Nemionos cellulóz-éter polimer cementben

A polimercement nélkülözhetetlen adalékanyagaként a nemionos cellulóz-éter nagy figyelmet és kutatást kapott. A vonatkozó hazai és külföldi szakirodalom alapján a nem-ionos cellulóz-éterrel módosított cementhabarcsok törvényszerűségét és mechanizmusát tárgyaltuk a nem-ionos cellulóz-éter fajtáinak és kiválasztásának, a polimercement fizikai tulajdonságaira gyakorolt ​​hatásának, valamint a mikromorfológiai és mechanikai tulajdonságokra gyakorolt ​​hatását, valamint a jelenlegi kutatás hiányosságait. Ez a munka elősegíti a cellulóz-éter alkalmazását polimercementben.

Kulcsszavak: nemionos cellulóz-éter, polimer cement, fizikai tulajdonságok, mechanikai tulajdonságok, mikroszerkezet

1. Áttekintés

Az építőiparban a polimercement iránti növekvő kereslet és teljesítménykövetelmények következtében a módosítások adalékanyag hozzáadása a kutatási központtá vált, amelyek között a cellulóz-étert széles körben alkalmazzák a cementhabarcs vízvisszatartó, sűrítő, késleltető, levegős hatása miatt. és így tovább. Ebben a cikkben a cellulóz-éter típusait, a polimercement fizikai és mechanikai tulajdonságaira gyakorolt ​​hatásokat, valamint a polimercement mikromorfológiáját ismertetjük, amely elméleti hivatkozást ad a cellulóz-éter polimercementben történő alkalmazásához.

2. A nemionos cellulóz-éter típusai

A cellulóz-éter egyfajta cellulózból készült éter szerkezetű polimer vegyület. Sokféle cellulóz-éter létezik, amely nagy hatással van a cement alapú anyagok tulajdonságaira, és nehéz kiválasztani. A szubsztituensek kémiai szerkezete szerint anionos, kationos és nemionos éterekre oszthatók. A cementben a legszélesebb körben használt nemionos cellulóz-éter oldallánc-szubsztituenssel H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH és más nem disszociálható csoportok, tipikus képviselői a metil-cellulóz-éter, hidroxipropil-metil. cellulóz-éter, hidroxi-etil-metil-cellulóz-éter, hidroxi-etil-cellulóz-éter és így tovább. A különböző típusú cellulóz-éterek eltérő hatással vannak a cement kötési idejére. Korábbi irodalmi jelentések szerint a HEC rendelkezik a legerősebb késleltető képességgel a cementtel szemben, ezt követi a HPMc és a HEMc, a legrosszabb pedig az Mc. Ugyanazon cellulóz-éter esetében eltérő a molekulatömeg vagy viszkozitás, ezeknek a csoportoknak a metil-, hidroxi-etil-, hidroxipropil-tartalma, más a késleltető hatása is. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb a viszkozitás és minél nagyobb a nem disszociálható csoportok tartalma, annál rosszabb a késleltetési képesség. Ezért a tényleges gyártási folyamatban a kereskedelmi habarcs koagulálás követelményei szerint kiválasztható a cellulóz-éter megfelelő funkciós csoport tartalma. Vagy a cellulóz-éter gyártásánál egyidejűleg állítsa be a funkciós csoportok tartalmát, tegye azt a különböző habarcsok követelményeinek megfelelővé.

3、a nemionos cellulóz-éter hatása a polimercement fizikai tulajdonságaira

3.1 Lassú koaguláció

A cement hidratációs keményedési idejének meghosszabbítása érdekében, hogy az újonnan bekevert habarcs hosszú ideig képlékeny maradjon, az újonnan kevert habarcs kötési idejének beállítása, működőképességének javítása érdekében, általában késleltetőt adjunk a habarcshoz, nem ionos cellulóz-éter alkalmas polimerhez A cement gyakori lassítószer.

