Utjecaj temperature okoline na obradivost gipsa modificiranog celuloznim eterom

Učinak gipsa modificiranog celuloznim eterom na različitim temperaturama okoline vrlo je različit, ali njegov mehanizam nije jasan. Proučavani su učinci celuloznog etera na reološke parametre i zadržavanje vode gipsane kaše pri različitim temperaturama okoline. Metodom dinamičkog raspršenja svjetlosti izmjeren je hidrodinamički promjer celuloznog etera u tekućoj fazi te je istražen mehanizam utjecaja. Rezultati pokazuju da celulozni eter ima dobar učinak zadržavanja vode i zgušnjavanja gipsa. S povećanjem sadržaja celuloznog etera, viskoznost kaše se povećava i povećava se sposobnost zadržavanja vode. Međutim, s porastom temperature, sposobnost zadržavanja vode modificirane gipsane kaše se u određenoj mjeri smanjuje, a mijenjaju se i reološki parametri. Uzimajući u obzir da koloidna asocijacija celuloznog etera može postići zadržavanje vode blokiranjem kanala za transport vode, porast temperature može dovesti do dezintegracije asocijacije velikog volumena koju proizvodi celulozni eter, čime se smanjuje zadržavanje vode i radna izvedba modificiranog gipsa.

Ključne riječi:gips; Celulozni eter; Temperatura; Zadržavanje vode; reologija

0. Uvod

Gips, kao vrsta ekološki prihvatljivog materijala s dobrim građevinskim i fizičkim svojstvima, naširoko se koristi u projektima dekoracije. U primjeni materijala na bazi gipsa obično se dodaje sredstvo za zadržavanje vode kako bi se modificirala kaša kako bi se spriječio gubitak vode u procesu hidratacije i stvrdnjavanja. Celulozni eter trenutno je najčešći agens za zadržavanje vode. Budući da će ionski CE reagirati s Ca2+, često koristite neionske CE, kao što su: hidroksipropil metil celulozni eter, hidroksietil metil celulozni eter i metil celulozni eter. Važno je proučiti svojstva gipsa modificiranog celuloznim eterom za bolju primjenu gipsa u dekorativnom inženjerstvu.

Celulozni eter je visokomolekularni spoj proizveden reakcijom alkalne celuloze i sredstva za eterifikaciju pod određenim uvjetima. Neionski celulozni eter koji se koristi u građevinarstvu ima dobar učinak disperzije, zadržavanja vode, vezivanja i zgušnjavanja. Dodatak celuloznog etera ima vrlo očigledan učinak na zadržavanje vode u gipsu, ali čvrstoća na savijanje i pritisak gipsa očvrslog tijela također lagano opada s povećanjem količine dodatka. To je zato što celulozni eter ima određeni učinak privlačenja zraka, što će uvesti mjehuriće u procesu miješanja kaše, čime se smanjuju mehanička svojstva otvrdnutog tijela. U isto vrijeme, previše celuloznog etera će učiniti mješavinu gipsa previše ljepljivom, što će rezultirati njezinim građevinskim performansama.

Proces hidratacije gipsa može se podijeliti u četiri koraka: otapanje kalcijevog sulfata hemihidrata, kristalizacija nukleacije kalcijevog sulfata dihidrata, rast kristalne jezgre i stvaranje kristalne strukture. U procesu hidratacije gipsa, hidrofilna funkcionalna skupina celuloznog etera koja se adsorbira na površini čestica gipsa će fiksirati dio molekula vode, odgađajući tako proces nukleacije hidratacije gipsa i produžujući vrijeme vezivanja gipsa. Pomoću SEM promatranja, Mroz je otkrio da iako prisutnost celuloznog etera usporava rast kristala, ali povećava preklapanje i agregaciju kristala.

