Zelulosa-eter ez-ionikoa zementu polimerikoan

Zementu polimeroan ezinbesteko gehigarri gisa, zelulosa ez-ionikoak arreta eta ikerketa handia jaso du. Etxean eta atzerrian dagokion literaturan oinarrituta, zelulosa-eter ez-ionikoko zementu-morteroaren legea eta mekanismoa eztabaidatu ziren zelulosa-eter ez-ionikoen moten eta hautapenaren alderdietatik, zementu polimeroaren propietate fisikoetan duen eragina, mikromorfologian eta propietate mekanikoetan duen eragina, eta egungo ikerketaren gabeziak plazaratu ziren. Lan honek zelulosa eteraren aplikazioa sustatuko du polimero-zementuan.

Hitz gakoak: zelulosa-eter ez-ionikoa, zementu polimerikoa, propietate fisikoak, propietate mekanikoak, mikroegitura

1. Ikuspegi orokorra

Eraikuntza-industrian polimero-zementuaren eskaera eta errendimendu-eskakizunak gero eta handiagoak direnez, haren aldaketei gehigarriak gehitzea ikerketa-gune bihurtu da, eta, horien artean, zelulosa-eterra oso erabilia izan da zementu-morteroaren ur atxikipenean, loditzean, atzeratzean, airean duen eraginagatik. eta abar. Lan honetan, zelulosa-eter motak, polimero-zementuaren propietate fisiko eta mekanikoetan dituen ondorioak eta polimero-zementuaren mikromorfologia deskribatzen dira, zementu polimeroan zelulosa-eterra aplikatzeko erreferentzia teorikoa eskaintzen duena.

2. Zelulosa-eter ez-ioniko motak

Zelulosa-eterra zelulosaz egindako eter-egitura duen polimero konposatu mota bat da. Zelulosa-eter mota asko daude, zementuan oinarritutako materialen propietateetan eragin handia duena eta aukeratzea zaila da. Ordezkatzaileen egitura kimikoaren arabera, eter anioniko, katioiko eta ez-ionikoetan bana daitezke. Zelulosa-eter ez-ionikoa, H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH eta beste talde ez-disoziagarrien albo-katearen ordezkoarekin, zementuan gehien erabiltzen dena, ordezkari tipikoak metil zelulosa eter, hidroxipropil metil dira. zelulosa eter, hidroxietil metil zelulosa eter, hidroxietil zelulosa eter eta abar. Zelulosa-eter mota ezberdinek eragin desberdinak dituzte zementuaren ezarpen-denboran. Aurreko literatura-txostenen arabera, HEC-k du zementuaren atzerapen-ahalmen indartsuena, HPMc eta HEMc ondoren, eta Mc-k du okerrena. Zelulosa-eter, pisu molekularra edo biskositatea, talde horien metil, hidroxietil, hidroxipropilo edukia desberdinak dira, bere efektu atzeratzailea ere desberdina da. Oro har, zenbat eta biskositate handiagoa eta talde ez-disoziagarrien edukia zenbat eta handiagoa izan, orduan eta okerragoa da atzerapen-gaitasuna. Hori dela eta, benetako ekoizpen-prozesuan, mortero komertzialaren koagulazioaren eskakizunen arabera, zelulosa eteraren talde funtzional egokia hauta daiteke. Edo aldi berean zelulosa eteraren ekoizpenean, talde funtzionalen edukia egokitu, mortero ezberdinen baldintzak betetzea.

3,Zelulosa-eter ez-ionikoaren eragina polimero-zementuaren propietate fisikoetan

3.1 Koagulazio motela

Zementuaren hidratazio-gogortze-denbora luzatzeko, nahasi berria den morteroa denbora luzean plastikoa gera dadin, nahastu berri den morteroaren ezarpen-denbora doitzeko, bere funtzionamendua hobetu, normalean morteroan atzeratzailea gehitu, ez- zelulosa-eter ionikoa egokia da zementu polimerorako ohiko atzeratzaile bat da.

