ცელულოზის ეთერით მოდიფიცირებული ცემენტის ნალექი

არაიონური ცელულოზის ეთერის სხვადასხვა მოლეკულური სტრუქტურის გავლენა ცემენტის შლამის ფოროვან სტრუქტურაზე შესწავლილი იყო შესრულების სიმკვრივის ტესტით და მაკროსკოპული და მიკროსკოპული ფორების სტრუქტურაზე დაკვირვებით. შედეგები აჩვენებს, რომ არაიონურ ცელულოზის ეთერს შეუძლია გაზარდოს ცემენტის ნალექის ფორიანობა. როდესაც არაიონური ცელულოზის ეთერით მოდიფიცირებული ნალექის სიბლანტე მსგავსია, ფორიანობაჰიდროქსიეთილის ცელულოზის ეთერი(HEC) მოდიფიცირებული შლამი უფრო მცირეა, ვიდრე ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ეთერის (HPMC) და მეთილის ცელულოზის ეთერის (MC) მოდიფიცირებული ხსნარი. რაც უფრო დაბალია HPMC ცელულოზის ეთერის სიბლანტე/ფარდობითი მოლეკულური წონა მსგავსი ჯგუფის შემცველობით, მით უფრო მცირეა მისი მოდიფიცირებული ცემენტის შლამის ფორიანობა. არაიონურ ცელულოზის ეთერს შეუძლია შეამციროს თხევადი ფაზის ზედაპირული დაძაბულობა და ცემენტის ხსნარი ადვილად წარმოქმნას ბუშტები. არაიონური ცელულოზის ეთერის მოლეკულები მიმართულებით შეიწოვება ბუშტების გაზ-თხევადი ინტერფეისით, რაც ასევე ზრდის ცემენტის ფაზის სიბლანტეს და აძლიერებს ცემენტის ხსნარის უნარს ბუშტების სტაბილიზაციაში.

საკვანძო სიტყვები:არაიონური ცელულოზის ეთერი; ცემენტის ნალექი; ფორების სტრუქტურა; მოლეკულური სტრუქტურა; ზედაპირული დაძაბულობა; სიბლანტე

არაიონურ ცელულოზის ეთერს (შემდგომში ცელულოზის ეთერი) აქვს შესანიშნავი გასქელება და წყლის შეკავება და ფართოდ გამოიყენება მშრალ შერეულ ნაღმტყორცნებში, თვითდატკეპნილ ბეტონში და ცემენტზე დაფუძნებულ სხვა ახალ მასალებში. ცემენტზე დაფუძნებულ მასალებში გამოყენებული ცელულოზის ეთერები ჩვეულებრივ მოიცავს მეთილცელულოზის ეთერს (MC), ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ეთერს (HPMC), ჰიდროქსიეთილ მეთილცელულოზის ეთერს (HEMC) და ჰიდროქსიეთილცელულოზის ეთერს (HEC), რომელთა შორის HPMC და HEMC ყველაზე გავრცელებული აპლიკაციებია. .

