Éther de cellulose non ionique dans le ciment polymère

En tant qu'additif indispensable dans le ciment polymère, l'éther de cellulose non ionique a fait l'objet d'une attention et de recherches approfondies. Sur la base de la littérature pertinente au pays et à l'étranger, la loi et le mécanisme du mortier de ciment modifié à l'éther de cellulose non ionique ont été discutés sous les aspects des types et de la sélection de l'éther de cellulose non ionique, de son effet sur les propriétés physiques du ciment polymère, son effet sur la micromorphologie et les propriétés mécaniques, ainsi que les lacunes des recherches actuelles ont été mises en avant. Ces travaux favoriseront l'application de l'éther de cellulose dans le ciment polymère.

Mots clés : éther de cellulose non ionique, ciment polymère, propriétés physiques, propriétés mécaniques, microstructure

1. Aperçu

Avec la demande croissante et les exigences de performance du ciment polymère dans l'industrie de la construction, l'ajout d'additifs à sa modification est devenu un point chaud de la recherche, parmi lesquels l'éther de cellulose a été largement utilisé en raison de son effet sur la rétention d'eau, l'épaississement, le retardement, l'air du mortier de ciment. et ainsi de suite. Dans cet article, les types d'éther de cellulose, les effets sur les propriétés physiques et mécaniques du ciment polymère et la micromorphologie du ciment polymère sont décrits, ce qui fournit une référence théorique pour l'application de l'éther de cellulose dans le ciment polymère.

2. Types d'éther de cellulose non ionique

L'éther de cellulose est une sorte de composé polymère à structure éther à base de cellulose. Il existe de nombreux types d'éther de cellulose, qui ont une grande influence sur les propriétés des matériaux à base de ciment et sont difficiles à choisir. Selon la structure chimique des substituants, ils peuvent être divisés en éthers anioniques, cationiques et non ioniques. L'éther de cellulose non ionique avec substituant de chaîne latérale H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH et d'autres groupes non dissociables est le plus largement utilisé dans le ciment, les représentants typiques sont l'éther de méthylcellulose, l'hydroxypropylméthyle éther de cellulose, éther d'hydroxyéthylméthylcellulose, éther d'hydroxyéthylcellulose, etc. Différents types d’éthers de cellulose ont des effets différents sur le temps de prise du ciment. Selon des rapports de littérature antérieurs, HEC a la capacité retardatrice la plus forte pour le ciment, suivi par HPMc et HEMc, et Mc a la pire. Pour le même type d'éther de cellulose, le poids moléculaire ou la viscosité, la teneur en méthyle, hydroxyéthyle et hydroxypropyle de ces groupes sont différents, son effet retardateur est également différent. D'une manière générale, plus la viscosité est élevée et plus la teneur en groupes non dissociables est élevée, plus la capacité de retard est mauvaise. Par conséquent, dans le processus de production réel, selon les exigences de la coagulation du mortier commercial, la teneur appropriée en groupes fonctionnels de l'éther de cellulose peut être sélectionnée. Ou dans la production d'éther de cellulose en même temps, ajustez la teneur en groupes fonctionnels, faites-le répondre aux exigences des différents mortiers.

3、l'influence de l'éther de cellulose non ionique sur les propriétés physiques du ciment polymère

3.1 Coagulation lente

Afin de prolonger le temps de durcissement par hydratation du ciment, de sorte que le mortier nouvellement mélangé reste longtemps plastique, de manière à ajuster le temps de prise du mortier nouvellement mélangé, à améliorer son opérabilité, ajoutez généralement un retardateur dans le mortier, non- l'éther de cellulose ionique convient au ciment polymère et est un retardateur courant.