Zementuan zelulosa ez-ionikoaren efektuaren atzerapena bere mota, biskositatea, dosia, zementu mineralen konposizio desberdinak eta beste faktore batzuek eragiten dute batez ere. Pourchez J et al. zelulosa-eter metilazio-maila zenbat eta handiagoa izan, orduan eta okerragoa da atzerapen-efektua, zelulosa-eter eta hidroxipropoxi-edukiaren pisu molekularra zementuaren hidratazioaren atzerapenean eragin ahula izan zela. Biskositatea eta zelulosa-eter ez-ionikoaren doping-kopurua handitzearekin batera, zementu partikulen gainazaleko adsortzio-geruza loditu egiten da, eta zementuaren hasierako eta azken ezarpen-denbora luzatu egiten dira eta atzerapen-efektua nabarmenagoa da. Ikerketek frogatu dute HEMC eduki desberdina duten zementu-mindaren bero askapen goiztiarra zementu puruarena baino % 15 baxuagoa dela, baina ez dago desberdintasun handirik geroago hidratazio-prozesuan. Singh NK et al. HEc doping-kopurua handitzearekin batera, zementu-morteroaren hidratazio-bero-askapenak lehenik eta behin handitzeko eta gero murrizteko joera zuela erakutsi zuen, eta hidratazio-beroaren askapen maximora iristean HEC edukia ontze-aroarekin erlazionatuta zegoen.

Horrez gain, zelulosa eter ez-ionikoaren efektua zementuaren konposizioarekin oso lotuta dagoela ikusten da. Peschard et al. aurkitu zuen zementuan trikaltzio aluminatoaren (C3A) edukia zenbat eta txikiagoa izan, orduan eta nabariagoa dela zelulosa eteraren efektu atzeratzailea. schmitz L et al. uste zuen zelulosa eteraren modu ezberdinek eragiten zutela silikato trikaltikoaren (C3S) eta aluminato trikaltikoaren (C3A) hidratazio-zinetikari. Zelulosa eterrek erreakzio-abiadura murriztu dezake C3S-en azelerazio-aldian, C3A-ren kasuan, berriz, indukzio-aldia luzatu eta, azkenik, morteroaren solidotze- eta gogortze-prozesua atzeratu.

Iritzi desberdinak daude zementuaren hidratazioa atzeratzen duen zelulosa-eter ez-ionikoaren mekanismoari buruz. Silva et al. Liu-k uste zuen zelulosa eterra sartzeak poroen disoluzioaren biskositatea handituko zuela, horrela ioien mugimendua blokeatuz eta kondentsazioa atzeratuz. Hala ere, Pourchez et al. zelulosa eterraren atzerapena zementuaren hidratazioaren eta zementu-mindaren biskositatearen artean harreman nabaria zegoela uste zuen. Beste teoria bat da zelulosa eterraren efektu atzeratzailea alkalien degradazioarekin oso lotuta dagoela. Polisakaridoak erraz degradatzen dira azido hidroxil karboxilikoa sortzeko eta horrek zementuaren hidratazioa atzeratu dezake baldintza alkalinoetan. Hala ere, ikerketek aurkitu dute zelulosa-eterra oso egonkorra dela baldintza alkalinoetan eta apur bat bakarrik degradatzen dela, eta degradazioak eragin txikia duela zementuaren hidratazioaren atzerapenean. Gaur egun, ikuspegi koherenteena da efektu atzeratzailea batez ere adsortzioak eragiten duela. Zehazki, zelulosa eteraren gainazaleko hidroxilo taldea azidoa da, hidratazio-zementu-sistemako ca(0H) eta beste fase mineral batzuk alkalinoak dira. Hidrogeno-loturaren, konplexuaren eta hidrofobikoen ekintza sinergikoaren pean, zelulosa-eter molekula azidoak zementu alkalinoen partikulen eta hidratazio-produktuen gainazalean xurgatuko dira. Gainera, bere gainazalean film mehe bat sortzen da, eta horrek fase mineraleko kristal nukleo horien hazkuntza gehiago oztopatzen du eta zementuaren hidratazioa eta ezarpena atzeratzen du. Zenbat eta handiagoa izan zementuaren hidratazio-produktuen eta zelulosa-eterren arteko adsortzio-ahalmena, orduan eta nabarmenagoa da zementuaren hidratazio-atzerapena. Alde batetik, oztopo esterikoaren tamainak paper erabakigarria du adsortzio ahalmenean, hala nola hidroxilo taldearen oztopo esteriko txikia, bere azidotasun handia, adsortzioa ere indartsua da. Bestalde, adsortzio ahalmena zementuaren hidratazio-produktuen konposizioaren araberakoa da. Pourchez et al. aurkitu zuen zelulosa eterrea erraz xurgatzen dela hidratazio produktuen gainazalean, hala nola ca(0H)2, csH gel eta kaltzio aluminato hidratoa, baina ez da erraza ettringita eta fase hidratatuarekin xurgatzea. Mullerten ikerketak ere erakutsi zuen zelulosa eterrek adsortzio handia zuela c3s eta bere hidratazio produktuetan, beraz, silikato fasearen hidratazioa nabarmen atzeratu zen. Etringitaren adsortzioa baxua izan zen, baina etringitaren eraketa nabarmen atzeratu zen. Hau izan zen etringita eratzeko atzerapena disoluzioko ca2+ balantzeak eragina izan zuelako, hau da, zelulosa eteraren atzerapenaren jarraipena silikatoen hidratazioan.