ცელულოზის ეთერმა შეიძლება მნიშვნელოვნად იმოქმედოს ცემენტის ხსნარის ფორების სტრუქტურაზე. პურჩეზმა და სხვებმა, აშკარა სიმკვრივის ტესტის, ფორების ზომის ტესტის (ვერცხლისწყლის ინექციის მეთოდი) და sEM გამოსახულების ანალიზის მეშვეობით, დაასკვნეს, რომ ცელულოზის ეთერს შეუძლია გაზარდოს 500 ნმ დიამეტრის ფორების და დაახლოებით 50-250 μm დიამეტრის ფორების რაოდენობა. ცემენტის ნალექი. უფრო მეტიც, გამაგრებული ცემენტის ხსნარისთვის, დაბალი მოლეკულური წონის HEC-ის მოდიფიცირებული ცემენტის ხსნარის ფორების ზომის განაწილება მსგავსია სუფთა ცემენტის შლამის. მაღალი მოლეკულური წონის HEC მოდიფიცირებული ცემენტის ხსნარის საერთო ფორების მოცულობა უფრო მაღალია, ვიდრე სუფთა ცემენტის ხსნარი, მაგრამ დაბალია, ვიდრე HPMC მოდიფიცირებული ცემენტის ხსნარის დაახლოებით იგივე კონსისტენციის. SEM დაკვირვების საშუალებით, ჟანგი და სხვ. აღმოაჩინა, რომ HEMC-ს შეუძლია მნიშვნელოვნად გაზარდოს ცემენტის ნაღმტყორცნებში დაახლოებით 0.1 მმ დიამეტრის ფორების რაოდენობა. მათ ასევე აღმოაჩინეს ვერცხლისწყლის საინექციო ტესტის საშუალებით, რომ HEMC-ს შეუძლია მნიშვნელოვნად გაზარდოს ცემენტის ნალექის მთლიანი ფორების მოცულობა და საშუალო ფორების დიამეტრი, რის შედეგადაც მნიშვნელოვნად გაიზრდება დიდი ფორების რაოდენობა 50 ნმ ~ 1μm დიამეტრით და დიდი ფორების დიამეტრი მეტი. ვიდრე 1μm. თუმცა, 50 ნმ-ზე ნაკლები დიამეტრის მქონე ფორების რაოდენობა მნიშვნელოვნად შემცირდა. სარიჩ-კორიკი და სხვ. სჯეროდა, რომ ცელულოზის ეთერი გახდის ცემენტის ხსნარს უფრო ფოროვანს და გამოიწვევს მაკროფორების ზრდას. ჯენი და სხვ. შეამოწმა შესრულების სიმკვრივე და დაადგინა, რომ HEMC მოდიფიცირებული ცემენტის ნაღმტყორცნების ფორების მოცულობითი ფრაქცია იყო დაახლოებით 20%, ხოლო სუფთა ცემენტის ნაღმტყორცნები მხოლოდ მცირე რაოდენობით ჰაერს შეიცავდა. სილვა და სხვ. აღმოაჩინა, რომ გარდა ორი პიკისა 3,9 ნმ და 40 ~ 75 ნმ, როგორც სუფთა ცემენტის ხსნარი, ასევე იყო ორი პიკი 100 ~ 500 ნმ და 100 μm-ზე მეტი ვერცხლისწყლის ინექციის ტესტის საშუალებით. მა ბაოგუო და სხვ. აღმოჩნდა, რომ ცელულოზის ეთერმა გაზარდა წვრილი ფორების რაოდენობა 1μm-ზე ნაკლები დიამეტრით და დიდი ფორების რაოდენობა ცემენტის ნაღმტყორცნებში ვერცხლისწყლის საინექციო ტესტის მეშვეობით. რაც შეეხება იმ მიზეზს, რომ ცელულოზის ეთერი ზრდის ცემენტის ხსნარის ფორიანობას, ჩვეულებრივ ითვლება, რომ ცელულოზის ეთერს აქვს ზედაპირული აქტივობა, გამდიდრებს ჰაერისა და წყლის ინტერფეისს, ქმნის ფილმს, რათა დასტაბილურდეს ბუშტები ცემენტის ხსნარში.

ზემოაღნიშნული ლიტერატურის ანალიზის საშუალებით ჩანს, რომ ცემენტზე დაფუძნებული მასალების ფოროვან სტრუქტურაზე ცელულოზის ეთერის ზემოქმედებას დიდი ყურადღება მიექცა. თუმცა, არსებობს ცელულოზის ეთერის მრავალი სახეობა, იგივე ტიპის ცელულოზის ეთერი, მისი ფარდობითი მოლეკულური წონა, ჯგუფის შემცველობა და სხვა მოლეკულური სტრუქტურის პარამეტრები ასევე ძალიან განსხვავებულია და ცელულოზის ეთერის შერჩევის ადგილობრივი და უცხოელი მკვლევარები მხოლოდ მათი შესაბამისი გამოყენებით შემოიფარგლება. ველი, წარმომადგენლობის ნაკლებობა, დასკვნა გარდაუვალია „გადაჭარბებული განზოგადება“, ასე რომ ცელულოზის ეთერის მექანიზმის ახსნა საკმარისად ღრმა არ არის. ამ ნაშრომში, სხვადასხვა მოლეკულური სტრუქტურის მქონე ცელულოზის ეთერის ეფექტი ცემენტის ნალექის ფოროვან სტრუქტურაზე შესწავლილი იყო აშკარა სიმკვრივის ტესტით და მაკროსკოპული და მიკროსკოპული ფორების სტრუქტურაზე დაკვირვებით.

