Bubur semen termodifikasi selulosa eter

Pengaruh perbedaan struktur molekul selulosa eter non-ionik terhadap struktur pori bubur semen dipelajari dengan uji kepadatan kinerja dan pengamatan struktur pori makroskopis dan mikroskopis. Hasil penelitian menunjukkan bahwa selulosa eter nonionik dapat meningkatkan porositas bubur semen. Ketika viskositas bubur modifikasi selulosa eter non-ionik serupa, porositasnyahidroksietil selulosa eterBubur termodifikasi (HEC) lebih kecil dibandingkan dengan bubur termodifikasi hidroksipropil metil selulosa eter (HPMC) dan metil selulosa eter (MC). Semakin rendah viskositas/berat molekul relatif selulosa eter HPMC dengan kandungan golongan serupa, semakin kecil porositas bubur semen termodifikasinya. Selulosa eter nonionik dapat menurunkan tegangan permukaan fasa cair dan membuat bubur semen mudah membentuk gelembung. Molekul selulosa eter non-ionik teradsorpsi secara terarah pada antarmuka gas-cair gelembung, yang juga meningkatkan viskositas fase bubur semen dan meningkatkan kemampuan bubur semen untuk menstabilkan gelembung.

Kata kunci:selulosa eter nonionik; Bubur semen; Struktur pori; Struktur molekul; Ketegangan permukaan; viskositas

Selulosa eter nonionik (selanjutnya disebut selulosa eter) memiliki pengentalan dan retensi air yang sangat baik, dan banyak digunakan dalam mortar campuran kering, beton yang dapat memadat sendiri, dan bahan berbasis semen baru lainnya. Selulosa eter yang digunakan dalam bahan berbahan dasar semen biasanya mencakup metil selulosa eter (MC), hidroksipropil metil selulosa eter (HPMC), hidroksietil metil selulosa eter (HEMC) dan hidroksietil selulosa eter (HEC), di antaranya HPMC dan HEMC adalah aplikasi yang paling umum. .

Selulosa eter secara signifikan dapat mempengaruhi struktur pori bubur semen. Pourchez dkk., melalui uji kepadatan semu, uji ukuran pori (metode injeksi merkuri) dan analisis gambar sEM, menyimpulkan bahwa selulosa eter dapat meningkatkan jumlah pori dengan diameter sekitar 500nm dan pori-pori dengan diameter sekitar 50-250μm di bubur semen. Selain itu, untuk bubur semen yang mengeras, distribusi ukuran pori bubur semen termodifikasi HEC dengan berat molekul rendah serupa dengan bubur semen murni. Volume pori total bubur semen termodifikasi HEC dengan berat molekul tinggi lebih tinggi dibandingkan dengan bubur semen murni, tetapi lebih rendah dibandingkan dengan bubur semen termodifikasi HPMC dengan konsistensi yang kurang lebih sama. Melalui observasi SEM, Zhang et al. menemukan bahwa HEMC dapat secara signifikan meningkatkan jumlah pori-pori dengan diameter sekitar 0,1 mm pada mortar semen. Mereka juga menemukan melalui uji injeksi merkuri bahwa HEMC dapat secara signifikan meningkatkan volume total pori dan diameter pori rata-rata bubur semen, menghasilkan peningkatan yang signifikan dalam jumlah pori-pori besar dengan diameter 50nm ~ 1μm dan pori-pori besar dengan diameter lebih besar. dari 1μm. Namun, jumlah pori-pori dengan diameter kurang dari 50nm berkurang secara signifikan. Saric-Coric dkk. diyakini bahwa selulosa eter akan membuat bubur semen menjadi lebih berpori dan menyebabkan peningkatan pori makro. Jenni dkk. menguji kepadatan kinerja dan menentukan bahwa fraksi volume pori mortar semen termodifikasi HEMC adalah sekitar 20%, sedangkan mortar semen murni hanya mengandung sedikit udara. Silva dkk. menemukan bahwa selain dua puncak pada 3,9 nm dan 40 ~ 75nm sebagai bubur semen murni, ada juga dua puncak pada 100 ~ 500nm dan lebih besar dari 100μm melalui uji injeksi merkuri. Ma Baoguo dkk. menemukan bahwa selulosa eter meningkatkan jumlah pori-pori halus dengan diameter kurang dari 1μm dan pori-pori besar dengan diameter lebih besar dari 2μm dalam mortar semen melalui uji injeksi merkuri. Adapun alasan mengapa selulosa eter meningkatkan porositas bubur semen, selulosa eter biasanya diyakini memiliki aktivitas permukaan, akan memperkaya antarmuka udara dan air, membentuk lapisan, sehingga dapat menstabilkan gelembung dalam bubur semen.

