Éter de celulosa no iónico en cemento polimérico

Como aditivo indispensable no cemento polimérico, o éter de celulosa non iónico recibiu unha ampla atención e investigación. Con base na literatura relevante no país e no estranxeiro, discutíronse a lei e o mecanismo do morteiro de cemento modificado con éter de celulosa non iónico a partir dos aspectos dos tipos e selección de éter de celulosa non iónico, o seu efecto sobre as propiedades físicas do cemento polimérico, expuxéronse o seu efecto sobre a micromorfoloxía e as propiedades mecánicas, así como as deficiencias da investigación actual. Este traballo promoverá a aplicación de éter de celulosa no cemento polimérico.

Palabras clave: éter de celulosa non iónico, cemento polimérico, propiedades físicas, propiedades mecánicas, microestructura

1. Visión xeral

Coa crecente demanda e requisitos de rendemento do cemento polímero na industria da construción, a adición de aditivos á súa modificación converteuse nun punto de investigación, entre os que, o éter de celulosa foi amplamente utilizado polo seu efecto sobre a retención de auga do morteiro de cemento, o espesamento, o retardo, o aire. e así por diante. Neste traballo descríbense os tipos de éter de celulosa, os efectos sobre as propiedades físicas e mecánicas do cemento polimérico e a micromorfoloxía do cemento polimérico, o que proporciona unha referencia teórica para a aplicación do éter de celulosa no cemento polimérico.

2. Tipos de éter de celulosa non iónico

O éter de celulosa é un tipo de composto polímero con estrutura de éter feito de celulosa. Hai moitos tipos de éter de celulosa, que ten gran influencia nas propiedades dos materiais a base de cemento e é difícil de escoller. Segundo a estrutura química dos substituíntes, pódense dividir en éteres aniónicos, catiónicos e non iónicos. O éter de celulosa non iónico con substituínte da cadea lateral de H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH e outros grupos non disociables é o máis utilizado no cemento, os representantes típicos son o éter de metilcelulosa, o hidroxipropil metil éter de celulosa, éter de hidroxietil metil celulosa, éter de hidroxietil celulosa e así por diante. Os diferentes tipos de éteres de celulosa teñen diferentes efectos sobre o tempo de fraguado do cemento. Segundo informes anteriores da literatura, o HEC ten a capacidade de retardo máis forte para o cemento, seguido de HPMc e HEMc, e Mc ten a peor. Para o mesmo tipo de éter de celulosa, peso molecular ou viscosidade, o contido de metilo, hidroxietil e hidroxipropilo destes grupos é diferente, o seu efecto retardador tamén é diferente. En xeral, canto maior sexa a viscosidade e canto maior sexa o contido de grupos non disociables, peor é a capacidade de retardo. Polo tanto, no proceso de produción real, segundo os requisitos da coagulación do morteiro comercial, pódese seleccionar o contido adecuado do grupo funcional de éter de celulosa. Ou na produción de éter de celulosa ao mesmo tempo, axustar o contido dos grupos funcionais, facelo cumprir os requisitos de diferentes morteiros.

3、a influencia do éter de celulosa non iónico nas propiedades físicas do cemento polimérico

3.1 Coagulación lenta

Co fin de prolongar o tempo de endurecemento de hidratación do cemento, de xeito que o morteiro recén mesturado permanecerá plástico durante moito tempo, para axustar o tempo de fraguado do morteiro recén mesturado, mellorar a súa operatividade, normalmente engade retardador no morteiro, non éter de celulosa iónica é axeitado para o cemento polímero é un retardador común.

