Changement de viscosité de l'éther de cellulose sur du plâtre à base de ciment

L'épaississement est un effet de modification important de l'éther de cellulose sur les matériaux à base de ciment. Les effets de la teneur en éther de cellulose, de la vitesse de rotation du viscosimètre et de la température sur le changement de viscosité du ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base ont été étudiés. Les résultats montrent que la viscosité du cimentplâtre à base augmente continuellement avec l'augmentation de la teneur en éther de cellulose et de la viscosité de la solution d'éther de cellulose et du cimentplâtre à base a un « effet de superposition composite » ; la pseudoplasticité du ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base est inférieure à celle du ciment purplâtre à base, et la viscosité Plus la vitesse de rotation de l'instrument est faible ou plus la viscosité du ciment modifié à l'éther de cellulose est faibleplâtre à base, ou plus la teneur en éther de cellulose est faible, plus la pseudoplasticité du ciment modifié à l'éther de cellulose est évidenteplâtre à base; Avec l'effet combiné de l'hydratation, la viscosité du ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base va augmenter ou diminuer. Différents types d'éther de cellulose ont des changements différents dans la viscosité du ciment modifiéplâtre à base.

Mots clés : éther de cellulose; cimentplâtre à base; viscosité

0、Préface

Les éthers de cellulose sont souvent utilisés comme agents de rétention d'eau et épaississants pour les matériaux à base de ciment. Selon différents substituants, les éthers de cellulose utilisés dans les matériaux à base de ciment comprennent généralement la méthylcellulose (MC), l'hydroxyéthylcellulose (HEC), l'éther d'hydroxyéthylméthylcellulose (Hydroxyéthylméthylcellulose, HEMC) et l'hydroxypropylméthylcellulose (Hydroxypropylméthylcellulose, HPMC), parmi lesquels HPMC et HEMC sont les plus couramment utilisés.

L'épaississement est un effet de modification important de l'éther de cellulose sur les matériaux à base de ciment. L'éther de cellulose peut conférer au mortier humide une excellente viscosité, augmenter considérablement la capacité de liaison entre le mortier humide et la couche de base et améliorer les performances anti-affaissement du mortier. Il peut également augmenter l'homogénéité et la capacité anti-dispersion des matériaux à base de ciment fraîchement mélangés, et empêcher le délaminage, la ségrégation et le saignement du mortier et du béton.

L'effet épaississant de l'éther de cellulose sur les matériaux à base de ciment peut être évalué quantitativement par le modèle rhéologique des matériaux à base de ciment. Les matériaux à base de ciment sont généralement considérés comme fluides de Bingham, c'est-à-dire que lorsque la contrainte de cisaillement appliquée r est inférieure à la limite d'élasticité r0, le matériau reste dans sa forme originale et ne s'écoule pas ; lorsque la contrainte de cisaillement r dépasse la limite d'élasticité r0, l'objet subit une déformation par écoulement et la contrainte de cisaillement. La contrainte r a une relation linéaire avec la vitesse de déformation y, c'est-à-dire r=r0+f·y, où f est la viscosité plastique. Les éthers de cellulose augmentent généralement la limite d'élasticité et la viscosité plastique des matériaux à base de ciment. Cependant, des dosages plus faibles entraînent une limite d'élasticité et une viscosité plastique plus faibles, principalement en raison de l'effet entraîneur d'air des éthers de cellulose. Les recherches de Patural montrent que le poids moléculaire de l'éther de cellulose augmente, la limite d'élasticité du cimentplâtre à base diminue et la consistance augmente.

La viscosité du cimentplâtre à base est un indice important pour évaluer l’effet épaississant de l’éther de cellulose sur les matériaux à base de ciment. Certaines publications ont exploré la loi de changement de viscosité de la solution d'éther de cellulose, mais il y a encore un manque de recherche pertinente sur l'effet de l'éther de cellulose sur le changement de viscosité du ciment.plâtre à base. Parallèlement, selon les différents types de substituants, il existe de nombreux types d'éthers de cellulose. L'impact des différents types et viscosités des éthers de cellulose sur le changement de cimentplâtre à base la viscosité est également un problème très préoccupant dans l'utilisation des éthers de cellulose. Ce travail utilise un viscosimètre rotatif pour étudier les changements de viscosité de coulis de ciment modifiés à l'éther de cellulose de différents types et viscosités sous différents rapports de poly-cendres, vitesses de rotation et températures.

