Efecto da temperatura ambiente sobre a traballabilidade do xeso modificado con éter de celulosa

O rendemento do xeso modificado con éter de celulosa a diferentes temperaturas ambiente é moi diferente, pero o seu mecanismo non está claro. Estudáronse os efectos do éter de celulosa sobre os parámetros reolóxicos e a retención de auga da suspensión de xeso a diferentes temperaturas ambiente. O diámetro hidrodinámico do éter de celulosa en fase líquida foi medido polo método de dispersión dinámica da luz e explorou o mecanismo de influencia. Os resultados mostran que o éter de celulosa ten un bo efecto de retención de auga e espesamento sobre o xeso. Co aumento do contido de éter de celulosa, aumenta a viscosidade da suspensión e aumenta a capacidade de retención de auga. Non obstante, co aumento da temperatura, a capacidade de retención de auga da suspensión de xeso modificada diminúe ata certo punto e tamén cambian os parámetros reolóxicos. Tendo en conta que a asociación de coloides de éter de celulosa pode lograr a retención de auga bloqueando a canle de transporte de auga, o aumento da temperatura pode levar á desintegración da asociación de gran volume producida polo éter de celulosa, reducindo así a retención de auga e o rendemento de traballo do xeso modificado.

Palabras clave:xeso; éter de celulosa; Temperatura; retención de auga; reoloxía

0. Introdución

O xeso, como unha especie de material ecolóxico con boa construción e propiedades físicas, úsase amplamente en proxectos de decoración. Na aplicación de materiais a base de xeso, adoita engadirse un axente de retención de auga para modificar a suspensión para evitar a perda de auga no proceso de hidratación e endurecemento. O éter de celulosa é o axente de retención de auga máis común na actualidade. Debido a que o CE iónico reacciona con Ca2+, adoita usar CE non iónico, como éter de hidroxipropil metil celulosa, éter de hidroxietil metil celulosa e éter de metil celulosa. É importante estudar as propiedades do xeso modificado con éter de celulosa para unha mellor aplicación do xeso na enxeñaría de decoración.

O éter de celulosa é un composto de alto peso molecular producido pola reacción de celulosa alcalina e axente eterificante baixo certas condicións. O éter de celulosa non iónico usado na enxeñaría da construción ten unha boa dispersión, retención de auga, unión e efecto espesante. A adición de éter de celulosa ten un efecto moi obvio sobre a retención de auga do xeso, pero a resistencia á flexión e á compresión do corpo endurecido con xeso tamén diminúe lixeiramente co aumento da cantidade de adición. Isto débese a que o éter de celulosa ten un certo efecto de arrastre de aire, que introducirá burbullas no proceso de mestura de puríns, reducindo así as propiedades mecánicas do corpo endurecido. Ao mesmo tempo, un exceso de éter de celulosa fará que a mestura de xeso sexa demasiado pegajosa, resultando no seu rendemento de construción.

O proceso de hidratación do xeso pódese dividir en catro pasos: disolución de sulfato de calcio hemihidratado, nucleación de cristalización de sulfato de calcio dihidrato, crecemento do núcleo cristalino e formación da estrutura cristalina. No proceso de hidratación do xeso, o grupo funcional hidrófilo do éter de celulosa que se adsorbe na superficie das partículas de xeso fixará unha parte das moléculas de auga, atrasando así o proceso de nucleación da hidratación do xeso e ampliando o tempo de fraguado do xeso. A través da observación SEM, Mroz descubriu que aínda que a presenza de éter de celulosa atrasou o crecemento dos cristais, pero aumentou a superposición e agregación de cristais.

O éter de celulosa contén grupos hidrófilos para que teña unha certa hidrofilia, un polímero de cadea longa que se interconecta entre si para que teña unha alta viscosidade, a interacción dos dous fai que a celulosa teña un bo efecto espesante de retención de auga na mestura de xeso. Bulichen explicou o mecanismo de retención de auga do éter de celulosa no cemento. A baixa mestura, o éter de celulosa adsorbe sobre o cemento para a absorción intramolecular de auga e acompañado de inchazo para lograr a retención de auga. Neste momento, a retención de auga é pobre. A alta dosificación, o éter de celulosa formará centos de nanómetros a poucas micras de polímero coloidal, bloqueando eficazmente o sistema de xel no burato, para lograr unha retención de auga eficiente. O mecanismo de acción do éter de celulosa no xeso é o mesmo que o do cemento, pero a maior concentración de SO42 na fase fluída da suspensión de xeso debilitará o efecto de retención de auga da celulosa.