O efecto retardador do éter de celulosa non iónico no cemento está afectado principalmente polo seu propio tipo, viscosidade, dosificación, composición diferente dos minerais do cemento e outros factores. Pourchez J et al. mostrou que canto maior era o grao de metilación do éter de celulosa, peor era o efecto retardador, mentres que o peso molecular do contido de éter de celulosa e hidroxipropoxi tiña un efecto débil sobre o retardo da hidratación do cemento. Co aumento da viscosidade e da cantidade de dopaxe do éter de celulosa non iónico, a capa de adsorción na superficie das partículas de cemento engrosase e o tempo de fraguado inicial e final do cemento prolóngase e o efecto retardador é máis evidente. Os estudos demostraron que a liberación temprana de calor dos lodos de cemento con diferentes contidos en HEMC é un 15% menor que a dos lodos de cemento puro, pero non hai diferenzas significativas no proceso de hidratación posterior. Singh NK et al. mostrou que co aumento da cantidade de dopaxe HEc, a liberación de calor de hidratación do morteiro de cemento modificado mostrou unha tendencia de primeiro aumento e despois de diminución, e o contido de HEC ao alcanzar a máxima liberación de calor de hidratación relacionouse coa idade de curado.

Ademais, compróbase que o efecto retardador do éter de celulosa non iónico está estreitamente relacionado coa composición do cemento. Peschard et al. descubriu que canto menor é o contido de aluminato tricálcico (C3A) no cemento, máis evidente é o efecto retardador do éter de celulosa. Schmitz L et al. cría que isto foi causado polas diferentes formas do éter de celulosa á cinética de hidratación do silicato tricálcico (C3S) e do aluminato tricálcico (C3A). O éter de celulosa podería reducir a velocidade de reacción no período de aceleración do C3S, mentres que para o C3A, podería prolongar o período de indución e, finalmente, atrasar o proceso de solidificación e endurecemento do morteiro.

Existen diferentes opinións sobre o mecanismo do éter de celulosa non iónico que atrasa a hidratación do cemento. Silva et al. Liu cría que a introdución de éter de celulosa faría que a viscosidade da solución de poros aumentase, bloqueando así o movemento dos ións e atrasando a condensación. Porén, Pourchez et al. cría que había unha relación obvia entre o atraso do éter de celulosa na hidratación do cemento e a viscosidade da suspensión de cemento. Outra teoría é que o efecto retardador do éter de celulosa está intimamente relacionado coa degradación dos álcalis. Os polisacáridos tenden a degradarse facilmente para producir ácido hidroxicarboxílico que pode atrasar a hidratación do cemento en condicións alcalinas. Non obstante, os estudos descubriron que o éter de celulosa é moi estable en condicións alcalinas e só se degrada lixeiramente, e a degradación ten pouco efecto sobre o atraso da hidratación do cemento. Na actualidade, a opinión máis consistente é que o efecto retardador é causado principalmente pola adsorción. En concreto, o grupo hidroxilo na superficie molecular do éter de celulosa é ácido, o ca(0H) no sistema de cemento de hidratación e outras fases minerais son alcalinas. Baixo a acción sinérxica de enlaces de hidróxeno, complexantes e hidrófobos, as moléculas de éter de celulosa ácida serán adsorbidas na superficie de partículas de cemento alcalino e produtos de hidratación. Ademais, fórmase unha fina película na súa superficie, que dificulta o maior crecemento destes núcleos de cristal de fase mineral e atrasa a hidratación e fraguado do cemento. Canto máis forte sexa a capacidade de adsorción entre os produtos de hidratación do cemento e o éter de celulosa, máis evidente é o atraso de hidratación do cemento. Por unha banda, o tamaño do obstáculo estérico xoga un papel decisivo na capacidade de adsorción, como o pequeno obstáculo estérico do grupo hidroxilo, a súa forte acidez, a adsorción tamén é forte. Por outra banda, a capacidade de adsorción tamén depende da composición dos produtos de hidratación do cemento. Pourchez et al. descubriu que o éter de celulosa se adsorbe facilmente na superficie de produtos de hidratación como ca(0H)2, xel csH e hidrato de aluminato de calcio, pero non é fácil de ser adsorbido pola etringita e a fase deshidratada. O estudo de Mullert tamén mostrou que o éter de celulosa tiña unha forte adsorción sobre c3s e os seus produtos de hidratación, polo que a hidratación da fase de silicato atrasouse significativamente. A adsorción de etringita foi baixa, pero a formación de etringita atrasouse significativamente. Isto débese a que o atraso na formación de etringita viuse afectado polo equilibrio de ca2+ en solución, que foi a continuación do atraso do éter de celulosa na hidratación dos silicatos.