Melalui analisis literatur di atas terlihat bahwa pengaruh selulosa eter terhadap struktur pori material berbahan dasar semen mendapat perhatian yang besar. Namun selulosa eter ada banyak jenisnya, jenis selulosa eter yang sama, berat molekul relatifnya, kandungan gugus dan parameter struktur molekul lainnya juga sangat berbeda, dan peneliti dalam dan luar negeri dalam pemilihan selulosa eter hanya sebatas pada penerapannya masing-masing. lapangan, kurangnya representasi, kesimpulannya adalah “generalisasi berlebihan” yang tidak bisa dihindari, sehingga penjelasan mekanisme selulosa eter tidak cukup mendalam. Dalam tulisan ini, pengaruh selulosa eter dengan struktur molekul berbeda terhadap struktur pori bubur semen dipelajari melalui uji densitas semu dan pengamatan struktur pori makroskopis dan mikroskopis.

1. Tes

1.1 Bahan Baku

Semen tersebut adalah semen Portland biasa P·O 42,5 yang diproduksi oleh Huaxin Cement Co., LTD., yang komposisi kimianya diukur dengan spektrometer fluoresensi sinar-X tipe dispersi panjang gelombang AXIOS Ad-Vanced (PANa — lytical, Belanda), dan komposisi fasa diperkirakan dengan metode Bogue.

Selulosa eter memilih empat jenis selulosa eter komersial, masing-masing metil selulosa eter (MC), hidroksipropil metil selulosa eter (HPMC1, HPMC2) dan hidroksietil selulosa eter (HEC), struktur molekul HPMC1 dan HPMC2 serupa, tetapi viskositasnya jauh lebih kecil dibandingkan HPMC2 , Artinya, massa molekul relatif HPMC1 jauh lebih kecil dibandingkan HPMC2. Karena sifat serupa dari hidroksietil metil selulosa eter (HEMc) dan HPMC, HEMC tidak dipilih dalam penelitian ini. Untuk menghindari pengaruh kadar air pada hasil pengujian, semua selulosa eter dipanggang pada suhu 98℃ selama 2 jam sebelum digunakan.

Viskositas selulosa eter diuji dengan viskosimeter putar NDJ-1B (Perusahaan Shanghai Changji). Konsentrasi larutan uji (perbandingan massa selulosa eter dengan air) adalah 2,0%, suhu 20℃, dan kecepatan putaran 12r/menit. Tegangan permukaan selulosa eter diuji dengan metode cincin. Alat ujinya adalah tensiometer otomatis JK99A (Perusahaan Shanghai Zhongchen). Konsentrasi larutan uji adalah 0,01% dan suhu 20℃. Konten kelompok selulosa eter disediakan oleh pabrikan.

Berdasarkan viskositas, tegangan permukaan, dan kandungan golongan selulosa eter, pada konsentrasi larutan 2,0%, perbandingan viskositas larutan HEC dan HPMC2 adalah 1:1,6, dan perbandingan viskositas larutan HEC dan MC adalah 1:0,4, tetapi dalam pengujian ini rasio air-semen adalah 0,35, rasio semen maksimum adalah 0,6%, rasio massa selulosa eter terhadap air sekitar 1,7%, kurang dari 2,0%, dan efek sinergis bubur semen terhadap viskositas, sehingga perbedaan viskositas bubur semen modifikasi HEC, HPMC2 atau MC kecil.

Menurut viskositas, tegangan permukaan dan kandungan golongan selulosa eter, tegangan permukaan setiap selulosa eter berbeda-beda. Selulosa eter memiliki gugus hidrofilik (gugus hidroksil dan eter) dan gugus hidrofobik (cincin karbon metil dan glukosa), merupakan surfaktan. Selulosa eter berbeda, jenis dan kandungan gugus hidrofilik dan hidrofobik berbeda, sehingga tegangan permukaan berbeda.

1.2 Metode pengujian

Enam jenis bubur semen telah disiapkan, antara lain bubur semen murni, empat bubur semen termodifikasi selulosa eter (MC, HPMCl, HPMC2 dan HEC) dengan perbandingan semen 0,60% dan bubur semen termodifikasi HPMC2 dengan perbandingan semen 0,05%. Ref, MC — 0,60, HPMCl — 0,60, Hpmc2-0,60. HEC 1-0,60 dan hpMC2-0,05 menunjukkan bahwa rasio air-semen keduanya 0,35.