1. Expérimentez

1.1 Matières premières

(1) Éther de cellulose. Six types d'éthers de cellulose couramment utilisés dans mon pays ont été sélectionnés, dont 1 type de MC, 1 type de HEC, 2 types de HPMC et 2 types de HEMC, parmi lesquels les viscosités de 2 types de HPMC et 2 types de HEMC étaient évidemment différent. 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 était de 1,0 % ou 2,0 %, la température était de 20°C, et la vitesse de rotation était de 12 tr/min.

(2) Ciment. Le ciment Portland ordinaire produit par Wuhan Huaxin Cement Co., Ltd. a une spécification de P·O 42.5 (GB 175-2007).

1.2 Méthode de mesure de la viscosité d'une solution d'éther de cellulose

Prélevez un échantillon d'éther de cellulose de qualité spécifiée et ajoutez-le dans un bécher en verre de 250 ml, puis ajoutez 250 g d'eau chaude à environ 90°C.°C ; remuez complètement avec une tige de verre pour que l'éther de cellulose forme un système de dispersion uniforme dans l'eau chaude, et en même temps laissez le bécher refroidir à l'air. Lorsque la solution commence à générer de la viscosité et ne précipite plus, arrêtez immédiatement de remuer ; lorsque la solution est refroidie dans l'air jusqu'à ce que la couleur soit uniforme, placez le bécher dans un bain-marie à température constante et maintenez la température à la température spécifiée. L'erreur est± 0,1°C ; après 2h (calculé à partir du temps de contact de l'éther de cellulose avec l'eau chaude), mesurer la température du centre de la solution avec un thermomètre. Production) rotor inséré dans la solution à la profondeur spécifiée, après 5 minutes de repos, mesurer sa viscosité.

1.3 Mesure de la viscosité du ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base

Avant l'expérience, conservez toutes les matières premières à la température spécifiée, pesez la masse spécifiée d'éther de cellulose et de ciment, mélangez-les soigneusement et ajoutez de l'eau du robinet à la température spécifiée dans un bécher en verre de 250 ml avec un rapport eau-ciment de 0,65 ; puis ajoutez la poudre sèche dans le bécher et attendez 3 minutes. Remuez soigneusement avec une tige de verre 300 fois, insérez le rotor d'un viscosimètre rotatif (type NDJ-1B, produit par Shanghai Changji Geological Instrument Co., Ltd.) dans le solution à une profondeur spécifiée et mesurez sa viscosité après 2 minutes de repos. Afin d'éviter l'influence de la chaleur d'hydratation du ciment sur le test de viscosité du cimentplâtre à base autant que possible, la viscosité du ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base doit être testé lorsque le ciment est en contact avec de l'eau pendant 5 minutes.

2. Résultats et analyse

2.1 Effet de la teneur en éther de cellulose

La quantité d'éther de cellulose fait référence ici au rapport massique de l'éther de cellulose au ciment, c'est-à-dire au rapport polyash. De l'influence de trois types d'éthers de cellulose P2, E2 et H1 sur le changement de viscosité du cimentplâtre à base à différents dosages (0,1%, 0,3%, 0,6% et 0,9%), on constate qu'après ajout d'éther de cellulose, la viscosité du cimentplâtre à base La viscosité augmente ; à mesure que la quantité d'éther de cellulose augmente, la viscosité du cimentplâtre à base augmente continuellement et la plage d'augmentation de la viscosité du cimentplâtre à base devient également plus grand.

