Nejonu celulozes ēteris polimērcementā

Kā neaizstājama piedeva polimēru cementā, nejonu celulozes ēteris ir saņēmis plašu uzmanību un pētījumus. Pamatojoties uz attiecīgo literatūru gan mājās, gan ārvalstīs, tika apspriesti nejonu celulozes ētera modificētās cementa javas likumi un mehānisms no nejonu celulozes ētera veidu un izvēles aspektiem, tā ietekme uz polimērcementa fizikālajām īpašībām, tika izvirzīta tā ietekme uz mikromorfoloģiju un mehāniskajām īpašībām, kā arī pašreizējā pētījuma trūkumi. Šis darbs veicinās celulozes ētera pielietošanu polimērcementā.

Atslēgas vārdi: nejonu celulozes ēteris, polimērcements, fizikālās īpašības, mehāniskās īpašības, mikrostruktūra

1. Pārskats

Pieaugot polimērcementa pieprasījumam un veiktspējas prasībām būvniecības nozarē, piedevu pievienošana tā modifikācijām ir kļuvusi par pētniecības karsto punktu, starp kuriem celulozes ēteris ir plaši izmantots, jo tas ietekmē cementa javas ūdens aizturi, sabiezēšanu, aizkavēšanu, gaisu. un tā tālāk. Šajā rakstā ir aprakstīti celulozes ētera veidi, ietekme uz polimērcementa fizikālajām un mehāniskajām īpašībām un polimērcementa mikromorfoloģija, kas sniedz teorētisku atsauci celulozes ētera pielietošanai polimērcementā.

2. Nejonu celulozes ētera veidi

Celulozes ēteris ir sava veida polimēru savienojums ar ētera struktūru, kas izgatavots no celulozes. Ir daudz veidu celulozes ētera, kam ir liela ietekme uz cementa bāzes materiālu īpašībām un kuru ir grūti izvēlēties. Pēc aizvietotāju ķīmiskās struktūras tos var iedalīt anjonu, katjonu un nejonu ēteros. Cementā visplašāk tiek izmantots nejonu celulozes ēteris ar sānu ķēdes aizvietotāju H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH un citām nedisociējamām grupām, tipiski pārstāvji ir metilcelulozes ēteris, hidroksipropilmetilēteris. celulozes ēteris, hidroksietilmetilcelulozes ēteris, hidroksietilcelulozes ēteris un tā tālāk. Dažādiem celulozes ēteru veidiem ir atšķirīga ietekme uz cementa sacietēšanas laiku. Saskaņā ar iepriekšējiem literatūras ziņojumiem HEC ir visspēcīgākā cementa aizkavēšanas spēja, kam seko HPMc un HEMc, un Mc ir vissliktākā. Vienam un tam pašam celulozes ētera veidam molekulmasa vai viskozitāte, metil, hidroksietil, hidroksipropil saturs šajās grupās ir atšķirīgs, atšķiras arī tā aizkavējošā iedarbība. Vispārīgi runājot, jo lielāka ir viskozitāte un augstāks nesadalāmo grupu saturs, jo sliktāka ir kavēšanās spēja. Tāpēc faktiskajā ražošanas procesā atbilstoši komerciālās javas koagulācijas prasībām var izvēlēties atbilstošo celulozes ētera funkcionālās grupas saturu. Vai celulozes ētera ražošanā vienlaikus pielāgojiet funkcionālo grupu saturu, lai tas atbilstu dažādu javu prasībām.

3、nejonu celulozes ētera ietekme uz polimērcementa fizikālajām īpašībām

3.1. Lēna koagulācija

Lai pagarinātu cementa hidratācijas sacietēšanas laiku, lai tikko sajauktā java ilgstoši paliktu plastiska, lai pielāgotu tikko sajauktās javas sacietēšanas laiku, uzlabotu tās darbspēju, parasti javai pievieno palēninātāju, ne jonu celulozes ēteris ir piemērots polimēru cementam ir izplatīts palēninātājs.

