Boiacca di cemento modificata con etere di cellulosa

L'effetto della diversa struttura molecolare dell'etere di cellulosa non ionico sulla struttura dei pori della sospensione di cemento è stato studiato mediante test di densità prestazionale e osservazione macroscopica e microscopica della struttura dei pori. I risultati mostrano che l’etere di cellulosa non ionico può aumentare la porosità della sospensione di cemento. Quando la viscosità del liquame modificato con etere di cellulosa non ionico è simile, la porosità dietere di idrossietilcellulosa(HEC) è più piccolo di quello dell'etere di idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) e dell'impasto modificato di metilcellulosa etere (MC). Quanto più bassa è la viscosità/peso molecolare relativo dell'etere di cellulosa HPMC con un contenuto di gruppi simile, tanto minore è la porosità della sua sospensione di cemento modificata. L'etere di cellulosa non ionico può ridurre la tensione superficiale della fase liquida e facilitare la formazione di bolle nell'impasto liquido di cemento. Le molecole di etere di cellulosa non ioniche vengono adsorbite direzionalmente all'interfaccia gas-liquido delle bolle, il che aumenta anche la viscosità della fase di impasto liquido di cemento e migliora la capacità dell'impasto liquido di cemento di stabilizzare le bolle.

Parole chiave:etere di cellulosa non ionico; Liquame di cemento; Struttura dei pori; Struttura molecolare; Tensione superficiale; viscosità

L'etere di cellulosa non ionico (di seguito denominato etere di cellulosa) ha un eccellente addensamento e ritenzione idrica ed è ampiamente utilizzato nella malta mista secca, nel calcestruzzo autocompattante e in altri nuovi materiali a base di cemento. Gli eteri di cellulosa utilizzati nei materiali a base di cemento includono solitamente l'etere di metilcellulosa (MC), l'etere di idrossipropilmetilcellulosa (HPMC), l'etere di idrossietilmetilcellulosa (HEMC) e l'etere di idrossietilcellulosa (HEC), tra cui HPMC e HEMC sono le applicazioni più comuni .

L'etere di cellulosa può influenzare in modo significativo la struttura dei pori della sospensione cementizia. Pourchez et al., attraverso il test di densità apparente, il test della dimensione dei pori (metodo di iniezione di mercurio) e l'analisi dell'immagine sEM, hanno concluso che l'etere di cellulosa può aumentare il numero di pori con un diametro di circa 500 nm e pori con un diametro di circa 50-250 μm in impasto di cemento. Inoltre, per l'impasto liquido di cemento indurito, la distribuzione delle dimensioni dei pori dell'impasto liquido di cemento modificato con HEC a basso peso molecolare è simile a quella dell'impasto liquido di cemento puro. Il volume totale dei pori dell'impasto liquido di cemento modificato HEC ad alto peso molecolare è superiore a quello dell'impasto liquido di cemento puro, ma inferiore a quello dell'impasto liquido di cemento modificato HPMC con all'incirca la stessa consistenza. Attraverso l'osservazione al SEM, Zhang et al. hanno scoperto che l'HEMC potrebbe aumentare significativamente il numero di pori con un diametro di circa 0,1 mm nella malta cementizia. Hanno anche scoperto, attraverso il test di iniezione di mercurio, che l'HEMC potrebbe aumentare significativamente il volume totale dei pori e il diametro medio dei pori della sospensione di cemento, con conseguente aumento significativo del numero di pori grandi con un diametro di 50 nm ~ 1 μm e pori grandi con un diametro maggiore superiore a 1μm. Tuttavia, il numero di pori con diametro inferiore a 50 nm è risultato significativamente ridotto. Saric-Coric et al. credevano che l'etere di cellulosa avrebbe reso l'impasto liquido di cemento più poroso e avrebbe portato all'aumento dei macropori. Jenni et al. hanno testato la densità prestazionale e determinato che la frazione volumetrica dei pori della malta cementizia modificata HEMC era di circa il 20%, mentre la malta cementizia pura conteneva solo una piccola quantità di aria. Silva et al. ha scoperto che oltre ai due picchi a 3,9 nm e 40 ~ 75 nm come impasto di cemento puro, c'erano anche due picchi a 100 ~ 500 nm e superiori a 100 μm attraverso il test di iniezione di mercurio. Ma Baoguo et al. hanno scoperto che l'etere di cellulosa aumenta il numero di pori fini con diametro inferiore a 1μm e di pori grandi con diametro superiore a 2μm nella malta cementizia attraverso il test di iniezione di mercurio. Per quanto riguarda il motivo per cui l'etere di cellulosa aumenta la porosità della sospensione di cemento, di solito si ritiene che l'etere di cellulosa abbia attività superficiale, si arricchisca nell'interfaccia aria e acqua, formando una pellicola, in modo da stabilizzare le bolle nella sospensione di cemento.

