دوغاب سیمان اصلاح شده با اتر سلولز

اثر ساختار مولکولی مختلف اتر سلولز غیر یونی بر ساختار منافذ دوغاب سیمان با استفاده از تست چگالی عملکرد و مشاهده ساختار منافذ ماکروسکوپی و میکروسکوپی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که اتر سلولز غیریونی می تواند تخلخل دوغاب سیمان را افزایش دهد. هنگامی که ویسکوزیته دوغاب اصلاح شده با اتر سلولز غیر یونی مشابه باشد، تخلخلهیدروکسی اتیل سلولز اتردوغاب اصلاح شده (HEC) کوچکتر از دوغاب اصلاح شده هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر (HPMC) و متیل سلولز اتر (MC) است. هرچه ویسکوزیته/وزن مولکولی نسبی اتر سلولز HPMC با محتوای گروه مشابه کمتر باشد، تخلخل دوغاب سیمان اصلاح شده آن کمتر است. اتر سلولز غیر یونی می تواند کشش سطحی فاز مایع را کاهش دهد و دوغاب سیمان را به راحتی حباب ایجاد کند. مولکول های اتر سلولز غیر یونی به طور جهت در سطح مشترک گاز-مایع حباب ها جذب می شوند که همچنین ویسکوزیته فاز دوغاب سیمان را افزایش می دهد و توانایی دوغاب سیمان را برای تثبیت حباب ها افزایش می دهد.

کلمات کلیدی:اتر سلولز غیریونی؛ دوغاب سیمان؛ ساختار منافذ؛ ساختار مولکولی؛ کشش سطحی؛ ویسکوزیته

اتر سلولز غیر یونی (که از این پس اتر سلولز نامیده می شود) دارای ضخیم شدن و نگهداری آب عالی است و به طور گسترده در ملات مخلوط خشک، بتن خود متراکم و سایر مواد جدید مبتنی بر سیمان استفاده می شود. اترهای سلولزی مورد استفاده در مواد مبتنی بر سیمان معمولاً شامل متیل سلولز اتر (MC)، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر (HPMC)، هیدروکسی اتیل متیل سلولز اتر (HEMC) و هیدروکسی اتیل سلولز اتر (HEC) هستند که در این میان HPMC و HEMC رایج ترین کاربردها هستند. .

اتر سلولز می تواند به طور قابل توجهی بر ساختار منافذ دوغاب سیمان تأثیر بگذارد. پورچز و همکاران، از طریق تست چگالی ظاهری، تست اندازه منافذ (روش تزریق جیوه) و تجزیه و تحلیل تصویر sEM به این نتیجه رسیدند که اتر سلولز می تواند تعداد منافذ با قطر حدود 500 نانومتر و منافذ با قطر حدود 50-250 میکرومتر را افزایش دهد. دوغاب سیمان علاوه بر این، برای دوغاب سیمان سخت شده، توزیع اندازه منافذ دوغاب سیمان اصلاح شده HEC با وزن مولکولی کم مشابه دوغاب سیمان خالص است. حجم کل منافذ دوغاب سیمان اصلاح شده HEC با وزن مولکولی بالا بیشتر از دوغاب سیمان خالص است، اما کمتر از دوغاب سیمان اصلاح شده HPMC با قوام تقریباً یکسان است. از طریق مشاهده SEM، ژانگ و همکاران. دریافتند که HEMC می تواند به طور قابل توجهی تعداد منافذ با قطر حدود 0.1 میلی متر در ملات سیمان را افزایش دهد. آنها همچنین از طریق آزمایش تزریق جیوه دریافتند که HEMC می تواند به طور قابل توجهی حجم منافذ کل و متوسط ​​قطر منافذ دوغاب سیمان را افزایش دهد و در نتیجه تعداد منافذ بزرگ با قطر 50 نانومتر ~ 1μm و منافذ بزرگ با قطر بیشتر افزایش یابد. از 1 میکرومتر با این حال، تعداد منافذ با قطر کمتر از 50 نانومتر به طور قابل توجهی کاهش یافت. Saric-Coric و همکاران. اعتقاد بر این بود که اتر سلولز دوغاب سیمان را متخلخل تر می کند و منجر به افزایش درشت منافذ می شود. جنی و همکاران چگالی عملکرد را آزمایش کرد و تعیین کرد که کسر حجمی منافذ ملات سیمان اصلاح شده HEMC تقریباً 20٪ است در حالی که ملات سیمان خالص فقط حاوی مقدار کمی هوا است. سیلوا و همکاران دریافتند که علاوه بر دو پیک در 3.9 نانومتر و 40 تا 75 نانومتر به عنوان دوغاب سیمان خالص، دو پیک در 100 تا 500 نانومتر و بیشتر از 100 میکرومتر از طریق آزمایش تزریق جیوه نیز وجود دارد. ما بائوگو و همکاران دریافتند که اتر سلولز باعث افزایش تعداد منافذ ریز با قطر کمتر از 1μm و منافذ بزرگ با قطر بیشتر از 2μm در ملات سیمان از طریق آزمایش تزریق جیوه می‌شود. با توجه به اینکه اتر سلولز تخلخل دوغاب سیمان را افزایش می دهد، معمولاً اعتقاد بر این است که اتر سلولز دارای فعالیت سطحی است، در فصل مشترک آب و هوا غنی می شود و یک لایه تشکیل می دهد تا حباب ها را در دوغاب سیمان تثبیت کند.