3.2 Conservación da auga

Outro efecto de modificación importante do éter de celulosa no morteiro de cemento é aparecer como un axente de retención de auga, que pode evitar que a humidade do morteiro húmido se evapore prematuramente ou sexa absorbida pola base, e retrase a hidratación do cemento ao tempo que se prolonga o tempo de funcionamento do morteiro. morteiro húmido, para garantir que o morteiro fino se poida peitear, o morteiro revocado pódese estender e o morteiro de fácil absorción non precisa estar previamente mollado.

A capacidade de retención de auga do éter de celulosa está estreitamente relacionada coa súa viscosidade, dosificación, tipo e temperatura ambiente. Outras condicións son as mesmas, canto maior sexa a viscosidade do éter de celulosa, mellor será o efecto de retención de auga, unha pequena cantidade de éter de celulosa pode mellorar moito a taxa de retención de auga do morteiro; Para o mesmo éter de celulosa, canto maior sexa a cantidade engadida, maior será a taxa de retención de auga do morteiro modificado, pero hai un valor óptimo, máis aló do cal a taxa de retención de auga aumenta lentamente. Para diferentes tipos de éter de celulosa, tamén hai diferenzas na retención de auga, como HPMc nas mesmas condicións que Mc mellor retención de auga. Ademais, o rendemento de retención de auga do éter de celulosa diminúe co aumento da temperatura ambiente.

En xeral, crese que a razón pola que o éter de celulosa ten a función de retención de auga débese principalmente ao 0H na molécula e o átomo 0 no enlace éter estará asociado coas moléculas de auga para sintetizar o enlace de hidróxeno, polo que a auga libre se unirá. auga, para desempeñar un bo papel de retención de auga; Tamén se cre que a cadea macromolecular de éter de celulosa xoga un papel restritivo na difusión das moléculas de auga, para controlar eficazmente a evaporación da auga, para lograr unha alta retención de auga; Pourchez J argumentou que o éter de celulosa conseguiu o efecto de retención de auga mellorando as propiedades reolóxicas da suspensión de cemento recentemente mesturada, a estrutura da rede porosa e a formación de película de éter de celulosa que dificultaba a difusión da auga. Laetitia P et al. Tamén cren que a propiedade reolóxica do morteiro é un factor clave, pero tamén cre que a viscosidade non é o único factor que determina o excelente rendemento de retención de auga do morteiro. Paga a pena notar que aínda que o éter de celulosa ten un bo rendemento de retención de auga, pero a súa absorción de auga de morteiro de cemento endurecido modificado reducirase, a razón é que o éter de celulosa na película de morteiro e no morteiro un gran número de pequenos poros pechados, bloqueando o morteiro no interior do capilar.

3.3 Engrosamento

A consistencia do morteiro é un dos índices importantes para medir o seu rendemento de traballo. Moitas veces introdúcese éter de celulosa para aumentar a consistencia. A "consistencia" representa a capacidade do morteiro recentemente mesturado para fluír e deformarse baixo a acción da gravidade ou forzas externas. As dúas propiedades de espesamento e retención de auga compleméntanse. Engadir unha cantidade adecuada de éter de celulosa non só pode mellorar o rendemento de retención de auga do morteiro, garantir unha construción suave, senón tamén aumentar a consistencia do morteiro, aumentar significativamente a capacidade antidispersión do cemento, mellorar o rendemento da unión entre o morteiro e a matriz e reducir o fenómeno de flacidez do morteiro.

O efecto espesante do éter de celulosa provén principalmente da súa propia viscosidade, canto maior sexa a viscosidade, mellor será o efecto de espesamento, pero se a viscosidade é demasiado grande, reducirá a fluidez do morteiro, afectando á construción. Os factores que afectan o cambio de viscosidade, como o peso molecular (ou o grao de polimerización) e a concentración de éter de celulosa, a temperatura da solución, a velocidade de cizallamento, afectarán o efecto de espesamento final.