Nejonu celulozes ētera aizkavējošo iedarbību uz cementu galvenokārt ietekmē tā veids, viskozitāte, dozēšana, atšķirīgs cementa minerālu sastāvs un citi faktori. Pourchez J et al. parādīja, ka jo augstāka ir celulozes ētera metilēšanas pakāpe, jo sliktāka ir aizkavējošā iedarbība, savukārt celulozes ētera molekulmasai un hidroksipropoksi saturam bija vāja ietekme uz cementa hidratācijas aizkavēšanu. Palielinoties viskozitātei un nejonu celulozes ētera dopinga daudzumam, adsorbcijas slānis uz cementa daļiņu virsmas tiek sabiezināts, un cementa sākotnējais un galīgais sacietēšanas laiks tiek pagarināts, un palēninošais efekts ir acīmredzamāks. Pētījumi liecina, ka cementa vircas ar atšķirīgu HEMC saturu agrīna siltuma izdalīšanās ir par aptuveni 15% zemāka nekā tīra cementa vircas, taču nav būtiskas atšķirības vēlākā hidratācijas procesā. Singh NK et al. parādīja, ka, palielinoties HEc dopinga daudzumam, modificētās cementa javas hidratācijas siltuma izdalīšanās tendence vispirms palielinājās un pēc tam samazinās, un HEC saturs, sasniedzot maksimālo hidratācijas siltuma izdalīšanos, bija saistīts ar sacietēšanas vecumu.

Turklāt ir konstatēts, ka nejonu celulozes ētera aizkavējošā iedarbība ir cieši saistīta ar cementa sastāvu. Pešards u.c. atklāja, ka jo mazāks ir trikalcija alumināta (C3A) saturs cementā, jo acīmredzamāka ir celulozes ētera aizkavējošā iedarbība. Schmitz L et al. uzskatīja, ka to izraisīja dažādi celulozes ētera veidi trikalcija silikāta (C3S) un trikalcija alumināta (C3A) hidratācijas kinētikai. Celulozes ēteris varētu samazināt reakcijas ātrumu C3S paātrinājuma periodā, savukārt C3A gadījumā tas varētu pagarināt indukcijas periodu un visbeidzot aizkavēt javas sacietēšanas un sacietēšanas procesu.

Pastāv dažādi viedokļi par nejonu celulozes ētera mehānismu, kas aizkavē cementa hidratāciju. Silva et al. Liu uzskatīja, ka celulozes ētera ievadīšana palielinās poru šķīduma viskozitāti, tādējādi bloķējot jonu kustību un aizkavējot kondensāciju. Tomēr Pourchez et al. uzskatīja, ka pastāv acīmredzama saistība starp celulozes ētera aizkavēšanos cementa hidratācijā un cementa vircas viskozitāti. Vēl viena teorija ir tāda, ka celulozes ētera aizkavējošā iedarbība ir cieši saistīta ar sārmu noārdīšanos. Polisaharīdi mēdz viegli noārdīties, veidojot hidroksilkarbonskābi, kas var aizkavēt cementa hidratāciju sārmainos apstākļos. Tomēr pētījumi ir atklājuši, ka celulozes ēteris ir ļoti stabils sārmainos apstākļos un tikai nedaudz noārdās, un noārdīšanās maz ietekmē cementa hidratācijas aizkavēšanos. Pašlaik konsekventāks viedoklis ir tāds, ka aizkavējošo efektu galvenokārt izraisa adsorbcija. Konkrēti, hidroksilgrupa uz celulozes ētera molekulārās virsmas ir skāba, ca (0H) hidratācijas cementa sistēmā un citas minerālfāzes ir sārmainas. Ūdeņraža saišu, kompleksu un hidrofobu sinerģiskās iedarbības rezultātā skābās celulozes ētera molekulas tiks adsorbētas uz sārmainā cementa daļiņu un hidratācijas produktu virsmas. Turklāt uz tās virsmas veidojas plāna kārtiņa, kas kavē šo minerālfāzes kristāla kodolu tālāku augšanu un aizkavē cementa hidratāciju un sacietēšanu. Jo spēcīgāka ir adsorbcijas spēja starp cementa hidratācijas produktiem un celulozes ēteri, jo acīmredzamāka ir cementa hidratācijas aizkavēšanās. No vienas puses, steriskā šķēršļa lielumam ir izšķiroša nozīme adsorbcijas spējā, piemēram, hidroksilgrupas mazajam steriskajam šķērslim, tā spēcīgajam skābumam, arī adsorbcija ir spēcīga. No otras puses, adsorbcijas spēja ir atkarīga arī no cementa hidratācijas produktu sastāva. Pourchez et al. atklāja, ka celulozes ēteris viegli adsorbējas uz hidratācijas produktu, piemēram, ca (0H) 2, csH gēla un kalcija alumināta hidrāta, virsmas, taču to nav viegli adsorbēt ar ettringītu un nehidratēto fāzi. Mullerta pētījums arī parādīja, ka celulozes ēterim bija spēcīga adsorbcija uz c3s un tā hidratācijas produktiem, tāpēc silikāta fāzes hidratācija tika ievērojami aizkavēta. Etringīta adsorbcija bija zema, bet ettringīta veidošanās ievērojami aizkavējās. Tas notika tāpēc, ka ettringīta veidošanās aizkavēšanos ietekmēja ca2+ līdzsvars šķīdumā, kas bija celulozes ētera aizkavēšanās turpinājums silikāta hidratācijā.

