Selulosa eter nonionik dalam semen polimer

Sebagai bahan tambahan yang sangat diperlukan dalam semen polimer, selulosa eter nonionik telah mendapat perhatian dan penelitian yang luas. Berdasarkan literatur yang relevan di dalam dan luar negeri, hukum dan mekanisme mortar semen termodifikasi selulosa eter non-ionik dibahas dari aspek jenis dan pemilihan selulosa eter non-ionik, pengaruhnya terhadap sifat fisik semen polimer, pengaruhnya terhadap mikromorfologi dan sifat mekanik, serta kelemahan penelitian saat ini dikemukakan. Pekerjaan ini akan mempromosikan penerapan selulosa eter dalam semen polimer.

Kata kunci: selulosa eter nonionik, semen polimer, sifat fisik, sifat mekanik, struktur mikro

1. Ikhtisar

Dengan meningkatnya permintaan dan persyaratan kinerja semen polimer dalam industri konstruksi, penambahan aditif pada modifikasinya telah menjadi pusat penelitian, di antaranya selulosa eter telah banyak digunakan karena pengaruhnya terhadap retensi air, pengentalan, perlambatan, udara mortar semen. dan sebagainya. Dalam makalah ini dijelaskan jenis-jenis selulosa eter, pengaruhnya terhadap sifat fisik dan mekanik semen polimer, serta mikromorfologi semen polimer, yang memberikan acuan teoritis untuk penerapan selulosa eter dalam semen polimer.

2. Jenis selulosa eter nonionik

Selulosa eter adalah sejenis senyawa polimer dengan struktur eter yang terbuat dari selulosa. Ada banyak jenis selulosa eter yang mempunyai pengaruh besar terhadap sifat bahan berbahan dasar semen dan sulit untuk dipilih. Menurut struktur kimia substituen, substituen dapat dibagi menjadi eter anionik, kationik, dan nonionik. Selulosa eter nonionik dengan substituen rantai samping H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH dan gugus tak terdisosiasi lainnya adalah yang paling banyak digunakan dalam semen, perwakilan tipikalnya adalah metil selulosa eter, hidroksipropil metil selulosa eter, hidroksietil metil selulosa eter, hidroksietil selulosa eter dan sebagainya. Berbagai jenis selulosa eter mempunyai efek berbeda terhadap waktu pengerasan semen. Menurut laporan literatur sebelumnya, HEC memiliki kemampuan perlambatan terkuat untuk semen, diikuti oleh HPMc dan HEMc, dan Mc memiliki kemampuan perlambatan terburuk. Untuk jenis selulosa eter yang sama, berat molekul atau viskositas, kandungan metil, hidroksietil, hidroksipropil dari kelompok ini berbeda, dan efek perlambatannya juga berbeda. Secara umum, semakin besar viskositas dan semakin tinggi kandungan gugus yang tidak dapat terdisosiasi, semakin buruk kemampuan penundaannya. Oleh karena itu, dalam proses produksi sebenarnya, sesuai dengan persyaratan koagulasi mortar komersial, kandungan gugus fungsi selulosa eter yang sesuai dapat dipilih. Atau dalam produksi selulosa eter pada saat yang sama, sesuaikan kandungan gugus fungsi, sehingga memenuhi persyaratan mortar yang berbeda.

3、pengaruh selulosa eter nonionik terhadap sifat fisik semen polimer

3.1 Koagulasi lambat

Untuk memperpanjang waktu pengerasan hidrasi semen, sehingga mortar yang baru dicampur tetap plastis dalam waktu lama, sehingga dapat mengatur waktu pengerasan mortar yang baru dicampur, meningkatkan pengoperasiannya, biasanya menambahkan retarder pada mortar, non- selulosa eter ionik cocok untuk semen polimer yang merupakan penghambat umum.