Celulozni eter sadrži hidrofilne skupine tako da ima određenu hidrofilnost, polimer dugog lanca koji se međusobno povezuje tako da ima visoku viskoznost, interakcija to dvoje čini da celuloza ima dobar učinak zgušnjavanja za zadržavanje vode na smjesu gipsa. Bulichen je objasnio mehanizam zadržavanja vode celuloznog etera u cementu. Pri slabom miješanju, celulozni eter adsorbira se na cement radi intramolekularne apsorpcije vode i prati bubrenje kako bi se postiglo zadržavanje vode. U to vrijeme zadržavanje vode je slabo. Visoka doza, celulozni eter će formirati stotine nanometara do nekoliko mikrona koloidnog polimera, učinkovito blokirajući sustav gela u rupi, kako bi se postiglo učinkovito zadržavanje vode. Mehanizam djelovanja celuloznog etera u gipsu isti je kao onaj u cementu, ali viša koncentracija SO42- u tekućoj fazi gipsane kaše oslabit će učinak celuloze na zadržavanje vode.

Na temelju gornjeg sadržaja može se ustanoviti da se trenutačno istraživanje gipsa modificiranog celuloznim eterom uglavnom usredotočuje na proces hidratacije celuloznog etera na mješavini gipsa, svojstva zadržavanja vode, mehanička svojstva i mikrostrukturu otvrdnutog tijela te mehanizam djelovanja celuloznog etera. zadržavanje vode. Međutim, studija o interakciji između celuloznog etera i gipsane kaše na visokoj temperaturi još uvijek je nedostatna. Vodena otopina celuloznog etera želatinizirat će se na određenoj temperaturi. Kako temperatura raste, viskoznost vodene otopine celuloznog etera postupno će se smanjivati. Kada se postigne temperatura želatinizacije, celulozni eter će se istaložiti u bijeli gel. Na primjer, u ljetnoj konstrukciji, temperatura okoline je visoka, svojstva toplinskog gela celuloznog etera moraju dovesti do promjena u obradivosti modificirane kaše od gipsa. Ovaj rad istražuje učinak porasta temperature na obradivost gipsanog materijala modificiranog celuloznim eterom kroz sustavne pokuse i pruža smjernice za praktičnu primjenu gipsa modificiranog celuloznim eterom.

1. Eksperimentirajte

1.1 Sirovine

Gips je β-tip prirodnog građevinskog gipsa kojeg proizvodi Beijing Ecological Home Group.

Celulozni eter odabran iz hidroksipropil metil celuloznog etera Shandong Yiteng grupe, specifikacije proizvoda za 75 000 mPa·s, 100 000 mPa·s i 200 000 mPa·s, temperatura geliranja iznad 60 ℃. Kao usporivač gipsa odabrana je limunska kiselina.

1.2 Reološki test

Korišteni instrument za reološko ispitivanje bio je RST⁃CC reometar proizvođača BROOKFIELD USA. Reološki parametri kao što su plastična viskoznost i smična granica tečenja gipsane kaše određeni su MBT⁃40F⁃0046 spremnikom za uzorke i CC3⁃40 rotorom, a podaci su obrađeni softverom RHE3000.

Karakteristike mješavine gipsa odgovaraju reološkom ponašanju Binghamove tekućine, koja se obično proučava pomoću Binghamovog modela. Međutim, zbog pseudoplastičnosti celuloznog etera dodanog polimerom modificiranom gipsu, smjesa kaše obično ima određeno svojstvo razrjeđivanja smicanjem. U ovom slučaju, modificirani Bingham (M⁃B) model može bolje opisati reološku krivulju gipsa. Za proučavanje posmične deformacije gipsa, ovaj rad također koristi Herschel⁃Bulkley (H⁃B) model.

1.3 Ispitivanje zadržavanja vode

Postupak ispitivanja odnosi se na GB/T28627⁃2012 Žbuka za žbukanje. Tijekom eksperimenta s temperaturom kao varijablom, gips je prethodno zagrijan 1 sat unaprijed na odgovarajućoj temperaturi u pećnici, a miješana voda korištena u eksperimentu prethodno je zagrijavana 1 sat na odgovarajućoj temperaturi u vodenoj kupelji konstantne temperature, a korišten je instrument bio prethodno zagrijan.

