Mitteioonne tsellulooseeter polümeertsemendis

Polümeertsemendi asendamatu lisandina on mitteioonne tsellulooseeter pälvinud laialdast tähelepanu ja uurimistööd. Toetudes kodu- ja välismaisele vastavale kirjandusele, käsitleti mitteioonse tsellulooseetriga modifitseeritud tsemendimördi seadust ja mehhanismi mitteioonse tsellulooseetri tüüpide ja valiku aspektidest, selle mõjust polümeertsemendi füüsikalistele omadustele, toodi välja selle mõju mikromorfoloogiale ja mehaanilistele omadustele ning praeguste uuringute puudused. See töö soodustab tsellulooseetri kasutamist polümeertsemendis.

Võtmesõnad: mitteioonne tsellulooseeter, polümeersement, füüsikalised omadused, mehaanilised omadused, mikrostruktuur

1. Ülevaade

Seoses polümeerse tsemendi nõudluse ja jõudlusnõuete suurenemisega ehitustööstuses on selle modifikatsioonile lisandite lisamine muutunud uurimistööks, mille hulgas on tsellulooseetrit laialdaselt kasutatud, kuna see mõjutab tsemendimördi veepeetust, paksendamist, aeglustamist, õhku. ja nii edasi. Käesolevas töös kirjeldatakse tsellulooseetri liike, mõju polümeertsemendi füüsikalistele ja mehaanilistele omadustele ning polümeertsemendi mikromorfoloogiat, mis annab teoreetilise viite tsellulooseetri rakendamiseks polümeertsemendis.

2. Mitteioonse tsellulooseetri tüübid

Tsellulooseeter on tselluloosist valmistatud eeterstruktuuriga polümeerühend. Tsellulooseetreid, millel on suur mõju tsemendipõhiste materjalide omadustele ja mida on raske valida, on palju. Vastavalt asendajate keemilisele struktuurile võib need jagada anioonseteks, katioonseteks ja mitteioonseteks eetriteks. Tsemendis kasutatakse enim mitteioonset tselluloosi eetrit, mille külgahela asendajad on H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH ja muud mittedissotsieeruvad rühmad, tüüpilised esindajad on metüültsellulooseeter, hüdroksüpropüülmetüülmetüül. tsellulooseeter, hüdroksüetüülmetüültsellulooseeter, hüdroksüetüültsellulooseeter ja nii edasi. Erinevat tüüpi tsellulooseetritel on tsemendi tardumisajale erinev mõju. Varasemate kirjandusaruannete kohaselt on HEC-l kõige tugevam tsemendi pidurdusvõime, järgnevad HPMc ja HEMc ning Mc-il on kõige halvem. Sama tüüpi tsellulooseetri puhul on nende rühmade molekulmass või viskoossus, metüüli, hüdroksüetüüli, hüdroksüpropüüli sisaldus erinev, erinev on ka selle aeglustav toime. Üldiselt võib öelda, et mida suurem on viskoossus ja mida suurem on mittedissotsieeruvate rühmade sisaldus, seda halvem on viivitusvõime. Seetõttu saab tegelikus tootmisprotsessis vastavalt kaubandusliku mördi koagulatsiooni nõuetele valida sobiva tsellulooseetri funktsionaalrühma sisalduse. Või tsellulooseetri tootmisel samaaegselt reguleerida funktsionaalrühmade sisaldust, muuta see vastama erinevate mörtide nõuetele.

3、mitteioonse tsellulooseetri mõju polümeertsemendi füüsikalistele omadustele

3.1 Aeglane koagulatsioon

Tsemendi hüdratsiooni kõvenemise aja pikendamiseks, et äsja segatud mört jääks kaua plastiliseks, et kohandada äsja segatud mördi tardumisaega, parandada selle töövõimet, lisage tavaliselt mördile aeglustit, mitte ioonne tsellulooseeter sobib polümeerile tsement on tavaline aeglusti.