Efek perlambatan selulosa eter nonionik pada semen terutama dipengaruhi oleh jenisnya sendiri, viskositas, dosis, komposisi mineral semen yang berbeda, dan faktor lainnya. Pourchez J dkk. menunjukkan bahwa semakin tinggi derajat metilasi selulosa eter, semakin buruk efek perlambatannya, sedangkan berat molekul selulosa eter dan kandungan hidroksipropoksi memiliki efek yang lemah terhadap perlambatan hidrasi semen. Dengan meningkatnya viskositas dan jumlah doping selulosa eter non-ionik, lapisan adsorpsi pada permukaan partikel semen menebal, waktu pengerasan awal dan akhir semen diperpanjang, dan efek perlambatan menjadi lebih jelas. Penelitian telah menunjukkan bahwa pelepasan panas awal dari bubur semen dengan kandungan HEMC berbeda sekitar 15% lebih rendah dibandingkan dengan bubur semen murni, namun tidak ada perbedaan yang signifikan dalam proses hidrasi selanjutnya. Singh NK dkk. menunjukkan bahwa dengan bertambahnya jumlah doping HEc, pelepasan panas hidrasi mortar semen termodifikasi menunjukkan tren mula-mula meningkat dan kemudian menurun, dan kandungan HEC ketika mencapai pelepasan panas hidrasi maksimum berhubungan dengan umur pengawetan.

Selain itu, ditemukan bahwa efek perlambatan selulosa eter nonionik berkaitan erat dengan komposisi semen. Peschard dkk. menemukan bahwa semakin rendah kandungan trikalsium aluminat (C3A) dalam semen, semakin jelas efek perlambatan selulosa eter. Schmitz L dkk. diyakini bahwa hal ini disebabkan oleh perbedaan cara selulosa eter terhadap kinetika hidrasi trikalsium silikat (C3S) dan trikalsium aluminat (C3A). Selulosa eter dapat menurunkan laju reaksi pada periode percepatan C3S, sedangkan pada C3A dapat memperpanjang periode induksi, dan pada akhirnya menunda proses pemadatan dan pengerasan mortar.

Terdapat perbedaan pendapat mengenai mekanisme selulosa eter non-ionik yang menunda hidrasi semen. Silva dkk. Liu percaya bahwa penambahan selulosa eter akan menyebabkan viskositas larutan pori meningkat, sehingga menghalangi pergerakan ion dan menunda kondensasi. Namun, Pourchez dkk. percaya bahwa ada hubungan yang jelas antara penundaan selulosa eter terhadap hidrasi semen dan viskositas bubur semen. Teori lain menyatakan bahwa efek perlambatan selulosa eter berkaitan erat dengan degradasi alkali. Polisakarida cenderung mudah terdegradasi menghasilkan asam hidroksil karboksilat yang dapat menunda hidrasi semen dalam kondisi basa. Namun, penelitian menemukan bahwa selulosa eter sangat stabil dalam kondisi basa dan hanya terdegradasi sedikit, dan degradasi tersebut tidak banyak berpengaruh pada penundaan hidrasi semen. Saat ini, pandangan yang lebih konsisten adalah bahwa efek perlambatan terutama disebabkan oleh adsorpsi. Secara khusus, gugus hidroksil pada permukaan molekul selulosa eter bersifat asam, ca(0H) dalam sistem semen hidrasi, dan fase mineral lainnya bersifat basa. Di bawah aksi sinergis ikatan hidrogen, pengompleksan dan hidrofobik, molekul selulosa eter asam akan teradsorpsi pada permukaan partikel semen alkali dan produk hidrasi. Selain itu, lapisan tipis terbentuk di permukaannya, yang menghambat pertumbuhan lebih lanjut inti kristal fase mineral ini dan menunda hidrasi dan pengerasan semen. Semakin kuat kapasitas adsorpsi antara produk hidrasi semen dan selulosa eter, semakin jelas pula penundaan hidrasi semen. Di satu sisi, ukuran hambatan sterik memainkan peran yang menentukan dalam kapasitas adsorpsi, seperti kecilnya hambatan sterik gugus hidroksil, keasamannya yang kuat, adsorpsi juga kuat. Di sisi lain, kapasitas adsorpsi juga bergantung pada komposisi produk hidrasi semen. Pourchez dkk. menemukan bahwa selulosa eter mudah teradsorpsi pada permukaan produk hidrasi seperti ca(0H)2, gel csH dan kalsium aluminat hidrat, tetapi tidak mudah teradsorpsi oleh ettringit dan fase tidak terhidrasi. Studi Mullert juga menunjukkan bahwa selulosa eter memiliki adsorpsi yang kuat pada c3s dan produk hidrasinya, sehingga hidrasi fase silikat tertunda secara signifikan. Adsorpsi ettringit rendah, tetapi pembentukan ettringit sangat tertunda. Hal ini disebabkan karena keterlambatan pembentukan ettringit dipengaruhi oleh keseimbangan ca2+ dalam larutan yang merupakan kelanjutan dari penundaan selulosa eter dalam hidrasi silikat.

