Целлюлозын эфирээр өөрчилсөн цементийн зутан

Цементийн зутангийн нүх сүвний бүтцэд ион бус целлюлозын эфирийн янз бүрийн молекулын бүтцийн нөлөөг гүйцэтгэлийн нягтын туршилт, макроскоп болон микроскопийн нүх сүвний бүтцийн ажиглалтаар судалсан. Үр дүн нь ионик бус целлюлозын эфир нь цементийн зутангийн сүвэрхэг чанарыг нэмэгдүүлэх боломжтой болохыг харуулж байна. Ион бус целлюлозын эфирийн хувиргасан зутангийн зуурамтгай чанар ойролцоо байвал сүвэрхэг чанаргидроксиэтил целлюлозын эфир(HEC) өөрчилсөн зутан нь гидроксипропил метил целлюлозын эфир (HPMC) ба метил целлюлозын эфир (MC) өөрчлөгдсөн зутангаас бага байна. Ижил бүлгийн агууламжтай HPMC целлюлозын эфирийн зуурамтгай чанар/харьцангуй молекул жин бага байх тусам түүний өөрчлөгдсөн цементийн зутангийн сүвэрхэг чанар бага байна. Ион бус целлюлозын эфир нь шингэний фазын гадаргуугийн хурцадмал байдлыг бууруулж, цементийн зутанг бөмбөлөг үүсгэхэд хялбар болгодог. Ионы бус целлюлозын эфирийн молекулууд нь бөмбөлгүүдийн хий-шингэний интерфэйс дээр чиглэлтэй шингэдэг бөгөөд энэ нь цементийн зутан фазын зуурамтгай чанарыг нэмэгдүүлж, цементийн зутангийн бөмбөлгийг тогтворжуулах чадварыг нэмэгдүүлдэг.

Түлхүүр үгс:ионик бус целлюлозын эфир; Цементийн зутан; нүхний бүтэц; Молекулын бүтэц; Гадаргуугийн хурцадмал байдал; зуурамтгай чанар

Нионик бус целлюлозын эфир (цаашид целлюлозын эфир гэх) нь өтгөрүүлэх, ус хадгалах чадвар сайтай бөгөөд хуурай холимог зуурмаг, өөрөө нягтардаг бетон болон бусад шинэ цементэн материалд өргөн хэрэглэгддэг. Цемент дээр суурилсан материалд ашигладаг целлюлозын эфирт ихэвчлэн метил целлюлозын эфир (MC), гидроксипропил метил целлюлозын эфир (HPMC), гидроксиэтил метил целлюлозын эфир (HEMC) болон гидроксиэтил целлюлозын эфир (HEC) багтдаг бөгөөд эдгээрийн дунд HPMC болон HEMC нь хамгийн түгээмэл хэрэглээ юм. .

Целлюлозын эфир нь цементийн зутангийн нүх сүвний бүтцэд ихээхэн нөлөөлдөг. Pourchez нар илт нягтын туршилт, нүх сүвний хэмжээ (мөнгөн ус шахах арга) болон sEM дүрсний шинжилгээгээр целлюлозын эфир нь ойролцоогоор 500 нм диаметртэй нүх, 50-250 μм диаметртэй нүх сүвний тоог нэмэгдүүлэх боломжтой гэж дүгнэжээ. цементийн зутан. Түүнчлэн хатуурсан цементийн зутангийн хувьд бага молекул жинтэй HEC-ээр өөрчилсөн цементийн зутангийн нүх сүвний хэмжээ нь цэвэр цементийн зутантай төстэй байна. Өндөр молекул жинтэй HEC-ээр өөрчилсөн цементийн зутангийн нийт нүх сүвний хэмжээ нь цэвэр цементийн зутангаас их боловч HPMC-ийн өөрчилсөн цементийн зутангаас бага байна. SEM ажиглалтаар Zhang et al. HEMC нь цементийн зуурмаг дахь ойролцоогоор 0.1 мм диаметртэй нүх сүвний тоог мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх боломжтой болохыг тогтоожээ. Мөнгөн усны шахалтын туршилтаар тэд HEMC нь цементийн зутангийн нийт нүх сүвний хэмжээ болон дундаж нүхний диаметрийг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлж, улмаар 50нм ~ 1мкм диаметртэй том нүх, түүнээс дээш диаметртэй том нүх сүвний тоог мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх боломжтой болохыг тэд олж тогтоосон. 1 мкм-ээс их. Гэсэн хэдий ч 50 нм-ээс бага диаметртэй нүхний тоо мэдэгдэхүйц багассан. Сарик-Корик нар. целлюлозын эфир нь цементийн зутанг илүү сүвэрхэг болгож, макро нүхжилтийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг гэж үздэг. Женни нар. гүйцэтгэлийн нягтралыг туршиж үзээд HEMC-ийн өөрчилсөн цементийн зуурмагийн нүх сүвний эзлэхүүний эзлэхүүний хэмжээ ойролцоогоор 20%, харин цэвэр цементэн зуурмаг нь зөвхөн бага хэмжээний агаартай болохыг тогтоосон. Силва нар. Мөнгөн усны шахалтын туршилтаар 3.9 нм ба 40 ~ 75 нм-ийн хоёр оргилоос гадна 100 ~ 500 нм ба 100 μм-ээс дээш өндөрт хоёр оргил байгааг олж мэдэв. Ма Баогуо нар. Целлюлозын эфир нь мөнгөн ус шахах туршилтаар цементийн зуурмаг дахь 1μм-ээс бага диаметртэй нарийн нүх, 2μм-ээс их диаметртэй том нүхний тоог ихэсгэдэг болохыг тогтоожээ. Целлюлозын эфир нь цементийн зутангийн сүвэрхэг чанарыг ихэсгэдэг шалтгааны хувьд целлюлозын эфир нь гадаргын идэвхжилтэй, агаар, усны интерфейсийг баяжуулж, цементийн зутан дахь бөмбөлгийг тогтворжуулахын тулд хальс үүсгэдэг гэж үздэг.

