ポリマーセメント中の非イオンセルロースエーテル

ポリマーセメントに不可欠な添加物として、非イオン性セルロースエーテルは広範な注意と研究を受けています。国内外の関連文献に基づいて、非イオンセルロースエーテル修飾セメントモルタルの法律とメカニズムは、非イオンセルロースエーテルの種類と選択の側面から議論されました。微小移動および機械的特性に対するその影響、および現在の研究の欠点が提起されました。この研究は、ポリマーセメントでのセルロースエーテルの適用を促進します。

キーワード： 非イオン性セルロースエーテル、ポリマーセメント、物理的特性、機械的特性、微細構造

1。概要

建設業界におけるポリマーセメントの需要と性能の要件が増加しているため、添加剤をその修正に追加することが研究ホットスポットになりました。その中には、セルロースエーテルがセメントモルタル水分維持、肥厚、遅れ、空気に影響を与えるため、広く使用されています。等々。この論文では、セルロースエーテルの種類、ポリマーセメントの物理的および機械的特性への影響、およびポリマーセメントのマイクロモルフォロジーについて説明します。

2。非イオンセルロースエーテルの種類

セルロースエーテルは、セルロースから作られたエーテル構造を持つ一種のポリマー化合物です。セルロースエーテルには多くの種類があり、セメントベースの材料の特性に大きな影響を与え、選択が困難です。置換基の化学構造によれば、それらはアニオン性、カチオン性、非イオン性エーテルに分けることができます。 H、CH3、C2H5、（CH2CH20）NH、[CH2CH（CH3）0] NHおよびその他の非浸透性グループがセメントで最も広く使用されている、H、CH3、C2H5、（CH2CH20）NH、およびその他の非浸透性グループを伴う非イオンセルロースエーテルセルロースエーテル、ヒドロキシエチルメチルセルロースエーテル、ヒドロキシエチルセルロースエーテルなど。さまざまな種類のセルロースエーテルは、セメントの設定時間に異なる影響を及ぼします。以前の文献の報告によると、HECはセメントに対して最も強い遅延能力を持ち、その後HPMCとHEMCが続き、MCは最悪です。同じ種類のセルロースエーテル、分子量または粘度、メチル、ヒドロキシエチル、これらのグループのヒドロキシプロピル含有量については異なり、その遅延効果も異なります。一般的に言えば、粘度が大きくなり、非組織グループの含有量が高いほど、遅延能力が悪化します。したがって、実際の生産プロセスでは、市販のモルタル凝固の要件に従って、セルロースエーテルの適切な官能基含有量を選択できます。または、セルロースエーテルの生産で同時に、官能基の含有量を調整し、異なるモルタルの要件を満たします。

3、ポリマーセメントの物理的特性に対する非イオンセルロースエーテルの影響

3.1ゆっくりとした凝固

セメントの水和硬化時間を延長するために、新しく混合されたモルタルがプラスチックのままであるように、新しく混合されたモルタルの設定時間を調整するために、その動作性を改善し、通常はモルタルのリターダーを追加します。イオンセルロースエーテルは、ポリマーセメントに適しています。

セメントに対する非イオンセルロースエーテルの遅延効果は、主にそれ自体のタイプ、粘度、投与量、セメント鉱物の異なる組成およびその他の要因によって影響を受けます。 Pourchez J et al。セルロースエーテルメチル化の程度が高いほど、遅延効果が悪化し、セルロースエーテルとヒドロキシプロポキシ含有量の分子量がセメントの水分補給の遅延に弱い影響を与えることを示しました。粘度の増加と非イオンセルロースエーテルのドーピング量の増加により、セメント粒子の表面の吸着層が濃くなり、セメントの初期および最終設定時間が拡張され、遅延効果がより明白になります。研究では、異なるHEMC含有量によるセメントスラリーの早期熱放出は、純粋なセメントスラリーのそれよりも約15％低いことが示されていますが、後の水和プロセスに有意な違いはありません。 Singh Nk et al。 HECドーピング量の増加に伴い、修正セメントモルタルの水和熱放出は、最初に増加してから減少する傾向を示し、最大水和熱放出に達するとHEC含有量が硬化年齢に関連していることを示しました。

