Bouillie de ciment modifiée à l'éther de cellulose

L'effet de différentes structures moléculaires de l'éther de cellulose non ionique sur la structure des pores du coulis de ciment a été étudié par un test de densité de performance et une observation macroscopique et microscopique de la structure des pores. Les résultats montrent que l'éther de cellulose non ionique peut augmenter la porosité du coulis de ciment. Lorsque la viscosité de la suspension modifiée à l'éther de cellulose non ionique est similaire, la porosité deéther d'hydroxyéthylcellulose(HEC) est plus petite que celle de l'éther d'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC) et de l'éther de méthylcellulose (MC). Plus la viscosité/le poids moléculaire relatif de l'éther de cellulose HPMC avec une teneur en groupes similaire est faible, plus la porosité de son coulis de ciment modifié est faible. L'éther de cellulose non ionique peut réduire la tension superficielle de la phase liquide et permettre au coulis de ciment de former facilement des bulles. Les molécules d'éther de cellulose non ioniques sont adsorbées de manière directionnelle à l'interface gaz-liquide des bulles, ce qui augmente également la viscosité de la phase de coulis de ciment et améliore la capacité du coulis de ciment à stabiliser les bulles.

Mots clés :éther de cellulose non ionique ; Bouillie de ciment ; Structure des pores ; Structure moléculaire ; Tension superficielle ; viscosité

L'éther de cellulose non ionique (ci-après dénommé éther de cellulose) présente un excellent épaississement et une excellente rétention d'eau et est largement utilisé dans les mortiers mélangés secs, le béton autoplaçant et d'autres nouveaux matériaux à base de ciment. Les éthers de cellulose utilisés dans les matériaux à base de ciment comprennent généralement l'éther de méthylcellulose (MC), l'éther d'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC), l'éther d'hydroxyéthylméthylcellulose (HEMC) et l'éther d'hydroxyéthylcellulose (HEC), parmi lesquels HPMC et HEMC sont les applications les plus courantes. .

L'éther de cellulose peut affecter de manière significative la structure des pores du coulis de ciment. Pourchez et al., grâce à un test de densité apparente, un test de taille des pores (méthode d'injection de mercure) et une analyse d'image sEM, ont conclu que l'éther de cellulose peut augmenter le nombre de pores d'un diamètre d'environ 500 nm et de pores d'un diamètre d'environ 50 à 250 μm dans coulis de ciment. De plus, pour le coulis de ciment durci, la distribution de la taille des pores du coulis de ciment modifié HEC de faible poids moléculaire est similaire à celle du coulis de ciment pur. Le volume total des pores du coulis de ciment modifié HEC de haut poids moléculaire est supérieur à celui du coulis de ciment pur, mais inférieur à celui du coulis de ciment modifié HPMC avec à peu près la même consistance. Grâce à l'observation SEM, Zhang et al. ont découvert que HEMC pouvait augmenter considérablement le nombre de pores d'un diamètre d'environ 0,1 mm dans le mortier de ciment. Ils ont également découvert grâce à des tests d'injection de mercure que les HEMC pouvaient augmenter considérablement le volume total des pores et le diamètre moyen des pores du coulis de ciment, entraînant une augmentation significative du nombre de gros pores d'un diamètre de 50 nm ~ 1 μm et de gros pores d'un diamètre de plus de 50 nm ~ 1 μm. que 1 μm. Cependant, le nombre de pores d’un diamètre inférieur à 50 nm a été considérablement réduit. Saric-Coric et al. pensaient que l'éther de cellulose rendrait le coulis de ciment plus poreux et entraînerait une augmentation des macropores. Jenni et coll. a testé la densité de performance et déterminé que la fraction volumique des pores du mortier de ciment modifié HEMC était d'environ 20 %, tandis que le mortier de ciment pur ne contenait qu'une petite quantité d'air. Silva et coll. a constaté qu'en plus des deux pics à 3,9 nm et 40 ~ 75 nm sous forme de coulis de ciment pur, il y avait également deux pics à 100 ~ 500 nm et supérieurs à 100 μm grâce au test d'injection de mercure. Ma Baoguo et coll. ont découvert que l'éther de cellulose augmentait le nombre de pores fins d'un diamètre inférieur à 1 μm et de gros pores d'un diamètre supérieur à 2 μm dans le mortier de ciment grâce à un test d'injection de mercure. Quant à la raison pour laquelle l'éther de cellulose augmente la porosité du coulis de ciment, on pense généralement que l'éther de cellulose a une activité de surface, s'enrichira à l'interface air-eau, formant un film, de manière à stabiliser les bulles dans le coulis de ciment.

