Ioniton selluloosaeetteri polymeerisementissä

Ioniton selluloosaeetteri on polymeerisementin korvaamattomana lisäaineena saanut laajaa huomiota ja tutkimusta. Kotimaisen ja ulkomaisen asiaankuuluvan kirjallisuuden perusteella käsiteltiin ionittoman selluloosaeetterillä modifioidun sementtilaastin lakia ja mekanismia ionittoman selluloosaeetterin tyypeistä ja valinnasta, sen vaikutuksesta polymeerisementin fysikaalisiin ominaisuuksiin, Esitettiin sen vaikutus mikromorfologiaan ja mekaanisiin ominaisuuksiin sekä nykyisen tutkimuksen puutteet. Tämä työ edistää selluloosaeetterin käyttöä polymeerisementissä.

Avainsanat: ioniton selluloosaeetteri, polymeerisementti, fysikaaliset ominaisuudet, mekaaniset ominaisuudet, mikrorakenne

1. Yleiskatsaus

Polymeerisementin kysynnän ja suorituskykyvaatimusten kasvaessa rakennusteollisuudessa lisäaineiden lisäämisestä sen muunnelmiin on tullut tutkimuskohde, jonka joukossa selluloosaeetteriä on käytetty laajalti, koska se vaikuttaa sementtilaastin vedenpidätykseen, sakeuttamiseen, hidastamiseen, ilmaan. ja niin edelleen. Tässä artikkelissa kuvataan selluloosaeetterin tyyppejä, vaikutuksia polymeerisementin fysikaalisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin sekä polymeerisementin mikromorfologiaa, mikä tarjoaa teoreettisen viittauksen selluloosaeetterin käyttöön polymeerisementissä.

2. Ionittoman selluloosaeetterin tyypit

Selluloosaeetteri on eräänlainen polymeeriyhdiste, jolla on selluloosasta valmistettu eetterirakenne. Selluloosaeettereitä on monenlaisia, sillä se vaikuttaa suuresti sementtipohjaisten materiaalien ominaisuuksiin ja jota on vaikea valita. Substituenttien kemiallisen rakenteen mukaan ne voidaan jakaa anionisiin, kationisiin ja ionittomiin eettereihin. Ioniton selluloosaeetteri, jossa on sivuketjusubstituentteja H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH ja muita ei-dissosioituvia ryhmiä, on sementissä yleisimmin käytetty, tyypillisiä edustajia ovat metyyliselluloosaeetteri, hydroksipropyylimetyyli selluloosaeetteri, hydroksietyylimetyyliselluloosaeetteri, hydroksietyyliselluloosaeetteri ja niin edelleen. Erilaisilla selluloosaeettereillä on erilainen vaikutus sementin kovettumisaikaan. Aikaisempien kirjallisuusraporttien mukaan HEC:llä on vahvin sementin hidastuskyky, seuraavaksi tulevat HPMc ja HEMc, ja Mc:llä on huonoin. Samalla selluloosaeetterillä näiden ryhmien molekyylipaino tai viskositeetti, metyyli-, hydroksietyyli-, hydroksipropyylipitoisuudet ovat erilaisia, myös sen hidastava vaikutus on erilainen. Yleisesti ottaen mitä suurempi viskositeetti ja mitä suurempi on dissosioitumattomien ryhmien pitoisuus, sitä huonompi on viivekyky. Siksi varsinaisessa tuotantoprosessissa kaupallisen laastin koaguloinnin vaatimusten mukaisesti voidaan valita sopiva selluloosaeetterin funktionaalinen ryhmäpitoisuus. Tai selluloosaeetterin valmistuksessa samanaikaisesti säädä funktionaalisten ryhmien pitoisuutta, tee se vastaamaan eri laastin vaatimuksia.

3、ionittoman selluloosaeetterin vaikutus polymeerisementin fysikaalisiin ominaisuuksiin

3.1 Hidas koagulaatio

Pidentääksesi sementin hydratoitumiskovettumisaikaa, jotta vasta sekoitettu laasti pysyy pitkään muovina, jotta vastasekoitetun laastin kovettumisaika voidaan säätää, parantaa sen toimivuutta, lisää yleensä laastiin hidastajaa, ei- ioninen selluloosaeetteri sopii polymeerisementti on yleinen hidastin.

