Cellulóz-éterrel módosított cementiszap

A nemionos cellulóz-éter eltérő molekulaszerkezetének hatását a cementiszap pórusszerkezetére teljesítménysűrűség-teszttel, valamint makroszkopikus és mikroszkópos pórusszerkezet-megfigyeléssel vizsgáltuk. Az eredmények azt mutatják, hogy a nemionos cellulóz-éter növelheti a cementiszap porozitását. Ha a nem ionos cellulóz-éterrel módosított iszap viszkozitása hasonló, a porozitáshidroxi-etil-cellulóz-éterA (HEC) módosított iszap kisebb, mint a hidroxi-propil-metil-cellulóz-éterrel (HPMC) és a metil-cellulóz-éterrel (MC) módosított zagyé. Minél alacsonyabb a hasonló csoporttartalmú HPMC cellulóz-éter viszkozitása/relatív molekulatömege, annál kisebb a módosított cementiszap porozitása. A nemionos cellulóz-éter csökkentheti a folyékony fázis felületi feszültségét, és a cementiszapból könnyen buborékokat képezhet. A nemionos cellulóz-éter molekulák a buborékok gáz-folyadék határfelületén irányítottan adszorbeálódnak, ami szintén növeli a cementiszap fázis viszkozitását, és fokozza a cementiszap azon képességét, hogy stabilizálja a buborékokat.

Kulcsszavak:nemionos cellulóz-éter; Cement iszap; Pórusszerkezet; Molekulaszerkezet; Felületi feszültség; viszkozitás

A nemionos cellulóz-éter (a továbbiakban: cellulóz-éter) kiváló sűrítő és vízmegtartó képességgel rendelkezik, és széles körben használják száraz kevert habarcsban, öntömörödő betonban és más új cement alapú anyagokban. A cementalapú anyagokban használt cellulóz-éterek általában a metil-cellulóz-étert (MC), a hidroxi-propil-metil-cellulóz-étert (HPMC), a hidroxi-etil-metil-cellulóz-étert (HEMC) és a hidroxi-etil-cellulóz-étert (HEC), amelyek közül a HPMC és a HEMC a leggyakoribb alkalmazások. .

A cellulóz-éter jelentősen befolyásolhatja a cementiszap pórusszerkezetét. Pourchez és munkatársai látszólagos sűrűség-teszttel, pórusméret-teszttel (higanyinjektálási módszer) és sEM képanalízissel arra a következtetésre jutottak, hogy a cellulóz-éter képes növelni a körülbelül 500 nm átmérőjű és körülbelül 50-250 μm átmérőjű pórusok számát. cementiszap. Ezenkívül a megkeményedett cementiszap esetében a kis molekulatömegű HEC-módosított cementiszap pórusméret-eloszlása ​​hasonló a tiszta cementiszap pórusméret-eloszlásához. A nagy molekulatömegű HEC módosított cementiszap teljes pórustérfogata nagyobb, mint a tiszta cementiszapé, de kisebb, mint a nagyjából azonos konzisztenciájú HPMC módosított cementiszapé. SEM megfigyelés révén Zhang et al. azt találta, hogy a HEMC jelentősen növelheti a körülbelül 0,1 mm átmérőjű pórusok számát a cementhabarcsban. A higanyinjektálási teszttel azt is megállapították, hogy a HEMC jelentősen megnövelheti a cementiszap teljes pórustérfogatát és átlagos pórusátmérőjét, ami jelentősen megnöveli az 50 nm ~ 1 μm átmérőjű nagy pórusok számát és a nagyobb átmérőjű nagy pórusok számát. mint 1μm. Az 50 nm-nél kisebb átmérőjű pórusok száma azonban jelentősen csökkent. Saric-Coric et al. úgy vélték, hogy a cellulóz-éter porózusabbá teszi a cementiszapot, és a makropórusok növekedéséhez vezet. Jenni et al. tesztelte a teljesítménysűrűséget, és megállapította, hogy a HEMC módosított cementhabarcs pórustérfogat-frakciója körülbelül 20%, míg a tiszta cementhabarcs csak kis mennyiségű levegőt tartalmaz. Silva et al. azt találta, hogy a tiszta cementiszap esetében a 3,9 nm-nél és a 40-75 nm-nél lévő két csúcson kívül két csúcs is volt 100-500 nm-nél és 100 nm-nél nagyobb a higanyinjektálási teszt során. Ma Baoguo et al. azt találta, hogy a cellulóz-éter a higany befecskendezési tesztje révén növelte az 1 μm-nél kisebb átmérőjű finom pórusok és a 2 μm-nél nagyobb átmérőjű nagy pórusok számát a cementhabarcsban. Ami azt illeti, hogy a cellulóz-éter növeli a cementiszap porozitását, általában úgy gondolják, hogy a cellulóz-éter felületi aktivitással rendelkezik, feldúsítja a levegő és a víz határfelületét, filmet képezve, hogy stabilizálja a buborékokat a cementiszapban.