A nemionos cellulóz-éter cementre gyakorolt ​​késleltető hatását főként a saját típusa, viszkozitása, adagolása, a cementásványok eltérő összetétele és egyéb tényezők befolyásolják. Pourchez J et al. kimutatta, hogy minél magasabb a cellulóz-éter metilezési foka, annál rosszabb a késleltető hatás, míg a cellulóz-éter molekulatömege és a hidroxipropoxitartalom gyengén hatott a cement hidratációjának késleltetésére. A viszkozitás és a nemionos cellulóz-éter adalék mennyiségének növekedésével a cementrészecskék felületén az adszorpciós réteg megvastagodik, a cement kezdeti és végső kötési ideje meghosszabbodik, és a késleltető hatás nyilvánvalóbb. Tanulmányok kimutatták, hogy a különböző HEMC tartalmú cementiszapok korai hőleadása mintegy 15%-kal alacsonyabb, mint a tiszta cementiszapoknál, de a későbbi hidratációs folyamatban nincs jelentős különbség. Singh NK et al. kimutatta, hogy a HEc adalékanyag mennyiségének növekedésével a módosított cementhabarcs hidratációs hőleadása először növekvő, majd csökkenő tendenciát mutatott, és a HEC tartalom a maximális hidratációs hőleadás elérésekor a kikeményedési korhoz kapcsolódik.

Ezenkívül azt találták, hogy a nemionos cellulóz-éter késleltető hatása szorosan összefügg a cement összetételével. Peschard et al. azt találták, hogy minél alacsonyabb a trikalcium-aluminát (C3A) tartalma a cementben, annál nyilvánvalóbb a cellulóz-éter késleltető hatása. Schmitz L et al. úgy vélték, hogy ezt a cellulóz-éter különböző módjai okozzák a trikalcium-szilikát (C3S) és a trikalcium-aluminát (C3A) hidratációs kinetikájához. A cellulóz-éter csökkentheti a reakciósebességet a C3S gyorsulási periódusában, míg a C3A esetében meghosszabbíthatja az indukciós periódust, végül pedig késlelteti a habarcs megszilárdulását és kikeményedését.

Különböző vélemények vannak a cementhidratációt késleltető nemionos cellulóz-éter mechanizmusáról. Silva et al. Liu úgy vélte, hogy a cellulóz-éter bevezetése növeli a pórusoldat viszkozitását, így blokkolja az ionok mozgását és késlelteti a kondenzációt. Azonban Pourchez et al. úgy vélték, hogy nyilvánvaló kapcsolat van a cellulóz-éter és a cement hidratációja közötti késleltetése és a cementiszap viszkozitása között. Egy másik elmélet szerint a cellulóz-éter késleltető hatása szorosan összefügg a lúgos lebomlással. A poliszacharidok hajlamosak könnyen lebomlani hidroxil-karbonsavvá, amely késleltetheti a cement hidratálódását lúgos körülmények között. A vizsgálatok azonban azt találták, hogy a cellulóz-éter lúgos körülmények között nagyon stabil, és csak kismértékben bomlik le, és a lebomlásnak csekély hatása van a cement hidratációjának késleltetésére. Jelenleg az a következetesebb nézet, hogy a késleltető hatást főként az adszorpció okozza. Pontosabban, a cellulóz-éter molekulafelületén lévő hidroxilcsoport savas, a hidratálócement rendszerben a ca(0H) és a többi ásványi fázis lúgos. A hidrogénkötés, komplexképző és hidrofób szinergetikus hatása alatt savas cellulóz-éter-molekulák adszorbeálódnak a lúgos cementszemcsék és hidratációs termékek felületén. Ezenkívül a felületén vékony filmréteg képződik, amely akadályozza ezen ásványi fázisú kristálymagok további növekedését és késlelteti a cement hidratációját és megkötését. Minél erősebb az adszorpciós kapacitás a cementhidratációs termékek és a cellulóz-éter között, annál nyilvánvalóbb a cement hidratációs késleltetése. Egyrészt az adszorpciós képességben meghatározó szerepet játszik a sztérikus gát nagysága, mint például a hidroxilcsoport kis sztérikus gátlása, erős savassága, az adszorpció is erős. Másrészt az adszorpciós képesség a cement hidratációs termékeinek összetételétől is függ. Pourchez és mtsai. azt találták, hogy a cellulóz-éter könnyen adszorbeálódik a hidratációs termékek, például a ca(0H)2, a csH gél és a kalcium-aluminát-hidrát felületén, de nem könnyű az ettringit és a hidratálatlan fázis által adszorbeálódni. Mullert tanulmánya azt is kimutatta, hogy a cellulóz-éter erős adszorpciót mutat a c3s-okon és hidratációs termékein, így a szilikátfázis hidratációja jelentősen késik. Az ettringit adszorpciója alacsony volt, de az ettringit képződése jelentősen késett. Ennek oka az volt, hogy az ettringit képződésének késleltetését befolyásolta az oldatban lévő ca2+ egyensúly, amely a cellulóz-éter késleltetésének folytatása volt a szilikát hidratációban.