Lorsque le rapport eau-ciment est de 0,65 et la teneur en éther de cellulose est de 0,6 %, compte tenu de l'eau consommée par l'hydratation initiale du ciment, la concentration en éther de cellulose par rapport à l'eau est d'environ 1 %. Lorsque la concentration est de 1%, les solutions aqueuses P2, E2 et H1 Les viscosités sont de 4990 mPa·S, 5070 mPa·S et 5250mPa·s respectivement ; lorsque le rapport eau-ciment est de 0,65, la viscosité du ciment purplâtre à base est 836 mPa·S. Cependant, les viscosités des trois coulis de ciment modifiés à l'éther de cellulose P2, E2 et H1 sont de 13 800 mPa.·S, 12900 mPa·S et 12700mPa·s respectivement. Évidemment, la viscosité du ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base n'est pas la viscosité d'une solution d'éther de cellulose et la simple addition de la viscosité du ciment purplâtre à base est nettement supérieure à la somme des deux viscosités, c'est-à-dire la viscosité de la solution d'éther de cellulose et la viscosité du cimentplâtre à base avoir un « effet de superposition composite ». La viscosité de la solution d'éther de cellulose provient de la forte hydrophilie des groupes hydroxyle et des liaisons éther dans les molécules d'éther de cellulose et de la structure de réseau tridimensionnelle formée par les molécules d'éther de cellulose dans la solution ; la viscosité du ciment purplâtre à base provient du réseau formé entre la structure des produits d'hydratation du ciment. Étant donné que les produits d'hydratation du polymère et du ciment forment souvent une structure de réseau interpénétrée, dans le ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base, la structure du réseau tridimensionnel de l'éther de cellulose et la structure du réseau des produits d'hydratation du ciment sont entrelacées, et les molécules d'éther de cellulose L'adsorption avec les produits d'hydratation du ciment produit ensemble un « effet de superposition composite », qui augmente considérablement la viscosité globale du ciment.plâtre à base; puisqu'une molécule d'éther de cellulose peut s'entrelacer avec plusieurs molécules d'éther de cellulose et des produits d'hydratation du ciment, par conséquent, avec l'augmentation de la teneur en éther de cellulose, la densité de la structure du réseau augmente plus que l'augmentation des molécules d'éther de cellulose et la viscosité du cimentplâtre à base augmente continuellement ; de plus, l'hydratation rapide du ciment nécessite de faire réagir une partie de l'eau. , ce qui équivaut à augmenter la concentration d'éther de cellulose, ce qui explique également l'augmentation significative de la viscosité du cimentplâtre à base.

Depuis l'éther de cellulose et le cimentplâtre à base avoir un « effet de superposition composite » en viscosité, dans les mêmes conditions de teneur en éther de cellulose et de rapport eau-ciment, la viscosité du ciment modifié par éther de celluloseplâtre à base avec une différence évidente lorsque la concentration est de 2 %. La différence de viscosité n'est pas grande, par exemple, les viscosités de P2 et E2 sont de 48 000 mPa.·s et 36700mPa·s respectivement dans la solution aqueuse avec une concentration de 2%. S, la différence n'est pas évidente ; les viscosités de E1 et E2 en solution aqueuse à 2% sont de 12300mPa·S et 36700mPa·s respectivement, la différence est très grande, mais les viscosités de leur pâte de ciment modifiée sont de 9800mPa·S et 12900mPa respectivement·S, la différence a été considérablement réduite, de sorte que lors du choix de l'éther de cellulose en ingénierie, il n'est pas nécessaire de rechercher une viscosité d'éther de cellulose trop élevée. De plus, dans les applications techniques pratiques, la concentration d’éther de cellulose par rapport à l’eau est généralement relativement faible. Par exemple, dans le mortier de plâtre ordinaire, le rapport eau-ciment est généralement d'environ 0,65 et la teneur en éther de cellulose est de 0,2 % à 0,6 %. La concentration en eau est comprise entre 0,3% et 1%.

Les résultats des tests montrent également que différents types d'éthers de cellulose ont des effets différents sur la viscosité du ciment.plâtre à base. Lorsque la concentration est de 1 %, les viscosités des trois types de solutions aqueuses d'éther de cellulose P2, E2 et H1 sont de 4990 mPa.·s, 5070 mPa·S et 5250mPa·S respectivement, la viscosité de la solution H1 est la plus élevée, mais la viscosité des trois types d'éther de cellulose P2, E2 et H1. Les viscosités des coulis de ciment modifiés à l'éther étaient de 13 800 mPa.·S, 12900 mPa·S et 12700mPa·S respectivement, et la viscosité des coulis de ciment modifiés H1 était la plus faible. En effet, les éthers de cellulose ont généralement pour effet de retarder l'hydratation du ciment. Parmi les trois types d’éthers de cellulose, HEC, HPMC et HEMC, HEC possède la plus forte capacité à retarder l’hydratation du ciment. Par conséquent, dans le ciment modifié H1plâtre à base, en raison de l'hydratation plus lente du ciment, la structure du réseau des produits d'hydratation du ciment se développe plus lentement et la viscosité est la plus faible.