さらに、非イオン性セルロースエーテルの遅延効果は、セメントの組成と密接に関連していることがわかっています。 Peschard et al。セメント中のトリカルシウムアルミナート（C3a）の含有量が低いほど、セルロースエーテルの遅延効果が明らかになることがわかりました。 Schmitz L et al。これは、ケイ酸トリカルシウム（C3S）およびトリカルシウムアルミン酸塩（C3A）の水和動態に対するセルロースエーテルのさまざまな方法によって引き起こされたと考えていました。セルロースエーテルは、C3Sの加速度の反応速度を低下させる可能性がありますが、C3Aでは誘導期間を延長し、最終的にモルタルの固化と硬化プロセスを遅らせる可能性があります。

非イオン性セルロースエーテル遅延セメント水和のメカニズムについては、さまざまな意見があります。 Silva et al。 Liuは、セルロースエーテルの導入により、細孔溶液の粘度が増加し、イオンの動きをブロックし、凝縮が遅れると信じていました。しかし、Pourchez et al。セルロースエーテルのセメント水和の遅延とセメントスラリーの粘度の間には明らかな関係があると信じていました。別の理論は、セルロースエーテルの遅延効果はアルカリ分解と密接に関連しているということです。多糖類は、アルカリ性条件下でのセメントの水和を遅らせる可能性のあるヒドロキシルカルボン酸を生成するために簡単に分解する傾向があります。しかし、研究では、セルロースエーテルはアルカリ性条件下で非常に安定しており、わずかに分解しているだけであり、分解がセメント水和の遅延にほとんど影響を与えないことがわかっています。現在、より一貫した見解は、遅延効果が主に吸着によって引き起こされるということです。具体的には、セルロースエーテルの分子表面上のヒドロキシル基は酸性であり、水和セメント系のCa（0H）、および他の鉱物相はアルカリ性です。水素結合、複合および疎水性の酸性セルロースエーテル分子の相乗作用の下で、アルカリ性セメント粒子と水和生成物の表面に吸着されます。さらに、その表面に薄膜が形成され、これらのミネラル相結晶核のさらなる成長を妨げ、セメントの水分補給と設定が遅れます。セメント水和生成物とセルロースエーテル間の吸着能力が強いほど、セメントの水分補給遅延が明らかになります。一方では、立体障害のサイズは、ヒドロキシル基の小さな立体障害、その強い酸性度、吸着など、吸着能力に決定的な役割を果たします。一方、吸着能力は、セメントの水和生成物の組成にも依存します。 Pourchez et al。セルロースエーテルは、Ca（0H）2、CSHゲル、カルシウムアルミン酸塩などの水分補給生成物の表面に簡単に吸着されていることがわかりましたが、エトリンガイトと非干渉相によって吸着するのは簡単ではありません。 Mullertの研究はまた、セルロースエーテルがC3Sおよびその水和生成物に強い吸着を示したため、ケイ酸塩相の水和が大幅に遅れたことが示されました。 Ettringiteの吸着は低かったが、Ettringiteの形成は大幅に遅れていた。これは、エトリンガイトの形成の遅延が、溶液中のCa2+バランスの影響を受けたためです。

3.2水の保存

セメントモルタルにおけるセルロースエーテルの別の重要な修飾効果は、濡れたモルタルの水分が早期に蒸発したり、ベースに吸収されたりするのを防ぎ、セメントの水分補給を遅らせながら、湿ったモルタルの水分を防ぐことができます。濡れたモルタルは、薄いモルタルを確実に埋めることができるように、漆喰のモルタルを広げ、吸収しやすいモルタルを吸収する必要はありません。

セルロースエーテルの水が保持される能力は、その粘度、投与量、種類、周囲温度に密接に関連しています。他の条件は同じであり、セルロースエーテルの粘度が大きいほど、保水効果が良くなると、少量のセルロースエーテルがモルタルの保水速度を大幅に改善できます。同じセルロースエーテルの場合、量が増加するほど、修正されたモルタルの水分保持率が高くなりますが、最適な値があり、それを超えて保水速度がゆっくりと増加します。さまざまな種類のセルロースエーテルの場合、MCの優れた水分保持と同じ条件下でHPMCなど、水分保持にも違いがあります。さらに、セルロースエーテルの水分保持性能は、周囲温度の上昇とともに減少します。