1. ტესტი

1.1 ნედლეული

ცემენტი იყო P·O 42.5 ჩვეულებრივი პორტლანდცემენტი, წარმოებული Huaxin Cement Co., LTD.-ის მიერ, რომელშიც ქიმიური შემადგენლობა გაზომილი იყო AXIOS Ad-Vanced ტალღის სიგრძის დისპერსიული ტიპის რენტგენის ფლუორესცენტული სპექტრომეტრით (PANA — lytical, ნიდერლანდები), ხოლო ფაზური შემადგენლობა შეფასდა ბოგის მეთოდით.

ცელულოზის ეთერმა შეარჩია კომერციული ცელულოზის ეთერის ოთხი სახეობა, შესაბამისად მეთილის ცელულოზის ეთერი (MC), ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ეთერი (HPMC1, HPMC2) და ჰიდროქსიეთილის ცელულოზის ეთერი (HEC), HPMC1 მოლეკულური სტრუქტურა და HPMC2 მსგავსია, მაგრამ სიბლანტე გაცილებით ნაკლებია ვიდრე HPMC2. ანუ, HPMC1-ის ფარდობითი მოლეკულური მასა გაცილებით მცირეა ვიდრე HPMC2. ჰიდროქსიეთილ მეთილცელულოზის ეთერის (HEMc) და HPMC მსგავსი თვისებების გამო, HEMC არ იყო შერჩეული ამ კვლევაში. ტესტის შედეგებზე ტენიანობის გავლენის თავიდან ასაცილებლად, ყველა ცელულოზის ეთერი გამოაცხვეს 98℃ ტემპერატურაზე 2 საათის განმავლობაში გამოყენებამდე.

ცელულოზის ეთერის სიბლანტე შემოწმდა NDJ-1B მბრუნავი ვისკოზიმეტრით (შანხაის ჩანჯი კომპანია). ტესტის ხსნარის კონცენტრაცია (ცელულოზის ეთერის მასის თანაფარდობა წყალთან) იყო 2.0%, ტემპერატურა იყო 20℃ და ბრუნვის სიჩქარე იყო 12r/წთ. ცელულოზის ეთერის ზედაპირული დაძაბულობა შემოწმდა რგოლის მეთოდით. ტესტის ინსტრუმენტი იყო JK99A ავტომატური ტენსიომეტრი (შანხაის ჟონგჩენი კომპანია). ტესტის ხსნარის კონცენტრაცია იყო 0,01%, ხოლო ტემპერატურა 20℃. ცელულოზის ეთერის ჯგუფის შემცველობა მოწოდებულია მწარმოებლის მიერ.

ცელულოზის ეთერის სიბლანტის, ზედაპირული დაძაბულობის და ჯგუფის შემცველობის მიხედვით, როდესაც ხსნარის კონცენტრაცია არის 2.0%, HEC და HPMC2 ხსნარის სიბლანტის თანაფარდობა არის 1:1.6, ხოლო HEC და MC ხსნარის სიბლანტის თანაფარდობა არის 1: 0.4, მაგრამ ამ ტესტში, წყალ-ცემენტის თანაფარდობა არის 0,35, ცემენტის მაქსიმალური თანაფარდობა არის 0,6%, ცელულოზის ეთერის მასის თანაფარდობა წყალთან არის დაახლოებით 1,7%, 2,0%-ზე ნაკლები, და ცემენტის ხსნარის სინერგიული ეფექტი სიბლანტეზე. HEC, HPMC2 ან MC მოდიფიცირებული ცემენტის ხსნარის სიბლანტის განსხვავება მცირეა.

ცელულოზის ეთერის სიბლანტის, ზედაპირული დაძაბულობისა და ჯგუფის შემცველობის მიხედვით, თითოეული ცელულოზის ეთერის ზედაპირული დაძაბულობა განსხვავებულია. ცელულოზის ეთერს აქვს როგორც ჰიდროფილური ჯგუფები (ჰიდროქსილის და ეთერის ჯგუფები), ასევე ჰიდროფობიური ჯგუფები (მეთილის და გლუკოზის ნახშირბადის რგოლი), არის ზედაპირული მოქმედება. ცელულოზის ეთერი განსხვავებულია, განსხვავებულია ჰიდროფილური და ჰიდროფობიური ჯგუფების ტიპი და შემცველობა, რაც იწვევს სხვადასხვა ზედაპირულ დაძაბულობას.