Ionittoman selluloosaeetterin sementtiä hidastavaan vaikutukseen vaikuttavat pääasiassa sen oma tyyppi, viskositeetti, annostus, sementtimineraalien eri koostumus ja muut tekijät. Pourchez J et ai. osoitti, että mitä korkeampi selluloosaeetterin metylaatioaste, sitä huonompi hidastava vaikutus, kun taas selluloosaeetterin molekyylipainolla ja hydroksipropoksipitoisuudella oli heikko vaikutus sementin hydraation hidastumiseen. Ionittoman selluloosaeetterin viskositeetin ja dopingmäärän kasvaessa sementtihiukkasten pinnalla oleva adsorptiokerros paksunee ja sementin alkuperäinen ja lopullinen kovettumisaika pidentyvät, ja hidastava vaikutus on ilmeisempi. Tutkimukset ovat osoittaneet, että eri HEMC-pitoisuuksilla omaavien sementtilietteiden varhainen lämmön vapautuminen on noin 15 % pienempi kuin puhtaiden sementtilietteiden, mutta myöhemmässä hydrataatioprosessissa ei ole merkittävää eroa. Singh NK et ai. osoitti, että HEc-seostusmäärän kasvaessa modifioidun sementtilaastin hydraatiolämmön vapautuminen osoitti ensin kasvun ja sitten laskevan trendin, ja HEC-pitoisuus maksimihydraatiolämmön vapautumisen saavuttaessa liittyi kovettumisikään.

Lisäksi on havaittu, että ionittoman selluloosaeetterin hidastava vaikutus liittyy läheisesti sementin koostumukseen. Peschard et ai. havaitsivat, että mitä pienempi trikalsiumaluminaatin (C3A) pitoisuus sementissä on, sitä selvempi on selluloosaeetterin hidastava vaikutus. schmitz L et ai. uskoivat, että tämä johtui selluloosaeetterin erilaisista tavoista trikalsiumsilikaatin (C3S) ja trikalsiumaluminaatin (C3A) hydraatiokinetiikkaan. Selluloosaeetteri voisi vähentää reaktionopeutta C3S:n kiihtyvyysjaksossa, kun taas C3A:n tapauksessa se voi pidentää induktiojaksoa ja lopulta viivyttää laastin jähmettymis- ja kovettumisprosessia.