3.2. Ūdens saglabāšana

Vēl viens svarīgs celulozes ētera modifikācijas efekts cementa javā ir tas, ka tas parādās kā ūdeni aizturošs līdzeklis, kas var novērst slapjā javas mitruma priekšlaicīgu iztvaikošanu vai to, ka bāze to absorbē, un aizkavēt cementa hidratāciju, vienlaikus pagarinot tā darbības laiku. mitru javu, lai nodrošinātu plānas javas ķemmēšanu, apmetuma javu, un viegli uzsūcas javas nav nepieciešams iepriekš samitrināt.

Celulozes ētera ūdens aizturēšanas spēja ir cieši saistīta ar tā viskozitāti, devu, veidu un apkārtējās vides temperatūru. Citi nosacījumi ir vienādi, jo lielāka ir celulozes ētera viskozitāte, jo labāks ir ūdens aiztures efekts, neliels celulozes ētera daudzums var ievērojami uzlabot javas ūdens aiztures ātrumu; Vienam un tam pašam celulozes ēterim, jo ​​lielāks pievienotais daudzums, jo augstāks ir modificētās javas ūdens aiztures koeficients, taču ir optimāla vērtība, kuru pārsniedzot, ūdens aiztures ātrums palielinās lēnām. Dažādiem celulozes ētera veidiem ir arī atšķirības ūdens aizturē, piemēram, HPMc tādos pašos apstākļos nekā Mc labāka ūdens aizture. Turklāt celulozes ētera ūdens aiztures spēja samazinās, paaugstinoties apkārtējās vides temperatūrai.

Parasti tiek uzskatīts, ka iemesls, kāpēc celulozes ēterim ir ūdens aiztures funkcija, galvenokārt ir saistīts ar 0H uz molekulas un 0 atoms uz ētera saiti tiks saistīts ar ūdens molekulām, lai sintezētu ūdeņraža saiti, tādējādi brīvais ūdens kļūst saistošs. ūdens, lai tam būtu laba ūdens aiztures loma; Tiek arī uzskatīts, ka celulozes ētera makromolekulārajai ķēdei ir ierobežojoša loma ūdens molekulu difūzijā, lai efektīvi kontrolētu ūdens iztvaikošanu un panāktu augstu ūdens aizturi; Pourchez J apgalvoja, ka celulozes ēteris sasniedza ūdens aiztures efektu, uzlabojot tikko sajauktās cementa vircas reoloģiskās īpašības, porainā tīkla struktūru un celulozes ētera plēves veidošanos, kas kavēja ūdens difūziju. Laetitia P et al. arī uzskata, ka javas reoloģiskās īpašības ir galvenais faktors, bet arī uzskata, ka viskozitāte nav vienīgais faktors, kas nosaka javas lielisko ūdens aiztures īpašības. Ir vērts atzīmēt, ka, lai gan celulozes ēterim ir labas ūdens aiztures īpašības, tā modificētās cietinātās cementa javas ūdens uzsūkšanās spēja būs samazināta, iemesls ir tas, ka celulozes ēteris javas plēvē un javā liels skaits mazu slēgtu poru, kas bloķē. java kapilāra iekšpusē.

3.3. Biezēšana

Javas konsistence ir viens no svarīgiem rādītājiem, lai noteiktu tās darba veiktspēju. Lai palielinātu konsistenci, bieži tiek ievadīts celulozes ēteris. “Konsistence” apzīmē tikko sajauktas javas spēju plūst un deformēties gravitācijas vai ārēju spēku ietekmē. Abas sabiezēšanas un ūdens aiztures īpašības papildina viena otru. Atbilstoša daudzuma celulozes ētera pievienošana var ne tikai uzlabot javas ūdens aiztures īpašības, nodrošināt vienmērīgu konstrukciju, bet arī palielināt javas konsistenci, ievērojami palielināt cementa pretdispersijas spēju, uzlabot saķeri starp javu un matricu un samazināt javas nokarāšanās parādību.

Celulozes ētera sabiezēšanas efekts galvenokārt izriet no tā paša viskozitātes, jo lielāka viskozitāte, jo labāks ir sabiezēšanas efekts, bet, ja viskozitāte ir pārāk liela, tas samazinās javas plūstamību, ietekmējot konstrukciju. Faktori, kas ietekmē viskozitātes izmaiņas, piemēram, molekulmasa (vai polimerizācijas pakāpe) un celulozes ētera koncentrācija, šķīduma temperatūra, bīdes ātrums, ietekmēs galīgo sabiezēšanas efektu.