O mecanismo de espesamento do éter de celulosa provén principalmente da hidratación e do enredo entre moléculas. Por unha banda, a cadea polimérica do éter de celulosa é fácil de formar enlaces de hidróxeno coa auga na auga, o enlace de hidróxeno fai que teña unha alta hidratación; Por outra banda, cando se engade éter de celulosa ao morteiro, absorberá moita auga, polo que o seu propio volume se expande moito, reducindo o espazo libre de partículas, ao mesmo tempo que as cadeas moleculares do éter de celulosa se entrelazan entre si. para formar unha estrutura de rede tridimensional, as partículas de morteiro están rodeadas no que, non fluír libremente. Noutras palabras, baixo estas dúas accións, mellora a viscosidade do sistema, conseguindo así o efecto espesante desexado.

4. Efecto do éter de celulosa non iónico na morfoloxía e estrutura de poros do cemento polimérico

Como se pode ver polo anterior, o éter de celulosa non iónico xoga un papel vital no cemento polimérico, e a súa adición seguramente afectará á microestrutura de todo o morteiro de cemento. Os resultados mostran que o éter de celulosa non iónico adoita aumentar a porosidade do morteiro de cemento e aumenta o número de poros do tamaño de 3nm ~ 350um, entre os que o número de poros no rango de 100nm ~ 500nm aumenta máis. A influencia sobre a estrutura dos poros do morteiro de cemento está estreitamente relacionada co tipo e viscosidade do éter de celulosa non iónico engadido. Ou Zhihua et al. cría que cando a viscosidade é a mesma, a porosidade do morteiro de cemento modificado por HEC é menor que a de HPMc e Mc engadidos como modificadores. Para o mesmo éter de celulosa, canto menor sexa a viscosidade, menor será a porosidade do morteiro de cemento modificado. Wang Yanru et al. descubriu que a adición de HPMC non cambia significativamente a porosidade, pero pode reducir significativamente a apertura. Non obstante, Zhang Guodian et al. descubriu que canto maior sexa o contido de HEMc, máis evidente é a influencia na estrutura dos poros da suspensión de cemento. A adición de HEMc pode aumentar significativamente a porosidade, o volume total dos poros e o raio medio dos poros da suspensión de cemento, pero a superficie específica do poro diminúe e o número de poros capilares grandes de máis de 50 nm de diámetro aumenta significativamente e os poros introducidos. son principalmente poros pechados.

Analizouse o efecto do éter de celulosa non iónico no proceso de formación da estrutura de poros da suspensión de cemento. Descubriuse que a adición de éter de celulosa cambiou principalmente as propiedades da fase líquida. Por unha banda, a tensión superficial da fase líquida diminúe, facilitando a formación de burbullas no morteiro de cemento, e ralentizará a drenaxe da fase líquida e a difusión das burbullas, polo que as pequenas burbullas son difíciles de reunir en grandes burbullas e de descarga, polo que o baleiro. aumenta moito; Por outra banda, a viscosidade da fase líquida aumenta, o que tamén inhibe a drenaxe, a difusión de burbullas e a fusión de burbullas, e mellora a capacidade de estabilizar as burbullas. Polo tanto, pódese obter o modo de influencia do éter de celulosa na distribución do tamaño dos poros do morteiro de cemento: no intervalo de tamaño dos poros de máis de 100 nm, pódense introducir burbullas reducindo a tensión superficial da fase líquida e a difusión das burbullas pódese inhibir mediante aumentar a viscosidade do líquido; na rexión de 30 nm ~ 60 nm, o número de poros da rexión pode verse afectado inhibindo a fusión de burbullas máis pequenas.

