셀룰로오스 에테르 개질된 시멘트 슬러리

비이온성 셀룰로오스 에테르의 다양한 분자 구조가 시멘트 슬러리의 기공 구조에 미치는 영향을 성능 밀도 테스트와 거시적 및 미시적 기공 구조 관찰을 통해 연구했습니다. 결과는 비이온성 셀룰로오스 에테르가 시멘트 슬러리의 다공성을 증가시킬 수 있음을 보여줍니다. 비이온성 셀룰로오스 에테르 개질 슬러리의 점도가 유사할 때,하이드록시에틸 셀룰로오스 에테르(HEC) 개질 슬러리는 하이드록시프로필 메틸 셀룰로오스 에테르(HPMC) 및 메틸 셀룰로오스 에테르(MC) 개질 슬러리보다 크기가 작습니다. 유사한 그룹 함량을 갖는 HPMC 셀룰로오스 에테르의 점도/상대 분자량이 낮을수록 개질된 시멘트 슬러리의 다공성은 더 작아집니다. 비이온성 셀룰로오스 에테르는 액상의 표면 장력을 감소시키고 시멘트 슬러리가 기포를 형성하기 쉽게 만듭니다. 비이온성 셀룰로오스 에테르 분자는 기포의 기액 계면에서 방향성으로 흡착되며, 이는 또한 시멘트 슬러리 상의 점도를 증가시키고 시멘트 슬러리의 기포 안정화 능력을 향상시킵니다.

핵심 단어:비이온성 셀룰로오스 에테르; 시멘트 슬러리; 기공 구조; 분자 구조; 표면 장력; 점도

비이온성 셀룰로오스 에테르(이하 셀룰로오스 에테르라고 함)는 증점성과 보수성이 우수하여 건식 혼합 모르타르, 자기 압축 콘크리트 및 기타 새로운 시멘트 기반 재료에 널리 사용됩니다. 시멘트 기반 재료에 사용되는 셀룰로오스 에테르에는 일반적으로 메틸 셀룰로오스 에테르(MC), 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스 에테르(HPMC), 히드록시에틸 메틸 셀룰로오스 에테르(HEMC) 및 히드록시에틸 셀룰로오스 에테르(HEC)가 포함되며, 그 중 HPMC와 HEMC가 가장 일반적으로 사용됩니다. .

셀룰로오스 에테르는 시멘트 슬러리의 기공 구조에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. Pourchez 등은 겉보기 밀도 시험, 기공 크기 시험(수은 주입법) 및 sEM 이미지 분석을 통해 셀룰로오스 에테르가 직경 약 500nm의 기공과 직경 약 50~250μm의 기공 수를 증가시킬 수 있다는 결론을 내렸습니다. 시멘트 슬러리. 또한 경화된 시멘트 슬러리의 경우 저분자량 HEC 개질 시멘트 슬러리의 기공 크기 분포는 순수 시멘트 슬러리와 유사합니다. 고분자량 HEC 개질 시멘트 슬러리의 총 기공 부피는 순수 시멘트 슬러리보다 높지만 HPMC 개질 시멘트 슬러리보다 낮으며 거의 ​​동일한 농도입니다. SEM 관찰을 통해 Zhang et al. HEMC는 시멘트 모르타르에서 직경 약 0.1mm의 기공 수를 크게 증가시킬 수 있음을 발견했습니다. 그들은 또한 수은 주입 테스트를 통해 HEMC가 시멘트 슬러리의 총 기공 부피와 평균 기공 직경을 크게 증가시켜 직경 50nm ~ 1μm의 큰 기공과 직경이 그 이상인 큰 기공의 수를 크게 증가시킬 수 있음을 발견했습니다. 1μm 이상. 그러나 직경이 50nm 이하인 기공의 개수는 크게 감소했습니다. Saric-Coricet al. 셀룰로오스 에테르는 시멘트 슬러리를 더 다공성으로 만들고 거대 기공을 증가시킬 것이라고 믿었습니다. Jenniet al. 성능 밀도를 테스트한 결과 HEMC 개질 시멘트 모르타르의 기공 부피 분율은 약 20%인 반면 순수 시멘트 모르타르에는 소량의 공기만 포함되어 있는 것으로 나타났습니다. Silvaet al. 는 순수 시멘트 슬러리로서 3.9nm와 40~75nm에서 2개의 피크 외에 수은 주입 테스트를 통해 100~500nm와 100μm 이상에서도 2개의 피크가 있음을 발견했습니다. Ma Baoguoet al. 는 셀룰로오스 에테르가 수은 주입 시험을 통해 시멘트 모르타르에서 직경 1μm 미만의 미세 기공과 직경 2μm 이상의 큰 기공 수를 증가시키는 것을 발견했습니다. 셀룰로오스 에테르가 시멘트 슬러리의 다공성을 증가시키는 이유는 일반적으로 셀룰로오스 에테르가 표면 활성을 갖고 공기와 물 계면을 풍부하게 하여 필름을 형성하여 시멘트 슬러리의 기포를 안정화시키는 것으로 알려져 있습니다.