3.2 Uraren kontserbazioa

Zementuzko morteroan zelulosa eteraren beste efektu garrantzitsu bat ura atxikitzeko agente gisa agertzea da, eta horrek mortero hezearen hezetasuna goiztiarra lurruntzea edo oinarriak xurgatzea eragotzi dezake eta zementuaren hidratazioa atzeratu dezakeen funtzionamendu-denbora luzatzen duen bitartean. mortero hezea, mortero mehea orraztu daitekeela bermatzeko, igeltsuzko morteroa zabaldu daiteke, eta xurgatzeko erraza den morteroa ez da aurrez bustita egon behar.

Zelulosa eterraren ura atxikitzeko ahalmena oso lotuta dago bere biskositatearekin, dosiarekin, motarekin eta giro-tenperaturarekin. Beste baldintza berdinak dira, zelulosa eteraren biskositatea zenbat eta handiagoa izan, orduan eta hobeto ura atxikitzeko efektua, zelulosa eter kopuru txiki batek morteroaren ura atxikitzeko tasa asko hobetu dezake; Zelulosa-eter beraren kasuan, zenbat eta kopuru handiagoa gehitu, orduan eta handiagoa izango da eraldatutako morteroaren ura atxikitzeko tasa, baina balio optimo bat dago, eta hortik haratago ura atxikipen-tasa poliki-poliki handitzen da. Zelulosa-eter mota desberdinetarako, uraren atxikipenean ere aldeak daude, hala nola HPMc Mc-ren ura atxikipen hobea baino baldintza berdinetan. Horrez gain, zelulosa eterraren ura atxikitzeko errendimendua gutxitzen da giro-tenperatura igotzean.

Orokorrean uste da zelulosa eterrek ura atxikitzeko funtzioa duen arrazoia batez ere molekulako 0H eta eter-loturako 0 atomoa ur molekulekin lotuko dela hidrogeno-lotura sintetizatzeko, beraz, ura askea lotzen da. ura, ura atxikitzeko eginkizun ona izateko; Gainera, uste da zelulosa-eter kate makromolekularrak ur-molekulen hedapenean paper murriztailea betetzen duela, uraren lurrunketa modu eraginkorrean kontrolatzeko, ur atxikipen handia lortzeko; Pourchez J-k argudiatu zuen zelulosa eterrek ura atxikitzeko efektua lortu zuela nahasi berri den zementu-mindaren propietate erreologikoak hobetuz, sare porotsuaren egitura eta uraren hedapena oztopatzen zuen zelulosa-eter filmaren eraketa. Laetitia P et al. morteroaren propietate erreologikoa funtsezko faktorea dela uste dute, baina likatasuna ez dela morteroaren ura atxikitzeko errendimendu bikaina zehazten duen faktore bakarra. Azpimarratzekoa da zelulosa eterrek ura atxikitzeko errendimendu ona izan arren, baina bere aldatutako zementuzko morteroaren ura xurgatzea murriztuko dela, arrazoia da mortero-filmean zelulosa-eter hori eta morteroan poro itxi txiki kopuru handi bat blokeatzen duela. kapilarren barruko morteroa.