Mitteioonse tsellulooseetri aeglustavat toimet tsemendile mõjutavad peamiselt selle tüüp, viskoossus, annus, tsemendi mineraalide erinev koostis ja muud tegurid. Pourchez J et al. näitas, et mida kõrgem on tsellulooseetri metüülimise aste, seda halvem oli aeglustav toime, samas kui tsellulooseetri molekulmassil ja hüdroksüpropoksüsisaldusel oli nõrk mõju tsemendi hüdratatsiooni pidurdamisele. Mitteioonse tsellulooseetri viskoossuse ja dopingu koguse suurenemisega pakseneb tsemendiosakeste pinnal olev adsorptsioonikiht ning tsemendi esialgne ja lõplik tardumisaeg pikeneb ning aeglustav toime on ilmsem. Uuringud on näidanud, et erineva HEMC-sisaldusega tsemendilobrite varajane soojuseraldus on umbes 15% madalam kui puhastel tsemendipudeldel, kuid hilisemas hüdratatsiooniprotsessis pole olulist erinevust. Singh NK et al. näitas, et HEc dopingu koguse suurenemisega näitas modifitseeritud tsemendimördi hüdratatsioonisoojuse eraldumise trendi esmalt suurenemine ja seejärel langus ning HEC sisaldus maksimaalse hüdratatsioonisoojuse vabanemise saavutamisel oli seotud kõvenemise vanusega.

Lisaks on leitud, et mitteioonse tsellulooseetri aeglustav toime on tihedalt seotud tsemendi koostisega. Peschard et al. leidis, et mida madalam on trikaltsium-aluminaadi (C3A) sisaldus tsemendis, seda ilmsem on tsellulooseetri aeglustav toime. Schmitz L et al. arvasid, et selle põhjustasid tsellulooseetri erinevad viisid trikaltsiumsilikaadi (C3S) ja trikaltsiumaluminaadi (C3A) hüdratatsioonikineetikale. Tsellulooseeter võib vähendada reaktsioonikiirust C3S kiirendusperioodil, samas kui C3A puhul võib see pikendada induktsiooniperioodi ja lõpuks edasi lükata mördi tahkumise ja kõvenemise protsessi.

Tsemendi hüdratatsiooni edasilükkamise mitteioonse tsellulooseetri mehhanismi kohta on erinevaid arvamusi. Silva jt. Liu uskus, et tsellulooseetri kasutuselevõtt suurendab pooride lahuse viskoossust, blokeerides seega ioonide liikumise ja aeglustades kondenseerumist. Siiski, Pourchez et al. uskus, et tsellulooseetri viivituse tsemendi hüdratatsioonini ja tsemendilobri viskoossuse vahel on ilmne seos. Teine teooria on see, et tsellulooseetri aeglustav toime on tihedalt seotud leelise lagunemisega. Polüsahhariidid kipuvad kergesti lagunema, tekitades hüdroksüülkarboksüülhapet, mis võib leeliselistes tingimustes tsemendi hüdratsiooni edasi lükata. Uuringud on aga leidnud, et tsellulooseeter on leeliselistes tingimustes väga stabiilne ja laguneb vaid veidi ning lagunemisel on vähe mõju tsemendi hüdratatsiooni hilinemisele. Praegu on järjekindlam seisukoht, et aeglustavat toimet põhjustab peamiselt adsorptsioon. Täpsemalt on tsellulooseetri molekulipinna hüdroksüülrühm happeline, hüdratatsioonitsemendi süsteemis olev ca(0H) ja muud mineraalsed faasid on leeliselised. Vesiniksideme, kompleksi moodustava ja hüdrofoobse sünergilise toimel adsorbeeruvad happelised tsellulooseetri molekulid leeliseliste tsemendiosakeste ja hüdratatsiooniproduktide pinnale. Lisaks moodustub selle pinnale õhuke kile, mis takistab nende mineraalse faasi kristalli tuumade edasist kasvu ning lükkab edasi tsemendi hüdratatsiooni ja tardumist. Mida tugevam on adsorptsioonivõime tsemendi hüdratatsioonitoodete ja tsellulooseetri vahel, seda ilmsem on tsemendi hüdratatsiooni viivitus. Ühest küljest mängib adsorptsioonivõimes otsustavat rolli steerilise takistuse suurus, näiteks hüdroksüülrühma väike steeriline takistus, selle tugev happesus, adsorptsioon on samuti tugev. Teisest küljest sõltub adsorptsioonivõime ka tsemendi hüdratatsiooniproduktide koostisest. Pourchez jt. leidis, et tsellulooseeter adsorbeerub kergesti hüdratatsiooniproduktide, nagu ca (0H) 2, csH geel ja kaltsiumaluminaathüdraat, pinnale, kuid seda ei ole lihtne ettringiidi ja hüdraatimata faasiga adsorbeerida. Mullerti uuring näitas ka, et tsellulooseetris oli c3s ja selle hüdratatsiooniproduktide tugev adsorptsioon, mistõttu silikaatfaasi hüdratatsioon viibis oluliselt. Etringiidi adsorptsioon oli madal, kuid ettringiidi teke viibis oluliselt. Selle põhjuseks oli asjaolu, et ettringiidi moodustumise viivitust mõjutas lahuses olev ca2+ tasakaal, mis oli tsellulooseetri viivituse jätk silikaadi hüdratatsioonis.