3.2 Pengawetan Air

Efek modifikasi penting lainnya dari selulosa eter dalam mortar semen adalah tampil sebagai bahan penahan air, yang dapat mencegah uap air dalam mortar basah menguap sebelum waktunya atau diserap oleh alasnya, dan menunda hidrasi semen sekaligus memperpanjang waktu pengoperasian. mortar basah, sehingga mortar yang tipis dapat tersisir, mortar yang diplester dapat tersebar, dan mortar yang mudah menyerap tidak perlu dibasahi terlebih dahulu.

Kapasitas selulosa eter menahan air berkaitan erat dengan viskositas, dosis, jenis dan suhu lingkungan. Kondisi lainnya sama, semakin besar viskositas selulosa eter, semakin baik efek retensi air, sejumlah kecil selulosa eter dapat meningkatkan laju retensi air mortar; Untuk selulosa eter yang sama, semakin tinggi jumlah yang ditambahkan, semakin tinggi laju retensi air dari mortar yang dimodifikasi, namun terdapat nilai optimal, di luar itu laju retensi air meningkat secara perlahan. Untuk jenis selulosa eter yang berbeda, terdapat juga perbedaan dalam retensi air, seperti HPMc pada kondisi yang sama dibandingkan Mc dalam retensi air yang lebih baik. Selain itu, kinerja retensi air selulosa eter menurun seiring dengan meningkatnya suhu lingkungan.

Secara umum diyakini bahwa alasan mengapa selulosa eter memiliki fungsi retensi air terutama karena 0H pada molekul dan atom 0 pada ikatan eter akan berasosiasi dengan molekul air untuk mensintesis ikatan hidrogen, sehingga air bebas menjadi pengikat. air, sehingga dapat memainkan peran retensi air yang baik; Dipercaya juga bahwa rantai makromolekul selulosa eter memainkan peran yang membatasi dalam difusi molekul air, sehingga dapat secara efektif mengontrol penguapan air, untuk mencapai retensi air yang tinggi; Pourchez J berpendapat bahwa selulosa eter mencapai efek retensi air dengan meningkatkan sifat reologi bubur semen yang baru dicampur, struktur jaringan berpori dan pembentukan film selulosa eter yang menghambat difusi air. Laetitia P dkk. juga percaya bahwa sifat reologi mortar merupakan faktor kunci, tetapi juga percaya bahwa viskositas bukanlah satu-satunya faktor yang menentukan kinerja retensi air yang sangat baik dari mortar. Perlu dicatat bahwa meskipun selulosa eter memiliki kinerja retensi air yang baik, namun penyerapan air mortar semen mengeras yang dimodifikasi akan berkurang, alasannya adalah selulosa eter dalam film mortar, dan di dalam mortar terdapat sejumlah besar pori-pori kecil yang tertutup, menghalangi mortar di dalam kapiler.

3.3 Penebalan

Konsistensi mortar merupakan salah satu indeks penting untuk mengukur kinerja kerjanya. Selulosa eter sering dimasukkan untuk meningkatkan konsistensi. “Konsistensi” melambangkan kemampuan mortar yang baru dicampur untuk mengalir dan berubah bentuk akibat pengaruh gravitasi atau gaya luar. Kedua sifat pengental dan retensi air saling melengkapi. Menambahkan selulosa eter dalam jumlah yang tepat tidak hanya dapat meningkatkan kinerja retensi air mortar, memastikan kelancaran konstruksi, tetapi juga meningkatkan konsistensi mortar, secara signifikan meningkatkan kemampuan anti-dispersi semen, meningkatkan kinerja ikatan antara mortar dan matriks, dan mengurangi fenomena kendurnya mortar.

Efek pengentalan selulosa eter terutama berasal dari viskositasnya sendiri, semakin besar viskositas maka semakin baik efek pengentalannya, namun jika viskositas terlalu besar akan menurunkan fluiditas mortar sehingga mempengaruhi konstruksi. Faktor-faktor yang mempengaruhi perubahan viskositas, seperti berat molekul (atau derajat polimerisasi) dan konsentrasi selulosa eter, suhu larutan, laju geser, akan mempengaruhi efek pengentalan akhir.