1.4 Ispitivanje hidrodinamičkog promjera

Hidrodinamički promjer (D50) asocijacije HPMC polimera u tekućoj fazi izmjeren je pomoću analizatora veličine čestica dinamičkog raspršenja svjetlosti (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Rezultati i rasprava

2.1 Reološka svojstva HPMC modificiranog gipsa

Prividna viskoznost je omjer smičnih naprezanja i smične brzine koja djeluje na tekućinu i parametar je za karakterizaciju protoka ne-Newtonovih tekućina. Prividna viskoznost modificirane kaše od gipsa mijenjala se sa sadržajem celuloznog etera pod tri različite specifikacije (75000 mPa·s, 100,000 mpa ·s i 200000 mPa·s). Temperatura ispitivanja bila je 20 ℃. Kada je brzina smicanja reometra 14 min-1, može se ustanoviti da se viskoznost gipsane kaše povećava s povećanjem ugradnje HPMC, a što je veća HPMC viskoznost, veća će biti viskoznost modificirane gipsane kaše. To ukazuje da HPMC ima očigledan učinak zgušnjavanja i viskozifikacije gipsane kaše. Gipsana kaša i celulozni eter su tvari s određenom viskoznošću. U modificiranoj smjesi gipsa, celulozni eter se adsorbira na površini proizvoda hidratacije gipsa, a mreža koju čini celulozni eter i mreža koju čini mješavina gipsa su isprepletene, što rezultira "učinkom superpozicije", što značajno poboljšava ukupnu viskoznost modificirani materijal na bazi gipsa.

Krivulje smicanja ⁃ naprezanja čistog gipsa (G⁃H) i modificirane gipsane (G⁃H) paste dopirane sa 75000mPa·s-HPMC, kao što je izvedeno iz revidiranog Bingham (M⁃B) modela. Može se ustanoviti da s povećanjem brzine smicanja raste i smično naprezanje mješavine. Dobivene su vrijednosti plastične viskoznosti (ηp) i smične granice tečenja (τ0) čistog gipsa i HPMC modificiranog gipsa pri različitim temperaturama.

Iz vrijednosti plastične viskoznosti (ηp) i smične granice tečenja (τ0) čistog gipsa i HPMC modificiranog gipsa pri različitim temperaturama, može se vidjeti da će se granica tečenja HPMC modificiranog gipsa kontinuirano smanjivati ​​s porastom temperature, a prinos stres će se smanjiti za 33% na 60 ℃ u usporedbi s 20 ℃. Promatrajući krivulju plastične viskoznosti, može se ustanoviti da plastična viskoznost modificirane gipsane kaše također opada s porastom temperature. Međutim, granica tečenja i plastična viskoznost čistog gipsanog kaše blago se povećavaju s porastom temperature, što ukazuje da je promjena reoloških parametara HPMC modificiranog gipsanog kaše u procesu povećanja temperature uzrokovana promjenom svojstava HPMC.

Vrijednost naprezanja tečenja gipsane kaše odražava maksimalnu vrijednost naprezanja na smicanje kada se kaša opire smičnoj deformaciji. Što je veća vrijednost granice tečenja, to gipsana kaša može biti stabilnija. Plastična viskoznost odražava brzinu deformacije gipsane kaše. Što je veća plastična viskoznost, to će biti duže vrijeme posmične deformacije kaše. Zaključno, dva reološka parametra HPMC modificirane gipsane kaše očito se smanjuju s porastom temperature, a učinak zgušnjavanja HPMC na gipsanu kašu je oslabljen.