L'effet retardateur de l'éther de cellulose non ionique sur le ciment est principalement affecté par son propre type, sa viscosité, son dosage, sa composition différente en minéraux du ciment et d'autres facteurs. Pourchez J et coll. ont montré que plus le degré de méthylation de l'éther de cellulose est élevé, plus l'effet retardateur est mauvais, tandis que le poids moléculaire de l'éther de cellulose et la teneur en hydroxypropoxy ont un faible effet sur le retardement de l'hydratation du ciment. Avec l'augmentation de la viscosité et de la quantité de dopage de l'éther de cellulose non ionique, la couche d'adsorption à la surface des particules de ciment s'épaissit, le temps de prise initial et final du ciment est prolongé et l'effet retardateur est plus évident. Des études ont montré que le dégagement de chaleur précoce des coulis de ciment avec différentes teneurs en HEMC est environ 15 % inférieur à celui des coulis de ciment purs, mais il n'y a pas de différence significative dans le processus d'hydratation ultérieur. SinghNK et al. ont montré qu'avec l'augmentation de la quantité de dopage HEc, le dégagement de chaleur d'hydratation du mortier de ciment modifié présentait une tendance à l'augmentation puis à la diminution, et la teneur en HEC lorsqu'elle atteignait le dégagement de chaleur d'hydratation maximal était liée à l'âge de durcissement.

De plus, on constate que l'effet retardateur de l'éther de cellulose non ionique est étroitement lié à la composition du ciment. Peschard et coll. ont constaté que plus la teneur en aluminate tricalcique (C3A) du ciment est faible, plus l'effet retardateur de l'éther de cellulose est évident. Schmitz L et al. pensait que cela était dû aux différentes voies de l'éther de cellulose dans la cinétique d'hydratation du silicate tricalcique (C3S) et de l'aluminate tricalcique (C3A). L'éther de cellulose pourrait réduire la vitesse de réaction pendant la période d'accélération du C3S, tandis que pour le C3A, il pourrait prolonger la période d'induction et finalement retarder le processus de solidification et de durcissement du mortier.

Il existe différentes opinions sur le mécanisme de l’éther de cellulose non ionique qui retarde l’hydratation du ciment. Silva et coll. Liu pensait que l'introduction d'éther de cellulose entraînerait une augmentation de la viscosité de la solution interstitielle, bloquant ainsi le mouvement des ions et retardant la condensation. Cependant, Pourchez et al. pensaient qu'il existait une relation évidente entre le retard de l'éther de cellulose dans l'hydratation du ciment et la viscosité du coulis de ciment. Une autre théorie est que l’effet retardateur de l’éther de cellulose est étroitement lié à la dégradation des alcalis. Les polysaccharides ont tendance à se dégrader facilement pour produire de l'acide hydroxyle carboxylique qui peut retarder l'hydratation du ciment dans des conditions alcalines. Cependant, des études ont montré que l'éther de cellulose est très stable dans des conditions alcalines et ne se dégrade que légèrement, et que la dégradation a peu d'effet sur le retard d'hydratation du ciment. À l’heure actuelle, l’opinion la plus répandue est que l’effet retardateur est principalement dû à l’adsorption. Plus précisément, le groupe hydroxyle sur la surface moléculaire de l'éther de cellulose est acide, le ca(0H) dans le système de ciment d'hydratation et les autres phases minérales sont alcalines. Sous l'action synergique des liaisons hydrogène, complexantes et hydrophobes, les molécules d'éther de cellulose acide seront adsorbées à la surface des particules de ciment alcalines et des produits d'hydratation. De plus, une fine pellicule se forme à sa surface, ce qui entrave la croissance ultérieure de ces noyaux cristallins en phase minérale et retarde l'hydratation et la prise du ciment. Plus la capacité d’adsorption entre les produits d’hydratation du ciment et l’éther de cellulose est forte, plus le retard d’hydratation du ciment est évident. D'une part, la taille de l'encombrement stérique joue un rôle décisif dans la capacité d'adsorption, comme le petit encombrement stérique du groupe hydroxyle, sa forte acidité, l'adsorption est également forte. D’autre part, la capacité d’adsorption dépend également de la composition des produits d’hydratation du ciment. Pourchez et coll. ont découvert que l'éther de cellulose est facilement adsorbé à la surface des produits d'hydratation tels que le ca(0H)2, le gel csH et l'hydrate d'aluminate de calcium, mais il n'est pas facile d'être adsorbé par l'ettringite et la phase non hydratée. L'étude de Mullert a également montré que l'éther de cellulose avait une forte adsorption sur les c3 et ses produits d'hydratation, de sorte que l'hydratation de la phase silicatée était considérablement retardée. L’adsorption de l’ettringite était faible, mais la formation de l’ettringite était considérablement retardée. En effet, le retard dans la formation de l'ettringite était affecté par l'équilibre ca2+ en solution, qui était la continuation du retard de l'éther de cellulose dans l'hydratation du silicate.