1.2 ტესტის მეთოდები

მომზადდა ცემენტის 6 სახეობა, მათ შორის სუფთა ცემენტის ხსნარი, ოთხი ცელულოზის ეთერი (MC, HPMCl, HPMC2 და HEC) მოდიფიცირებული ცემენტის ხსნარი 0.60% ცემენტის თანაფარდობით და HPMC2 მოდიფიცირებული ცემენტის 0.05% ცემენტის თანაფარდობით. Ref, MC - 0.60, HPMCl - 0.60, Hpmc2-0.60. HEC 1-0.60 და hpMC2-0.05 მიუთითებს იმაზე, რომ წყალ-ცემენტის თანაფარდობა არის ორივე 0.35.

ცემენტის ნამცხვარი ჯერ GB/T 17671 1999 წლის „ცემენტის ნაღმტყორცნების სიმტკიცის ტესტის მეთოდის“ შესაბამისად, დამზადებულია 40მმ×40მმ×160მმ პრიზმების საცდელ ბლოკად, 20℃ დალუქული გამაგრების პირობებში 28d. აწონვისა და მისი აშკარა სიმკვრივის გამოთვლის შემდეგ, ის პატარა ჩაქუჩით გაიბზარა და საცდელი ბლოკის ცენტრალური მონაკვეთის მაკრო ხვრელის მდგომარეობა დაფიქსირდა და გადაიღეს ციფრული კამერით. ამავდროულად, ოპტიკური მიკროსკოპით (HIROX სამგანზომილებიანი ვიდეო მიკროსკოპით) და სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპით (JSM-5610LV) დაკვირვებისთვის გადაიღეს 2.5 ~ 5.0 მმ-იანი პატარა ნაჭრები.

2. ტესტის შედეგები

2.1 აშკარა სიმკვრივე

სხვადასხვა ცელულოზის ეთერებით მოდიფიცირებული ცემენტის ხსნარის აშკარა სიმკვრივის მიხედვით, (1) სუფთა ცემენტის ხსნარის ხილული სიმკვრივე ყველაზე მაღალია, რომელიც არის 2044 კგ/მ³; ოთხი სახის ცელულოზის ეთერით მოდიფიცირებული შლამის აშკარა სიმკვრივე ცემენტის თანაფარდობით 0,60% იყო 74% ~ 88% სუფთა ცემენტის ხსნარის სიმკვრივე, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ცელულოზის ეთერი იწვევდა ცემენტის ფენის ფორიანობის ზრდას. (2) როდესაც ცემენტისა და ცემენტის თანაფარდობა არის 0,60%, სხვადასხვა ცელულოზის ეთერების გავლენა ცემენტის ხსნარის ფორიანობაზე ძალიან განსხვავებულია. HEC, HPMC2 და MC მოდიფიცირებული ცემენტის ფენის სიბლანტე მსგავსია, მაგრამ HEC მოდიფიცირებული ცემენტის ფენის აშკარა სიმკვრივე ყველაზე მაღალია, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ HEC მოდიფიცირებული ცემენტის ფენის ფორიანობა უფრო მცირეა, ვიდრე HPMc2 და Mc მოდიფიცირებული ცემენტის ხსნარის მსგავსი სიბლანტის მქონე. . HPMc1-ს და HPMC2-ს აქვთ მსგავსი ჯგუფის შემცველობა, მაგრამ HPMCl-ის სიბლანტე გაცილებით დაბალია ვიდრე HPMC2-ის, და HPMCl მოდიფიცირებული ცემენტის ხსნარის აშკარა სიმკვრივე მნიშვნელოვნად მაღალია, ვიდრე HPMC2 მოდიფიცირებული ცემენტის ხსნარის, რაც მიუთითებს, რომ როდესაც ჯგუფის შემცველობა მსგავსია. რაც უფრო დაბალია ცელულოზის ეთერის სიბლანტე, მით უფრო დაბალია მოდიფიცირებული ცემენტის ნალექის ფორიანობა. (3) როდესაც ცემენტი-ცემენტის თანაფარდობა ძალიან მცირეა (0.05%), HPMC2-ით მოდიფიცირებული ცემენტის ნალექის აშკარა სიმკვრივე ძირითადად უახლოვდება სუფთა ცემენტის ხსნარს, რაც მიუთითებს, რომ ცელულოზის ეთერის მოქმედება ცემენტის ფორიანობაზე. slurry ძალიან მცირეა.