Дээрх уран зохиолын шинжилгээгээр цементэн суурьтай материалын нүх сүвний бүтцэд целлюлозын эфирийн нөлөө ихээхэн анхаарал хандуулж байгааг харж болно. Гэсэн хэдий ч олон төрлийн целлюлозын эфир байдаг, ижил төрлийн целлюлозын эфир, харьцангуй молекулын жин, бүлгийн агууламж болон бусад молекулын бүтцийн үзүүлэлтүүд нь маш өөр бөгөөд целлюлозын эфирийн сонголтын талаар дотоод гадаадын судлаачид зөвхөн тэдгээрийн хэрэглээгээр хязгаарлагддаг. талбар, төлөөллийн хомсдол, дүгнэлт нь зайлшгүй "хэт ерөнхийлөн" тул целлюлозын эфирийн механизмын тайлбар хангалттай гүн биш юм. Энэхүү нийтлэлд цементийн зутангийн нүх сүвний бүтцэд янз бүрийн молекулын бүтэцтэй целлюлозын эфирийн нөлөөллийг илт нягтын туршилт, макроскоп болон микроскопийн нүх сүвний бүтцийг ажиглах замаар судалсан.

1. Туршилт

1.1 Түүхий эд

Цемент нь Huaxin Cement Co., LTD-д үйлдвэрлэсэн P·O 42.5 стандартын энгийн портланд цемент байсан бөгөөд химийн найрлагыг AXIOS Ad-Vanced долгионы уртын дисперсийн төрлийн рентген флюресцент спектрометрээр (PANa — lytical, Нидерланд) хэмжсэн. мөн фазын найрлагыг Богугийн аргаар тооцоолсон.

Целлюлозын эфир нь метил целлюлозын эфир (MC), гидроксипропил метил целлюлозын эфир (HPMC1, HPMC2) ба гидроксиэтил целлюлозын эфир (HEC), HPMC1 молекулын бүтэц, HPMC2 гэсэн дөрвөн төрлийн арилжааны целлюлозын эфирийг сонгосон боловч зуурамтгай чанар нь HPMC2-ээс хамаагүй бага юм. , Өөрөөр хэлбэл HPMC1-ийн харьцангуй молекул масс нь HPMC2-ээс хамаагүй бага байна. Гидроксиэтил метил целлюлозын эфир (HEMc) ба HPMC-ийн ижил төстэй шинж чанаруудаас шалтгаалан HEMC-ийг энэ судалгаанд сонгоогүй. Туршилтын үр дүнд чийгийн агууламж нөлөөлөхгүйн тулд целлюлозын бүх эфирийг хэрэглэхээс өмнө 98 хэмд 2 цагийн турш жигнэх хэрэгтэй.

Целлюлозын эфирийн зуурамтгай чанарыг NDJ-1B эргэлдэгч вискозиметрээр (Шанхай Чанжи компани) туршсан. Туршилтын уусмалын концентраци (целлюлозын эфирийн усны массын харьцаа) 2.0%, температур 20 ° C, эргэлтийн хурд 12р/мин байв. Целлюлозын эфирийн гадаргуугийн хурцадмал байдлыг цагирагийн аргаар туршсан. Туршилтын хэрэгсэл нь JK99A автомат даралт хэмжигч (Shanghai Zhongchen компани) байв. Туршилтын уусмалын концентраци 0.01%, температур нь 20 хэм байв. Целлюлозын эфирийн бүлгийн агууламжийг үйлдвэрлэгчээс өгдөг.