3.2 Préservation de l'eau

Un autre effet de modification important de l'éther de cellulose dans le mortier de ciment est d'apparaître comme un agent de rétention d'eau, ce qui peut empêcher l'humidité du mortier humide de s'évaporer prématurément ou d'être absorbée par la base, et retarder l'hydratation du ciment tout en prolongeant la durée de fonctionnement du mortier de ciment. mortier humide, afin de garantir que le mortier mince puisse être peigné, que le mortier enduit puisse être étalé et que le mortier facile à absorber n'a pas besoin d'être pré-humidifié.

La capacité de rétention d'eau de l'éther de cellulose est étroitement liée à sa viscosité, son dosage, son type et sa température ambiante. Les autres conditions sont les mêmes, plus la viscosité de l'éther de cellulose est grande, meilleur est l'effet de rétention d'eau, une petite quantité d'éther de cellulose peut grandement améliorer le taux de rétention d'eau du mortier ; Pour un même éther de cellulose, plus la quantité ajoutée est élevée, plus le taux de rétention d'eau du mortier modifié est élevé, mais il existe une valeur optimale, au-delà de laquelle le taux de rétention d'eau augmente lentement. Pour différents types d'éther de cellulose, il existe également des différences en termes de rétention d'eau, comme HPMc dans les mêmes conditions que Mc, meilleure rétention d'eau. De plus, les performances de rétention d’eau de l’éther de cellulose diminuent avec l’augmentation de la température ambiante.

On pense généralement que la raison pour laquelle l'éther de cellulose a la fonction de rétention d'eau est principalement due au 0H sur la molécule et l'atome 0 sur la liaison éther sera associé aux molécules d'eau pour synthétiser la liaison hydrogène, de sorte que l'eau libre devienne contraignante. l'eau, afin de jouer un bon rôle de rétention d'eau ; On pense également que la chaîne macromoléculaire de l'éther de cellulose joue un rôle restrictif dans la diffusion des molécules d'eau, de manière à contrôler efficacement l'évaporation de l'eau, afin d'obtenir une rétention d'eau élevée ; Pourchez J a soutenu que l'éther de cellulose obtenait l'effet de rétention d'eau en améliorant les propriétés rhéologiques du coulis de ciment nouvellement mélangé, la structure du réseau poreux et la formation d'un film d'éther de cellulose qui empêchait la diffusion de l'eau. Laetitia P et al. Nous pensons également que la propriété rhéologique du mortier est un facteur clé, mais pensons également que la viscosité n'est pas le seul facteur déterminant l'excellente performance de rétention d'eau du mortier. Il convient de noter que bien que l'éther de cellulose ait de bonnes performances de rétention d'eau, son absorption d'eau dans le mortier de ciment durci modifié sera réduite, la raison en est que l'éther de cellulose dans le film de mortier et dans le mortier un grand nombre de petits pores fermés, bloquant le mortier à l'intérieur du capillaire.

3.3 Épaississement

La consistance du mortier est l’un des indices importants pour mesurer ses performances de travail. L'éther de cellulose est souvent introduit pour augmenter la consistance. La « consistance » représente la capacité du mortier fraîchement mélangé à s'écouler et à se déformer sous l'action de la gravité ou de forces externes. Les deux propriétés d’épaississement et de rétention d’eau se complètent. L'ajout d'une quantité appropriée d'éther de cellulose peut non seulement améliorer les performances de rétention d'eau du mortier, assurer une construction lisse, mais également augmenter la consistance du mortier, augmenter considérablement la capacité anti-dispersion du ciment, améliorer les performances d'adhérence entre le mortier et la matrice, et réduire le phénomène d'affaissement du mortier.

L'effet épaississant de l'éther de cellulose provient principalement de sa propre viscosité, plus la viscosité est élevée, meilleur est l'effet épaississant, mais si la viscosité est trop grande, elle réduira la fluidité du mortier, affectant la construction. Les facteurs qui affectent le changement de viscosité, tels que le poids moléculaire (ou le degré de polymérisation) et la concentration d'éther de cellulose, la température de la solution, le taux de cisaillement, affecteront l'effet épaississant final.