3.3 Loditzea

Morteroaren koherentzia bere lan-errendimendua neurtzeko indize garrantzitsuenetako bat da. Zelulosa-eterra askotan sartzen da koherentzia handitzeko. "Koherentzia" nahastu berri den morteroak grabitatearen edo kanpoko indarren eraginez isurtzeko eta deformatzeko gaitasuna adierazten du. Loditzearen eta ura atxikitzearen bi propietateak elkarren osagarri dira. Zelulosa eter kopuru egoki bat gehitzeak morteroaren ura atxikitzeko errendimendua hobetzeaz gain, eraikuntza leuna bermatzeaz gain, morteroaren koherentzia areagotzeaz gain, zementuaren sakabanaketa-aurkako gaitasuna nabarmen handitzen du, morteroaren eta matrizearen arteko lotura-errendimendua hobetu eta. morteroaren sagging fenomenoa murriztea.

Zelulosa eterraren loditze-efektua bere biskositatetik dator batez ere, zenbat eta likatasun handiagoa izan, orduan eta hobeagoa da loditze-efektua, baina biskositatea handiegia bada, morteroaren jariakortasuna murriztuko du, eraikuntzan eraginez. Biskositatearen aldaketa eragiten duten faktoreek, hala nola, pisu molekularra (edo polimerizazio-maila) eta zelulosa-eterren kontzentrazioa, disoluzioaren tenperatura, zizaila-tasa, azken loditze-efektuari eragingo diote.

Zelulosa eteraren loditze-mekanismoa molekulen arteko hidrataziotik eta korapilatzetik dator batik bat. Alde batetik, zelulosa eteraren polimero-kateak urarekin hidrogeno-lotura erraz egiten du uretan, hidrogeno-loturak hidratazio handia izatea eragiten du; Bestalde, morteroari zelulosa eterra gehitzen zaionean, ur asko xurgatuko du, eta, beraz, bere bolumena asko zabalduko da, partikulen espazio librea murriztuz, aldi berean zelulosa eteraren kate molekularrak elkarren artean nahasten dira. hiru dimentsioko sare-egitura bat osatzeko, mortero-partikulak inguratzen dira bertan, ez fluxu askea. Hau da, bi ekintza horien arabera, sistemaren biskositatea hobetzen da, horrela nahi den loditze efektua lortuz.