セルロースエーテルが水分保持の機能を持っている理由は主に分子の0Hによるものであり、エーテル結合の0原子は水分子結合を合成するために水分子に関連しているため、自由な水が結合することが一般的に考えられています。水、水分保持の良い役割を果たすために水。また、セルロースエーテル高分子鎖は、水分子の拡散において、水蒸発を効果的に制御するために、高い水分保持を達成するために制限的な役割を果たすと考えられています。 Pourchez Jは、セルロースエーテルは、新しく混合されたセメントスラリーのレオロジー特性、多孔質ネットワークの構造、および水の拡散を妨げるセルロースエーテルフィルムの形成を改善することにより、保水効果を達成すると主張しました。 Laetitia P et al。また、モルタルのレオロジー特性が重要な要因であると考えていますが、粘度がモルタルの優れた水分保持性能を決定する唯一の要因ではないと考えています。セルロースエーテルは良好な水分保持性能を持っていますが、修正された硬化セメントモルタルの吸収が減少しますが、その理由は、モルタル膜のセルロースエーテル、およびモルタルには多数の小さな閉じた毛穴があり、ブロッキングしていることに注意してください。毛細血管内のモルタル。

3.3肥厚

モルタルの一貫性は、作業パフォーマンスを測定するための重要なインデックスの1つです。セルロースエーテルは、一貫性を高めるためにしばしば導入されます。「一貫性」は、新たに混合されたモルタルが重力または外力の作用の下で流れて変形する能力を表しています。肥厚と保水の2つの特性は互いに補完します。適切な量のセルロースエーテルを追加すると、モルタルの保水性能を改善し、滑らかな構造を確保するだけでなく、モルタルの一貫性を高め、セメントの抗拡散能力を大幅に向上させ、モルタルとマトリックス間の結合性能を改善し、モルタルのたるみの現象を減らします。

セルロースエーテルの肥厚効果は、主にそれ自体の粘度、粘度が大きいほど、肥厚効果が良くなりますが、粘度が大きすぎるとモルタルの流動性が低下し、構造に影響します。分子量（または重合の程度）やセルロースエーテルの濃度、溶液温度、せん断速度など、粘度の変化に影響を与える因子は、最終的な肥厚効果に影響します。

セルロースエーテルの肥厚メカニズムは、主に分子間の水和と絡み合いに由来しています。一方では、セルロースエーテルのポリマー鎖は、水中の水と水素結合を簡単に形成できます。水素結合により、水分補給が高くなります。一方、セルロースエーテルがモルタルに加えられると、それは大量の水を吸収するため、独自の体積が大幅に拡大し、同時に粒子の々の空間が減少します。 3次元ネットワーク構造を形成するために、モルタル粒子が囲まれています。言い換えれば、これら2つのアクションの下で、システムの粘度が改善され、したがって、望ましい肥厚効果を達成します。

4。ポリマーセメントの形態および細孔構造に対する非イオンセルロースエーテルの効果

上記からわかるように、非イオン性セルロースエーテルはポリマーセメントに重要な役割を果たし、その添加は確かにセメントモルタル全体の微細構造に影響します。結果は、非イオン性セルロースエーテルが通常、セメントモルタルの多孔性を増加させ、3nm〜350umのサイズの細孔の数が増加し、そのうち100nm〜500nmの範囲の孔の数が最も増加することを示しています。セメントモルタルの細孔構造への影響は、非イオン性セルロースエーテルのタイプと粘度に密接に関連しています。 ou zhihua et al。粘度が同じ場合、HECによって変更されたセメントモルタルの多孔性は、HPMCおよびMCが修飾子として追加されたものよりも小さくなると考えていました。同じセルロースエーテルの場合、粘度が小さくなるほど、修飾されたセメントモルタルの多孔性が小さくなります。発泡セメント断熱材の開口部に対するHPMCの効果を研究することにより、Wang Yanru et al。 HPMCの添加は気孔率を大幅に変化させないが、開口部を大幅に減らすことができることを発見しました。しかし、Zhang Guodian et al。 HEMC含有量が大きいほど、セメントスラリーの細孔構造に対する影響が明らかになることがわかりました。 HEMCの添加は、セメントスラリーの多孔性、総細孔容積、および平均細孔半径を大幅に増加させる可能性がありますが、細孔の特定の表面積が減少し、直径が50nmを超える大きな毛細血管の孔の数が大幅に増加し、導入された孔が導入された毛穴が大幅に増加します。主に閉じた毛穴です。

セメントスラリーポア構造の形成プロセスに対する非イオンセルロースエーテルの効果を分析しました。セルロースエーテルの添加は、主に液相の特性を変化させることがわかった。一方では、液相の表面張力が低下し、セメントモルタルに泡を形成しやすくなり、液相排水と泡の拡散が遅くなるため、小さな泡が大きな泡に集まって排出するのが難しいため、空虚は排出されます。大幅に増加しています。一方、液相の粘度は増加し、排水、泡の拡散、泡の合併も阻害し、気泡を安定させる能力を高めます。したがって、セメントモルタルの細孔サイズ分布に対するセルロースエーテルの影響モードを得ることができます。100nmを超える孔径範囲では、液相の表面張力を減らすことで気泡を導入でき、バブル拡散は阻害することができます。液体の粘度を増加させます。 30nm〜60nmの領域では、この地域の細孔の数は、より小さな気泡の合併を阻害することで影響を受ける可能性があります。