2.2 Effet du taux de rotation

De l'influence de la vitesse de rotation du viscosimètre sur la viscosité du ciment purplâtre à base et ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base, on peut voir qu'à mesure que la vitesse de rotation augmente, la viscosité du ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base et du ciment purplâtre à base diminue à des degrés divers , c'est-à-dire qu'ils ont tous la propriété de s'amincir par cisaillement et appartiennent au fluide pseudoplastique. Plus le taux de rotation est faible, plus la diminution de la viscosité de tout ciment est importanteplâtre à base avec la vitesse de rotation, c'est-à-dire plus la pseudoplasticité du ciment est évidenteplâtre à base. Avec l'augmentation de la vitesse de rotation, la courbe de diminution de la viscosité du cimentplâtre à base devient progressivement plus plat et la pseudoplasticité s'affaiblit. Comparé au ciment purplâtre à base, la pseudoplasticité du ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base est plus faible, c'est-à-dire que l'incorporation d'éther de cellulose réduit la pseudoplasticité du cimentplâtre à base.

De l'influence de la vitesse de rotation sur la viscosité du cimentplâtre à base sous différents types et viscosités d'éther de cellulose, on peut savoir que le cimentplâtre à base modifié avec différents éthers de cellulose a une résistance pseudoplastique différente, et plus la viscosité de l'éther de cellulose est faible, plus la viscosité du ciment modifié est élevéeplâtre à base. Plus la pseudoplasticité du ciment est évidenteplâtre à base est; la pseudoplasticité du ciment modifiéplâtre à base n'a pas de différence évidente avec différents types d'éthers de cellulose ayant des viscosités similaires. De P2, E2 et H1, trois types de ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base à différents dosages (0,1%, 0,3%, 0,6% et 0,9%), l'influence de la vitesse de rotation sur la viscosité peut être connue, P2, E2 et H1 trois types de fibres Les coulis de ciment modifiés avec de l'éther ordinaire ont les mêmes résultats de tests : lorsque la quantité d'éther de cellulose est différente, leur pseudoplasticité est différente. Plus la quantité d'éther de cellulose est faible, plus la pseudoplasticité du ciment modifié est forteplâtre à base.

Une fois le ciment en contact avec l'eau, les particules de ciment en surface sont rapidement hydratées et les produits d'hydratation (notamment le gel CSH) forment une structure d'agglomération. Lorsqu'il y a une force de cisaillement directionnelle dans la solution, la structure d'agglomération s'ouvre, de sorte que dans la direction de la force de cisaillement, la résistance à l'écoulement directionnel est réduite, présentant ainsi la propriété d'amincissement par cisaillement. L'éther de cellulose est une sorte de macromolécule à structure asymétrique. Lorsque la solution est immobile, les molécules d’éther de cellulose peuvent avoir diverses orientations. Lorsqu’il y a une force de cisaillement directionnelle dans la solution, la longue chaîne de la molécule tourne et continue. La direction de la force de cisaillement est réduite, ce qui entraîne une diminution de la résistance à l'écoulement et présente également la propriété d'amincissement par cisaillement. Par rapport aux produits d'hydratation du ciment, les molécules d'éther de cellulose sont plus flexibles et ont une certaine capacité tampon pour la force de cisaillement. Par conséquent, comparé au ciment purplâtre à base, la pseudoplasticité du ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base est plus faible et, à mesure que la viscosité ou la teneur en éther de cellulose augmente, l'effet tampon des molécules d'éther de cellulose sur la force de cisaillement est plus évident. La plasticité devient faible.

2.3 L'influence de la température

De l'effet des changements de température (20°C, 27°C et 35°C) sur la viscosité du ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base, on constate que lorsque la teneur en éther de cellulose est de 0,6%, à mesure que la température augmente, le ciment purplâtre à base et M1 La viscosité du ciment modifiéplâtre à base Augmentation et viscosité d'autres ciments modifiés à l'éther de celluloseplâtre à base diminué, mais la diminution n'était pas importante et la viscosité du ciment modifié H1plâtre à base a diminué le plus. En ce qui concerne le ciment modifié E2plâtre à base concerné, lorsque le taux de polyash est de 0,6%, la viscosité du cimentplâtre à base diminue avec l'augmentation de la température, et lorsque le taux de polyash est de 0,3%, la viscosité du cimentplâtre à base augmente avec l'augmentation de la température.