4. Zelulosa-eter ez-ionikoaren eragina zementu polimerikoaren morfologian eta poro-egituran

Goian ikusten denez, zelulosa-eter ez-ionikoak ezinbestekoa du polimero-zementuan, eta gehitzeak, zalantzarik gabe, zementu-mortero osoaren mikroegiturari eragingo dio. Emaitzek erakusten dute zelulosa-eter ez-ionikoak zementuzko morteroaren porositatea handitzen duela normalean, eta 3nm ~ 350um-ren tamainako poro kopurua handitzen dela, horien artean 100nm ~ 500nm bitarteko poro kopurua handitzen dela gehien. Zementu-morteroaren poro-egituraren eragina oso lotuta dago gehitutako zelulosa-eter ez-ionikoaren mota eta biskositatearekin. Ou Zhihua et al. uste zuen biskositatea berdina denean, HEC-ek eraldatutako zementu-morteroaren porositatea HPMc eta modifikatzaile gisa gehitutako Mc-ena baino txikiagoa dela. Zelulosa-eter beraren kasuan, zenbat eta likatasun txikiagoa izan, orduan eta porositate txikiagoa izango da eraldatutako zementu-morteroaren. HPMc-ek aparrazko zementuzko isolamendu-taulen irekiduran duen eragina aztertuz, Wang Yanru et al. aurkitu zuen HPMC gehitzeak ez duela porositatea nabarmen aldatzen, baina irekidura nabarmen murrizten duela. Hala ere, Zhang Guodian et al. HEMc edukia zenbat eta handiagoa izan, orduan eta nabariagoa izango da zementu-mindaren poro-egituran eragina. HEMc gehitzeak zementu-mindaren porositatea, poro-bolumena eta batez besteko poro-erradioa nabarmen handitu ditzake, baina poroaren azalera espezifikoa gutxitzen da eta 50 nm-ko diametroa baino handiagoa duten poro kapilar handien kopurua nabarmen handitzen da eta sartutako poroak. poro itxiak dira batez ere.

Zelulosa-eter ez-ionikoaren eragina zementuzko minda poroen egituraren eraketa-prozesuan aztertu zen. Zelulosa-eter gehitzeak fase likidoaren propietateak aldatu zituela nagusiki aurkitu zen. Alde batetik, fase likidoaren gainazaleko tentsioa gutxitzen da, zementuzko morteroan burbuilak sortzea erraztuz, eta fase likidoaren drainamendua eta burbuilen difusioa motelduko dira, burbuila txikiak burbuila handietan biltzea eta isurtzea zaila izan dadin, beraz, hutsunea. asko handitzen da; Bestalde, fase likidoaren biskositatea handitzen da, eta horrek drainatzea, burbuilen difusioa eta burbuilen bat-egitea galarazten ditu eta burbuilak egonkortzeko gaitasuna areagotzen du. Hori dela eta, zementuzko morteroaren poro-tamainaren banaketan zelulosa eterraren eragin modua lor daiteke: 100 nm baino gehiagoko poroen tamainaren barrutian, fase likidoaren gainazaleko tentsioa murriztuz burbuilak sar daitezke eta burbuilen difusioa eragotzi daiteke. likidoaren biskositatea handitzea; 30nm ~ 60nm-ko eskualdean, eskualdeko poro kopuruari eragin diezaioke burbuila txikiagoen bat-egitea inhibituz.

5. Zelulosa-eter ez-ionikoaren eragina polimero-zementuaren propietate mekanikoetan

Zementu polimerikoaren propietate mekanikoak oso lotuta daude bere morfologiarekin. Zelulosa-eter ez-ionikoa gehituta, porositatea handitzen da, eta horrek eragin kaltegarria izango du bere erresistentzian, batez ere konpresio-erresistentzian eta malgutasun-erresistentzian. Zementuzko morteroaren konpresio-erresistentzia murriztea flexio-erresistentzia baino nabarmen handiagoa da. Ou Zhihua et al. zementuzko morteroaren propietate mekanikoetan duten zelulosa-eter ez-ioniko mota desberdinen eragina aztertu zuen, eta zementu-morteroaren zelulosa-eter eraldatuaren indarra zementu-mortero puruarena baino txikiagoa zela eta 28d-ko konpresio-erresistentzia baxuena % 44,3koa baino ez zela ikusi zuen. zementu puruaren mindarena. Eraldatutako HPMc, HEMC eta MC zelulosa-eterren konpresioaren erresistentzia eta malgudura-erresistentzia antzekoak dira, eta HEc eraldatutako zementu-mindaren konpresioaren erresistentzia eta malgutasun-indarra adin bakoitzean nabarmen handiagoak dira. Hori oso lotuta dago haien biskositatearekin edo pisu molekularrarekin, zenbat eta likatasun edo pisu molekular handiagoa izan zelulosa-eterren, edo gainazaleko jarduera zenbat eta handiagoa izan, orduan eta erresistentzia txikiagoa izango da bere eraldatutako zementuzko morteroak.