از طریق تجزیه و تحلیل ادبیات بالا، می توان دریافت که اثر اتر سلولز بر ساختار منافذ مواد مبتنی بر سیمان مورد توجه زیادی قرار گرفته است. با این حال، انواع زیادی از اتر سلولز وجود دارد، همان نوع اتر سلولزی، وزن مولکولی نسبی آن، محتوای گروه و سایر پارامترهای ساختار مولکولی نیز بسیار متفاوت است و محققان داخلی و خارجی در مورد انتخاب اتر سلولز تنها به کاربرد مربوطه محدود می‌شوند. میدان، عدم نمایش، نتیجه گیری اجتناب ناپذیر "تعمیم بیش از حد" است، به طوری که توضیح مکانیسم اتر سلولز به اندازه کافی عمیق نیست. در این مقاله، اثر اتر سلولز با ساختار مولکولی متفاوت بر ساختار منفذی دوغاب سیمان با استفاده از آزمایش چگالی ظاهری و مشاهده ساختار منفذی ماکروسکوپی و میکروسکوپی مورد بررسی قرار گرفت.

1. تست کنید

1.1 مواد اولیه

این سیمان یک سیمان پرتلند معمولی P·O 42.5 تولید شده توسط Huaxin Cement Co., LTD. بود که در آن ترکیب شیمیایی توسط طیف‌سنج فلورسانس اشعه ایکس پراکندگی طول موج AXIOS Ad-Vanced اندازه‌گیری شد (PANA - lytical، هلند). و ترکیب فاز به روش بوگ برآورد شد.

سلولز اتر چهار نوع اتر سلولز تجاری را انتخاب کرد، به ترتیب متیل سلولز اتر (MC)، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر (HPMC1، HPMC2) و اتر هیدروکسی اتیل سلولز (HEC)، ساختار مولکولی HPMC1 و HPMC2 مشابه، اما ویسکوزیته بسیار کمتر از HPMC2 است. ، یعنی جرم مولکولی نسبی HPMC1 بسیار کوچکتر از HPMC2 است. به دلیل خواص مشابه اتر هیدروکسی اتیل متیل سلولز (HEMc) و HPMC، HEMC ها در این مطالعه انتخاب نشدند. برای جلوگیری از تأثیر رطوبت بر نتایج آزمایش، تمام اترهای سلولزی قبل از استفاده به مدت 2 ساعت در دمای 98 درجه سانتیگراد پخته شدند.