Posmična deformacija gnojnice odnosi se na smično zgušnjavanje ili učinak razrjeđivanja smicanja koji reflektira kaša kada je izložena posmičnoj sili. Učinak posmične deformacije kaše može se procijeniti pomoću indeksa pseudoplastičnosti n dobivenog iz krivulje prilagodbe. Kada je n < 1, gipsana kaša pokazuje smično stanjivanje, a stupanj smične razrijeđenosti gipsane kaše postaje veći sa smanjenjem n. Kada je n > 1, gipsani kaša pokazuje smično zgušnjavanje, a stupanj zgušnjavanja gipsane kaše raste s povećanjem n. Reološke krivulje HPMC modificirane gipsane kaše pri različitim temperaturama temeljene na prilagodbi Herschel⁃Bulkley (H⁃B) modela, čime se dobiva pseudoplastični indeks n HPMC modificirane gipsane kaše.

Prema indeksu pseudoplastičnosti n HPMC modificiranog gipsanog mulja, posmična deformacija gipsanog mulja pomiješanog s HPMC je razrjeđivanje smicanjem, a vrijednost n postupno raste s porastom temperature, što ukazuje da će ponašanje smicanja razrjeđivanja HPMC modificiranog gipsa biti oslabljena do određene mjere pod utjecajem temperature.

Na temelju prividnih promjena viskoznosti modificirane kaše od gipsa s brzinom smicanja izračunatom iz podataka o smičnom naprezanju od 75000 mPa· HPMC na različitim temperaturama, može se ustanoviti da se plastična viskoznost modificirane kaše od gipsa brzo smanjuje s povećanjem brzine smicanja, koji provjerava rezultat uklapanja modela H⁃B. Modificirana kaša od gipsa pokazala je karakteristike razrjeđivanja smicanjem. S porastom temperature, prividna viskoznost smjese opada do određene mjere pri niskoj brzini smicanja, što ukazuje da je učinak razrjeđivanja smicanjem modificirane kaše gipsa oslabljen.

U stvarnoj upotrebi gipsanog kita, gipsana kaša mora se lako deformirati u procesu trljanja i ostati stabilna u mirovanju, što zahtijeva da gipsana kaša ima dobre karakteristike razrjeđivanja smicanjem, a promjena smicanja HPMC modificiranog gipsa je rijetka u određenoj mjeri, što nije pogodno za izgradnju materijala od gipsa. Viskoznost HPMC-a jedan je od važnih parametara, a također i glavni razlog zašto igra ulogu zgušnjivača za poboljšanje varijabilnih karakteristika protoka miješanja. Celulozni eter sam po sebi ima svojstva vrućeg gela, viskoznost njegove vodene otopine postupno opada kako temperatura raste, a bijeli gel se taloži kada se postigne temperatura geliranja. Promjena reoloških parametara gipsa modificiranog celuloznim eterom s temperaturom usko je povezana s promjenom viskoznosti, jer je učinak zgušnjavanja rezultat superpozicije celuloznog etera i miješane kaše. U praktičnom inženjerstvu treba uzeti u obzir utjecaj temperature okoliša na HPMC učinkovitost. Na primjer, temperaturu sirovina treba kontrolirati pri visokim temperaturama ljeti kako bi se izbjegla loša radna izvedba modificiranog gipsa uzrokovana visokom temperaturom.