Attraverso l'analisi della letteratura di cui sopra, si può vedere che l'effetto dell'etere di cellulosa sulla struttura dei pori dei materiali a base di cemento ha ricevuto grande attenzione. Tuttavia, esistono molti tipi di etere di cellulosa, lo stesso tipo di etere di cellulosa, il suo peso molecolare relativo, il contenuto di gruppi e altri parametri della struttura molecolare sono anche molto diversi, e i ricercatori nazionali e stranieri sulla selezione dell'etere di cellulosa sono limitati solo alla loro rispettiva applicazione campo, mancanza di rappresentazione, la conclusione è inevitabile “ipergeneralizzazione”, per cui la spiegazione del meccanismo dell’etere di cellulosa non è sufficientemente approfondita. In questo articolo, l'effetto dell'etere di cellulosa con diversa struttura molecolare sulla struttura dei pori della sospensione di cemento è stato studiato mediante test di densità apparente e osservazione macroscopica e microscopica della struttura dei pori.

1. Prova

1.1 Materie prime

Il cemento era un cemento Portland ordinario P·O 42,5 prodotto da Huaxin Cement Co., LTD., in cui la composizione chimica è stata misurata mediante uno spettrometro di fluorescenza a raggi X a dispersione di lunghezza d'onda AXIOS Ad-Vanced (PANa - lytical, Paesi Bassi), e la composizione della fase è stata stimata mediante il metodo Bogue.

L'etere di cellulosa ha selezionato quattro tipi di etere di cellulosa commerciale, rispettivamente etere di metilcellulosa (MC), etere di idrossipropilmetilcellulosa (HPMC1, HPMC2) e etere di idrossietilcellulosa (HEC), struttura molecolare HPMC1 e HPMC2 simili, ma la viscosità è molto inferiore a HPMC2 , Cioè, la massa molecolare relativa di HPMC1 è molto più piccola di quella di HPMC2. A causa delle proprietà simili dell'etere di idrossietilmetilcellulosa (HEMc) e dell'HPMC, gli HEMC non sono stati selezionati in questo studio. Per evitare l'influenza del contenuto di umidità sui risultati del test, tutti gli eteri di cellulosa sono stati cotti a 98°C per 2 ore prima dell'uso.

La viscosità dell'etere di cellulosa è stata testata dal viscosimetro rotativo NDJ-1B (Shanghai Changji Company). La concentrazione della soluzione di prova (rapporto di massa tra etere di cellulosa e acqua) era del 2,0%, la temperatura era di 20°C e la velocità di rotazione era di 12 giri/min. La tensione superficiale dell'etere di cellulosa è stata testata mediante il metodo dell'anello. Lo strumento di prova era il tensiometro automatico JK99A (Shanghai Zhongchen Company). La concentrazione della soluzione di prova era dello 0,01% e la temperatura era di 20℃. Il contenuto del gruppo etere di cellulosa è fornito dal produttore.

Secondo la viscosità, la tensione superficiale e il contenuto del gruppo dell'etere di cellulosa, quando la concentrazione della soluzione è del 2,0%, il rapporto di viscosità della soluzione HEC e HPMC2 è 1:1,6 e il rapporto di viscosità della soluzione HEC e MC è 1: 0,4, ma in questo test, il rapporto acqua-cemento è 0,35, il rapporto massimo cemento è 0,6%, il rapporto in massa tra etere di cellulosa e acqua è circa 1,7%, inferiore a 2,0% e l'effetto sinergico della sospensione di cemento sulla viscosità, quindi il la differenza di viscosità della sospensione di cemento modificata HEC, HPMC2 o MC è piccola.

A seconda della viscosità, della tensione superficiale e del contenuto di gruppi dell'etere di cellulosa, la tensione superficiale di ciascun etere di cellulosa è diversa. L'etere di cellulosa ha sia gruppi idrofili (gruppi ossidrile ed etere) che gruppi idrofobici (anello carbonioso metilico e glucosio), è un tensioattivo. L'etere di cellulosa è diverso, il tipo e il contenuto di gruppi idrofili e idrofobi sono diversi, con conseguente diversa tensione superficiale.

1.2 Metodi di prova

Sono stati preparati sei tipi di impasto liquido di cemento, incluso impasto liquido di cemento puro, impasto liquido di cemento modificato con quattro eteri di cellulosa (MC, HPMCl, HPMC2 e HEC) con un rapporto di cemento dello 0,60% e impasto liquido di cemento modificato HPMC2 con un rapporto di cemento dello 0,05%. Rif., MC — 0,60, HPMCl — 0,60, Hpmc2-0,60. HEC 1-0,60 e hpMC2-0,05 indicano che il rapporto acqua-cemento è entrambi 0,35.