Le mécanisme d'épaississement de l'éther de cellulose provient principalement de l'hydratation et de l'enchevêtrement entre les molécules. D'une part, la chaîne polymère de l'éther de cellulose forme facilement une liaison hydrogène avec l'eau dans l'eau, la liaison hydrogène lui confère une hydratation élevée ; D'autre part, lorsque l'éther de cellulose est ajouté au mortier, il absorbe beaucoup d'eau, de sorte que son propre volume est considérablement élargi, réduisant ainsi l'espace libre des particules, en même temps les chaînes moléculaires de l'éther de cellulose s'entrelacent les unes avec les autres. pour former une structure de réseau tridimensionnelle, les particules de mortier sont entourées dans lesquelles elles ne circulent pas librement. En d’autres termes, sous ces deux actions, la viscosité du système est améliorée, obtenant ainsi l’effet épaississant souhaité.

4. Effet de l'éther de cellulose non ionique sur la morphologie et la structure des pores du ciment polymère

Comme le montre ce qui précède, l'éther de cellulose non ionique joue un rôle essentiel dans le ciment polymère et son ajout affectera certainement la microstructure de l'ensemble du mortier de ciment. Les résultats montrent que l'éther de cellulose non ionique augmente généralement la porosité du mortier de ciment et que le nombre de pores d'une taille de 3 nm à 350 um augmente, parmi lesquels le nombre de pores dans la plage de 100 nm à 500 nm augmente le plus. L'influence sur la structure des pores du mortier de ciment est étroitement liée au type et à la viscosité de l'éther cellulosique non ionique ajouté. Ou Zhihua et coll. On pense que lorsque la viscosité est la même, la porosité du mortier de ciment modifié par HEC est inférieure à celle du HPMc et du Mc ajoutés comme modificateurs. Pour un même éther de cellulose, plus la viscosité est faible, plus la porosité du mortier de ciment modifié est faible. En étudiant l'effet du HPMc sur l'ouverture des panneaux isolants en mousse de ciment, Wang Yanru et al. ont constaté que l'ajout de HPMC ne modifie pas de manière significative la porosité, mais peut réduire considérablement l'ouverture. Cependant, Zhang Guodian et al. ont constaté que plus la teneur en HEMc est élevée, plus l'influence sur la structure des pores du coulis de ciment est évidente. L'ajout de HEMc peut augmenter considérablement la porosité, le volume total des pores et le rayon moyen des pores du coulis de ciment, mais la surface spécifique des pores diminue et le nombre de grands pores capillaires de plus de 50 nm de diamètre augmente considérablement, et les pores introduits sont principalement des pores fermés.

L'effet de l'éther de cellulose non ionique sur le processus de formation de la structure des pores du coulis de ciment a été analysé. Il a été constaté que l’ajout d’éther de cellulose modifiait principalement les propriétés de la phase liquide. D'une part, la tension superficielle de la phase liquide diminue, ce qui facilite la formation de bulles dans le mortier de ciment, et ralentira le drainage de la phase liquide et la diffusion des bulles, de sorte que les petites bulles sont difficiles à rassembler en grosses bulles et à se décharger, de sorte que le vide est considérablement augmenté; D'autre part, la viscosité de la phase liquide augmente, ce qui inhibe également le drainage, la diffusion et la fusion des bulles, et améliore la capacité à stabiliser les bulles. Par conséquent, le mode d'influence de l'éther de cellulose sur la distribution de la taille des pores du mortier de ciment peut être obtenu : dans la plage de taille des pores supérieure à 100 nm, des bulles peuvent être introduites en réduisant la tension superficielle de la phase liquide, et la diffusion des bulles peut être inhibée par augmenter la viscosité du liquide ; dans la région de 30 nm à 60 nm, le nombre de pores dans la région peut être affecté en inhibant la fusion de bulles plus petites.

