Kesan suhu ambien ke atas kebolehkerjaan gipsum diubah suai eter selulosa

Prestasi gipsum diubah suai selulosa eter pada suhu ambien yang berbeza adalah sangat berbeza, tetapi mekanismenya tidak jelas. Kesan selulosa eter pada parameter reologi dan pengekalan air buburan gipsum pada suhu ambien yang berbeza telah dikaji. Diameter hidrodinamik selulosa eter dalam fasa cecair diukur dengan kaedah penyerakan cahaya dinamik, dan mekanisme pengaruh telah diterokai. Keputusan menunjukkan bahawa selulosa eter mempunyai kesan penahan air dan penebalan yang baik pada gipsum. Dengan peningkatan kandungan eter selulosa, kelikatan buburan meningkat dan kapasiti penahan air meningkat. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan suhu, kapasiti penahan air buburan gipsum diubah suai berkurangan ke tahap tertentu, dan parameter reologi juga berubah. Memandangkan persatuan koloid eter selulosa boleh mencapai pengekalan air dengan menyekat saluran pengangkutan air, kenaikan suhu boleh membawa kepada perpecahan persatuan volum besar yang dihasilkan oleh eter selulosa, sekali gus mengurangkan pengekalan air dan prestasi kerja gipsum yang diubah suai.

Kata kunci:gipsum; Eter selulosa; Suhu; Pengekalan air; reologi

0. Pengenalan

Gipsum, sebagai sejenis bahan mesra alam dengan pembinaan yang baik dan sifat fizikal, digunakan secara meluas dalam projek hiasan. Dalam penggunaan bahan berasaskan gipsum, agen penahan air biasanya ditambah untuk mengubah suai buburan untuk mengelakkan kehilangan air dalam proses penghidratan dan pengerasan. Eter selulosa adalah agen penahan air yang paling biasa pada masa ini. Oleh kerana CE ionik akan bertindak balas dengan Ca2+, selalunya menggunakan CE bukan ionik, seperti: eter hidroksipropil metil selulosa, eter hidroksietil metil selulosa dan eter selulosa metil. Adalah penting untuk mengkaji sifat-sifat gipsum yang diubah suai selulosa eter untuk penggunaan gipsum yang lebih baik dalam kejuruteraan hiasan.

Eter selulosa ialah sebatian molekul tinggi yang dihasilkan oleh tindak balas selulosa alkali dan agen pengeteran dalam keadaan tertentu. Eter selulosa bukan ionik yang digunakan dalam kejuruteraan pembinaan mempunyai penyebaran yang baik, pengekalan air, ikatan dan kesan penebalan. Penambahan eter selulosa mempunyai kesan yang sangat jelas terhadap pengekalan air gipsum, tetapi kekuatan lentur dan mampatan badan yang dikeraskan gipsum juga berkurangan sedikit dengan peningkatan jumlah penambahan. Ini kerana eter selulosa mempunyai kesan kemasukan udara tertentu, yang akan memperkenalkan buih dalam proses pencampuran buburan, sekali gus mengurangkan sifat mekanikal badan yang mengeras. Pada masa yang sama, terlalu banyak selulosa eter akan menjadikan campuran gipsum terlalu melekit, mengakibatkan prestasi pembinaannya.

Proses penghidratan gipsum boleh dibahagikan kepada empat langkah: pembubaran kalsium sulfat hemihidrat, penghabluran nukleasi kalsium sulfat dihidrat, pertumbuhan nukleus kristal dan pembentukan struktur kristal. Dalam proses penghidratan gipsum, kumpulan berfungsi hidrofilik selulosa eter yang terjerap pada permukaan zarah gipsum akan menetapkan sebahagian daripada molekul air, sekali gus melambatkan proses nukleasi penghidratan gipsum dan memanjangkan masa penetapan gipsum. Melalui pemerhatian SEM, Mroz mendapati bahawa walaupun kehadiran selulosa eter melambatkan pertumbuhan kristal, tetapi meningkatkan pertindihan dan pengagregatan kristal.