3.2 Vízmegőrzés

A cementhabarcsban lévő cellulóz-éter másik fontos módosító hatása, hogy vízvisszatartó szerként jelenik meg, amely megakadályozhatja a nedves habarcs nedvességének idő előtti elpárolgását vagy az alap általi felszívódását, valamint késlelteti a cement hidratálódását, miközben meghosszabbítja a habarcs működési idejét. nedves habarcs, hogy a vékony habarcs fésülhető legyen, a vakolt habarcs szórható legyen, és a könnyen felszívódó habarcsot nem kell előnedvesíteni.

A cellulóz-éter vízmegtartó képessége szorosan összefügg a viszkozitásával, adagolásával, típusával és környezeti hőmérsékletével. Más feltételek ugyanazok, minél nagyobb a cellulóz-éter viszkozitása, annál jobb a vízvisszatartó hatás, kis mennyiségű cellulóz-éter nagymértékben javíthatja a habarcs vízvisszatartási arányát; Ugyanazon cellulóz-éter esetén minél nagyobb a hozzáadott mennyiség, annál nagyobb a módosított habarcs vízvisszatartása, de van egy optimális érték, amely felett a vízvisszatartás lassan növekszik. Különböző típusú cellulóz-éterek esetében különbségek vannak a vízvisszatartásban is, például a HPMc ugyanolyan körülmények között, mint az Mc jobb vízvisszatartás. Ezenkívül a cellulóz-éter vízvisszatartó képessége csökken a környezeti hőmérséklet emelkedésével.

Általános vélekedés, hogy a cellulóz-éter vízmegtartó funkciója elsősorban annak köszönhető, hogy a 0H a molekulán és a 0 atom az éterkötésen a vízmolekulákhoz kapcsolódik a hidrogénkötés szintéziséhez, így a szabad víz megkötővé válik. víz, hogy jó szerepet játsszon a vízvisszatartásban; Azt is gondolják, hogy a cellulóz-éter makromolekuláris lánc korlátozó szerepet játszik a vízmolekulák diffúziójában, így hatékonyan szabályozza a víz párolgását, és magas vízvisszatartást ér el; Pourchez J azzal érvelt, hogy a cellulóz-éter a vízvisszatartó hatást az újonnan kevert cementiszap reológiai tulajdonságainak, a porózus hálózat szerkezetének és a víz diffúzióját akadályozó cellulóz-éter film képződésének javításával érte el. Laetitia P et al. úgy vélik, hogy a habarcs reológiai tulajdonságai kulcsfontosságúak, de úgy gondolják, hogy nem a viszkozitás az egyetlen tényező, amely meghatározza a habarcs kiváló vízmegtartó képességét. Érdemes megjegyezni, hogy bár a cellulóz-éter jó vízmegtartó képességgel rendelkezik, de módosított keményített cementhabarcs vízfelvétele csökken, ennek oka az, hogy a cellulóz-éter a habarcsfilmben, és a habarcsban nagyszámú kis zárt pórus, blokkolja a habarcs a kapilláris belsejében.

3.3 Sűrítés

A habarcs konzisztenciája a munkateljesítmény mérésének egyik fontos mutatója. Gyakran cellulóz-étert adagolnak a konzisztencia növelésére. A „konzisztencia” a frissen kevert habarcs azon képességét jelenti, hogy gravitáció vagy külső erő hatására folyjon és deformálódjon. A sűrítés és a vízvisszatartás két tulajdonsága kiegészíti egymást. Megfelelő mennyiségű cellulóz-éter hozzáadásával nem csak a habarcs vízmegtartó képessége javítható, sima építés érhető el, hanem a habarcs konzisztenciája is, jelentősen megnő a cement diszperziógátló képessége, javítható a habarcs és a mátrix közötti kötési teljesítmény, valamint csökkenti a habarcs megereszkedésének jelenségét.

A cellulóz-éter sűrítő hatása elsősorban a saját viszkozitásából fakad, minél nagyobb a viszkozitás, annál jobb a sűrítő hatás, de ha a viszkozitás túl nagy, az csökkenti a habarcs folyékonyságát, ami befolyásolja a szerkezetet. A viszkozitás változását befolyásoló tényezők, mint például a molekulatömeg (vagy a polimerizáció foka) és a cellulóz-éter koncentrációja, az oldat hőmérséklete, a nyírási sebesség, befolyásolják a végső sűrítő hatást.