On olemassa erilaisia ​​mielipiteitä ionittoman selluloosaeetterin mekanismista, joka viivästyttää sementin hydraatiota. Silva et ai. Liu uskoi, että selluloosaeetterin lisääminen nostaisi huokosliuoksen viskositeettia, mikä estää ionien liikkeen ja viivästyttää kondensaatiota. Kuitenkin Pourchez et ai. uskoivat, että selluloosaeetterin viivästymisen sementin hydratoitumiseen ja sementtilietteen viskositeetin välillä oli ilmeinen yhteys. Toinen teoria on, että selluloosaeetterin hidastava vaikutus liittyy läheisesti alkalin hajoamiseen. Polysakkarideilla on taipumus hajota helposti muodostaen hydroksyylikarboksyylihappoa, joka voi viivyttää sementin hydratoitumista emäksisissä olosuhteissa. Tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että selluloosaeetteri on erittäin stabiili alkalisissa olosuhteissa ja hajoaa vain vähän, ja hajoamisella on vain vähän vaikutusta sementin hydratoitumisen viivästymiseen. Tällä hetkellä johdonmukaisempi näkemys on, että hidastava vaikutus johtuu pääasiassa adsorptiosta. Erityisesti selluloosaeetterin molekyylipinnalla oleva hydroksyyliryhmä on hapan, hydraatiosementtijärjestelmän ca(0H) ja muut mineraalifaasit ovat emäksisiä. Vetysidoksen synergistisen vaikutuksen alaisena kompleksoituvat ja hydrofobiset happamat selluloosaeetterimolekyylit adsorboituvat alkalisten sementtihiukkasten ja hydraatiotuotteiden pinnalle. Lisäksi sen pinnalle muodostuu ohut kalvo, joka estää näiden mineraalifaasikideytimien kasvun edelleen ja hidastaa sementin hydratoitumista ja kovettumista. Mitä vahvempi adsorptiokyky sementin hydrataatiotuotteiden ja selluloosaeetterin välillä on, sitä selvempi sementin hydraatioviive on. Toisaalta steerisen esteen koolla on ratkaiseva rooli adsorptiokyvyssä, kuten hydroksyyliryhmän pieni steerinen este, sen vahva happamuus, myös adsorptio on vahva. Toisaalta adsorptiokyky riippuu myös sementin hydraatiotuotteiden koostumuksesta. Pourchez et ai. havaitsivat, että selluloosaeetteri adsorboituu helposti hydraatiotuotteiden, kuten ca(0H)2, csH-geelin ja kalsiumaluminaattihydraatin, pintaan, mutta se ei ole helppo adsorboitua ettringiitillä ja hydratoitumattomalla faasilla. Mullertin tutkimus osoitti myös, että selluloosaeetterillä oli voimakas adsorptio c3s:iin ja sen hydraatiotuotteisiin, joten silikaattifaasin hydratoituminen viivästyi merkittävästi. Etringiitin adsorptio oli vähäistä, mutta ettringiitin muodostuminen viivästyi merkittävästi. Tämä johtui siitä, että ettringiitin muodostumisen viivästykseen vaikutti liuoksen ca2+-tasapaino, joka oli jatkoa selluloosaeetterin viiveelle silikaattihydrataatiossa.

3.2 Vedensuojaus

Toinen tärkeä sementtilaastissa olevan selluloosaeetterin modifikaatiovaikutus on se, että se esiintyy vettä pidättävänä aineena, joka voi estää märän laastin kosteuden haihtumisen ennenaikaisesti tai pohjaan imeytymästä, ja viivyttää sementin hydratoitumista samalla kun pidentää sen käyttöaikaa. märkä laasti, jotta varmistetaan ohuen laastin kammattuminen, rappauslaasti voidaan levittää, eikä helposti imeytyvää laastia tarvitse esikostella.

Selluloosaeetterin vedenpidätyskyky liittyy läheisesti sen viskositeettiin, annostukseen, tyyppiin ja ympäristön lämpötilaan. Muut olosuhteet ovat samat, mitä suurempi selluloosaeetterin viskositeetti, sitä parempi vedenpidätysvaikutus, pieni määrä selluloosaeetteriä voi parantaa laastin vedenpidätysnopeutta huomattavasti; Samalle selluloosaeetterille mitä suurempi lisäysmäärä, sitä suurempi on modifioidun laastin vedenpidätyskyky, mutta on olemassa optimaalinen arvo, jonka ylittyessä vedenpidätysnopeus kasvaa hitaasti. Erilaisille selluloosaeettereille on myös eroja vedenpidätyskyvyssä, kuten HPMc samoissa olosuhteissa kuin Mc parempi vedenpidätyskyky. Lisäksi selluloosaeetterin vedenpidätyskyky heikkenee ympäristön lämpötilan noustessa.