Eter selulosa mengandungi kumpulan hidrofilik supaya ia mempunyai hidrofilik tertentu, rantai panjang polimer saling bersambung antara satu sama lain supaya ia mempunyai kelikatan yang tinggi, interaksi kedua-duanya menjadikan selulosa mempunyai kesan penebalan penahan air yang baik pada campuran gipsum. Bulichen menerangkan mekanisme pengekalan air selulosa eter dalam simen. Pada pencampuran rendah, selulosa eter menjerap pada simen untuk penyerapan air intramolekul dan disertai dengan bengkak untuk mencapai pengekalan air. Pada masa ini, pengekalan air adalah lemah. Dos yang tinggi, selulosa eter akan membentuk ratusan nanometer hingga beberapa mikron polimer koloid, dengan berkesan menyekat sistem gel di dalam lubang, untuk mencapai pengekalan air yang cekap. Mekanisme tindakan eter selulosa dalam gipsum adalah sama seperti dalam simen, tetapi kepekatan SO42- yang lebih tinggi dalam fasa bendalir buburan gipsum akan melemahkan kesan penahan air selulosa.

Berdasarkan kandungan di atas, boleh didapati bahawa penyelidikan semasa tentang gipsum yang diubah suai selulosa eter kebanyakannya tertumpu kepada proses penghidratan eter selulosa pada campuran gipsum, sifat pengekalan air, sifat mekanikal dan struktur mikro badan yang mengeras, dan mekanisme eter selulosa. pengekalan air. Walau bagaimanapun, kajian mengenai interaksi antara selulosa eter dan buburan gipsum pada suhu tinggi masih tidak mencukupi. Larutan berair selulosa eter akan menjadi gelatin pada suhu tertentu. Apabila suhu meningkat, kelikatan larutan akueus selulosa eter akan berkurangan secara beransur-ansur. Apabila suhu gelatinisasi dicapai, selulosa eter akan dimendakan menjadi gel putih. Sebagai contoh, dalam pembinaan musim panas, suhu ambien adalah tinggi, sifat gel haba selulosa eter terikat untuk membawa kepada perubahan dalam kebolehkerjaan buburan gipsum yang diubah suai. Kerja ini meneroka kesan kenaikan suhu ke atas kebolehkerjaan bahan gipsum diubah suai selulosa eter melalui eksperimen sistematik, dan menyediakan panduan untuk aplikasi praktikal gipsum diubah suai selulosa eter.

1. Eksperimen

1.1 Bahan Mentah

Gypsum ialah gipsum bangunan semula jadi jenis β yang disediakan oleh Beijing Ecological Home Group.

Eter selulosa dipilih daripada eter hidroksipropil metil selulosa Kumpulan Shandong Yiteng, spesifikasi produk untuk 75,000 mPa·s, 100,000 mPa·s dan 200000mPa·s, suhu pemisahan melebihi 60 ℃. Asid sitrik dipilih sebagai retarder gipsum.

1.2 Ujian Reologi

Instrumen ujian reologi yang digunakan ialah rheometer RST⁃CC yang dihasilkan oleh BROOKFIELD USA. Parameter reologi seperti kelikatan plastik dan tegasan ricih hasil buburan gipsum ditentukan oleh bekas sampel MBT⁃40F⁃0046 dan rotor CC3⁃40, dan data diproses oleh perisian RHE3000.

Ciri-ciri campuran gipsum menepati tingkah laku reologi cecair Bingham, yang biasanya dikaji menggunakan model Bingham. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh pseudoplastisitas selulosa eter yang ditambah kepada gipsum diubah suai polimer, campuran buburan biasanya menunjukkan sifat penipisan ricih tertentu. Dalam kes ini, model Bingham (M⁃B) yang diubah suai boleh menerangkan dengan lebih baik lengkung reologi gipsum. Untuk mengkaji ubah bentuk ricih gipsum, kerja ini juga menggunakan model Herschel⁃Bulkley (H⁃B).

1.3 Ujian pengekalan air

Prosedur ujian rujuk GB/T28627⁃2012 Plastering Plaster. Semasa eksperimen dengan suhu sebagai pembolehubah, gipsum dipanaskan 1j lebih awal pada suhu yang sepadan dalam ketuhar, dan air campuran yang digunakan dalam eksperimen dipanaskan 1j dalam suhu yang sepadan dalam mandi air suhu malar, dan instrumen digunakan telah dipanaskan terlebih dahulu.