A fenti szakirodalmi elemzésen keresztül látható, hogy nagy figyelmet kapott a cellulóz-éter hatása a cement alapú anyagok pórusszerkezetére. Azonban sokféle cellulóz-éter létezik, ugyanaz a cellulóz-éter, relatív molekulatömege, csoporttartalma és egyéb molekulaszerkezeti paraméterei is nagyon eltérőek, és a cellulóz-éter kiválasztásával foglalkozó hazai és külföldi kutatók csak az adott alkalmazási területre korlátozódnak. mező, a reprezentáció hiánya, a következtetés elkerülhetetlen „túláltalánosítás”, így a cellulóz-éter mechanizmusának magyarázata nem elég mély. Ebben a cikkben az eltérő molekulaszerkezetű cellulóz-éter hatását a cementiszap pórusszerkezetére vizsgáltuk látszólagos sűrűségvizsgálattal, valamint makroszkopikus és mikroszkópos pórusszerkezet-megfigyeléssel.

1. Teszt

1.1 Nyersanyagok

A cement a Huaxin Cement Co., LTD. által gyártott P·O 42,5 normál portlandcement volt, amelyben a kémiai összetételt AXIOS Ad-Vanced hullámhossz diszperziós típusú röntgenfluoreszcencia spektrométerrel (PANa – lytical, Hollandia) mérték. és a fázisösszetételt Bogue-módszerrel becsültük meg.

A cellulóz-éter négyféle kereskedelmi forgalomban kapható cellulóz-étert választott ki, a metil-cellulóz-étert (MC), a hidroxi-propil-metil-cellulóz-étert (HPMC1, HPMC2) és a hidroxi-etil-cellulóz-étert (HEC), a HPMC1 molekulaszerkezete és a HPMC2 hasonló, de a viszkozitása sokkal kisebb, mint a HPMC2-é. , Vagyis a HPMC1 relatív molekulatömege sokkal kisebb, mint a HPMC2-é. A hidroxi-etil-metil-cellulóz-éter (HEMc) és a HPMC hasonló tulajdonságai miatt a HEMC-ket nem választottuk ki ebben a vizsgálatban. Annak elkerülése érdekében, hogy a nedvességtartalom befolyásolja a vizsgálati eredményeket, az összes cellulóz-étert felhasználás előtt 98 °C-on 2 órán át sütjük.

A cellulóz-éter viszkozitását NDJ-1B forgó viszkoziméterrel (Shanghai Changji Company) vizsgáltuk. A tesztoldat koncentrációja (a cellulóz-éter és a víz tömegaránya) 2,0%, a hőmérséklet 20°C, a forgási sebesség 12r/perc. A cellulóz-éter felületi feszültségét gyűrűs módszerrel vizsgáltuk. A vizsgáló műszer a JK99A automatikus tenziométer volt (Shanghai Zhongchen Company). A tesztoldat koncentrációja 0,01%, hőmérséklete 20°C. A cellulóz-éter-csoport tartalmát a gyártó biztosítja.

A cellulóz-éter viszkozitása, felületi feszültsége és csoporttartalma szerint 2,0%-os oldatkoncentráció esetén a HEC és a HPMC2 oldat viszkozitási aránya 1:1,6, a HEC és az MC oldat viszkozitási aránya 1:0,4, de ebben a tesztben a víz-cement arány 0,35, a maximális cementarány 0,6%, a cellulóz-éter vízhez viszonyított tömegaránya körülbelül 1,7%, kevesebb, mint 2,0%, és a cementiszap szinergetikus hatása a viszkozitásra, így a A HEC, HPMC2 vagy MC módosított cementiszap viszkozitáskülönbsége kicsi.

A cellulóz-éter viszkozitása, felületi feszültsége és csoporttartalma szerint az egyes cellulóz-éterek felületi feszültsége eltérő. A cellulóz-éter hidrofil csoportokat (hidroxil- és étercsoportokat) és hidrofób csoportokat (metil- és glükóz széngyűrű) egyaránt tartalmaz, felületaktív anyag. A cellulóz-éter eltérő, a hidrofil és hidrofób csoportok típusa és tartalma eltérő, ami eltérő felületi feszültséget eredményez.

1.2 Vizsgálati módszerek

Hatféle cementiszap készült, köztük tiszta cementiszap, négy cellulóz-éterrel (MC, HPMCl, HPMC2 és HEC) módosított cementiszap 0,60% cementarányban és HPMC2 módosított cementiszap 0,05% cementarányban. Ref, MC - 0,60, HPMCl - 0,60, Hpmc2-0,60. A HEC 1-0,60 és a hpMC2-0,05 azt jelzi, hogy a víz-cement arány egyaránt 0,35.