Yleisesti uskotaan, että syy siihen, miksi selluloosaeetterillä on vedenpidätystoiminto, johtuu pääasiassa siitä, että molekyylissä oleva 0H ja eetterisidoksen 0-atomi liittyy vesimolekyyleihin vetysidoksen syntetisoimiseksi, jolloin vapaasta vedestä tulee sitovaa. vettä, jotta se olisi hyvä rooli vedenpidätyskyvyssä; Uskotaan myös, että selluloosaeetterin makromolekyyliketjulla on rajoittava rooli vesimolekyylien diffuusiossa, jotta se säätelee tehokkaasti veden haihtumista, korkean vedenpidätyskyvyn saavuttamiseksi; Pourchez J väitti, että selluloosaeetteri saavutti vettä pidättävän vaikutuksen parantamalla vastasekoitetun sementtilietteen reologisia ominaisuuksia, huokoisen verkon rakennetta ja selluloosaeetterikalvon muodostumista, mikä esti veden diffuusiota. Laetitia P et ai. uskovat myös, että laastin reologiset ominaisuudet ovat avaintekijä, mutta uskovat myös, että viskositeetti ei ole ainoa tekijä, joka määrittää laastin erinomaisen vedenpidätyskyvyn. On syytä huomata, että vaikka selluloosaeetterillä on hyvä vedenpidätyskyky, mutta sen modifioidun kovetetun sementtilaastin veden imeytyminen vähenee, syynä on se, että laastikalvossa on selluloosaeetteriä ja laastissa suuri määrä pieniä suljettuja huokosia, jotka tukkivat. laastia kapillaarin sisällä.

3.3 Sakeuttaminen

Laastin sakeus on yksi tärkeimmistä mittareista sen toimintakyvyn mittaamiseksi. Selluloosaeetteriä lisätään usein lisäämään sakeutta. "Sakeus" edustaa juuri sekoitetun laastin kykyä virrata ja muotoutua painovoiman tai ulkoisten voimien vaikutuksesta. Kaksi ominaisuutta, paksuuntuminen ja vedenpidätys, täydentävät toisiaan. Sopivan määrän selluloosaeetteriä lisääminen ei voi ainoastaan ​​parantaa laastin vedenpidätyskykyä, varmistaa sujuvan rakenteen, vaan myös lisätä laastin sakeutta, lisätä merkittävästi sementin hajaantumisenestokykyä, parantaa laastin ja matriisin välistä sidoskykyä ja vähentää laastin painumisilmiötä.

Selluloosaeetterin sakeutusvaikutus tulee pääasiassa sen omasta viskositeetista, mitä suurempi viskositeetti, sitä parempi sakeutusvaikutus, mutta jos viskositeetti on liian suuri, se vähentää laastin juoksevuutta, mikä vaikuttaa rakenteeseen. Viskositeettimuutokseen vaikuttavat tekijät, kuten molekyylipaino (tai polymeroitumisaste) ja selluloosaeetterin pitoisuus, liuoksen lämpötila, leikkausnopeus, vaikuttavat lopulliseen sakeuttamisvaikutukseen.

Selluloosaeetterin paksuuntumismekanismi johtuu pääasiassa hydraatiosta ja molekyylien välisestä sotkeutumisesta. Toisaalta selluloosaeetterin polymeeriketjussa on helppo muodostaa vetysidos veden kanssa vedessä, vetysidos tekee siitä korkean hydratoituvuuden; Toisaalta, kun laastiin lisätään selluloosaeetteriä, se imee paljon vettä, jolloin sen oma tilavuus laajenee huomattavasti, mikä vähentää hiukkasten vapaata tilaa, samalla kun selluloosaeetterin molekyyliketjut kietoutuvat toisiinsa. muodostaakseen kolmiulotteisen verkkorakenteen, laastihiukkasia ympäröidään, jossa ei virtaa vapaasti. Toisin sanoen näillä kahdella toimenpiteellä järjestelmän viskositeetti paranee, jolloin saavutetaan haluttu sakeutusvaikutus.