1.4 Ujian diameter hidrodinamik

Diameter hidrodinamik (D50) persatuan polimer HPMC dalam fasa cecair diukur menggunakan penganalisis saiz zarah penyerakan cahaya dinamik (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Keputusan dan perbincangan

2.1 Sifat reologi gipsum diubah suai HPMC

Kelikatan ketara ialah nisbah tegasan ricih kepada kadar ricih yang bertindak pada bendalir dan merupakan parameter untuk mencirikan aliran bendalir bukan Newtonian. Kelikatan ketara buburan gipsum yang diubah suai berubah dengan kandungan eter selulosa di bawah tiga spesifikasi berbeza (75000mPa·s, 100,000mpa·s dan 200000mPa·s). Suhu ujian ialah 20 ℃. Apabila kadar ricih rheometer ialah 14min-1, boleh didapati bahawa kelikatan buburan gipsum meningkat dengan peningkatan penggabungan HPMC, dan semakin tinggi kelikatan HPMC, semakin tinggi kelikatan buburan gipsum yang diubah suai. Ini menunjukkan bahawa HPMC mempunyai kesan penebalan dan kelikatan yang jelas pada buburan gipsum. Buburan gipsum dan eter selulosa adalah bahan dengan kelikatan tertentu. Dalam campuran gipsum yang diubah suai, eter selulosa diserap pada permukaan produk penghidratan gipsum, dan rangkaian yang dibentuk oleh eter selulosa dan rangkaian yang dibentuk oleh campuran gipsum dijalin, menghasilkan "kesan superposisi", yang meningkatkan kelikatan keseluruhan dengan ketara. bahan berasaskan gipsum yang diubah suai.

Lengkung tegasan ricih ⁃ gipsum tulen (G⁃H) dan pes gipsum diubah suai (G⁃H) didopkan dengan 75000mPa· s-HPMC, seperti yang disimpulkan daripada model Bingham (M⁃B) yang disemak semula. Ia boleh didapati bahawa dengan peningkatan kadar ricih, tegasan ricih campuran juga meningkat. Nilai kelikatan plastik (ηp) dan tegasan ricih hasil (τ0) bagi gipsum tulen dan gipsum diubah suai HPMC pada suhu berbeza diperolehi.

Daripada nilai kelikatan plastik (ηp) dan tegasan ricih hasil (τ0) gipsum tulen dan gipsum terubahsuai HPMC pada suhu yang berbeza, dapat dilihat bahawa tegasan hasil gipsum terubah suai HPMC akan berkurangan secara berterusan dengan peningkatan suhu, dan hasil tekanan akan berkurangan 33% pada 60 ℃ berbanding dengan 20 ℃. Dengan memerhatikan lengkung kelikatan plastik, boleh didapati bahawa kelikatan plastik buburan gipsum diubah suai juga berkurangan dengan peningkatan suhu. Walau bagaimanapun, tegasan hasil dan kelikatan plastik buburan gipsum tulen meningkat sedikit dengan peningkatan suhu, yang menunjukkan bahawa perubahan parameter reologi buburan gipsum diubah suai HPMC dalam proses peningkatan suhu adalah disebabkan oleh perubahan sifat HPMC.

Nilai tegasan hasil buburan gipsum mencerminkan nilai tegasan ricih maksimum apabila buburan itu menentang ubah bentuk ricih. Lebih besar nilai tegasan hasil, lebih stabil buburan gipsum. Kelikatan plastik mencerminkan kadar ubah bentuk buburan gipsum. Semakin besar kelikatan plastik, semakin lama masa ubah bentuk ricih buburan. Kesimpulannya, dua parameter reologi bagi buburan gipsum diubah suai HPMC berkurangan dengan jelas dengan peningkatan suhu, dan kesan pemekatan HPMC pada buburan gipsum menjadi lemah.

Ubah bentuk ricih buburan merujuk kepada kesan penebalan ricih atau penipisan ricih yang dicerminkan oleh buburan apabila tertakluk kepada daya ricih. Kesan ubah bentuk ricih buburan boleh dinilai dengan indeks pseudoplastik n diperoleh daripada lengkung pemasangan. Apabila n < 1, buburan gipsum menunjukkan penipisan ricih, dan darjah penipisan ricih buburan gipsum menjadi lebih tinggi dengan penurunan n. Apabila n > 1, buburan gipsum menunjukkan penebalan ricih, dan darjah penebalan ricih buburan gipsum meningkat dengan peningkatan n. Lengkung reologi buburan gipsum diubah suai HPMC pada suhu berbeza berdasarkan pemasangan model Herschel⁃Bulkley (H⁃B), dengan itu mendapatkan indeks pseudoplastik n buburan gipsum diubah suai HPMC.

Mengikut indeks pseudoplastik n buburan gipsum diubah suai HPMC, ubah bentuk ricih buburan gipsum bercampur dengan HPMC adalah penipisan ricih, dan nilai n secara beransur-ansur meningkat dengan peningkatan suhu, yang menunjukkan bahawa kelakuan penipisan ricih gipsum diubah suai HPMC akan menjadi lemah ke tahap tertentu apabila dipengaruhi oleh suhu.