Hala ere, zelulosa ez-ionikoak zementuzko morteroaren trakzio-ersistentzia, malgutasuna eta kohesiotasuna areagotu ditzakeela ere frogatu da. Huang Liagen et al. aurkitu zuen, konpresio-erresistentziaren aldaketa-legearen aurka, mindaren ebakidura-erresistentzia eta trakzio-erresistentzia handitu zirela zementuzko morteroan zelulosa-eter edukia handitu ahala. Arrazoiaren analisiak, zelulosa-eter eta polimero-emultsioa gehitu ondoren polimero-film trinko ugari sortzeko, mindaren malgutasuna asko hobetzen du, eta zementuaren hidratazio-produktuak, zementu hidratatu gabekoa, betegarriak eta film honetan betetako beste material batzuk. , estaldura-sistemaren trakzio-ersistentzia ziurtatzeko.

Zelulosa-eter ez-ionikoa eraldatutako polimero-zementuaren errendimendua hobetzeko, zementu-morteroaren propietate fisikoak hobetu aldi berean, ez ditu bere propietate mekanikoak nabarmen murrizten, ohiko praktika zelulosa-eter eta beste nahasgarri batzuekin bat etortzea da. zementuzko morteroa. Li Tao-wen et al. aurkitu zuen zelulosa eterrez eta polimero-kola hautsez osatutako gehigarri konposatuak morteroaren tolestura-indarra eta konpresio-indarra apur bat hobetu ez ezik, zementuzko morteroaren kohesiotasuna eta biskositatea estalduraren eraikuntzarako egokiagoak izan daitezen, baina uraren atxikipena ere nabarmen hobetu du. morteroaren ahalmena zelulosa-eter bakarrarekin alderatuta. Xu Qi et al. zepa-hautsa, ura murrizteko agentea eta HEMc gehitu ditu eta ura murrizteko agente eta hauts mineralak morteroaren dentsitatea handitu dezaketela, zulo kopurua murrizten dute, morteroaren indarra eta modulu elastikoa hobetzeko. HEMc morteroaren trakzio-lotura erresistentzia handitu dezake, baina ez da ona morteroaren konpresio-erresistentzia eta modulu elastikorako. Yang Xiaojie et al. aurkitu zuen zementuzko morteroaren plastikozko uzkurdura pitzadura nabarmen murriztu daitekeela HEMc eta PP zuntza nahastu ondoren.

6. Ondorioa

Zelulosa-eter ez-ionikoak paper garrantzitsua betetzen du polimero-zementuan, eta horrek nabarmen hobe ditzakete zementu-morteroaren propietate fisikoak (koagulazio atzeratzea, uraren atxikipena, loditzea), morfologia mikroskopikoa eta zementu-morteroaren propietate mekanikoak. Lan asko egin da zementuan oinarritutako materialak zelulosa eteraren bidez aldatzeko, baina oraindik ere azterketa gehiago behar duten arazo batzuk daude. Esate baterako, ingeniaritza-aplikazio praktikoetan, erreologiari, deformazio-propietateei, bolumen-egonkortasunari eta eraldatutako zementuzko materialen iraunkortasunari arreta gutxi jartzen zaie, eta ez da dagokion erlazio erregularra ezarri zelulosa-eter erantsiarekin. Hidratazio-erreakzioan zelulosa-eter polimeroaren eta zementuaren hidratazio-produktuen migrazio-mekanismoari buruzko ikerketa nahikoa ez da oraindik. Zelulosa-eterrez eta beste nahasketez osatutako gehigarri konposatuen ekintza-prozesua eta mekanismoa ez dira nahiko argiak. Zelulosa eteraren eta beira-zuntza bezalako material inorganiko indartuen gehikuntza konposatua ez da hobetu. Horiek guztiak etorkizuneko ikerketen ardatza izango dira, zementu polimerikoaren errendimendua gehiago hobetzeko orientabide teorikoak emateko.