Con base no contido anterior, pódese comprobar que a investigación actual sobre o xeso modificado con éter de celulosa céntrase principalmente no proceso de hidratación do éter de celulosa na mestura de xeso, as propiedades de retención de auga, as propiedades mecánicas e a microestrutura do corpo endurecido e o mecanismo do éter de celulosa. retención de auga. Non obstante, o estudo sobre a interacción entre o éter de celulosa e a suspensión de xeso a alta temperatura aínda é insuficiente. A solución acuosa de éter de celulosa gelatinizarase a unha temperatura específica. A medida que aumenta a temperatura, a viscosidade da solución acuosa de éter de celulosa diminuirá gradualmente. Cando se alcanza a temperatura de xelatinización, o éter de celulosa precipitarase en xel branco. Por exemplo, na construción de verán, a temperatura ambiente é alta, as propiedades do xel térmico do éter de celulosa están obrigadas a provocar cambios na traballabilidade da suspensión de xeso modificada. Este traballo explora o efecto do aumento da temperatura na traballabilidade do material de xeso modificado con éter de celulosa a través de experimentos sistemáticos e ofrece orientación para a aplicación práctica do xeso modificado con éter de celulosa.

1. Experimenta

1.1 Materias primas

O xeso é o xeso de construción natural de tipo β proporcionado polo Beijing Ecological Home Group.

Éter de celulosa seleccionado de Shandong Yiteng Group éter de hidroxipropil metil celulosa, especificacións do produto para 75.000 mPa·s, 100.000 mPa·s e 200.000mPa·s, temperatura de xelación superior a 60 ℃. Seleccionouse o ácido cítrico como retardador de xeso.

1.2 Proba de Reoloxía

O instrumento de proba reolóxica utilizado foi o reómetro RST⁃CC producido por BROOKFIELD USA. Os parámetros reolóxicos, como a viscosidade plástica e o esforzo cortante de rendemento da suspensión de xeso determináronse mediante o recipiente de mostra MBT⁃40F⁃0046 e o ​​rotor CC3⁃40, e os datos foron procesados ​​polo software RHE3000.

As características da mestura de xeso axústanse ao comportamento reolóxico do fluído de Bingham, que se adoita estudar mediante o modelo de Bingham. Non obstante, debido á pseudoplasticidade do éter de celulosa engadido ao xeso modificado con polímeros, a mestura de suspensión adoita presentar unha certa propiedade de adelgazamento por cizallamento. Neste caso, o modelo Bingham modificado (M⁃B) pode describir mellor a curva reolóxica do xeso. Para estudar a deformación cortante do xeso, este traballo tamén utiliza o modelo Herschel⁃Bulkley (H⁃B).

1.3 Proba de retención de auga

O procedemento de proba consulte GB/T28627⁃2012 Xeso de xeso. Durante o experimento coa temperatura como variable, o xeso prequentouse 1 h de antelación á temperatura correspondente no forno, e a auga mesturada utilizada no experimento prequentouse 1 h á temperatura correspondente no baño de auga a temperatura constante e o instrumento utilizado quedou previamente.

1.4 Ensaio de diámetro hidrodinámico

O diámetro hidrodinámico (D50) da asociación de polímeros HPMC en fase líquida foi medido mediante un analizador dinámico de tamaño de partícula de dispersión de luz (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Resultados e discusión

2.1 Propiedades reolóxicas do xeso modificado con HPMC

A viscosidade aparente é a relación entre o esforzo cortante e a velocidade de corte que actúa sobre un fluído e é un parámetro para caracterizar o fluxo de fluídos non newtonianos. A viscosidade aparente da suspensión de xeso modificada cambiou co contido de éter de celulosa baixo tres especificacións diferentes (75.000 mPa·s, 100.000mpa·s e 200.000mPa·s). A temperatura da proba foi de 20 ℃. Cando a taxa de cizallamento do reómetro é de 14 min-1, pódese comprobar que a viscosidade da suspensión de xeso aumenta co aumento da incorporación de HPMC, e canto maior sexa a viscosidade de HPMC, maior será a viscosidade da suspensión de xeso modificada. Isto indica que o HPMC ten un efecto de espesamento e viscosificación evidente na suspensión de xeso. A pasta de xeso e o éter de celulosa son substancias cunha certa viscosidade. Na mestura de xeso modificada, o éter de celulosa adsórbese na superficie dos produtos de hidratación de xeso e a rede formada por éter de celulosa e a rede formada pola mestura de xeso están entretecidas, o que resulta nun "efecto de superposición", que mellora significativamente a viscosidade xeral do xeso. o material a base de xeso modificado.