A cellulóz-éter sűrítő mechanizmusa főként a hidratációból és a molekulák közötti összefonódásból származik. Egyrészt a cellulóz-éter polimerlánca vízben könnyen hidrogénkötést hoz létre, a hidrogénkötés magas hidratáltságot biztosít; Másrészt, ha cellulóz-étert adunk a habarcshoz, az sok vizet vesz fel, így a saját térfogata nagymértékben megnő, csökkentve a részecskék szabad terét, ugyanakkor cellulóz-éter molekulaláncok fonódnak össze egymással. háromdimenziós hálózati struktúra kialakításához habarcsszemcséket vesznek körül, amelyekben nem szabad áramlás. Vagyis e két művelet hatására a rendszer viszkozitása javul, így a kívánt sűrítő hatás érhető el.

4. A nemionos cellulóz-éter hatása a polimercement morfológiájára és pórusszerkezetére

Amint az a fentiekből is látható, a nemionos cellulóz-éter létfontosságú szerepet játszik a polimercementben, és ennek hozzáadása minden bizonnyal befolyásolja a teljes cementhabarcs mikroszerkezetét. Az eredmények azt mutatják, hogy a nemionos cellulóz-éter általában növeli a cementhabarcs porozitását, és a 3nm ~ 350um méretű pórusok száma nő, amelyek közül a 100nm ~ 500nm tartományban a pórusok száma nő a leginkább. A cementhabarcs pórusszerkezetére gyakorolt ​​hatás szorosan összefügg a hozzáadott nemionos cellulóz-éter típusával és viszkozitásával. Ou Zhihua et al. úgy vélték, hogy ha a viszkozitás azonos, a HEC-vel módosított cementhabarcs porozitása kisebb, mint a módosítószerként hozzáadott HPMc és Mc-é. Ugyanazon cellulóz-éter esetében minél kisebb a viszkozitás, annál kisebb a módosított cementhabarcs porozitása. A HPMc habosított cement szigetelőlap nyílásaira gyakorolt ​​hatásának tanulmányozásával Wang Yanru et al. megállapították, hogy a HPMC hozzáadása nem változtatja meg jelentősen a porozitást, de jelentősen csökkentheti a rekesznyílást. Azonban Zhang Guodian et al. azt találta, hogy minél nagyobb a HEMc-tartalom, annál nyilvánvalóbb a hatás a cementiszap pórusszerkezetére. A HEMc hozzáadásával jelentősen megnőhet a cementiszap porozitása, teljes pórustérfogata és átlagos pórussugara, de csökken a pórus fajlagos felülete, és jelentősen megnő az 50 nm-nél nagyobb átmérőjű nagy kapilláris pórusok száma, és a bejuttatható pórusok száma. főleg zárt pórusok.

Elemezték a nemionos cellulóz-éter hatását a cementiszap pórusszerkezetének kialakulására. Azt találták, hogy a cellulóz-éter hozzáadása főként a folyadékfázis tulajdonságait változtatta meg. Egyrészt csökken a folyadékfázis felületi feszültsége, ami megkönnyíti a buborékok képződését a cementhabarcsban, és lelassítja a folyadékfázis elvezetését és a buborék diffúzióját, így a kis buborékok nehezen gyűlnek össze nagy buborékokká és kisülnek, így jelentősen megnövekedett; Másrészt megnő a folyadékfázis viszkozitása, ami szintén gátolja a vízelvezetést, a buborék diffúziót és a buborékok összeolvadását, valamint fokozza a buborékok stabilizálásának képességét. Így megkapható a cellulóz-éter hatásmódja a cementhabarcs pórusméret-eloszlására: a 100 nm-nél nagyobb pórusméret-tartományban a folyadékfázis felületi feszültségének csökkentésével buborékok vihetők be, a buborékok diffúziója pedig gátolható a folyadék viszkozitásának növelése; a 30 nm ~ 60 nm tartományban a pórusok számát a régióban befolyásolhatja a kisebb buborékok összeolvadásának gátlása.