L’analyse de la littérature ci-dessus montre que l’effet de l’éther de cellulose sur la structure des pores des matériaux à base de ciment a fait l’objet d’une grande attention. Cependant, il existe de nombreux types d'éther de cellulose, le même type d'éther de cellulose, son poids moléculaire relatif, son contenu en groupes et d'autres paramètres de structure moléculaire sont également très différents, et les chercheurs nationaux et étrangers sur la sélection de l'éther de cellulose ne se limitent qu'à leurs applications respectives. domaine, manque de représentation, la conclusion est une inévitable « surgénéralisation », de sorte que l’explication du mécanisme de l’éther de cellulose n’est pas assez profonde. Dans cet article, l'effet de l'éther de cellulose de structure moléculaire différente sur la structure des pores du coulis de ciment a été étudié par test de densité apparente et observation macroscopique et microscopique de la structure des pores.

1. Testez

1.1 Matières premières

Le ciment était un ciment Portland ordinaire P·O 42,5 fabriqué par Huaxin Cement Co., LTD., dans lequel la composition chimique a été mesurée par un spectromètre à fluorescence X de type dispersion de longueur d'onde AXIOS Ad-Vanced (PANa - lytique, Pays-Bas), et la composition des phases a été estimée par la méthode Bogue.

L'éther de cellulose a sélectionné quatre types d'éther de cellulose commercial, respectivement l'éther de méthylcellulose (MC), l'éther d'hydroxypropylméthylcellulose (HPMC1, HPMC2) et l'éther d'hydroxyéthylcellulose (HEC), la structure moléculaire HPMC1 et HPMC2 sont similaires, mais la viscosité est bien inférieure à celle de HPMC2. , Autrement dit, la masse moléculaire relative de HPMC1 est beaucoup plus petite que celle de HPMC2. En raison des propriétés similaires de l’éther d’hydroxyéthylméthylcellulose (HEMc) et de l’HPMC, les HEMC n’ont pas été sélectionnées dans cette étude. Pour éviter l'influence de la teneur en humidité sur les résultats des tests, tous les éthers de cellulose ont été cuits à 98 ℃ pendant 2 heures avant utilisation.

La viscosité de l'éther de cellulose a été testée par un viscosimètre rotatif NDJ-1B (Shanghai Changji Company). La concentration de la solution d'essai (rapport massique de l'éther de cellulose à l'eau) était de 2,0 %, la température était de 20 ℃ et la vitesse de rotation était de 12 tr/min. La tension superficielle de l'éther de cellulose a été testée par la méthode de l'anneau. L'instrument de test était un tensiomètre automatique JK99A (Shanghai Zhongchen Company). La concentration de la solution d'essai était de 0,01 % et la température était de 20 ℃. La teneur en groupes éther de cellulose est fournie par le fabricant.

Selon la viscosité, la tension superficielle et la teneur en groupes de l'éther de cellulose, lorsque la concentration de la solution est de 2,0 %, le rapport de viscosité de la solution HEC et HPMC2 est de 1 : 1,6 et le rapport de viscosité de la solution HEC et MC est de 1 : 0,4, mais dans cet essai, le rapport eau-ciment est de 0,35, le rapport maximum de ciment est de 0,6 %, le rapport massique de l'éther de cellulose à l'eau est d'environ 1,7 %, inférieur à 2,0 %, et l'effet synergique du coulis de ciment sur la viscosité, de sorte que le la différence de viscosité du coulis de ciment modifié HEC, HPMC2 ou MC est faible.

Selon la viscosité, la tension superficielle et la teneur en groupes de l'éther de cellulose, la tension superficielle de chaque éther de cellulose est différente. L'éther de cellulose possède à la fois des groupes hydrophiles (groupes hydroxyle et éther) et des groupes hydrophobes (cycle carbone méthyle et glucose), et est un tensioactif. L'éther de cellulose est différent, le type et la teneur en groupes hydrophiles et hydrophobes sont différents, ce qui entraîne une tension superficielle différente.

1.2 Méthodes d'essai

Six types de coulis de ciment ont été préparés, dont un coulis de ciment pur, un coulis de ciment modifié à base de quatre éthers de cellulose (MC, HPMCl, HPMC2 et HEC) avec un rapport de ciment de 0,60 % et un coulis de ciment modifié par HPMC2 avec un rapport de ciment de 0,05 %. Réf, MC — 0,60, HPMCl — 0,60, Hpmc2-0,60. HEC 1-0,60 et hpMC2-0,05 indiquent que le rapport eau-ciment est tous deux de 0,35.