As curvas de esforzo cortante ⁃ da pasta de xeso puro (G⁃H) e de xeso modificado (G⁃H) dopada con 75000mPa· s-HPMC, segundo se deduce do modelo revisado de Bingham (M⁃B). Pódese comprobar que co aumento da velocidade de cizallamento, o esforzo cortante da mestura tamén aumenta. Obtéñense os valores de viscosidade plástica (ηp) e esforzo cortante de fluencia (τ0) do xeso puro e do xeso modificado con HPMC a diferentes temperaturas.

A partir dos valores de viscosidade plástica (ηp) e tensión de corte (τ0) do xeso puro e do xeso modificado con HPMC a diferentes temperaturas, pódese ver que a tensión de fluencia do xeso modificado con HPMC diminuirá continuamente co aumento da temperatura e o rendemento. o estrés diminuirá un 33% a 60 ℃ en comparación con 20 ℃. Ao observar a curva de viscosidade plástica, pódese comprobar que a viscosidade plástica da suspensión de xeso modificada tamén diminúe co aumento da temperatura. Non obstante, a tensión de fluencia e a viscosidade plástica da suspensión de xeso puro aumentan lixeiramente co aumento da temperatura, o que indica que o cambio de parámetros reolóxicos da suspensión de xeso modificado HPMC no proceso de aumento da temperatura é causado polo cambio das propiedades de HPMC.

O valor da tensión de fluencia da suspensión de xeso reflicte o valor máximo da tensión cortante cando a suspensión resiste a deformación por cizallamento. Canto maior sexa o valor da tensión de rendemento, máis estable pode ser a suspensión de xeso. A viscosidade plástica reflicte a taxa de deformación da suspensión de xeso. Canto maior sexa a viscosidade plástica, maior será o tempo de deformación por cizallamento da suspensión. En conclusión, os dous parámetros reolóxicos da suspensión de xeso modificada por HPMC diminúen obviamente co aumento da temperatura e o efecto espesante da HPMC sobre a suspensión de xeso debilita.

A deformación por cizallamento da suspensión refírese ao efecto de espesamento ou adelgazamento por cizallamento reflectido pola suspensión cando se somete a forza de cizallamento. O efecto de deformación por cizallamento da suspensión pódese xulgar polo índice pseudoplástico n obtido da curva de axuste. Cando n < 1, a suspensión de xeso mostra un adelgazamento por cizallamento e o grao de adelgazamento por cizalla da suspensión de xeso aumenta coa diminución de n. Cando n > 1, a suspensión de xeso mostrou espesamento de cizallamento e o grao de espesamento de cizallamento da suspensión de xeso aumentou co aumento de n. As curvas reolóxicas do lodo de xeso modificado con HPMC a diferentes temperaturas baseados no axuste do modelo Herschel⁃Bulkley (H⁃B), obtéñense así o índice pseudoplástico n do lodo de xeso modificado con HPMC.

Segundo o índice pseudoplástico n da suspensión de xeso modificado con HPMC, a deformación por cizallamento da suspensión de xeso mesturada con HPMC é un adelgazamento por cizallamento, e o valor n aumenta gradualmente co aumento da temperatura, o que indica que o comportamento de adelgazamento por cizallamento do xeso modificado con HPMC debilitarse ata certo punto cando se ve afectado pola temperatura.

En base aos cambios de viscosidade aparentes da suspensión de xeso modificada coa taxa de cizallamento calculada a partir de datos de tensión cortante de 75000 mPa· HPMC a diferentes temperaturas, pódese comprobar que a viscosidade plástica da suspensión de xeso modificada diminúe rapidamente co aumento da taxa de cizallamento, que verifica o resultado de axuste do modelo H⁃B. A suspensión de xeso modificada mostrou características de adelgazamento por cizallamento. Co aumento da temperatura, a viscosidade aparente da mestura diminúe ata certo punto a baixa taxa de cizallamento, o que indica que o efecto de adelgazamento por cizallamento da suspensión de xeso modificada está debilitado.

No uso real da masilla de xeso, a pasta de xeso debe ser fácil de deformar no proceso de rozamento e permanecer estable en repouso, o que require que a pasta de xeso teña boas características de adelgazamento de cizallamento, e o cambio de cizallamento do xeso modificado con HPMC é raro. en certa medida, o que non é propicio para a construción de materiais de xeso. A viscosidade de HPMC é un dos parámetros importantes, e tamén a principal razón pola que desempeña o papel de espesamento para mellorar as características variables do fluxo de mestura. O propio éter de celulosa ten as propiedades do xel quente, a viscosidade da súa solución acuosa diminúe gradualmente a medida que aumenta a temperatura e o xel branco precipita ao alcanzar a temperatura de xelación. O cambio dos parámetros reolóxicos do xeso modificado con éter de celulosa coa temperatura está intimamente relacionado co cambio de viscosidade, porque o efecto espesante é o resultado da superposición de éter de celulosa e mestura de suspensión. Na enxeñaría práctica, débese considerar o impacto da temperatura ambiental no rendemento da HPMC. Por exemplo, a temperatura das materias primas debe controlarse a altas temperaturas no verán para evitar o mal rendemento de traballo do xeso modificado causado pola alta temperatura.