2.2 Zadržavanje vodeHPMC modificirani gips

Zadržavanje vode u kaši od gipsa modificiranoj s tri različite specifikacije celuloznog etera mijenja se s krivuljom doziranja. S povećanjem doze HPMC, stopa zadržavanja vode u gipsanoj kaši značajno se poboljšava, a trend povećanja postaje stabilan kada doza HPMC dosegne 0,3%. Konačno, stopa zadržavanja vode gipsane kaše je stabilna na 90% ~ 95%. To ukazuje da HPMC ima očigledan učinak zadržavanja vode na pastu od kamene paste, ali učinak zadržavanja vode nije značajno poboljšan kako se doza nastavlja povećavati. Razlika u tri specifikacije stope zadržavanja vode HPMC nije velika, na primjer, kada je sadržaj 0,3%, raspon stope zadržavanja vode je 5%, standardna devijacija je 2,2. HPMC s najvećom viskoznošću nije najveća stopa zadržavanja vode, a HPMC s najnižom viskoznošću nije najniža stopa zadržavanja vode. Međutim, u usporedbi s čistim gipsom, stopa zadržavanja vode tri HPMC-a za gipsani mulj značajno je poboljšana, a stopa zadržavanja vode modificiranog gipsa u sadržaju od 0,3 % povećana je za 95%, 106%, 97% u usporedbi s prazna kontrolna grupa. Celulozni eter očito može poboljšati zadržavanje vode u kaši od gipsa. S povećanjem udjela HPMC-a, stopa zadržavanja vode HPMC-modificirane gipsane kaše različite viskoznosti postupno doseže točku zasićenja. 10000mPa·sHPMC dosegnulo je točku zasićenja na 0,3%, 75000mPa·s i 20000mPa·s HPMC doseglo je točku zasićenja na 0,2%. Rezultati pokazuju da se zadržavanje vode od 75000 mPa·s HPMC modificiranog gipsa mijenja s temperaturom pod različitim dozama. S padom temperature, stopa zadržavanja vode HPMC modificiranog gipsa postupno se smanjuje, dok stopa zadržavanja vode čistog gipsa u osnovi ostaje nepromijenjena, što ukazuje da povećanje temperature slabi učinak zadržavanja vode HPMC na gips. Stopa zadržavanja vode HPMC-a smanjila se za 31,5% kada se temperatura povećala s 20 ℃ na 40 ℃. Kada temperatura poraste s 40 ℃ na 60 ℃, stopa zadržavanja vode HPMC modificiranog gipsa u osnovi je ista kao i čistog gipsa, što ukazuje da je HPMC izgubio učinak poboljšanja zadržavanja vode gipsa u ovom trenutku. Jian Jian i Wang Peiming predložili su da sam celulozni eter ima fenomen toplinskog gela, promjena temperature će dovesti do promjena u viskoznosti, morfologiji i adsorpciji celuloznog etera, što će sigurno dovesti do promjena u performansama smjese kaše. Bulichen je također otkrio da se dinamička viskoznost cementnih otopina koje sadrže HPMC smanjuje s povećanjem temperature.

Promjenu zadržavanja vode u smjesi uzrokovanu povećanjem temperature treba kombinirati s mehanizmom celuloznog etera. Bulichen je objasnio mehanizam kojim celulozni eter može zadržati vodu u cementu. U sustavima baziranim na cementu, HPMC poboljšava stopu zadržavanja vode u kaši smanjenjem propusnosti "filterskog kolača" koji stvara sustav cementiranja. Određena koncentracija HPMC-a u tekućoj fazi formirat će nekoliko stotina nanometara do nekoliko mikrona koloidne asocijacije, ovo ima određeni volumen polimerne strukture i može učinkovito začepiti kanal za prijenos vode u mješavini, smanjiti propusnost "filterskog kolača", kako bi se postiglo učinkovito zadržavanje vode. Bulichen je također pokazao da HPMCS u gipsu pokazuju isti mehanizam. Stoga proučavanje hidromehaničkog promjera asocijacije koju tvori HPMC u tekućoj fazi može objasniti učinak HPMC-a na zadržavanje vode u gipsu.

2.3 Hidrodinamički promjer HPMC koloidne asocijacije

Krivulje raspodjele čestica različitih koncentracija 75000mPa·s HPMC u tekućoj fazi, te krivulje raspodjele čestica tri specifikacije HPMC u tekućoj fazi pri koncentraciji od 0,6%. Iz krivulje raspodjele čestica HPMC-a triju specifikacija u tekućoj fazi kada je koncentracija 0,6% vidljivo je da se s povećanjem koncentracije HPMC-a povećava i veličina čestica pridruženih spojeva nastalih u tekućoj fazi. Kada je koncentracija niska, čestice nastale HPMC agregacijom su male, a samo mali dio HPMC agregira u čestice od oko 100 nm. Kada je koncentracija HPMC 1%, postoji veliki broj koloidnih asocijacija s hidrodinamičkim promjerom od oko 300 nm, što je važan znak molekularnog preklapanja. Ova polimerizacijska struktura "velikog volumena" može učinkovito blokirati kanal prijenosa vode u mješavini, smanjiti "propusnost kolača", a odgovarajuće zadržavanje vode u mješavini gipsa pri ovoj koncentraciji također je veće od 90%. Hidromehanički promjeri HPMC-a s različitim viskozitetima u tekućoj fazi u osnovi su isti, što objašnjava sličnu stopu zadržavanja vode HPMC modificirane gipsane kaše s različitim viskozitetima.