ویسکوزیته اتر سلولز توسط ویسکوزیمتر دوار NDJ-1B (شرکت شانگهای چانگجی) آزمایش شد. غلظت محلول آزمایش (نسبت جرمی اتر سلولز به آب) 2.0٪، دما 20 درجه سانتیگراد و سرعت چرخش 12r/min بود. کشش سطحی اتر سلولز به روش حلقه آزمایش شد. ابزار تست تانسیومتر اتوماتیک JK99A (شرکت شانگهای ژونگچن) بود. غلظت محلول آزمایش 01/0 درصد و دما 20 درجه سانتیگراد بود. محتوای گروه اتر سلولزی توسط سازنده ارائه می شود.

با توجه به ویسکوزیته، کشش سطحی و محتوای گروه اتر سلولز، زمانی که غلظت محلول 2.0٪ باشد، نسبت ویسکوزیته محلول HEC و HPMC2 1:1.6 و نسبت ویسکوزیته محلول HEC و MC 1: 0.4 است، اما در این آزمایش نسبت آب به سیمان 0.35، حداکثر نسبت سیمان 0.6 درصد، نسبت جرمی اتر سلولز به آب حدود 1.7 درصد، کمتر از 2.0 درصد و اثر هم افزایی دوغاب سیمان بر ویسکوزیته است، بنابراین تفاوت ویسکوزیته دوغاب سیمان اصلاح شده HEC، HPMC2 یا MC کم است.

با توجه به ویسکوزیته، کشش سطحی و محتوای گروه اتر سلولز، کشش سطحی هر اتر سلولز متفاوت است. اتر سلولز دارای هر دو گروه آبدوست (گروه هیدروکسیل و اتر) و گروه آبگریز (حلقه کربن متیل و گلوکز)، یک سورفکتانت است. اتر سلولز متفاوت است، نوع و محتوای گروه های آبدوست و آبگریز متفاوت است و در نتیجه کشش سطحی متفاوتی ایجاد می شود.

1.2 روش های تست

شش نوع دوغاب سیمان شامل دوغاب سیمان خالص، دوغاب سیمان اصلاح شده اتر چهار سلولزی (MC، HPMCl، HPMC2 و HEC) با نسبت سیمان 0.60 درصد و دوغاب سیمان اصلاح شده HPMC2 با نسبت سیمان 0.05 درصد، تهیه شد. Ref، MC - 0.60، HPMCl - 0.60، Hpmc2-0.60. HEC 1-0.60 و hpMC2-0.05 نشان می دهد که نسبت آب به سیمان هر دو 0.35 است.

دوغاب سیمان ابتدا مطابق با GB/T 17671 1999 "روش تست مقاومت ملات سیمان (روش ISO)" ساخته شده به بلوک آزمایشی منشور 40mm×40mm×160mm، تحت شرایط پخت مهر و موم شده 20 ℃ 28d. پس از توزین و محاسبه چگالی ظاهری آن، با یک چکش کوچک شکاف خورد و وضعیت سوراخ ماکرو قسمت مرکزی بلوک آزمایشی مشاهده و با دوربین دیجیتال عکسبرداری شد. در همان زمان، قطعات کوچک 2.5 ~ 5.0 میلی متر برای مشاهده توسط میکروسکوپ نوری (میکروسکوپ ویدئویی سه بعدی HIROX) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (JSM-5610LV) گرفته شد.