이상의 문헌 분석을 통해 셀룰로오스 에테르가 시멘트계 재료의 기공 구조에 미치는 영향이 큰 주목을 받고 있음을 알 수 있다. 그러나 셀룰로오스 에테르에는 많은 종류가 있고, 동일한 종류의 셀룰로오스 에테르가 있으며, 상대 분자량, 그룹 함량 및 기타 분자 구조 매개 변수도 매우 다르며, 셀룰로오스 에테르 선택에 대한 국내외 연구자들은 각각의 적용에만 제한됩니다. 현장의 표현력 부족으로 인해 "지나친 일반화"라는 결론이 불가피하므로 셀룰로오스 에테르 메커니즘에 대한 설명이 충분히 깊지 않습니다. 본 논문에서는 서로 다른 분자 구조를 갖는 셀룰로오스 에테르가 시멘트 슬러리의 기공 구조에 미치는 영향을 겉보기 밀도 시험과 거시적 및 미시적 기공 구조 관찰을 통해 연구하였다.

1. 테스트

1.1 원자재

시멘트는 Huaxin Cement Co., LTD.에서 제조한 P·O 42.5 일반 포틀랜드 시멘트를 사용하였고, AXIOS Ad-Vanced 파장분산형 X선 형광분광분석기(PANa - lytical, 네덜란드)로 화학조성을 측정하였고, 상 조성은 Bogue 방법으로 추정되었습니다.

셀룰로오스 에테르는 각각 메틸 셀룰로오스 에테르(MC), 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스 에테르(HPMC1, HPMC2) 및 히드록시에틸 셀룰로오스 에테르(HEC)의 네 가지 상업용 셀룰로오스 에테르를 선택했으며, HPMC1 분자 구조와 HPMC2는 유사하지만 점도는 HPMC2보다 훨씬 낮습니다. 즉, HPMC1의 상대분자량은 HPMC2의 상대분자량보다 훨씬 작다. 하이드록시에틸 메틸 셀룰로오스 에테르(HEMc)와 HPMC의 유사한 특성으로 인해 이 연구에서는 HEMC를 선택하지 않았습니다. 테스트 결과에 대한 수분 함량의 영향을 피하기 위해 모든 셀룰로오스 에테르는 사용 전 98℃에서 2시간 동안 구워졌습니다.

셀룰로오스 에테르의 점도는 NDJ-1B 회전 점도계(Shanghai Changji Company)로 테스트되었습니다. 시험액 농도(셀룰로오스에테르와 물의 질량비)는 2.0%, 온도는 20℃, 회전속도는 12r/min으로 하였다. 셀룰로오스 에테르의 표면 장력은 링 방법으로 테스트되었습니다. 테스트 장비는 JK99A 자동 장력계(Shanghai Zhongchen Company)였습니다. 시험용액의 농도는 0.01%, 온도는 20℃로 하였다. 셀룰로오스 에테르 그룹 함량은 제조업체에서 제공합니다.

셀룰로오스에테르의 점도, 표면장력, 기 함량에 따라 용액농도 2.0%일 때 HEC와 HPMC2 용액의 점도비는 1:1.6, HEC와 MC 용액의 점도비는 1:0.4이지만, 이 시험에서 물-시멘트 비율은 0.35, 최대 시멘트 비율은 0.6%, 물에 대한 셀룰로오스 에테르의 질량 비율은 약 1.7%, 2.0% 미만이며 점도에 대한 시멘트 슬러리의 시너지 효과이므로 HEC, HPMC2 또는 MC 개질 시멘트 슬러리의 점도 차이는 작습니다.

셀룰로오스 에테르의 점도, 표면 장력 및 그룹 함량에 따라 각 셀룰로오스 에테르의 표면 장력이 다릅니다. 셀룰로오스 에테르는 친수성 그룹(하이드록실 및 에테르 그룹)과 소수성 그룹(메틸 및 포도당 탄소 고리)을 모두 갖고 있으며 계면활성제입니다. 셀룰로오스 에테르는 다르며 친수성 그룹과 소수성 그룹의 유형과 함량이 다르므로 표면 장력이 다릅니다.

1.2 테스트 방법

순수 시멘트 슬러리, 4가지 셀룰로오스 에테르(MC, HPMCl, HPMC2 및 HEC) 개질 시멘트 슬러리(시멘트 비율 0.60%), HPMC2 개질 시멘트 슬러리(시멘트 비율 0.05%) 등 6종의 시멘트 슬러리를 제조하였다. 참조, MC — 0.60, HPMCl — 0.60, Hpmc2-0.60. HEC 1-0.60 및 hpMC2-0.05는 물-시멘트 비율이 모두 0.35임을 나타냅니다.

GB/T 17671 1999 "시멘트 모르타르 강도 시험 방법(ISO 방법)"에 따라 먼저 시멘트 슬러리를 40mm×40mm×160mm 프리즘 시험 블록으로 만들고 20℃ 밀봉 경화 조건에서 28d를 만듭니다. 무게를 측정하고 겉보기 밀도를 계산한 후 작은 망치로 깨뜨린 후 시험 블록 중앙부의 매크로 홀 상태를 관찰하고 디지털 카메라로 촬영하였다. 동시에 2.5~5.0mm의 작은 조각을 채취하여 광학현미경(HIROX 3차원영상현미경)과 주사전자현미경(JSM-5610LV)으로 관찰하였다.