Celulozes ētera sabiezēšanas mehānisms galvenokārt rodas no hidratācijas un sapīšanās starp molekulām. No vienas puses, celulozes ētera polimēru ķēde viegli veido ūdeņraža saiti ar ūdeni ūdenī, ūdeņraža saite nodrošina tai augstu hidratāciju; Savukārt, javai pievienojot celulozes ēteri, tā uzsūks daudz ūdens, līdz ar to ievērojami palielinās tās tilpums, samazinot daļiņu brīvo telpu, tajā pašā laikā celulozes ētera molekulārās ķēdes savijas viena ar otru. lai izveidotu trīsdimensiju tīkla struktūru, javas daļiņas tiek ieskautas, kurās, nevis brīva plūsma. Citiem vārdiem sakot, saskaņā ar šīm divām darbībām tiek uzlabota sistēmas viskozitāte, tādējādi panākot vēlamo sabiezēšanas efektu.

4. Nejonu celulozes ētera ietekme uz polimērcementa morfoloģiju un poru struktūru

Kā redzams no iepriekš minētā, nejonu celulozes ēterim ir būtiska nozīme polimērcementā, un tā pievienošana noteikti ietekmēs visas cementa javas mikrostruktūru. Rezultāti liecina, ka nejonu celulozes ēteris parasti palielina cementa javas porainību un palielinās poru skaits 3nm ~ 350um izmērā, starp kuriem visvairāk palielinās poru skaits diapazonā no 100nm ~ 500nm. Ietekme uz cementa javas poru struktūru ir cieši saistīta ar pievienotā nejonu celulozes ētera veidu un viskozitāti. Ou Zhihua et al. uzskatīja, ka, ja viskozitāte ir vienāda, ar HEC modificētās cementa javas porainība ir mazāka nekā HPMc un Mc, kas pievienoti kā modifikatori. Tam pašam celulozes ēterim, jo ​​mazāka ir viskozitāte, jo mazāka ir modificētās cementa javas porainība. Pētot HPMc ietekmi uz putu cementa izolācijas plātnes atveri, Wang Yanru et al. konstatēja, ka HPMC pievienošana būtiski nemaina porainību, bet var ievērojami samazināt diafragmas atvērumu. Tomēr Zhang Guodian et al. atklāja, ka jo lielāks ir HEMc saturs, jo acīmredzamāka ir ietekme uz cementa vircas poru struktūru. HEMc pievienošana var ievērojami palielināt cementa vircas porainību, kopējo poru tilpumu un vidējo poru rādiusu, bet poru īpatnējais virsmas laukums samazinās, un ievērojami palielinās lielo kapilāru poru skaits, kuru diametrs ir lielāks par 50nm, un ievadītās poras. galvenokārt ir slēgtas poras.

Tika analizēta nejonu celulozes ētera ietekme uz cementa vircas poru struktūras veidošanās procesu. Tika konstatēts, ka celulozes ētera pievienošana galvenokārt mainīja šķidrās fāzes īpašības. No vienas puses, šķidrās fāzes virsmas spraigums samazinās, atvieglojot burbuļu veidošanos cementa javā, kā arī palēninās šķidrās fāzes aizplūšanu un burbuļu difūziju, tādējādi mazos burbuļus ir grūti savākt lielos burbuļos un izvadīt, tāpēc var tikt izslēgts. ir ievērojami palielināts; No otras puses, palielinās šķidrās fāzes viskozitāte, kas arī kavē aizplūšanu, burbuļu difūziju un burbuļu saplūšanu, kā arī uzlabo spēju stabilizēt burbuļus. Tādējādi var iegūt celulozes ētera ietekmes režīmu uz cementa javas poru lieluma sadalījumu: poru izmēru diapazonā, kas pārsniedz 100 nm, burbuļus var ievadīt, samazinot šķidrās fāzes virsmas spraigumu, un burbuļu difūziju var kavēt palielināt šķidruma viskozitāti; 30 nm ~ 60 nm apgabalā poru skaitu reģionā var ietekmēt, kavējot mazāku burbuļu saplūšanu.