3.2 Vee säilitamine

Tsemendimördis sisalduva tsellulooseetri teine ​​oluline modifikatsiooniefekt on see, et see on vettpidav, mis võib takistada märja mördi niiskuse enneaegset aurustumist või alusesse imendumist ning aeglustada tsemendi hüdratatsiooni, pikendades samal ajal tsemendi tööaega. märgmört, et tagada õhukese mördi kammitavus, krohvimört laiali laotada ning kergesti imenduv mört ei pea olema eelnevalt märjaks saanud.

Tsellulooseetri veepidavus on tihedalt seotud selle viskoossuse, annuse, tüübi ja ümbritseva õhu temperatuuriga. Muud tingimused on samad, mida suurem on tsellulooseetri viskoossus, seda parem on veepeetus, väike kogus tsellulooseetrit võib mördi veepeetust oluliselt parandada; Sama tsellulooseetri puhul, mida suurem on lisatav kogus, seda suurem on modifitseeritud mördi veepeetus, kuid on olemas optimaalne väärtus, mille ületamisel veepeetus suureneb aeglaselt. Erinevat tüüpi tsellulooseetri puhul on ka veepeetuse erinevusi, näiteks HPMc samadel tingimustel kui Mc parem veepeetus. Lisaks väheneb tsellulooseetri veepidavusvõime ümbritseva õhu temperatuuri tõustes.

Üldiselt arvatakse, et põhjus, miks tsellulooseeter täidab vee kinnihoidmise funktsiooni, tuleneb peamiselt sellest, et 0H molekulil ja 0 aatom eetersidemel on seotud veemolekulidega vesiniksideme sünteesimiseks, nii et vaba vesi muutub siduvaks. vesi, et täita head rolli vee kinnipidamisel; Samuti arvatakse, et tsellulooseetri makromolekulaarne ahel mängib piiravat rolli veemolekulide difusioonis, et tõhusalt kontrollida vee aurustumist ja saavutada kõrge veepeetus; Pourchez J väitis, et tsellulooseeter saavutas veepeetuse efekti, parandades äsja segatud tsemendilobri reoloogilisi omadusi, poorse võrgu struktuuri ja tsellulooseeterkile moodustumist, mis takistas vee difusiooni. Laetitia P et al. usuvad ka, et mördi reoloogiline omadus on võtmetegur, kuid usuvad ka, et viskoossus ei ole ainus tegur, mis määrab mördi suurepärase veepidavuse. Väärib märkimist, et kuigi tsellulooseetris on hea veepidavus, kuid selle modifitseeritud kõvastunud tsemendimördi veeimavus väheneb, on põhjuseks see, et mördi kiles on tsellulooseeter ja mördis on suur hulk väikeseid suletud poore, mis blokeerivad. mört kapillaari sees.

3.3 Paksendamine

Mördi konsistents on üks olulisi näitajaid selle töövõime mõõtmiseks. Konsistentsi suurendamiseks lisatakse sageli tsellulooseetrit. Konsistents tähistab värskelt segatud mördi võimet voolata ja deformeeruda gravitatsiooni või välisjõudude mõjul. Kaks omadust paksenemine ja veepidavus täiendavad teineteist. Sobiva koguse tsellulooseetri lisamine ei paranda mitte ainult mördi veepidavust, tagab sujuva ehituse, vaid suurendab ka mördi konsistentsi, suurendab oluliselt tsemendi dispersioonivastast võimet, parandab mördi ja maatriksi vahelist sidet ning vähendada mördi longusnähtust.

Tsellulooseetri paksendav toime tuleneb peamiselt tema enda viskoossusest, mida suurem on viskoossus, seda parem on paksendav efekt, kuid kui viskoossus on liiga suur, vähendab see mördi voolavust, mõjutades konstruktsiooni. Tegurid, mis mõjutavad viskoossuse muutust, nagu molekulmass (või polümerisatsiooniaste) ja tsellulooseetri kontsentratsioon, lahuse temperatuur, nihkekiirus, mõjutavad lõplikku paksendavat efekti.