2.2 Retención de auga deYeso modificado HPMC

A retención de auga da suspensión de xeso modificada con tres especificacións diferentes de éter de celulosa cámbiase coa curva de dosificación. Co aumento da dosificación de HPMC, a taxa de retención de auga da suspensión de xeso mellora significativamente e a tendencia de aumento faise estable cando a dosificación de HPMC alcanza o 0,3%. Finalmente, a taxa de retención de auga da suspensión de xeso é estable nun 90% ~ 95%. Isto indica que HPMC ten un efecto de retención de auga evidente na pasta de pedra, pero o efecto de retención de auga non mellora significativamente a medida que a dosificación segue aumentando. Tres especificacións da diferenza da taxa de retención de auga HPMC non é grande, por exemplo, cando o contido é do 0,3%, o intervalo da taxa de retención de auga é do 5%, a desviación estándar é de 2,2. O HPMC coa viscosidade máis alta non é a taxa de retención de auga máis alta, e o HPMC coa viscosidade máis baixa non é a taxa de retención de auga máis baixa. Non obstante, en comparación co xeso puro, a taxa de retención de auga dos tres HPMC para a suspensión de xeso mellora significativamente e a taxa de retención de auga do xeso modificado no contido do 0,3% aumenta nun 95%, 106% e 97% en comparación co xeso. grupo de control en branco. O éter de celulosa pode, obviamente, mellorar a retención de auga da suspensión de xeso. Co aumento do contido de HPMC, a taxa de retención de auga da suspensión de xeso modificada con HPMC con diferente viscosidade alcanza gradualmente o punto de saturación. 10000mPa·sHPMC alcanzou o punto de saturación ao 0,3%, 75000mPa·s e 20000mPa·s HPMC alcanzou o punto de saturación ao 0,2%. Os resultados mostran que a retención de auga do xeso modificado de 75000 mPa·s HPMC cambia coa temperatura en diferentes doses. Coa diminución da temperatura, a taxa de retención de auga do xeso modificado HPMC diminúe gradualmente, mentres que a taxa de retención de auga do xeso puro permanece basicamente sen cambios, o que indica que o aumento da temperatura debilita o efecto de retención de auga do HPMC no xeso. A taxa de retención de auga de HPMC diminuíu nun 31,5% cando a temperatura aumentou de 20 ℃ a 40 ℃. Cando a temperatura aumenta de 40 ℃ a 60 ℃, a taxa de retención de auga do xeso modificado HPMC é basicamente a mesma que a do xeso puro, o que indica que HPMC perdeu o efecto de mellorar a retención de auga do xeso neste momento. Jian Jian e Wang Peiming propuxeron que o éter de celulosa en si ten un fenómeno de xel térmico, o cambio de temperatura levará a cambios na viscosidade, morfoloxía e adsorción do éter de celulosa, o que está obrigado a levar a cambios no rendemento da mestura de suspensión. Bulichen tamén descubriu que a viscosidade dinámica das solucións de cemento que conteñen HPMC diminuíu co aumento da temperatura.

O cambio de retención de auga da mestura causado polo aumento da temperatura debe combinarse co mecanismo do éter de celulosa. Bulichen explicou o mecanismo polo cal o éter de celulosa pode reter auga no cemento. Nos sistemas a base de cemento, a HPMC mellora a taxa de retención de auga da suspensión reducindo a permeabilidade da "torta de filtro" formada polo sistema de cementación. Unha certa concentración de HPMC na fase líquida formará varios centos de nanómetros a poucas micras de asociación coloidal, este ten un certo volume de estrutura de polímero pode tapar eficazmente a canle de transmisión de auga na mestura, reducir a permeabilidade da "torta de filtro", para lograr unha retención de auga eficiente. Bulichen tamén mostrou que os HPMCS no xeso presentan o mesmo mecanismo. Polo tanto, o estudo do diámetro hidromecánico da asociación formada por HPMC en fase líquida pode explicar o efecto da HPMC na retención de auga do xeso.

