogias ja adsorptsioonis, mis toob kindlasti kaasa muutusi läga segu toimimises. Bulichen leidis ka, et HPMC-d sisaldavate tsemendilahuste dünaamiline viskoossus vähenes temperatuuri tõustes.

Temperatuuri tõusust põhjustatud segu veepeetuse muutus tuleks kombineerida tsellulooseetri mehhanismiga. Bulichen selgitas mehhanismi, mille abil tsellulooseeter suudab tsemendis vett säilitada. Tsemendipõhistes süsteemides parandab HPMC läga veepeetust, vähendades tsementeerimissüsteemi moodustatud filtrikoogi läbilaskvust. Teatud HPMC kontsentratsioon vedelas faasis moodustab mitmesajast nanomeetrist kuni mõne mikronini kolloidse assotsiatsiooni, sellel on teatud ruumala polümeeri struktuur, mis võib tõhusalt sulgeda vee ülekandekanali seguga, vähendada "filtrikoogi" läbilaskvust. tõhusa veepeetuse saavutamiseks. Bulichen näitas ka, et kipsi HPMCS-il on sama mehhanism. Seetõttu võib HPMC poolt vedelfaasis moodustunud assotsiatsiooni hüdromehaanilise läbimõõdu uurimine selgitada HPMC mõju kipsi veeretentsioonile.

2.3 HPMC kolloidse assotsiatsiooni hüdrodünaamiline diameeter

75000 mPa·s HPMC erineva kontsentratsiooniga osakeste jaotuskõverad vedelas faasis ja kolme HPMC spetsifikatsiooni osakeste jaotuskõverad vedelas faasis kontsentratsioonil 0,6%. HPMC kolme spetsifikatsiooniga osakeste jaotuskõveralt vedelas faasis, kui kontsentratsioon on 0,6%, on näha, et HPMC kontsentratsiooni suurenemisega suureneb ka vedelas faasis moodustunud seonduvate ühendite osakeste suurus. Kui kontsentratsioon on madal, on HPMC agregatsioonist moodustunud osakesed väikesed ja ainult väike osa HPMC-st agregeerub osakesteks laiusega 100 nm. Kui HPMC kontsentratsioon on 1%, on suur hulk kolloidseid assotsiatsioone hüdrodünaamilise läbimõõduga umbes 300 nm, mis on oluline märk molekulaarsest kattumisest. See "suuremahuline" polümerisatsioonistruktuur võib tõhusalt blokeerida segus oleva vee ülekandekanali, vähendada "koogi läbilaskvust" ja kipsisegu vastav veepeetus sellel kontsentratsioonil on samuti suurem kui 90%. Erineva viskoossusega HPMC hüdromehaanilised läbimõõdud vedelas faasis on põhimõtteliselt samad, mis seletab erineva viskoossusega HPMC modifitseeritud kipsi lobri sarnast veepeetust.

Osakeste suuruse jaotuskõverad 75000mPa·s HPMC 1% kontsentratsiooniga erinevatel temperatuuridel. Temperatuuri tõusuga võib ilmselgelt leida HPMC kolloidse assotsiatsiooni lagunemist. Temperatuuril 40 ℃ kadus 300 nm assotsiatsiooni suur maht täielikult ja lagunes väikesteks osakesteks 15 nm. Temperatuuri edasise tõusuga muutub HPMC väiksemateks osakesteks ja kipsilobri veepeetus kaob täielikult.

HPMC omaduste muutumist koos temperatuuri tõusuga nimetatakse ka kuuma geeli omadusteks, olemasolev levinud seisukoht on, et madalal temperatuuril dispergeeritakse HPMC makromolekulid esmalt vees lahuse lahustamiseks, kõrge kontsentratsiooniga HPMC molekulid moodustavad suure osakeste assotsiatsiooni. . Temperatuuri tõustes HPMC hüdratatsioon nõrgeneb, ahelatevaheline vesi väljub järk-järgult, suured assotsiatsiooniühendid hajuvad järk-järgult väikesteks osakesteks, lahuse viskoossus väheneb ja geelistumisel moodustub kolmemõõtmeline võrgustruktuur. saavutatakse temperatuur ja valge geel sadestub.

Bodvik leidis, et vedelfaasis HPMC mikrostruktuur ja adsorptsiooniomadused on muutunud. Kombineerituna Bulicheni teooriaga HPMC kolloidse assotsiatsiooni blokeerimise kohta läga veetranspordi kanalit, jõuti järeldusele, et temperatuuri tõus viis HPMC kolloidse assotsiatsiooni lagunemiseni, mille tulemuseks on modifitseeritud kipsi veepeetuse vähenemine.

3. Järeldus

(1) Tsellulooseeter ise on suure viskoossusega ja kipsipulgaga "peale kantud" efektiga, millel on ilmselge paksendav toime. Toatemperatuuril muutub paksendav toime ilmsemaks viskoossuse ja tsellulooseetri annuse suurenemisega. Temperatuuri tõustes aga tsellulooseetri viskoossus väheneb, paksendav toime nõrgeneb, kipsisegu voolavusnihkepinge ja plastiline viskoossus vähenevad, pseudoplastilisus nõrgeneb, ehitusomadus halveneb.

(2) Tsellulooseeter parandas kipsi veepeetust, kuid temperatuuri tõusuga vähenes oluliselt ka modifitseeritud kipsi veepeetus, isegi 60 ℃ juures kaotab veepeetuse mõju täielikult. Tselluloosi eeter parandas oluliselt kipsi lobri veepeetust ja erineva viskoossusega HPMC modifitseeritud kipsi lobri veepeetus saavutas doosi suurendamisega järk-järgult küllastuspunkti. Kipsi veepeetus on üldiselt võrdeline tsellulooseetri viskoossusega, kõrge viskoossusega on sellel vähe mõju.

(3) Sisemised tegurid, mis muudavad tsellulooseetri veepeetust temperatuuriga, on tihedalt seotud vedelas faasis tsellulooseetri mikroskoopilise morfoloogiaga. Teatud kontsentratsioonil kipub tsellulooseeter agregeeruma, moodustades suuri kolloidseid kooslusi, blokeerides kipsisegu veetranspordikanali, et saavutada kõrge veepeetus. Temperatuuri tõusuga aga dispergeerub tsellulooseetri enda termilise geelistumise tõttu varem moodustunud suur kolloidne kooslus uuesti, mis viib veepeetuse vähenemiseni.