Tsellulooseetri paksendamismehhanism tuleneb peamiselt hüdratatsioonist ja molekulidevahelisest takerdumisest. Ühest küljest on tsellulooseetri polümeerahelal lihtne moodustada vesiniksidemeid vees oleva veega, vesinikside annab selle kõrge hüdratatsioonivõimega; Teisest küljest, kui mördile lisada tsellulooseetrit, imab see palju vett, nii et selle enda maht suureneb oluliselt, vähendades osakeste vaba ruumi, samal ajal põimuvad tsellulooseetri molekulaarsed ahelad üksteisega kolmemõõtmelise võrgustiku struktuuri moodustamiseks ümbritsetakse mördiosakesed, milles mitte vaba voolamine. Teisisõnu, nende kahe toimingu korral paraneb süsteemi viskoossus, saavutades nii soovitud paksendava efekti.

4. Mitteioonse tsellulooseetri mõju polümeertsemendi morfoloogiale ja pooride struktuurile

Nagu ülaltoodust nähtub, on mitteioonsel tsellulooseeteril polümeertsemendis ülitähtis roll ning selle lisamine mõjutab kindlasti kogu tsemendimördi mikrostruktuuri. Tulemused näitavad, et mitteioonne tsellulooseeter suurendab tavaliselt tsemendimördi poorsust ja suureneb pooride arv suurusega 3nm ~ 350um, millest kõige enam suureneb pooride arv vahemikus 100nm ~ 500nm. Mõju tsemendimördi pooride struktuurile on tihedalt seotud lisatud mitteioonse tsellulooseetri tüübi ja viskoossusega. Ou Zhihua jt. usuti, et kui viskoossus on sama, on HEC-ga modifitseeritud tsemendimördi poorsus väiksem kui modifikaatoritena lisatud HPMc ja Mc. Sama tsellulooseetri puhul, mida väiksem on viskoossus, seda väiksem on modifitseeritud tsemendimördi poorsus. Uurides HPMc mõju vahttsemendi isolatsiooniplaadi avale, Wang Yanru et al. leidis, et HPMC lisamine ei muuda oluliselt poorsust, kuid võib oluliselt vähendada ava. Kuid Zhang Guodian et al. leidis, et mida suurem on HEMc sisaldus, seda ilmsem on mõju tsemendilobri pooride struktuurile. HEMc lisamine võib märkimisväärselt suurendada tsemendilobri poorsust, pooride kogumahtu ja keskmist pooride raadiust, kuid pooride eripind väheneb ning suurte, üle 50 nm läbimõõduga kapillaarpooride arv suureneb oluliselt ning sisestatud poorid on peamiselt suletud poorid.

Analüüsiti mitteioonse tsellulooseetri mõju tsemendilobri pooride struktuuri moodustumise protsessile. Leiti, et tsellulooseetri lisamine muutis peamiselt vedelfaasi omadusi. Ühest küljest väheneb vedelfaasi pindpinevus, mis muudab tsemendimördis mullide moodustumise lihtsaks ning aeglustab vedelfaasi äravoolu ja mullide difusiooni, nii et väikeseid mullikesi on raske suurteks mullideks koguda ja tühjendada, nii et tühjeneb. on oluliselt suurenenud; Teisest küljest suureneb vedelfaasi viskoossus, mis pärsib ka äravoolu, mullide difusiooni ja mullide ühinemist ning suurendab mullide stabiliseerimise võimet. Seetõttu on võimalik saada tsellulooseetri mõju tsemendimördi pooride suuruse jaotusele: pooride suurusvahemikus üle 100 nm saab vedelfaasi pindpinevust vähendades sisse viia mullid ja mullide difusiooni saab pärssida vedeliku viskoossuse suurendamine; 30 nm ~ 60 nm piirkonnas võib pooride arvu piirkonnas mõjutada väiksemate mullide ühinemise pärssimine.