Boue de ciment d'abord conformément à la norme GB/T 17671 1999 « méthode d'essai de résistance du mortier de ciment (méthode ISO) » transformée en bloc d'essai de prismes de 40 mm × 40 mm × 160 mm, dans des conditions de durcissement scellé à 20 ℃ 28d. Après avoir pesé et calculé sa densité apparente, il a été ouvert avec un petit marteau, et l'état des macro-trous de la section centrale du bloc d'essai a été observé et photographié avec un appareil photo numérique. Dans le même temps, de petits morceaux de 2,5 à 5,0 mm ont été prélevés pour observation au microscope optique (microscope vidéo tridimensionnel HIROX) et au microscope électronique à balayage (JSM-5610LV).

2. Résultats des tests

2.1 Densité apparente

Selon la densité apparente du coulis de ciment modifié par différents éthers de cellulose, (1) la densité apparente du coulis de ciment pur est la plus élevée, soit 2 044 kg/m³ ; La densité apparente des quatre types de coulis modifié à l'éther de cellulose avec un rapport de ciment de 0,60 % était de 74 % à 88 % de celle du coulis de ciment pur, ce qui indique que l'éther de cellulose a provoqué l'augmentation de la porosité du coulis de ciment. (2) Lorsque le rapport ciment/ciment est de 0,60 %, l'effet des différents éthers de cellulose sur la porosité du coulis de ciment est très différent. La viscosité du coulis de ciment modifié HEC, HPMC2 et MC est similaire, mais la densité apparente du coulis de ciment modifié HEC est la plus élevée, ce qui indique que la porosité du coulis de ciment modifié HEC est plus petite que celle du coulis de ciment modifié HPMc2 et Mc avec une viscosité similaire. . HPMc1 et HPMC2 ont une teneur en groupes similaire, mais la viscosité de HPMCl est bien inférieure à celle de HPMC2, et la densité apparente du coulis de ciment modifié par HPMCl est significativement supérieure à celle du coulis de ciment modifié par HPMC2, ce qui indique que lorsque la teneur en groupes est similaire , plus la viscosité de l'éther de cellulose est faible, plus la porosité du coulis de ciment modifié est faible. (3) Lorsque le rapport ciment/ciment est très faible (0,05 %), la densité apparente du coulis de ciment modifié par HPMC2 est fondamentalement proche de celle du coulis de ciment pur, ce qui indique que l'effet de l'éther de cellulose sur la porosité du ciment la boue est très petite.

2.2 Pore macroscopique

Selon les photos de section du coulis de ciment modifié à l'éther de cellulose prises par un appareil photo numérique, le coulis de ciment pur est très dense, presque sans pores visibles ; Les quatre types de coulis modifiés à l'éther de cellulose avec un rapport de ciment de 0,60 % ont tous des pores plus macroscopiques, ce qui indique que l'éther de cellulose entraîne une augmentation de la porosité du coulis de ciment. Semblable aux résultats du test de densité apparente, l’effet des différents types et teneurs d’éther de cellulose sur la porosité du coulis de ciment est très différent. La viscosité des boues modifiées HEC, HPMC2 et MC est similaire, mais la porosité des boues modifiées HEC est inférieure à celle des boues modifiées HPMC2 et MC. Bien que HPMC1 et HPMC2 aient une teneur en groupes similaire, la suspension modifiée HPMC1 avec une viscosité plus faible a une porosité plus petite. Lorsque le rapport ciment/ciment du coulis modifié HPMc2 est très faible (0,05 %), le nombre de pores macroscopiques est légèrement augmenté par rapport à celui du coulis de ciment pur, mais fortement réduit par rapport à celui du coulis modifié HPMC2 avec 0,60 % de ciment/ciment. -rapport ciment.

2.3 Pore microscopique

4. Conclusion

(1) L'éther de cellulose peut augmenter la porosité du coulis de ciment.

(2) L'effet de l'éther de cellulose sur la porosité du coulis de ciment avec différents paramètres de structure moléculaire est différent : lorsque la viscosité du coulis de ciment modifié à l'éther de cellulose est similaire, la porosité du coulis de ciment modifié HEC est plus petite que celle du HPMC et du MC modifié. coulis de ciment; Plus la viscosité/le poids moléculaire relatif de l'éther de cellulose HPMC avec une teneur en groupes similaire est faible, plus la porosité de son coulis de ciment modifié est faible.

(3) Après avoir ajouté de l'éther de cellulose dans le coulis de ciment, la tension superficielle de la phase liquide est réduite, de sorte que le coulis de ciment est facile à former des bulles et une adsorption directionnelle des molécules d'éther de cellulose dans l'interface gaz-liquide des bulles, améliore la résistance et la ténacité de l'adsorption du film liquide à bulles dans l'interface gaz-liquide à bulles, améliore la résistance du film liquide à bulles et renforce la capacité de la boue dure à stabiliser la bulle.