Bubur semen pertama sesuai dengan GB/T 17671 1999 “metode uji kekuatan mortar semen (metode ISO)” dibuat menjadi blok uji prisma 40mm×40mm×160mm, dalam kondisi curing tertutup 20℃ 28d. Setelah ditimbang dan dihitung kepadatan semunya, kemudian dibelah dengan palu kecil, dan kondisi lubang makro di bagian tengah blok uji diamati dan difoto dengan kamera digital. Pada saat yang sama, potongan kecil berukuran 2,5 ~ 5,0 mm diambil untuk diamati dengan mikroskop optik (mikroskop video tiga dimensi HIROX) dan mikroskop elektron pemindaian (JSM-5610LV).

2. Hasil tes

2.1 Kepadatan semu

Berdasarkan massa jenis bubur semen yang dimodifikasi oleh eter selulosa yang berbeda, (1) massa jenis bubur semen murni adalah yang tertinggi, yaitu 2044 kg/m³; Kepadatan nyata dari empat jenis bubur termodifikasi selulosa eter dengan rasio semen 0,60% adalah 74% ~ 88% dari bubur semen murni, menunjukkan bahwa selulosa eter menyebabkan peningkatan porositas bubur semen. (2) Bila perbandingan semen terhadap semen 0,60%, pengaruh eter selulosa yang berbeda terhadap porositas bubur semen sangat berbeda. Viskositas bubur semen modifikasi HEC, HPMC2 dan MC serupa, namun massa jenis bubur semen modifikasi HEC paling tinggi, menunjukkan bahwa porositas bubur semen modifikasi HEC lebih kecil dibandingkan dengan bubur semen modifikasi HPMc2 dan Mc dengan viskositas serupa. . HPMc1 dan HPMC2 memiliki kandungan golongan yang serupa, tetapi viskositas HPMCl jauh lebih rendah dibandingkan dengan HPMC2, dan kepadatan nyata dari bubur semen termodifikasi HPMCl secara signifikan lebih tinggi dibandingkan dengan bubur semen termodifikasi HPMC2, yang menunjukkan bahwa ketika kandungan golongannya serupa. , semakin rendah viskositas selulosa eter maka semakin rendah porositas bubur semen termodifikasi. (3) Ketika rasio semen terhadap semen sangat kecil (0,05%), massa jenis bubur semen yang dimodifikasi HPMC2 pada dasarnya mendekati bubur semen murni, yang menunjukkan bahwa pengaruh selulosa eter terhadap porositas semen bubur sangat kecil.

2.2 Pori makroskopis

Menurut foto bagian bubur semen termodifikasi selulosa eter yang diambil dengan kamera digital, bubur semen murni sangat padat, hampir tidak ada pori-pori yang terlihat; Keempat jenis slurry termodifikasi selulosa eter dengan rasio semen 0,60% semuanya memiliki pori-pori makroskopis yang lebih banyak, hal ini menunjukkan bahwa selulosa eter menyebabkan peningkatan porositas bubur semen. Mirip dengan hasil uji densitas nyata, pengaruh jenis dan kandungan selulosa eter yang berbeda terhadap porositas bubur semen cukup berbeda. Viskositas slurry modifikasi HEC, HPMC2 dan MC serupa, namun porositas slurry modifikasi HEC lebih kecil dibandingkan dengan slurry modifikasi HPMC2 dan MC. Meskipun HPMC1 dan HPMC2 memiliki kandungan golongan yang serupa, bubur termodifikasi HPMC1 dengan viskositas lebih rendah memiliki porositas yang lebih kecil. Ketika rasio semen terhadap semen dari bubur yang dimodifikasi HPMc2 sangat kecil (0,05%), jumlah pori makroskopik sedikit meningkat dibandingkan dengan bubur semen murni, namun sangat berkurang dibandingkan dengan bubur yang dimodifikasi HPMC2 dengan 0,60% semen-ke. -rasio semen.

2.3 Pori mikroskopis

4. Kesimpulan

(1) Selulosa eter dapat meningkatkan porositas bubur semen.

(2) Pengaruh selulosa eter terhadap porositas bubur semen dengan parameter struktur molekul berbeda berbeda: ketika viskositas bubur semen modifikasi selulosa eter serupa, porositas bubur semen modifikasi HEC lebih kecil dibandingkan dengan bubur semen modifikasi HPMC dan MC bubur semen; Semakin rendah viskositas/berat molekul relatif selulosa eter HPMC dengan kandungan golongan serupa, semakin rendah porositas bubur semen termodifikasinya.

(3) Setelah menambahkan selulosa eter ke dalam bubur semen, tegangan permukaan fase cair berkurang, sehingga bubur semen mudah membentuk gelembung i molekul selulosa eter adsorpsi terarah dalam antarmuka gas-cair gelembung, meningkatkan kekuatan dan ketangguhan adsorpsi film cairan gelembung dalam antarmuka gas-cair gelembung, meningkatkan kekuatan film cairan gelembung dan memperkuat kemampuan lumpur keras untuk menstabilkan gelembung.