5. A nemionos cellulóz-éter hatása a polimercement mechanikai tulajdonságaira

A polimercement mechanikai tulajdonságai szorosan összefüggenek morfológiájával. A nemionos cellulóz-éter hozzáadásával a porozitás növekszik, ami minden bizonnyal hátrányosan befolyásolja a szilárdságát, különösen a nyomószilárdságot és a hajlítószilárdságot. A cementhabarcs nyomószilárdságának csökkenése lényegesen nagyobb, mint a hajlítószilárdság. Ou Zhihua et al. tanulmányozta a különböző típusú nemionos cellulóz-éterek hatását a cementhabarcs mechanikai tulajdonságaira, és megállapította, hogy a cellulóz-éterrel módosított cementhabarcs szilárdsága alacsonyabb, mint a tiszta cementhabarté, és a legalacsonyabb 28d nyomószilárdság is csak 44,3% volt. a tiszta cementiszapé. A HPMc, HEMC és MC cellulózéterrel módosított hígtrágya nyomószilárdsága és hajlítószilárdsága hasonló, míg a HEc módosított cementiszap nyomószilárdsága és hajlítószilárdsága minden korban lényegesen nagyobb. Ez szorosan összefügg a viszkozitásukkal vagy molekulatömegükkel, minél nagyobb a cellulóz-éter viszkozitása vagy molekulatömege, vagy minél nagyobb a felületi aktivitása, annál kisebb a módosított cementhabarcs szilárdsága.

Azonban azt is kimutatták, hogy a nemionos cellulóz-éter növelheti a cementhabarcs szakítószilárdságát, rugalmasságát és kohézióját. Huang Liangen et al. megállapította, hogy a nyomószilárdság változási törvényével ellentétben a zagy nyírószilárdsága és szakítószilárdsága nőtt a cementhabarcs cellulóz-éter-tartalmának növekedésével. Az ok elemzése a cellulóz-éter és a polimer emulzió együttes hozzáadása után, hogy nagyszámú sűrű polimer filmet hozzon létre, nagymértékben javítja a hígtrágya és a cementhidratációs termékek, a hidratálatlan cement, a töltőanyagok és más, ebben a filmben töltött anyagok rugalmasságát. , a bevonatrendszer szakítószilárdságának biztosítására.

A nem ionos cellulóz-éterrel módosított polimercement teljesítményének javítása, a cementhabarcs fizikai tulajdonságainak egyidejű javítása, mechanikai tulajdonságainak jelentős csökkentése érdekében a szokásos gyakorlat az, hogy a cellulóz-étert és más adalékanyagokat hozzá kell igazítani. a cementhabarcs. Li Tao-wen et al. azt találta, hogy a cellulóz-éterből és polimer ragasztóporból álló kompozit adalékanyag nem csak kis mértékben javította a habarcs hajlítószilárdságát és nyomószilárdságát, így a cementhabarcs kohéziója és viszkozitása jobban megfelel a bevonat konstrukciójának, hanem jelentősen javította a vízvisszatartást is. habarcs kapacitása az egyszerű cellulóz-éterhez képest. Xu Qi et al. salakport, vízredukáló szert és HEMc-t adtak hozzá, és megállapították, hogy a vízredukáló szer és az ásványi por növelheti a habarcs sűrűségét, csökkentheti a lyukak számát, javítva a habarcs szilárdságát és rugalmassági modulusát. A HEMc növelheti a habarcs szakítószilárdságát, de nem tesz jót a habarcs nyomószilárdságának és rugalmassági modulusának. Yang Xiaojie et al. megállapította, hogy a cementhabarcs képlékeny zsugorodási repedése jelentősen csökkenthető HEMc és PP szál összekeverése után.

6. Következtetés

A nemionos cellulóz-éter fontos szerepet játszik a polimercementben, amely jelentősen javíthatja a cementhabarcs fizikai tulajdonságait (beleértve a koaguláció késleltetését, vízvisszatartását, sűrűsödését), mikroszkopikus morfológiáját és mechanikai tulajdonságait. Sok munkát végeztek a cementalapú anyagok cellulóz-éterrel történő módosításával kapcsolatban, de még mindig vannak olyan problémák, amelyek további vizsgálatot igényelnek. Például a gyakorlati mérnöki alkalmazásokban kevés figyelmet fordítanak a módosított cement alapú anyagok reológiájára, alakváltozási tulajdonságaira, térfogati stabilitására és tartósságára, és a hozzáadott cellulóz-éterrel nem sikerült szabályos ennek megfelelő kapcsolatot kialakítani. A cellulóz-éter polimer és cement hidratációs termékek hidratációs reakcióban történő migrációs mechanizmusának kutatása még mindig nem kielégítő. A cellulóz-éterből és egyéb adalékanyagokból álló összetett adalékok hatásmechanizmusa és mechanizmusa nem eléggé világos. A cellulóz-éter és a szervetlen megerősített anyagok, például az üvegszál összetett hozzáadását nem sikerült tökéletesíteni. Mindezek a jövőbeni kutatások középpontjában állnak, amelyek elméleti útmutatást nyújtanak a polimercement teljesítményének további javításához.