2. نتایج آزمایش

2.1 چگالی ظاهری

با توجه به چگالی ظاهری دوغاب سیمان اصلاح شده توسط اترهای سلولزی مختلف، (1) چگالی ظاهری دوغاب سیمان خالص بالاترین است که 2044 کیلوگرم بر متر مکعب است. چگالی ظاهری چهار نوع دوغاب اصلاح شده با اتر سلولز با نسبت سیمان 0.60% 74% تا 88% دوغاب سیمان خالص بود که نشان می دهد اتر سلولز باعث افزایش تخلخل دوغاب سیمان شده است. (2) هنگامی که نسبت سیمان به سیمان 0.60٪ باشد، اثر اترهای سلولزی مختلف بر تخلخل دوغاب سیمان بسیار متفاوت است. ویسکوزیته دوغاب سیمان اصلاح شده HEC، HPMC2 و MC مشابه است، اما چگالی ظاهری دوغاب سیمان اصلاح شده HEC بالاترین است، که نشان می دهد تخلخل دوغاب سیمان اصلاح شده HEC کوچکتر از دوغاب سیمان اصلاح شده HPMc2 و Mc با ویسکوزیته مشابه است. . HPMc1 و HPMC2 محتوای گروه مشابهی دارند، اما ویسکوزیته HPMCl بسیار کمتر از HPMC2 است، و چگالی ظاهری دوغاب سیمان اصلاح شده HPMCl به طور قابل توجهی بیشتر از دوغاب سیمان اصلاح شده HPMC2 است، که نشان می دهد زمانی که محتوای گروه مشابه است. هرچه ویسکوزیته اتر سلولز کمتر باشد، تخلخل دوغاب سیمان اصلاح شده کمتر است. (3) هنگامی که نسبت سیمان به سیمان بسیار کوچک است (0.05%)، چگالی ظاهری دوغاب سیمان اصلاح شده با HPMC2 اساساً نزدیک به دوغاب سیمان خالص است، که نشان می دهد اثر اتر سلولز بر تخلخل سیمان دوغاب بسیار کوچک است.

2.2 منافذ ماکروسکوپی

با توجه به عکس های بخش دوغاب سیمان اصلاح شده با اتر سلولز که توسط دوربین دیجیتال گرفته شده است، دوغاب سیمان خالص بسیار متراکم است، تقریبا هیچ منافذ قابل مشاهده ای وجود ندارد. چهار نوع دوغاب اصلاح شده با اتر سلولز با نسبت سیمان 0.60% همگی دارای منافذ ماکروسکوپیک بیشتری هستند که نشان می دهد اتر سلولز منجر به افزایش تخلخل دوغاب سیمان می شود. مشابه نتایج آزمایش چگالی ظاهری، تأثیر انواع و محتویات مختلف اتر سلولز بر تخلخل دوغاب سیمان کاملاً متفاوت است. ویسکوزیته دوغاب اصلاح شده HEC، HPMC2 و MC مشابه است، اما تخلخل دوغاب اصلاح شده HEC کمتر از دوغاب اصلاح شده HPMC2 و MC است. اگرچه HPMC1 و HPMC2 محتوای گروه مشابهی دارند، دوغاب اصلاح شده HPMC1 با ویسکوزیته کمتر دارای تخلخل کمتری است. هنگامی که نسبت سیمان به سیمان دوغاب اصلاح شده HPMc2 بسیار کوچک است (0.05٪)، تعداد منافذ ماکروسکوپی کمی نسبت به دوغاب سیمان خالص افزایش می یابد، اما نسبت به دوغاب اصلاح شده HPMC2 با 0.60٪ سیمان به سیمان به شدت کاهش می یابد. -نسبت سیمان

2.3 منافذ میکروسکوپی

4. نتیجه گیری

(1) اتر سلولز می تواند تخلخل دوغاب سیمان را افزایش دهد.

(2) اثر اتر سلولز بر تخلخل دوغاب سیمان با پارامترهای ساختار مولکولی مختلف متفاوت است: هنگامی که ویسکوزیته دوغاب سیمان اصلاح شده با اتر سلولز مشابه است، تخلخل دوغاب سیمان اصلاح شده HEC کوچکتر از HPMC و MC اصلاح شده است. دوغاب سیمان؛ هرچه ویسکوزیته/وزن مولکولی نسبی اتر سلولز HPMC با محتوای گروه مشابه کمتر باشد، تخلخل دوغاب سیمان اصلاح شده آن کمتر است.

(3) پس از افزودن اتر سلولز به دوغاب سیمان، کشش سطحی فاز مایع کاهش می یابد، به طوری که دوغاب سیمان به راحتی حباب تشکیل می دهد، مولکول های اتر سلولز جذب جهت دار در رابط حباب گاز-مایع، بهبود استحکام و چقرمگی جذب فیلم مایع حباب در رابط گاز مایع حباب، استحکام فیلم مایع حباب را بهبود می بخشد و توانایی گل سخت را برای تثبیت حباب تقویت می کند.