4. Ei-ionisen selluloosaeetterin vaikutus polymeerisementin morfologiaan ja huokosrakenteeseen

Kuten yllä olevasta voidaan nähdä, ionittomalla selluloosaeetterillä on tärkeä rooli polymeerisementissä, ja sen lisääminen vaikuttaa varmasti koko sementtilaastin mikrorakenteeseen. Tulokset osoittavat, että ioniton selluloosaeetteri yleensä lisää sementtilaastin huokoisuutta, ja huokosten määrä kooltaan 3nm ~ 350um kasvaa, joista eniten kasvaa huokosten määrä alueella 100nm ~ 500nm. Vaikutus sementtilaastin huokosrakenteeseen liittyy läheisesti lisätyn ionittoman selluloosaeetterin tyyppiin ja viskositeettiin. Ou Zhihua et ai. uskottiin, että kun viskositeetti on sama, HEC:llä modifioidun sementtilaastin huokoisuus on pienempi kuin modifiointiaineiksi lisätyn HPMc:n ja Mc:n huokoisuus. Mitä pienempi viskositeetti on samalle selluloosaeetterille, sitä pienempi on muunnetun sementtilaastin huokoisuus. Tutkimalla HPMc:n vaikutusta vaahdotetun sementtieristelevyn aukkoon Wang Yanru et al. havaitsivat, että HPMC:n lisääminen ei muuta merkittävästi huokoisuutta, mutta voi merkittävästi pienentää aukkoa. Kuitenkin Zhang Guodian et ai. havaitsi, että mitä suurempi HEMc-pitoisuus, sitä ilmeisempi vaikutus sementtilietteen huokosrakenteeseen. HEMc:n lisääminen voi merkittävästi lisätä sementtilietteen huokoisuutta, kokonaishuokostilavuutta ja keskimääräistä huokossädettä, mutta huokosten ominaispinta-ala pienenee ja halkaisijaltaan yli 50 nm:n suurten kapillaarihuokosten määrä kasvaa merkittävästi ja lisätyt huokoset ovat pääasiassa suljettuja huokosia.

Ionittoman selluloosaeetterin vaikutusta sementtilietteen huokosrakenteen muodostumisprosessiin analysoitiin. Todettiin, että selluloosaeetterin lisääminen muutti pääasiassa nestefaasin ominaisuuksia. Toisaalta nestefaasin pintajännitys pienenee, jolloin kuplien muodostuminen sementtilaastissa on helppoa, ja se hidastaa nestefaasin valumista ja kuplien diffuusiota, joten pieniä kuplia on vaikea kerätä suuriksi kupliksi ja purkaa, joten voide lisääntyy huomattavasti; Toisaalta nestefaasin viskositeetti kasvaa, mikä myös estää valumista, kuplien diffuusiota ja kuplien sulautumista sekä parantaa kykyä stabiloida kuplia. Siksi selluloosaeetterin vaikutustapa sementtilaastin huokoskokojakaumaan voidaan saavuttaa: yli 100 nm:n huokoskokoalueella voidaan lisätä kuplia vähentämällä nestefaasin pintajännitystä ja kuplien diffuusiota voidaan estää nesteen viskositeetin lisääminen; alueella 30 nm ~ 60 nm, alueen huokosten määrään voidaan vaikuttaa estämällä pienempien kuplien fuusio.

5. Ionittoman selluloosaeetterin vaikutus polymeerisementin mekaanisiin ominaisuuksiin

Polymeerisementin mekaaniset ominaisuudet liittyvät läheisesti sen morfologiaan. Ionittoman selluloosaeetterin lisäyksellä huokoisuus kasvaa, millä on väistämättä haitallinen vaikutus sen lujuuteen, erityisesti puristuslujuuteen ja taivutuslujuuteen. Sementtilaastin puristuslujuuden aleneminen on huomattavasti suurempi kuin taivutuslujuus. Ou Zhihua et ai. tutki erityyppisten ionittomien selluloosaeetterien vaikutusta sementtilaastin mekaanisiin ominaisuuksiin ja havaitsi, että selluloosaeetterillä modifioidun sementtilaastin lujuus oli alhaisempi kuin puhtaan sementtilaastin, ja alin 28d-puristuslujuus oli vain 44,3 %. puhtaasta sementtilietteestä. HPMc-, HEMC- ja MC-selluloosaeetterimodifioidun puristuslujuus ja taivutuslujuus ovat samanlaiset, kun taas HEc-modifioidun sementtilietteen puristus- ja taivutuslujuus kussakin iässä ovat huomattavasti korkeammat. Tämä liittyy läheisesti niiden viskositeettiin tai molekyylipainoon, mitä korkeampi on selluloosaeetterin viskositeetti tai molekyylipaino, tai mitä suurempi pinta-aktiivisuus, sitä alhaisempi on sen modifioidun sementtilaastin lujuus.