Целлюлозын эфирийн зуурамтгай чанар, гадаргуугийн хурцадмал байдал, бүлгийн агууламжаас хамааран уусмалын концентраци 2.0% байх үед HEC ба HPMC2 уусмалын зуурамтгай чанар 1: 1.6, HEC ба MC уусмалын зуурамтгай чанар 1: 0.4, харин Энэ туршилтанд ус-цементийн харьцаа 0.35, цементийн хамгийн их харьцаа 0.6%, целлюлозын эфирийн ус ба массын харьцаа 1.7% орчим, 2.0% -иас бага, цементийн зутангийн синергетик нөлөө нь зуурамтгай чанарт нөлөөлдөг тул HEC, HPMC2 эсвэл MC өөрчлөгдсөн цементийн зутангийн зуурамтгай чанар бага байна.

Целлюлозын эфирийн зуурамтгай чанар, гадаргуугийн хурцадмал байдал, бүлгийн агууламжаас хамааран целлюлозын эфир бүрийн гадаргуугийн хурцадмал байдал өөр байна. Целлюлозын эфир нь гидрофиль бүлэг (гидроксил ба эфирийн бүлэг) ба гидрофобик бүлгүүд (метил ба глюкозын нүүрстөрөгчийн цагираг) хоёулаа байдаг бөгөөд гадаргуугийн идэвхтэй бодис юм. Целлюлозын эфир нь ялгаатай, гидрофиль ба гидрофобик бүлгийн төрөл, агуулга нь өөр өөр байдаг тул гадаргуугийн хурцадмал байдал өөр өөр байдаг.

1.2 Туршилтын аргууд

Цэвэр цементийн зутан, 0.60% цементийн харьцаатай 4 целлюлозын эфир (MC, HPMCl, HPMC2, HEC) өөрчлөгдсөн цементийн зутан, 0.05% цементийн харьцаатай HPMC2 өөрчлөгдсөн цементийн зутан зэрэг зургаан төрлийн цементийн зутан бэлтгэсэн. Ref, MC - 0.60, HPMCl - 0.60, Hpmc2-0.60. HEC 1-0.60 ба hpMC2-0.05 нь ус-цементийн харьцаа хоёулаа 0.35 байгааг харуулж байна.

Цементийн зутанг эхлээд GB/T 17671 1999 "Цементийн зуурмагийн бат бэхийн туршилтын арга (ISO арга)"-ын дагуу 40мм×40мм×160мм призмийн туршилтын блок болгон, 20℃ битүүмжилсэн 28d нөхцөлд хийсэн. Үзэгдэх нягтыг нь жигнэж, тооцоолсны дараа жижиг алхаар хагаран онгойлгож, туршилтын блокийн төв хэсгийн макро нүхний байдлыг дижитал камераар ажиглаж, гэрэл зургийг авсан. Үүний зэрэгцээ 2.5 ~ 5.0 мм хэмжээтэй жижиг хэсгүүдийг оптик микроскоп (HIROX гурван хэмжээст видео микроскоп) болон сканнерийн электрон микроскопоор (JSM-5610LV) ажиглах зорилгоор авсан.