5. Influence de l'éther de cellulose non ionique sur les propriétés mécaniques du ciment polymère

Les propriétés mécaniques du ciment polymère sont étroitement liées à sa morphologie. Avec l'ajout d'éther de cellulose non ionique, la porosité augmente, ce qui aura forcément un effet néfaste sur sa résistance, en particulier sur sa résistance à la compression et à la flexion. La réduction de la résistance à la compression du mortier de ciment est nettement supérieure à la résistance à la flexion. Ou Zhihua et coll. a étudié l'influence de différents types d'éther de cellulose non ionique sur les propriétés mécaniques du mortier de ciment et a découvert que la résistance du mortier de ciment modifié à l'éther de cellulose était inférieure à celle du mortier de ciment pur et que la résistance à la compression 28d la plus basse n'était que de 44,3 % de celui du coulis de ciment pur. La résistance à la compression et à la flexion des éthers de cellulose modifiés HPMc, HEMC et MC sont similaires, tandis que la résistance à la compression et à la flexion du coulis de ciment modifié par HEc à chaque âge sont significativement plus élevées. Ceci est étroitement lié à leur viscosité ou à leur poids moléculaire, plus la viscosité ou le poids moléculaire de l'éther de cellulose est élevé, ou plus l'activité de surface est élevée, plus la résistance de son mortier de ciment modifié est faible.

Cependant, il a également été démontré que l’éther de cellulose non ionique peut améliorer la résistance à la traction, la flexibilité et la cohésibilité du mortier de ciment. Huang Liangen et coll. ont constaté que, contrairement à la loi de changement de la résistance à la compression, la résistance au cisaillement et à la traction du coulis augmentait avec l'augmentation de la teneur en éther de cellulose dans le mortier de ciment. L'analyse de la raison, après l'ajout d'éther de cellulose et d'émulsion de polymère ensemble pour former un grand nombre de films polymères denses, améliore considérablement la flexibilité du coulis, et les produits d'hydratation du ciment, le ciment non hydraté, les charges et autres matériaux remplis dans ce film , pour assurer la résistance à la traction du système de revêtement.

Afin d'améliorer les performances du ciment polymère modifié à l'éther de cellulose non ionique, d'améliorer en même temps les propriétés physiques du mortier de ciment, sans réduire de manière significative ses propriétés mécaniques, la pratique habituelle consiste à faire correspondre l'éther de cellulose et d'autres adjuvants, ajoutés à le mortier de ciment. Li Tao-wen et coll. a constaté que l'additif composite composé d'éther de cellulose et de poudre de colle polymère améliorait non seulement légèrement la résistance à la flexion et la résistance à la compression du mortier, de sorte que la cohésion et la viscosité du mortier de ciment soient plus adaptées à la construction du revêtement, mais améliorait également considérablement la rétention d'eau. capacité du mortier par rapport à l’éther de cellulose simple. Xu Qi et coll. a ajouté de la poudre de laitier, un agent réducteur d'eau et du HEMc, et a constaté que l'agent réducteur d'eau et la poudre minérale peuvent augmenter la densité du mortier, réduire le nombre de trous, de manière à améliorer la résistance et le module élastique du mortier. HEMc peut augmenter la résistance à la traction du mortier, mais il n’est pas bon pour la résistance à la compression et le module élastique du mortier. Yang Xiaojie et coll. ont découvert que la fissuration par retrait plastique du mortier de ciment peut être considérablement réduite après le mélange des fibres HEMc et PP.

6. Conclusion

L'éther de cellulose non ionique joue un rôle important dans le ciment polymère, ce qui peut améliorer considérablement les propriétés physiques (notamment le retardement de la coagulation, la rétention d'eau, l'épaississement), la morphologie microscopique et les propriétés mécaniques du mortier de ciment. De nombreux travaux ont été réalisés sur la modification des matériaux à base de ciment par l'éther de cellulose, mais certains problèmes restent encore à étudier. Par exemple, dans les applications pratiques d'ingénierie, peu d'attention est accordée à la rhéologie, aux propriétés de déformation, à la stabilité du volume et à la durabilité des matériaux à base de ciment modifiés, et une relation correspondante régulière n'a pas été établie avec l'éther de cellulose ajouté. Les recherches sur le mécanisme de migration du polymère d’éther de cellulose et des produits d’hydratation du ciment dans la réaction d’hydratation sont encore insuffisantes. Le processus d’action et le mécanisme des additifs composés composés d’éther de cellulose et d’autres adjuvants ne sont pas suffisamment clairs. L'ajout composite d'éther de cellulose et de matériaux renforcés inorganiques tels que la fibre de verre n'a pas été perfectionné. Tous ces éléments feront l’objet de recherches futures visant à fournir des orientations théoriques pour améliorer encore les performances du ciment polymère.