2.3 Diámetro hidrodinámico da asociación de coloides HPMC

Curvas de distribución de partículas de diferentes concentracións de 75000mPa·s HPMC na fase líquida e curvas de distribución de partículas de tres especificacións de HPMC na fase líquida á concentración do 0,6%. A partir da curva de distribución de partículas de HPMC de tres especificacións na fase líquida, cando a concentración é do 0,6%, pódese ver que, co aumento da concentración de HPMC, o tamaño das partículas dos compostos asociados formados na fase líquida tamén aumenta. Cando a concentración é baixa, as partículas formadas pola agregación de HPMC son pequenas e só unha pequena parte da HPMC se agrega en partículas duns 100 nm. Cando a concentración de HPMC é do 1%, hai un gran número de asociacións coloidais cun diámetro hidrodinámico duns 300 nm, o que é un sinal importante de solapamento molecular. Esta estrutura de polimerización de "gran volume" pode bloquear eficazmente a canle de transmisión de auga na mestura, reducir a "permeabilidade da torta" e a correspondente retención de auga da mestura de xeso a esta concentración tamén é superior ao 90%. Os diámetros hidromecánicos de HPMC con diferentes viscosidades en fase líquida son basicamente os mesmos, o que explica a taxa de retención de auga similar da suspensión de xeso modificado con HPMC con diferentes viscosidades.

Curvas de distribución de tamaño de partícula de 75000 mPa·s HPMC cunha concentración do 1% a diferentes temperaturas. Co aumento da temperatura, obviamente pódese atopar a descomposición da asociación coloidal HPMC. A 40 ℃, o gran volume de asociación de 300 nm desapareceu completamente e descompuxose en partículas de pequeno volume de 15 nm. Co aumento da temperatura, HPMC convértese en partículas máis pequenas e a retención de auga da suspensión de xeso pérdese por completo.

O fenómeno das propiedades de HPMC que cambian co aumento da temperatura tamén se coñece como propiedades do xel quente, a opinión común existente é que a baixa temperatura, as macromoléculas de HPMC se dispersan primeiro en auga para disolver a solución, as moléculas de HPMC en alta concentración formarán unha gran asociación de partículas. . Cando a temperatura aumenta, a hidratación de HPMC debilita, a auga entre as cadeas descárgase gradualmente, os compostos de gran asociación dispersanse gradualmente en pequenas partículas, a viscosidade da solución diminúe e a estrutura da rede tridimensional fórmase cando a xelación. alcánzase a temperatura e precísase o xel branco.

Bodvik descubriu que a microestrutura e as propiedades de adsorción das HPMC en fase líquida foron modificadas. Combinado coa teoría de Bulichen da asociación coloidal HPMC que bloquea a canle de transporte de auga de purín, concluíuse que o aumento da temperatura levou á desintegración da asociación coloidal HPMC, o que resulta na diminución da retención de auga do xeso modificado.

3. Conclusión

(1) O éter de celulosa en si ten unha alta viscosidade e un efecto "superposto" coa suspensión de xeso, xogando un evidente efecto espesante. A temperatura ambiente, o efecto espesante faise máis evidente co aumento da viscosidade e da dosificación de éter de celulosa. Non obstante, co aumento da temperatura, a viscosidade do éter de celulosa diminúe, o seu efecto espesante debilita, o esforzo cortante de rendemento e a viscosidade plástica da mestura de xeso diminúen, a pseudoplasticidade debilita e a propiedade da construción empeora.

(2) O éter de celulosa mellorou a retención de auga do xeso, pero co aumento da temperatura, a retención de auga do xeso modificado tamén diminuíu significativamente, incluso a 60 ℃ perderá completamente o efecto da retención de auga. A taxa de retención de auga da suspensión de xeso mellorou significativamente co éter de celulosa e a taxa de retención de auga da suspensión de xeso modificada HPMC con diferente viscosidade alcanzou gradualmente o punto de saturación co aumento da dosificación. A retención de auga de xeso é xeralmente proporcional á viscosidade do éter de celulosa, a alta viscosidade ten pouco efecto.

(3) Os factores internos que cambian a retención de auga do éter de celulosa coa temperatura están estreitamente relacionados coa morfoloxía microscópica do éter de celulosa en fase líquida. A certa concentración, o éter de celulosa tende a agregarse para formar grandes asociacións coloidais, bloqueando a canle de transporte de auga da mestura de xeso para lograr unha alta retención de auga. Non obstante, co aumento da temperatura, debido á propiedade de xelación térmica do propio éter de celulosa, a gran asociación de coloides previamente formada redispersa, o que leva á diminución do rendemento de retención de auga.