5. Nejonu celulozes ētera ietekme uz polimērcementa mehāniskajām īpašībām

Polimērcementa mehāniskās īpašības ir cieši saistītas ar tā morfoloģiju. Pievienojot nejonu celulozes ēteri, palielinās porainība, kas noteikti negatīvi ietekmē tā stiprību, īpaši spiedes izturību un lieces izturību. Cementa javas spiedes stiprības samazinājums ir ievērojami lielāks nekā lieces izturība. Ou Zhihua et al. pētīja dažādu veidu nejonu celulozes ētera ietekmi uz cementa javas mehāniskajām īpašībām un atklāja, ka celulozes ētera modificētās cementa javas stiprība ir zemāka nekā tīrai cementa javai, un zemākā 28d spiedes izturība bija tikai 44,3%. no tīra cementa vircas. Modificētās HPMc, HEMC un MC celulozes ētera spiedes stiprība un lieces izturība ir līdzīga, savukārt HEc modificētās cementa vircas spiedes stiprība un lieces izturība katrā vecumā ir ievērojami augstāka. Tas ir cieši saistīts ar to viskozitāti vai molekulmasu, jo augstāka ir celulozes ētera viskozitāte vai molekulmasa, vai jo lielāka ir virsmas aktivitāte, jo mazāka ir tā modificētās cementa javas stiprība.

Tomēr ir arī pierādīts, ka nejonu celulozes ēteris var uzlabot cementa javas stiepes izturību, elastību un kohēziju. Huangs Liangens u.c. konstatēts, ka, pretēji spiedes stiprības izmaiņu likumam, vircas bīdes izturība un stiepes izturība palielinājās, palielinoties celulozes ētera saturam cementa javā. Iemesla analīze pēc celulozes ētera un polimēra emulsijas pievienošanas kopā, veidojot lielu skaitu blīvu polimēru plēves, ievērojami uzlabo vircas un cementa hidratācijas produktu, nehidrētu cementa, pildvielu un citu šajā plēvē iepildīto materiālu elastību. , lai nodrošinātu pārklājuma sistēmas stiepes izturību.

Lai uzlabotu nejonu celulozes ētera modificētā polimērcementa veiktspēju, vienlaikus uzlabotu cementa javas fizikālās īpašības, būtiski nepazeminot tās mehāniskās īpašības, ierastā prakse ir saskaņot celulozes ēteri un citus piejaukumus, kas pievienoti cementa java. Li Tao-vens u.c. atklāja, ka kompozītmateriāla piedeva, kas sastāv no celulozes ētera un polimēru līmes pulvera, ne tikai nedaudz uzlaboja javas lieces izturību un spiedes izturību, tādējādi cementa javas kohēzija un viskozitāte ir piemērotāka pārklājuma konstrukcijai, bet arī ievērojami uzlaboja ūdens aizturi. javas ietilpība salīdzinājumā ar atsevišķu celulozes ēteri. Xu Qi et al. pievienots izdedžu pulveris, ūdens reducētājs un HEMc, kā arī konstatēts, ka ūdens reducējošais līdzeklis un minerālpulveris var palielināt javas blīvumu, samazināt caurumu skaitu, lai uzlabotu javas izturību un elastības moduli. HEMc var palielināt javas stiepes saiti, bet tas nav labs javas spiedes stiprībai un elastības modulim. Yang Xiaojie et al. konstatēja, ka cementa javas plastisko saraušanās plaisāšanu var ievērojami samazināt pēc HEMc un PP šķiedras sajaukšanas.

6. Secinājums

Polimēru cementā svarīga loma ir nejonu celulozes ēterim, kas var būtiski uzlabot cementa javas fizikālās īpašības (tostarp aizkavē koagulāciju, ūdens aizturi, sabiezēšanu), mikroskopisko morfoloģiju un mehāniskās īpašības. Ir paveikts liels darbs pie cementa bāzes materiālu modifikācijas ar celulozes ēteri, taču joprojām pastāv dažas problēmas, kas jāturpina pētīt. Piemēram, praktiskajās inženierzinātnēs maz uzmanības tiek pievērsts modificēto cementa bāzes materiālu reoloģijai, deformācijas īpašībām, tilpuma stabilitātei un izturībai, un ar pievienotu celulozes ēteri nav izveidota regulāra atbilstoša saikne. Pētījumi par celulozes ētera polimēru un cementa hidratācijas produktu migrācijas mehānismu hidratācijas reakcijā joprojām ir nepietiekami. Salikto piedevu, kas sastāv no celulozes ētera un citiem piemaisījumiem, darbības process un mehānisms nav pietiekami skaidrs. Celulozes ētera un neorganisku pastiprinātu materiālu, piemēram, stikla šķiedras, kompozīta pievienošana nav pilnveidota. Tas viss būs turpmāko pētījumu uzmanības centrā, lai sniegtu teorētiskus norādījumus polimērcementa veiktspējas turpmākai uzlabošanai.