Krivulje raspodjele veličine čestica od 75000 mPa·s HPMC s 1% koncentracije na različitim temperaturama. S povećanjem temperature, razgradnja HPMC koloidne asocijacije može se očito pronaći. Na 40 ℃, veliki volumen asocijacije od 300 nm potpuno je nestao i razgradio se na čestice malog volumena od 15 nm. S daljnjim povećanjem temperature, HPMC postaje manje čestice, a zadržavanje vode gipsane kaše potpuno se gubi.

Fenomen HPMC svojstva koja se mijenjaju s porastom temperature također je poznat kao svojstva vrućeg gela, postojeće zajedničko gledište je da će na niskim temperaturama HPMC makromolekule prvo dispergirane u vodi da bi se otopila otopina, HPMC molekule u visokoj koncentraciji formirat će veliku asocijaciju čestica . Kada temperatura poraste, hidratacija HPMC-a je oslabljena, voda između lanaca postupno se ispušta, veliki asocijacijski spojevi postupno se raspršuju u male čestice, viskoznost otopine se smanjuje, a trodimenzionalna mrežna struktura nastaje kada se gelira. temperatura se postigne i bijeli gel se istaloži.

Bodvik je otkrio da su se mikrostruktura i adsorpcijska svojstva HPMC-a u tekućoj fazi promijenila. U kombinaciji s Bulichenovom teorijom HPMC koloidne asocijacije koja blokira kanale za transport vode u kaši, zaključeno je da je povećanje temperature dovelo do dezintegracije HPMC koloidne asocijacije, što je rezultiralo smanjenjem zadržavanja vode modificiranog gipsa.

3. Zaključak

(1) Celulozni eter sam po sebi ima visoku viskoznost i učinak "superiponiranog" s kašom od gipsa, igrajući očigledan učinak zgušnjavanja. Na sobnoj temperaturi, učinak zgušnjavanja postaje očitiji s povećanjem viskoznosti i doze celuloznog etera. Međutim, s porastom temperature, viskoznost celuloznog etera opada, njegov učinak zgušnjavanja slabi, smična napetost tečenja i plastična viskoznost gipsane mješavine se smanjuju, pseudoplastičnost slabi, a konstrukcijska svojstva se pogoršavaju.

(2) Celulozni eter poboljšao je zadržavanje vode u gipsu, ali s povećanjem temperature, zadržavanje vode u modificiranom gipsu također se značajno smanjilo, čak će i na 60 ℃ potpuno izgubiti učinak zadržavanja vode. Stopa zadržavanja vode gipsane kaše značajno je poboljšana celuloznim eterom, a stopa zadržavanja vode HPMC modificirane gipsane kaše različite viskoznosti postupno je dosegla točku zasićenja s povećanjem doze. Zadržavanje vode u gipsu općenito je proporcionalno viskoznosti celuloznog etera, pri visokoj viskoznosti ima mali učinak.

(3) Unutarnji čimbenici koji mijenjaju zadržavanje vode celuloznog etera s temperaturom usko su povezani s mikroskopskom morfologijom celuloznog etera u tekućoj fazi. Pri određenoj koncentraciji, celulozni eter ima tendenciju agregacije kako bi stvorio velike koloidne asocijacije, blokirajući kanal za prijenos vode mješavine gipsa kako bi se postiglo visoko zadržavanje vode. Međutim, s porastom temperature, zbog svojstava toplinskog geliranja samog celuloznog etera, prethodno formirana velika koloidna asocijacija ponovno se raspršuje, što dovodi do opadanja sposobnosti zadržavanja vode.