Liquame di cemento prima in conformità con GB/T 17671 1999 “metodo di prova della resistenza della malta cementizia (metodo ISO)” realizzato in un blocco di prova con prismi da 40 mm×40 mm×160 mm, nella condizione di polimerizzazione sigillata a 20 ℃ 28 giorni. Dopo aver pesato e calcolato la sua densità apparente, è stato aperto con un piccolo martello e la condizione dei macrofori della sezione centrale del blocco di prova è stata osservata e fotografata con una fotocamera digitale. Allo stesso tempo, piccoli pezzi di 2,5 ~ 5,0 mm sono stati prelevati per l'osservazione al microscopio ottico (microscopio video tridimensionale HIROX) e al microscopio elettronico a scansione (JSM-5610LV).

2. Risultati dei test

2.1 Densità apparente

Secondo la densità apparente dell'impasto liquido di cemento modificato da diversi eteri di cellulosa, (1) la densità apparente dell'impasto liquido di cemento puro è la più alta, ovvero 2044 kg/m³; La densità apparente dei quattro tipi di impasto modificato con etere di cellulosa con un rapporto di cemento dello 0,60% era pari al 74% ~ 88% di quella dell'impasto liquido di cemento puro, indicando che l'etere di cellulosa ha causato l'aumento della porosità dell'impasto liquido di cemento. (2) Quando il rapporto tra cemento e cemento è dello 0,60%, l'effetto dei diversi eteri di cellulosa sulla porosità della sospensione di cemento è molto diverso. La viscosità dell'impasto liquido di cemento modificato HEC, HPMC2 e MC è simile, ma la densità apparente dell'impasto liquido di cemento modificato HEC è la più alta, indicando che la porosità dell'impasto liquido di cemento modificato HEC è inferiore a quella dell'impasto liquido di cemento modificato HPMc2 e Mc con viscosità simile . HPMc1 e HPMC2 hanno un contenuto di gruppi simile, ma la viscosità di HPMCl è molto inferiore a quella di HPMC2 e la densità apparente dell'impasto liquido di cemento modificato HPMCl è significativamente superiore a quella dell'impasto liquido di cemento modificato HPMC2, il che indica che quando il contenuto del gruppo è simile , minore è la viscosità dell'etere di cellulosa, minore è la porosità dell'impasto liquido di cemento modificato. (3) Quando il rapporto cemento-cemento è molto piccolo (0,05%), la densità apparente della sospensione di cemento modificata con HPMC2 è sostanzialmente vicina a quella della sospensione di cemento puro, indicando che l'effetto dell'etere di cellulosa sulla porosità del cemento il liquame è molto piccolo.

2.2 Poro macroscopico

Secondo le foto della sezione dell'impasto liquido di cemento modificato con etere di cellulosa scattate con una fotocamera digitale, l'impasto liquido di cemento puro è molto denso, quasi senza pori visibili; I quattro tipi di impasto modificato con etere di cellulosa con un rapporto di cemento dello 0,60% hanno tutti pori più macroscopici, indicando che l'etere di cellulosa porta all'aumento della porosità dell'impasto di cemento. Analogamente ai risultati del test di densità apparente, l'effetto dei diversi tipi e contenuti di etere di cellulosa sulla porosità della sospensione di cemento è abbastanza diverso. La viscosità del liquame modificato HEC, HPMC2 e MC è simile, ma la porosità del liquame modificato HEC è inferiore a quella del liquame modificato HPMC2 e MC. Sebbene HPMC1 e HPMC2 abbiano un contenuto di gruppi simile, l'impasto liquido modificato HPMC1 con viscosità inferiore ha una porosità minore. Quando il rapporto cemento-cemento dell'impasto liquido modificato HPMc2 è molto piccolo (0,05%), il numero di pori macroscopici è leggermente aumentato rispetto a quello dell'impasto liquido di cemento puro, ma notevolmente ridotto rispetto a quello dell'impasto liquido modificato HPMC2 con lo 0,60% di cemento-to -rapporto cemento.

2.3 Poro microscopico

4. Conclusione

(1) L'etere di cellulosa può aumentare la porosità della sospensione cementizia.

(2) L'effetto dell'etere di cellulosa sulla porosità dell'impasto liquido di cemento con diversi parametri di struttura molecolare è diverso: quando la viscosità dell'impasto liquido di cemento modificato con etere di cellulosa è simile, la porosità dell'impasto liquido di cemento modificato con HEC è inferiore a quella di HPMC e MC modificato impasto di cemento; Minore è la viscosità/peso molecolare relativo dell'etere di cellulosa HPMC con contenuto di gruppi simile, minore è la porosità della sua sospensione di cemento modificata.

(3) Dopo aver aggiunto l'etere di cellulosa all'impasto liquido di cemento, la tensione superficiale della fase liquida viene ridotta, in modo che l'impasto liquido di cemento possa facilmente formare bolle e adsorbimento direzionale delle molecole di etere di cellulosa nell'interfaccia gas-liquido delle bolle, migliorando la resistenza e la tenacità dell'impasto liquido di cemento. l'adsorbimento del film liquido a bolle nell'interfaccia gas-liquido delle bolle, migliora la resistenza del film liquido a bolle e rafforza la capacità del fango duro di stabilizzare la bolla.