Mekanisme pengentalan selulosa eter terutama berasal dari hidrasi dan belitan antar molekul. Di satu sisi, rantai polimer selulosa eter mudah membentuk ikatan hidrogen dengan air dalam air, ikatan hidrogen membuatnya memiliki hidrasi yang tinggi; Sebaliknya, bila selulosa eter ditambahkan ke dalam mortar, ia akan menyerap banyak air, sehingga volumenya sendiri bertambah besar, sehingga mengurangi ruang bebas partikel, pada saat yang sama rantai molekul selulosa eter saling berjalin satu sama lain. untuk membentuk struktur jaringan tiga dimensi, partikel mortar dikelilingi di dalamnya, bukan aliran bebas. Dengan kata lain, melalui dua tindakan ini, viskositas sistem ditingkatkan, sehingga mencapai efek pengentalan yang diinginkan.

4. Pengaruh selulosa eter nonionik terhadap morfologi dan struktur pori semen polimer

Seperti terlihat di atas, selulosa eter nonionik memegang peranan penting dalam semen polimer, dan penambahannya tentunya akan mempengaruhi struktur mikro seluruh mortar semen. Hasilnya menunjukkan bahwa selulosa eter non-ionik biasanya meningkatkan porositas mortar semen, dan jumlah pori-pori dalam ukuran 3nm ~ 350um meningkat, di antaranya jumlah pori-pori dalam kisaran 100nm ~ 500nm meningkat paling banyak. Pengaruh terhadap struktur pori mortar semen erat kaitannya dengan jenis dan viskositas selulosa eter nonionik yang ditambahkan. Ou Zhihua dkk. diyakini bahwa ketika viskositasnya sama, porositas mortar semen yang dimodifikasi dengan HEC lebih kecil dibandingkan dengan HPMc dan Mc yang ditambahkan sebagai pengubah. Untuk selulosa eter yang sama, semakin kecil viskositasnya, semakin kecil porositas mortar semen yang dimodifikasi. Dengan mempelajari pengaruh HPMc pada bukaan papan insulasi semen berbusa, Wang Yanru dkk. menemukan bahwa penambahan HPMC tidak mengubah porositas secara signifikan, namun dapat menurunkan aperture secara signifikan. Namun, Zhang Guodian dkk. menemukan bahwa semakin besar kandungan HEMc, semakin jelas pengaruhnya terhadap struktur pori bubur semen. Penambahan HEMc secara signifikan dapat meningkatkan porositas, volume pori total, dan radius pori rata-rata bubur semen, tetapi luas permukaan spesifik pori berkurang, dan jumlah pori kapiler besar dengan diameter lebih dari 50nm meningkat secara signifikan, dan pori-pori yang dimasukkan sebagian besar pori-porinya tertutup.

Pengaruh selulosa eter nonionik terhadap proses pembentukan struktur pori bubur semen dianalisis. Ditemukan bahwa penambahan selulosa eter terutama mengubah sifat fase cair. Di satu sisi tegangan permukaan fasa cair menurun sehingga mudah terbentuk gelembung-gelembung pada mortar semen, serta memperlambat drainase fasa cair dan difusi gelembung, sehingga gelembung-gelembung kecil sulit berkumpul menjadi gelembung-gelembung besar dan keluar, sehingga terjadi kekosongan. sangat meningkat; Di sisi lain, viskositas fase cair meningkat, yang juga menghambat drainase, difusi gelembung dan penggabungan gelembung, serta meningkatkan kemampuan menstabilkan gelembung. Oleh karena itu, mode pengaruh selulosa eter pada distribusi ukuran pori mortar semen dapat diperoleh: dalam kisaran ukuran pori lebih dari 100nm, gelembung dapat muncul dengan mengurangi tegangan permukaan fase cair, dan difusi gelembung dapat dihambat dengan cara meningkatkan viskositas cairan; di wilayah 30nm ~ 60nm, jumlah pori-pori di wilayah tersebut dapat dipengaruhi dengan menghambat penggabungan gelembung-gelembung yang lebih kecil.