5. Mitteioonse tsellulooseetri mõju polümeertsemendi mehaanilistele omadustele

Polümeertsemendi mehaanilised omadused on tihedalt seotud selle morfoloogiaga. Mitteioonse tsellulooseetri lisamisel suureneb poorsus, millel on kindlasti kahjulik mõju selle tugevusele, eriti surve- ja paindetugevusele. Tsemendimördi survetugevuse vähenemine on oluliselt suurem kui paindetugevus. Ou Zhihua jt. uuris erinevat tüüpi mitteioonsete tsellulooseetri mõju tsemendimördi mehaanilistele omadustele ning leidis, et tsellulooseetriga modifitseeritud tsemendimördi tugevus oli madalam kui puhtal tsemendimördil ​​ning madalaim 28d survetugevus oli vaid 44,3%. puhta tsemendiloga omast. HPMc, HEMC ja MC tsellulooseetri modifitseeritud surve- ja paindetugevus on sarnased, samas kui HEc modifitseeritud tsemendilobri surve- ja paindetugevus igas vanuses on oluliselt suuremad. See on tihedalt seotud nende viskoossuse või molekulmassiga, mida kõrgem on tsellulooseetri viskoossus või molekulmass või mida suurem on pinnaaktiivsus, seda madalam on selle modifitseeritud tsemendimördi tugevus.

Siiski on ka näidatud, et mitteioonne tsellulooseeter võib suurendada tsemendimördi tõmbetugevust, paindlikkust ja sidusust. Huang Liangen et al. leidis, et vastupidiselt survetugevuse muutumise seadusele suurenesid tsemendimördis tsellulooseetri sisalduse suurenemisega läga nihketugevus ja tõmbetugevus. Põhjuse analüüs parandab pärast tsellulooseetri ja polümeeri emulsiooni lisamist koos suure hulga tiheda polümeerkile moodustamiseks suspensiooni ja tsemendi hüdratatsioonitoodete, hüdraatimata tsemendi, täiteainete ja muude sellesse kilesse täidetud materjalide paindlikkust. , et tagada kattesüsteemi tõmbetugevus.

Mitteioonse tsellulooseetriga modifitseeritud polümeertsemendi toimivuse parandamiseks, samal ajal tsemendimördi füüsikaliste omaduste parandamiseks, ei vähenda oluliselt selle mehaanilisi omadusi, on tavaks sobitada tsellulooseeter ja muud lisandid. tsemendimört. Li Tao-wen jt. leidis, et tsellulooseetrist ja polümeerliimipulbrist koosnev komposiitlisand mitte ainult ei parandanud veidi mördi painde- ja survetugevust, nii et tsemendimördi sidusus ja viskoossus on kattekonstruktsiooni jaoks sobivamad, vaid parandas oluliselt ka veepeetust. mördi mahutavus võrreldes ühe tselluloosi eetriga. Xu Qi et al. lisati räbupulber, vett redutseeriv aine ja HEMc ning leiti, et vett redutseeriv aine ja mineraalpulber võivad suurendada mördi tihedust, vähendada aukude arvu, et parandada mördi tugevust ja elastsusmoodulit. HEMc võib suurendada mördi tõmbetugevust, kuid see ei ole hea mördi survetugevusele ja elastsusmoodulile. Yang Xiaojie jt. leidis, et tsemendimördi plastilist kokkutõmbumist saab pärast HEMc ja PP kiudude segamist oluliselt vähendada.

6. Järeldus

Mitteioonne tsellulooseeter mängib polümeertsemendis olulist rolli, mis võib oluliselt parandada tsemendimördi füüsikalisi omadusi (sealhulgas koagulatsiooni aeglustav, veepeetus, paksenemine), mikroskoopilist morfoloogiat ja mehaanilisi omadusi. Tsemendipõhiste materjalide tsellulooseetriga modifitseerimisel on tehtud palju tööd, kuid siiski on probleeme, mis vajavad edasist uurimist. Näiteks praktilistes insenertehnilistes rakendustes pööratakse vähe tähelepanu modifitseeritud tsemendipõhiste materjalide reoloogiale, deformatsiooniomadustele, mahu stabiilsusele ja vastupidavusele ning lisatud tsellulooseetriga pole regulaarset vastavat seost loodud. Tsellulooseetri polümeeri ja tsemendi hüdratatsiooniproduktide migratsioonimehhanismi uurimine hüdratatsioonireaktsioonis on endiselt ebapiisav. Tsellulooseetrist ja muudest lisanditest koosnevate liitlisandite toimeprotsess ja mehhanism ei ole piisavalt selged. Tsellulooseetri ja anorgaaniliste tugevdatud materjalide, näiteks klaaskiu, liitlisamine ei ole täiustatud. Kõik need on tulevaste uuringute keskmes, et anda teoreetilisi juhiseid polümeertsemendi toimivuse edasiseks parandamiseks.