2.2 მაკროსკოპული ფორა

ციფრული კამერით გადაღებული ცელულოზის ეთერით მოდიფიცირებული ცემენტის ფენის ფოტოების მიხედვით, სუფთა ცემენტის ხსნარი არის ძალიან მკვრივი, თითქმის არ ჩანს ფორები; ცელულოზის ეთერით მოდიფიცირებული ხსნარის ოთხი სახეობა ცემენტის 0.60% თანაფარდობით, ყველას აქვს უფრო მაკროსკოპული ფორები, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ცელულოზის ეთერი იწვევს ცემენტის ნაფხის ფორიანობის ზრდას. აშკარა სიმკვრივის ტესტის შედეგების მსგავსად, სხვადასხვა ტიპის ცელულოზის ეთერის და შიგთავსის გავლენა ცემენტის ნალექის ფორიანობაზე საკმაოდ განსხვავებულია. HEC, HPMC2 და MC მოდიფიცირებული შლამის სიბლანტე მსგავსია, მაგრამ HEC მოდიფიცირებული შლამის ფორიანობა უფრო მცირეა, ვიდრე HPMC2 და MC მოდიფიცირებული შლამის. მიუხედავად იმისა, რომ HPMC1-სა და HPMC2-ს აქვთ მსგავსი ჯგუფის შემცველობა, HPMC1 მოდიფიცირებულ სლულს დაბალი სიბლანტით აქვს უფრო მცირე ფორიანობა. როდესაც HPMc2 მოდიფიცირებული შლამის ცემენტ-ცემენტის თანაფარდობა ძალიან მცირეა (0.05%), მაკროსკოპული ფორების რაოდენობა ოდნავ იზრდება, ვიდრე სუფთა ცემენტის ხსნარში, მაგრამ მნიშვნელოვნად მცირდება, ვიდრე HPMC2 მოდიფიცირებული ხსნარის 0.60% ცემენტამდე. -ცემენტის თანაფარდობა.

2.3 მიკროსკოპული ფორა

4. დასკვნა

(1) ცელულოზის ეთერს შეუძლია გაზარდოს ცემენტის ნალექის ფორიანობა.

(2) ცელულოზის ეთერის გავლენა ცემენტის ხსნარის ფორიანობაზე სხვადასხვა მოლეკულური სტრუქტურის პარამეტრით განსხვავებულია: როდესაც ცელულოზის ეთერით მოდიფიცირებული ცემენტის ნალექის სიბლანტე მსგავსია, HEC მოდიფიცირებული ცემენტის ხსნარის ფორიანობა უფრო მცირეა ვიდრე HPMC და MC მოდიფიცირებული. ცემენტის ნალექი; რაც უფრო დაბალია HPMC ცელულოზის ეთერის სიბლანტე/ფარდობითი მოლეკულური წონა მსგავსი ჯგუფის შემცველობით, მით უფრო დაბალია მისი მოდიფიცირებული ცემენტის შლამის ფორიანობა.

(3) ცემენტის ხსნარში ცელულოზის ეთერის დამატების შემდეგ, თხევადი ფაზის ზედაპირული დაძაბულობა მცირდება, ისე, რომ ცემენტის ხსნარიდან ადვილად წარმოიქმნება ბუშტები და ცელულოზის ეთერის მოლეკულების მიმართული ადსორბცია ბუშტის გაზის სითხის ინტერფეისში, აუმჯობესებს სიმტკიცეს და სიმტკიცეს. ბუშტის თხევადი ფირის ადსორბცია ბუშტის გაზის სითხის ინტერფეისში, აუმჯობესებს ბუშტის თხევადი ფირის სიმტკიცეს და აძლიერებს ხისტი ტალახის უნარს ბუშტის სტაბილიზაციას.