On kuitenkin myös osoitettu, että ioniton selluloosaeetteri voi parantaa sementtilaastin vetolujuutta, joustavuutta ja koheesiokykyä. Huang Liangen et ai. havaitsivat, että puristuslujuuden muutoslain vastaisesti lietteen leikkauslujuus ja vetolujuus kasvoivat sementtilaastin selluloosaeetterin pitoisuuden kasvaessa. Syyanalyysi, kun selluloosaeetteriä ja polymeeriemulsiota on lisätty yhdessä suuren määrän tiheää polymeerikalvoa muodostaen, parantaa huomattavasti lietteen ja sementin hydraatiotuotteiden, hydratoitumattoman sementin, täyteaineiden ja muiden tähän kalvoon täytettyjen materiaalien joustavuutta. , varmistamaan pinnoitusjärjestelmän vetolujuus.

Ionittoman selluloosaeetterillä muunnetun polymeerisementin suorituskyvyn parantamiseksi, sementtilaastin fysikaalisten ominaisuuksien parantamiseksi samanaikaisesti, se ei heikennä merkittävästi sen mekaanisia ominaisuuksia, tavallinen käytäntö on sovittaa yhteen selluloosaeetteri ja muut lisäaineet, joita lisätään sementtilaasti. Li Tao-wen et ai. havaitsi, että selluloosaeetteristä ja polymeeriliimajauheesta koostuva komposiittilisäaine ei vain hieman parantanut laastin taivutuslujuutta ja puristuslujuutta niin, että sementtilaastin koheesio ja viskositeetti sopivat paremmin pinnoiterakenteeseen, vaan paransivat myös merkittävästi vedenpidätyskykyä. laastin kapasiteetti verrattuna yksittäiseen selluloosaeetteriin. Xu Qi et ai. lisätty kuonajauhetta, vettä vähentävää ainetta ja HEMc:tä, ja havaittiin, että vettä vähentävä aine ja mineraalijauhe voivat lisätä laastin tiheyttä, vähentää reikien määrää, jotta laastin lujuus ja kimmomoduuli paranevat. HEMc voi lisätä laastin vetolujuutta, mutta se ei ole hyvä laastin puristuslujuudelle ja kimmokerroille. Yang Xiaojie et ai. havaitsi, että sementtilaastin plastista kutistumishalkeilua voidaan vähentää merkittävästi HEMc- ja PP-kuitujen sekoittamisen jälkeen.

6. Johtopäätös

Ionittomalla selluloosaeetterillä on tärkeä rooli polymeerisementissä, mikä voi parantaa merkittävästi sementtilaastin fysikaalisia ominaisuuksia (mukaan lukien hidastava koagulaatio, vedenpidätys, paksuuntuminen), mikroskooppista morfologiaa ja mekaanisia ominaisuuksia. Sementtipohjaisten materiaalien modifioimiseksi selluloosaeetterillä on tehty paljon työtä, mutta edelleen on ongelmia, jotka vaativat lisäselvitystä. Esimerkiksi käytännön suunnittelusovelluksissa ei kiinnitetä juurikaan huomiota modifioitujen sementtipohjaisten materiaalien reologiaan, muodonmuutosominaisuuksiin, tilavuusstabiiliuteen ja kestävyyteen, eikä säännöllistä vastaavaa yhteyttä ole saatu aikaan lisätyn selluloosaeetterin kanssa. Selluloosaeetteripolymeerin ja sementin hydraatiotuotteiden migraatiomekanismin tutkimus hydraatioreaktiossa on edelleen riittämätöntä. Selluloosaeetteristä ja muista lisäaineista koostuvien lisäaineiden vaikutusprosessi ja mekanismi eivät ole riittävän selkeät. Selluloosaeetterin ja epäorgaanisten lujitemateriaalien, kuten lasikuidun, komposiittilisäystä ei ole viimeistelty. Kaikki nämä ovat tulevaisuuden tutkimuksen painopisteitä, jotka tarjoavat teoreettisia ohjeita polymeerisementin suorituskyvyn parantamiseksi edelleen.