5。ポリマーセメントの機械的特性に対する非イオンセルロースエーテルの影響

ポリマーセメントの機械的特性は、その形態と密接に関連しています。非イオン性セルロースエーテルの添加により、多孔度が増加します。これは、その強度、特に圧縮強度と曲げ強度に悪影響を及ぼします。セメントモルタルの圧縮強度の低下は、曲げ強度よりも大幅に大きくなります。 ou zhihua et al。セメントモルタルの機械的特性に対するさまざまなタイプの非イオンセルロースエーテルの影響を研究し、セルロースエーテル修飾セメントモルタルの強度は純粋なセメントモルタルの強度よりも低く、最低28D圧縮強度はわずか44.3％であることがわかりました。純粋なセメントのスラリーのそれ。 HPMC、HEMC、およびMCセルロースエーテル修飾の圧縮強度と曲げ強度は類似していますが、各年齢のHEC修飾セメントスラリーの圧縮強度と曲げ強度は大幅に高くなっています。これは、粘度または分子量、セルロースエーテルの粘度または分子量が高いほど、または表面活性が大きいほど、その修飾セメントモルタルの強度が低くなります。

ただし、非イオン性セルロースエーテルがセメントモルタルの引張強度、柔軟性、および結束性を高めることができることも示されています。 Huang Liangen et al。圧縮強度の変化則に反して、セメントモルタル中のセルロースエーテルの含有量の増加とともに、スラリーのせん断強度と引張強度が増加することがわかりました。セルロースエーテルとポリマーエマルジョンを一緒に添加して多数の高密度ポリマーフィルムを形成し、スラリーの柔軟性を大幅に改善し、このフィルムで満たされたセメント水分補給生成物、無水セメント、フィラー、その他の材料を大幅に改善する理由の分析、コーティングシステムの引張強度を確保する。

非イオンセルロースエーテル修飾ポリマーセメントの性能を向上させるために、セメントモルタルの物理的特性を同時に改善するために、その機械的特性を大幅に減らすことはありません。通常の慣行は、セルロースエーテルおよびその他の混合物を一致させることです。セメントモルタル。 Li Tao-Wen et al。セルロースエーテルとポリマー接着剤粉末で構成される複合添加剤は、迫撃砲の曲げ強度と圧縮強度をわずかに改善するだけでなく、セメントモルタルの凝集性と粘度がコーティング構造により適していることを発見しました。単一のセルロースエーテルと比較したモルタルの容量。 Xu Qi et al。スラグ粉末、水還元剤、およびHEMCを追加し、水を減らす剤と鉱物粉末がモルタルの密度を増加させ、穴の数を減らし、モルタルの強度と弾性率を改善できることを発見しました。 HEMCはモルタルの引張結合強度を高めることができますが、モルタルの圧縮強度と弾性率には良くありません。 Yang Xiaojie et al。 HEMCとPPファイバーを混合した後、セメントモルタルのプラスチック収縮亀裂を大幅に減らすことができることがわかりました。

6。結論

非イオン性セルロースエーテルは、ポリマーセメントで重要な役割を果たし、セメントモルタルの物理的特性（凝固、水貯留、肥厚、微視的な形態、および機械的特性を大幅に改善できます。セルロースエーテルによるセメントベースの材料の修正に関する多くの作業が行われていますが、さらなる研究が必要な問題はまだいくつかあります。たとえば、実際のエンジニアリングアプリケーションでは、修飾されたセメントベースの材料のレオロジー、変形特性、体積安定性、耐久性にほとんど注意が払われておらず、セルロースエーテルを追加しては通常の対応する関係は確立されていません。水和反応におけるセルロースエーテルポリマーとセメント水和生成の移動メカニズムに関する研究は依然として不十分です。セルロースエーテルおよびその他の混合物で構成される化合物添加剤の作用プロセスとメカニズムは、十分に明確ではありません。セルロースエーテルとガラス繊維などの無機補強材の複合添加は完成していません。これらはすべて、ポリマーセメントの性能をさらに向上させるための理論的ガイダンスを提供する将来の研究の焦点となります。

投稿時間：1月23日 - 2023年