D'une manière générale, en raison de la diminution de la force d'interaction intermoléculaire, la viscosité du fluide va diminuer avec l'augmentation de la température, ce qui est le cas pour une solution d'éther de cellulose. Cependant, à mesure que la température augmente et que le temps de contact entre le ciment et l'eau augmente, la vitesse d'hydratation du ciment sera considérablement accélérée et le degré d'hydratation augmentera, de sorte que la viscosité du ciment purplâtre à base augmentera à la place.

En ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base, l'éther de cellulose sera adsorbé à la surface des produits d'hydratation du ciment, inhibant ainsi l'hydratation du ciment, mais différents types et quantités d'éthers de cellulose ont différentes capacités à inhiber l'hydratation du ciment, MC (tel que M1) a une faible capacité à inhiber l'hydratation du ciment, et à mesure que la température augmente, le taux d'hydratation du cimentplâtre à base est encore plus rapide, donc à mesure que la température augmente, la viscosité Il est généralement augmenté ; HEC, HPMC et HEMC peuvent inhiber considérablement l'hydratation du ciment, car à mesure que la température augmente, le taux d'hydratation du cimentplâtre à base est plus lent, donc à mesure que la température augmente, le ciment modifié HEC, HPMC et HEMC La viscosité deplâtre à base (rapport polyash de 0,6 %) est généralement réduit, et comme la capacité du HEC à retarder l'hydratation du ciment est supérieure à celle du HPMC et du HEMC, le changement d'éther de cellulose lors des changements de température (20°C, 27°C et 35°C) La viscosité du ciment modifié H1plâtre à base diminue le plus avec l’augmentation de la température. Cependant, l'hydratation du ciment existe toujours lorsque la température est plus élevée, donc le degré de réduction du ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base avec l'augmentation de la température, ce n'est pas évident. En ce qui concerne le ciment modifié E2plâtre à base En revanche, lorsque le dosage est élevé (le taux de cendres est de 0,6 %), l'effet d'inhibition de l'hydratation du ciment est évident et la viscosité diminue avec l'augmentation de la température ; lorsque le dosage est faible (le taux de cendres est de 0,3 %), l'effet d'inhibition de l'hydratation du ciment n'est pas évident et la viscosité augmente avec l'augmentation de la température.

3. Conclusion

(1) Avec l'augmentation continue de la teneur en éther de cellulose, la viscosité et le taux d'augmentation de la viscosité du cimentplâtre à base continuent à augmenter. La structure du réseau moléculaire de l'éther de cellulose et la structure du réseau des produits d'hydratation du ciment sont étroitement liées, et l'hydratation initiale du ciment augmente indirectement la concentration de l'éther de cellulose, de sorte que la viscosité de la solution d'éther de cellulose et du cimentplâtre à base a un « effet de superposition composite », c'est-à-dire de l'éther de cellulose. La viscosité du ciment modifiéplâtre à base est bien supérieure à la somme de leurs viscosités respectives. Par rapport aux coulis de ciment modifiés HPMC et HEMC, les coulis de ciment modifiés HEC ont des valeurs de test de viscosité plus faibles en raison d'un développement d'hydratation plus lent.

(2) Les deux ciments modifiés à l'éther de celluloseplâtre à base et du ciment purplâtre à base avoir la propriété de rhéofluidification ou de pseudoplasticité ; la pseudoplasticité du ciment modifié à l'éther de celluloseplâtre à base est inférieure à celle du ciment purplâtre à base; plus le taux de rotation, ou la cellulose, est faible. Plus la viscosité du ciment modifié à l'éther est faible.plâtre à base, ou plus la teneur en éther de cellulose est faible, plus la pseudoplasticité du ciment modifié à l'éther de cellulose est évidenteplâtre à base.

(3) À mesure que la température continue d'augmenter, la vitesse et le degré d'hydratation du ciment augmentent, de sorte que la viscosité du ciment purplâtre à base augmente progressivement. Étant donné que différents types et quantités d'éthers de cellulose ont des capacités différentes à inhiber l'hydratation du ciment, la viscosité de la pâte de ciment modifiée varie en fonction de la température.