5. Influencia do éter de celulosa non iónico nas propiedades mecánicas do cemento polimérico

As propiedades mecánicas do cemento polimérico están estreitamente relacionadas coa súa morfoloxía. Coa adición de éter de celulosa non iónico, a porosidade aumenta, o que ten un efecto negativo sobre a súa resistencia, especialmente a resistencia á compresión e á flexión. A redución da resistencia á compresión do morteiro de cemento é significativamente maior que a resistencia á flexión. Ou Zhihua et al. estudou a influencia de diferentes tipos de éter de celulosa non iónico nas propiedades mecánicas do morteiro de cemento e descubriu que a resistencia do morteiro de cemento modificado con éter de celulosa era inferior á do morteiro de cemento puro e que a resistencia á compresión 28d máis baixa era só do 44,3% do de purín de cemento puro. A resistencia á compresión e á flexión do éter de celulosa modificado con HPMc, HEMC e MC son similares, mentres que a resistencia á compresión e á flexión da suspensión de cemento modificado con HEc en cada época son significativamente máis altas. Isto está intimamente relacionado coa súa viscosidade ou peso molecular, canto maior sexa a viscosidade ou peso molecular do éter de celulosa, ou canto maior sexa a actividade superficial, menor será a resistencia do seu morteiro de cemento modificado.

Non obstante, tamén se demostrou que o éter de celulosa non iónico pode mellorar a resistencia á tracción, a flexibilidade e a cohesión do morteiro de cemento. Huang Liangen et al. descubriu que, contrariamente á lei de cambio de resistencia á compresión, a resistencia ao corte e á tracción da suspensión aumentaba co aumento do contido de éter de celulosa no morteiro de cemento. Análise da razón, despois da adición de éter de celulosa e emulsión de polímero xuntos para formar unha gran cantidade de película de polímero densa, mellora moito a flexibilidade da suspensión e produtos de hidratación de cemento, cemento non hidratado, recheos e outros materiais recheos nesta película. , para garantir a resistencia á tracción do sistema de revestimento.

Co fin de mellorar o rendemento do cemento de polímero modificado con éter de celulosa non iónico, mellorar as propiedades físicas do morteiro de cemento ao mesmo tempo, non reduce significativamente as súas propiedades mecánicas, a práctica habitual é combinar éter de celulosa e outros aditivos, engadidos a o morteiro de cemento. Li Tao-wen et al. descubriu que o aditivo composto de éter de celulosa e cola de polímero en po non só mellorou lixeiramente a resistencia á flexión e á compresión do morteiro, polo que a cohesión e viscosidade do morteiro de cemento son máis axeitados para a construción do revestimento, senón que tamén mellorou significativamente a retención de auga. capacidade do morteiro en comparación co éter de celulosa simple. Xu Qi et al. Engadiu escoura en po, axente redutor de auga e HEMc, e descubriu que o axente redutor de auga e o po mineral poden aumentar a densidade do morteiro, reducir o número de buratos, para mellorar a resistencia e o módulo elástico do morteiro. HEMc pode aumentar a resistencia á tracción do morteiro, pero non é bo para a resistencia á compresión e o módulo elástico do morteiro. Yang Xiaojie et al. descubriu que a rachadura de contracción plástica do morteiro de cemento pode reducirse significativamente despois de mesturar fibra HEMc e PP.

6. Conclusión

O éter de celulosa non iónico xoga un papel importante no cemento polimérico, que pode mellorar significativamente as propiedades físicas (incluíndo o retardo da coagulación, a retención de auga, o espesamento), a morfoloxía microscópica e as propiedades mecánicas do morteiro de cemento. Traballouse moito na modificación de materiais a base de cemento mediante o éter de celulosa, pero aínda quedan algúns problemas que precisan máis estudo. Por exemplo, en aplicacións prácticas de enxeñería, préstase pouca atención á reoloxía, ás propiedades de deformación, á estabilidade do volume e á durabilidade dos materiais a base de cemento modificado, e non se estableceu unha relación regular correspondente co éter de celulosa engadido. A investigación sobre o mecanismo de migración do polímero de éter de celulosa e dos produtos de hidratación do cemento na reacción de hidratación aínda é insuficiente. O proceso de acción e o mecanismo dos aditivos compostos por éter de celulosa e outros aditivos non son o suficientemente claros. Non se perfeccionou a adición composta de éter de celulosa e materiais reforzados inorgánicos como a fibra de vidro. Todos estes serán o foco de futuras investigacións para proporcionar orientación teórica para mellorar aínda máis o rendemento do cemento polimérico.