2. 테스트 결과

2.1 겉보기 밀도

다양한 셀룰로오스 에테르로 개질된 시멘트 슬러리의 겉보기 밀도에 따르면 (1) 순수 시멘트 슬러리의 겉보기 밀도가 가장 높으며 2044kg/m3입니다. 시멘트 비율이 0.60%인 4종 셀룰로오스 에테르 개질 슬러리의 겉보기 밀도는 순수 시멘트 슬러리의 74%~88%로 셀룰로오스 에테르가 시멘트 슬러리의 기공률 증가를 유발하는 것으로 나타났다. (2) 시멘트 대 시멘트의 비율이 0.60%일 때, 다양한 셀룰로오스 에테르가 시멘트 슬러리의 다공성에 미치는 영향은 매우 다릅니다. HEC, HPMC2 및 MC 개질 시멘트 슬러리의 점도는 유사하지만 HEC 개질 시멘트 슬러리의 겉보기 밀도가 가장 높아 점도가 유사한 HPMc2 및 Mc 개질 시멘트 슬러리에 비해 HEC 개질 시멘트 슬러리의 기공률이 작음을 나타냅니다. . HPMc1과 HPMC2는 기 함량이 유사하나 HPMCl의 점도가 HPMC2에 비해 훨씬 낮으며, HPMC1 개질 시멘트 슬러리의 겉보기 밀도가 HPMC2 개질 시멘트 슬러리에 비해 상당히 높은 것으로 보아 기 함량이 유사한 경우를 알 수 있다. , 셀룰로오스 에테르의 점도가 낮을수록 개질 시멘트 슬러리의 다공성은 낮아집니다. (3) 시멘트 대 시멘트 비율이 매우 작은 경우(0.05%), HPMC2로 개질된 시멘트 슬러리의 겉보기 밀도는 기본적으로 순수 시멘트 슬러리의 겉보기 밀도에 가깝고, 이는 셀룰로오스 에테르가 시멘트의 다공성에 미치는 영향을 나타냅니다. 슬러리는 매우 작습니다.

2.2 거시적 기공

디지털 카메라로 촬영한 셀룰로오스 에테르 변성 시멘트 슬러리의 단면 사진에 따르면 순수 시멘트 슬러리는 밀도가 매우 높고 기공이 거의 보이지 않습니다. 시멘트 비율이 0.60%인 4가지 종류의 셀룰로오스 에테르 개질 슬러리는 모두 거시적인 기공을 더 많이 가지고 있으며, 이는 셀룰로오스 에테르가 시멘트 슬러리 기공률의 증가를 초래한다는 것을 나타냅니다. 겉보기 밀도 시험 결과와 유사하게, 다양한 셀룰로오스 에테르 유형과 함량이 시멘트 슬러리의 다공성에 미치는 영향은 상당히 다릅니다. HEC, HPMC2 및 MC 개질 슬러리의 점도는 유사하지만 HEC 개질 슬러리의 기공률은 HPMC2 및 MC 개질 슬러리보다 작습니다. HPMC1과 HPMC2는 그룹 함량이 유사하지만 점도가 낮은 HPMC1 개질 슬러리의 다공성은 더 작습니다. HPMc2 개질 슬러리의 시멘트-시멘트 비율이 매우 작은 경우(0.05%), 거시적 기공의 수는 순수 시멘트 슬러리에 비해 약간 증가하지만, 시멘트-대-시멘트 비율이 0.60%인 HPMC2 개질 슬러리에 비하면 크게 감소한다. -시멘트 비율.

2.3 미세한 기공

4. 결론

(1) 셀룰로오스 에테르는 시멘트 슬러리의 다공성을 증가시킬 수 있습니다.

(2) 서로 다른 분자 구조 매개변수를 가진 시멘트 슬러리의 다공성에 대한 셀룰로오스 에테르의 영향은 다릅니다. 셀룰로오스 에테르 개질 시멘트 슬러리의 점도가 유사할 때 HEC 개질 시멘트 슬러리의 다공성은 HPMC 및 MC 개질 시멘트 슬러리의 다공도보다 작습니다. 시멘트 슬러리; 유사한 그룹 함량을 갖는 HPMC 셀룰로오스 에테르의 점도/상대 분자량이 낮을수록 개질된 시멘트 슬러리의 다공성은 낮아집니다.

(3) 셀룰로오스 에테르를 시멘트 슬러리에 첨가한 후 액상의 표면 장력이 감소하여 시멘트 슬러리가 기포를 형성하기 쉽도록 기포 기액 계면에서 셀룰로오스 에테르 분자 방향 흡착을 통해 강도와 인성을 향상시킵니다. 기포 기액 계면의 기포 액체 막 흡착은 기포 액체 막의 강도를 향상시키고 거친 진흙의 기포 안정화 능력을 강화합니다.