Először cementiszap a GB/T 17671 1999 „cementhabarcs szilárdsági vizsgálati módszer (ISO-módszer)” szerint, 40 mm × 40 mm × 160 mm-es prizmás teszttömbben, 20 ℃-os tömített kikeményedés mellett 28d. Mérlegelés és látszólagos sűrűségének kiszámítása után egy kis kalapáccsal feltörtük, majd digitális fényképezőgéppel megfigyeltük és lefényképeztük a tesztblokk központi részének makrolyuk állapotát. Ezzel egyidejűleg kis, 2,5-5,0 mm-es darabokat vettünk optikai mikroszkóp (HIROX háromdimenziós videomikroszkóp) és pásztázó elektronmikroszkóp (JSM-5610LV) megfigyelésére.

2. Vizsgálati eredmények

2.1 Látszólagos sűrűség

A különböző cellulóz-éterekkel módosított cementiszap látszólagos sűrűsége szerint (1) a tiszta cementiszap látszólagos sűrűsége a legnagyobb, amely 2044 kg/m³; A négyféle, 0,60%-os cementarányú cellulóz-éterrel módosított zagy látszólagos sűrűsége 74-88%-a volt a tiszta cementiszapnak, ami azt jelzi, hogy a cellulóz-éter okozta a cementiszap porozitásának növekedését. (2) Ha a cement és a cement aránya 0,60%, a különböző cellulóz-éterek hatása a cementiszap porozitására nagyon eltérő. A HEC, HPMC2 és MC módosított cementiszap viszkozitása hasonló, de a HEC módosított cementiszap látszólagos sűrűsége a legnagyobb, ami arra utal, hogy a HEC módosított cementiszap porozitása kisebb, mint a hasonló viszkozitású HPMc2 és Mc módosított cementiszapé. . A HPMc1 és a HPMC2 csoporttartalma hasonló, de a HPMCl viszkozitása jóval alacsonyabb, mint a HPMC2-é, és a HPMCl módosított cementiszap látszólagos sűrűsége lényegesen nagyobb, mint a HPMC2 módosított cementiszapé, ami azt jelzi, hogy ha a csoporttartalom hasonló , minél kisebb a cellulóz-éter viszkozitása, annál kisebb a módosított cementiszap porozitása. (3) Ha a cement-cement arány nagyon kicsi (0,05%), a HPMC2-vel módosított cementiszap látszólagos sűrűsége alapvetően közel van a tiszta cementiszaphoz, ami azt jelzi, hogy a cellulóz-éter hatása a cement porozitására a hígtrágya nagyon kicsi.

2.2 Makroszkópos pórus

A cellulóz-éterrel módosított cementiszapról digitális fényképezőgéppel készített metszetfotók szerint a tiszta cementiszap nagyon sűrű, szinte nincsenek látható pórusai; A négyféle cellulóz-éterrel módosított, 0,60% cementarányú hígtrágya makroszkópikusabb pórusokkal rendelkezik, ami azt jelzi, hogy a cellulóz-éter a cementiszap porozitásának növekedéséhez vezet. A látszólagos sűrűségvizsgálat eredményeihez hasonlóan a különböző típusú és tartalmú cellulóz-éterek hatása a cementiszap porozitására egészen eltérő. A HEC, HPMC2 és MC módosított zagy viszkozitása hasonló, de a HEC módosított iszap porozitása kisebb, mint a HPMC2 és MC módosított zagyé. Bár a HPMC1 és a HPMC2 csoporttartalma hasonló, a HPMC1 módosított zagy alacsonyabb viszkozitású porozitása kisebb. Ha a HPMc2 módosított iszap cement/cement aránya nagyon kicsi (0,05%), a makroszkopikus pórusok száma kissé megnő, mint a tiszta cementiszapé, de jelentősen csökken, mint a 0,60% cementet tartalmazó HPMC2 módosított iszapé. -cement arány.

2.3 Mikroszkópos pórus

4. Következtetés

(1) A cellulóz-éter növelheti a cementiszap porozitását.

(2) A cellulóz-éter hatása a különböző molekulaszerkezeti paraméterekkel rendelkező cementiszap porozitására eltérő: ha a cellulóz-éterrel módosított cementiszap viszkozitása hasonló, a HEC-módosított cementiszap porozitása kisebb, mint a HPMC és az MC-módosított cementiszap porozitása. cementiszap; Minél alacsonyabb a hasonló csoporttartalmú HPMC cellulóz-éter viszkozitása/relatív molekulatömege, annál kisebb a módosított cementiszap porozitása.

(3) A cellulóz-éter cementiszaphoz való hozzáadása után a folyékony fázis felületi feszültsége csökken, így a cementiszap könnyen buborékokat képez, és a cellulóz-éter molekulák irányított adszorpciója a buborék gáz-folyadék határfelületén, javítja a folyékony fázis szilárdságát és szívósságát. a buborékos folyadékfilm adszorpciója a buborékgáz-folyadék határfelületen, javítja a buborékos folyadékfilm szilárdságát, és megerősíti a kemény iszap azon képességét, hogy stabilizálja a buborékot.