2. Туршилтын үр дүн

2.1 Үзэгдэх нягт

Өөр өөр целлюлозын эфирээр өөрчилсөн цементийн зутангийн илэрхий нягтын дагуу (1) цэвэр цементийн зутангийн харагдах нягт нь хамгийн өндөр буюу 2044 кг/м³; 0.60%-ийн цементийн харьцаатай 4 төрлийн целлюлозын эфирийн хувиргасан зутангийн харагдах нягт нь цэвэр цементийн зутангаас 74% ~ 88% байсан нь цементийн зутангийн сүвэрхэг чанарыг нэмэгдүүлэхэд целлюлозын эфир нөлөөлсөн болохыг харуулж байна. (2) Цемент ба цементийн харьцаа 0.60% байх үед цементийн зутангийн сүвэрхэг чанарт янз бүрийн целлюлозын эфирийн нөлөө маш өөр байна. HEC, HPMC2 болон MC-ээр өөрчилсөн цементийн зутангийн зуурамтгай чанар ойролцоо боловч HEC-ээр өөрчилсөн цементийн зутангийн илэрхий нягт нь хамгийн өндөр байгаа нь HEC-ийн өөрчилсөн цементийн зутангийн сүвэрхэг чанар нь ижил зуурамтгай чанар бүхий HPMc2 болон Mc өөрчлөгдсөн цементийн зутангаас бага байгааг харуулж байна. . HPMc1 ба HPMC2 нь ижил бүлгийн агууламжтай боловч HPMCl-ийн зуурамтгай чанар нь HPMC2-ээс хамаагүй бага бөгөөд HPMCl-ийн өөрчилсөн цементийн зутангийн илэрхий нягтрал нь HPMC2 өөрчлөгдсөн цементийн зутангаас хамаагүй өндөр байгаа нь бүлгийн агууламж ижил төстэй байгааг харуулж байна. , целлюлозын эфирийн зуурамтгай чанар бага байх тусам өөрчлөгдсөн цементийн зутангийн сүвэрхэг чанар бага байна. (3) Цемент-цементийн харьцаа маш бага (0.05%) үед HPMC2-ийн өөрчилсөн цементийн зутангийн харагдах нягт нь үндсэндээ цэвэр цементийн зутантай ойролцоо байгаа нь цементийн сүвэрхэг чанарт целлюлозын эфирийн нөлөөг харуулж байна. зутан нь маш бага.

2.2 Макроскопийн нүх сүв

Целлюлозын эфирийн хувиргасан цементийн зутангийн дижитал камераар авсан зургуудаас харахад цэвэр цементийн зутан нь маш нягт, бараг харагдахуйц нүх сүвгүй; 0.60% цементийн харьцаатай 4 төрлийн целлюлозын эфирээр өөрчилсөн зутан нь макроскопийн нүхжилт ихтэй байдаг нь целлюлозын эфир нь цементийн зутангийн сүвэрхэг чанарыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг болохыг харуулж байна. Целлюлозын эфирийн янз бүрийн төрөл, агууламжийн цементийн зуурмагийн сүвэрхэг чанарт үзүүлэх нөлөө нь илэрхий нягтын туршилтын үр дүнтэй адил ялгаатай байна. HEC, HPMC2 болон MC-ийн өөрчилсөн зутангийн зуурамтгай чанар нь ойролцоо боловч HEC-ийн өөрчилсөн зутангийн сүвэрхэг чанар нь HPMC2 болон MC-ийн өөрчилсөн зутангаас бага байна. Хэдийгээр HPMC1 ба HPMC2 нь ижил бүлгийн агууламжтай боловч бага зуурамтгай чанар бүхий HPMC1 өөрчлөгдсөн зутан нь сүвэрхэг чанар багатай байдаг. HPMc2-ийн өөрчилсөн зутангийн цемент-цементийн харьцаа маш бага (0.05%) үед макроскопийн нүх сүвний тоо цэвэр цементийн зутангаас бага зэрэг ихсэх боловч HPMC2-ийн 0.60%-ийн цемент-цементтэй өөрчилсөн зутангаас хамаагүй багасдаг. - цементийн харьцаа.

2.3 Микроскопийн нүх сүв

4. Дүгнэлт

(1) Целлюлозын эфир нь цементийн зутангийн сүвэрхэг чанарыг нэмэгдүүлдэг.

(2) Целлюлозын эфирийн янз бүрийн молекулын бүтцийн параметр бүхий цементийн зутангийн сүвэрхэг чанарт үзүүлэх нөлөө нь өөр өөр байдаг: целлюлозын эфирээр өөрчилсөн цементийн зутангийн зуурамтгай чанар ижил байх үед HEC өөрчлөгдсөн цементийн зутангийн сүвэрхэг чанар HPMC болон MC-ийн өөрчилсөн зуурмагаас бага байна. цементийн зутан; Ижил бүлгийн агууламжтай HPMC целлюлозын эфирийн зуурамтгай чанар/харьцангуй молекул жин бага байх тусам түүний өөрчлөгдсөн цементийн зутангийн сүвэрхэг чанар бага байна.

(3) Целлюлозын эфирийг цементэн зуурмагт нэмсний дараа шингэний фазын гадаргуугийн хурцадмал байдал буурч, цементийн зутан нь бөмбөлөг үүсгэхэд хялбар, целлюлозын эфирийн молекулуудыг хөөсний хий-шингэний интерфэйс дэх чиглэлтэй шингээх, бат бөх чанарыг сайжруулдаг. бөмбөлөгт шингэний хальс нь бөмбөлөг хий-шингэний интерфэйс дэх шингээлт, бөмбөлөг шингэний хальсны бат бөх чанарыг сайжруулж, хөөсийг тогтворжуулах хатуу шаврын чадварыг бэхжүүлнэ.