5. Pengaruh selulosa eter nonionik terhadap sifat mekanik semen polimer

Sifat mekanik semen polimer erat kaitannya dengan morfologinya. Dengan penambahan selulosa eter nonionik, porositas meningkat, yang tentunya berdampak buruk pada kekuatannya, terutama kuat tekan dan kuat lentur. Penurunan kuat tekan mortar semen jauh lebih besar dibandingkan kuat lenturnya. Ou Zhihua dkk. mempelajari pengaruh berbagai jenis selulosa eter non-ionik terhadap sifat mekanik mortar semen, dan menemukan bahwa kekuatan mortar semen termodifikasi selulosa eter lebih rendah dibandingkan dengan mortar semen murni, dan kuat tekan 28d terendah hanya 44,3% dari bubur semen murni. Kuat tekan dan kuat lentur bubur semen termodifikasi HPMc, HEMC dan MC selulosa eter serupa, sedangkan kuat tekan dan kuat lentur bubur semen termodifikasi HEc pada setiap umur jauh lebih tinggi. Hal ini erat kaitannya dengan viskositas atau berat molekulnya, semakin tinggi viskositas atau berat molekul selulosa eter, atau semakin besar aktivitas permukaannya maka semakin rendah kekuatan mortar semen modifikasinya.

Namun, selulosa eter nonionik juga telah terbukti dapat meningkatkan kekuatan tarik, fleksibilitas, dan kohesibilitas mortar semen. Huang Liangen dkk. menemukan bahwa, bertentangan dengan hukum perubahan kuat tekan, kuat geser dan kuat tarik bubur meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan selulosa eter dalam mortar semen. Analisis alasannya, setelah penambahan selulosa eter, dan emulsi polimer bersama-sama membentuk sejumlah besar film polimer padat, sangat meningkatkan fleksibilitas bubur, dan produk hidrasi semen, semen tidak terhidrasi, bahan pengisi dan bahan lain yang diisi dalam film ini , untuk memastikan kekuatan tarik sistem pelapisan.

Untuk meningkatkan kinerja semen polimer termodifikasi selulosa eter non-ionik, sekaligus meningkatkan sifat fisik mortar semen, tidak mengurangi sifat mekaniknya secara signifikan, praktik yang biasa dilakukan adalah mencocokkan selulosa eter dan bahan tambahan lainnya, ditambahkan ke mortar semen. Li Tao-wen dkk. menemukan bahwa aditif komposit yang terdiri dari selulosa eter dan bubuk lem polimer tidak hanya sedikit meningkatkan kekuatan lentur dan kekuatan tekan mortar, sehingga kohesivitas dan viskositas mortar semen lebih cocok untuk konstruksi pelapisan, tetapi juga secara signifikan meningkatkan retensi air. kapasitas mortar dibandingkan dengan selulosa eter tunggal. Xu Qi dkk. menambahkan bubuk terak, zat pereduksi air dan HEMc, dan menemukan bahwa zat pereduksi air dan bubuk mineral dapat meningkatkan kepadatan mortar, mengurangi jumlah lubang, sehingga meningkatkan kekuatan dan modulus elastisitas mortar. HEMc dapat meningkatkan kuat rekat tarik mortar, namun kurang baik terhadap kuat tekan dan modulus elastisitas mortar. Yang Xiaojie dkk. menemukan bahwa retak susut plastik pada mortar semen dapat dikurangi secara signifikan setelah pencampuran HEMc dan serat PP.

6. Kesimpulan

Selulosa eter nonionik memainkan peran penting dalam semen polimer, yang secara signifikan dapat meningkatkan sifat fisik (termasuk memperlambat koagulasi, retensi air, pengental), morfologi mikroskopis dan sifat mekanik mortar semen. Banyak pekerjaan yang telah dilakukan pada modifikasi material berbahan dasar semen dengan selulosa eter, namun masih ada beberapa masalah yang memerlukan studi lebih lanjut. Misalnya, dalam aplikasi teknik praktis, sedikit perhatian diberikan pada reologi, sifat deformasi, stabilitas volume dan daya tahan bahan berbasis semen yang dimodifikasi, dan hubungan reguler yang sesuai belum terjalin dengan penambahan selulosa eter. Penelitian mengenai mekanisme migrasi polimer selulosa eter dan produk hidrasi semen dalam reaksi hidrasi masih belum memadai. Proses kerja dan mekanisme senyawa aditif yang terdiri dari selulosa eter dan bahan tambahan lainnya belum cukup jelas. Penambahan komposit selulosa eter dan bahan yang diperkuat anorganik seperti serat kaca belum disempurnakan. Semua ini akan menjadi fokus penelitian masa depan untuk memberikan panduan teoritis guna lebih meningkatkan kinerja semen polimer.