Berdasarkan perubahan kelikatan ketara buburan gipsum diubah suai dengan kadar ricih dikira daripada data tegasan ricih 75000 mPa· HPMC pada suhu yang berbeza, boleh didapati bahawa kelikatan plastik buburan gipsum diubah suai berkurangan dengan cepat dengan peningkatan kadar ricih, yang mengesahkan hasil pemasangan model H⁃B. Buburan gipsum yang diubah suai menunjukkan ciri penipisan ricih. Dengan peningkatan suhu, kelikatan ketara campuran berkurangan ke tahap tertentu pada kadar ricih yang rendah, yang menunjukkan bahawa kesan penipisan ricih buburan gipsum diubah suai menjadi lemah.

Dalam penggunaan sebenar dempul gipsum, buburan gipsum dikehendaki mudah berubah bentuk dalam proses menggosok dan kekal stabil semasa rehat, yang memerlukan buburan gipsum mempunyai ciri penipisan ricih yang baik, dan perubahan ricih gipsum diubah suai HPMC jarang berlaku. tahap tertentu, yang tidak kondusif untuk pembinaan bahan gipsum. Kelikatan HPMC adalah salah satu parameter penting, dan juga sebab utama bahawa ia memainkan peranan penebalan untuk meningkatkan ciri-ciri pembolehubah aliran pencampuran. Eter selulosa itu sendiri mempunyai sifat gel panas, kelikatan larutan akueusnya berkurangan secara beransur-ansur apabila suhu meningkat, dan gel putih mengendap apabila mencapai suhu gelasi. Perubahan parameter reologi selulosa eter diubah suai gipsum dengan suhu berkait rapat dengan perubahan kelikatan, kerana kesan penebalan adalah hasil daripada superposisi eter selulosa dan buburan campuran. Dalam kejuruteraan praktikal, kesan suhu persekitaran terhadap prestasi HPMC perlu dipertimbangkan. Sebagai contoh, suhu bahan mentah harus dikawal dalam suhu tinggi pada musim panas untuk mengelakkan prestasi kerja buruk gipsum diubah suai yang disebabkan oleh suhu tinggi.

2.2 Pengekalan air daripadaGipsum diubah suai HPMC

Pengekalan air buburan gipsum yang diubah suai dengan tiga spesifikasi berbeza selulosa eter diubah dengan keluk dos. Dengan peningkatan dos HPMC, kadar pengekalan air buburan gipsum bertambah baik dengan ketara, dan trend peningkatan menjadi stabil apabila dos HPMC mencapai 0.3%. Akhirnya, kadar pengekalan air buburan gipsum adalah stabil pada 90% ~ 95%. Ini menunjukkan bahawa HPMC mempunyai kesan penahanan air yang jelas pada pes pes batu, tetapi kesan penahan air tidak bertambah baik dengan ketara kerana dos terus meningkat. Tiga spesifikasi perbezaan kadar pengekalan air HPMC tidak besar, sebagai contoh, apabila kandungan adalah 0.3%, julat kadar pengekalan air ialah 5%, sisihan piawai ialah 2.2. HPMC dengan kelikatan tertinggi bukanlah kadar pengekalan air tertinggi, dan HPMC dengan kelikatan terendah bukanlah kadar pengekalan air yang paling rendah. Walau bagaimanapun, berbanding dengan gipsum tulen, kadar pengekalan air bagi tiga HPMC untuk buburan gipsum bertambah baik dengan ketara, dan kadar pengekalan air bagi gipsum yang diubah suai dalam kandungan 0.3% meningkat sebanyak 95%, 106%, 97% berbanding dengan kumpulan kawalan kosong. Eter selulosa jelas boleh meningkatkan pengekalan air buburan gipsum. Dengan peningkatan kandungan HPMC, kadar pengekalan air buburan gipsum diubah suai HPMC dengan kelikatan berbeza secara beransur-ansur mencapai titik tepu. 10000mPa·sHPMC mencapai titik tepu pada 0.3%, 75000mPa·s dan 20000mPa·s HPMC mencapai titik tepu pada 0.2%. Keputusan menunjukkan bahawa pengekalan air 75000mPa·s HPMC diubah suai gipsum berubah dengan suhu di bawah dos yang berbeza. Dengan penurunan suhu, kadar pengekalan air gipsum diubah suai HPMC secara beransur-ansur berkurangan, manakala kadar pengekalan air gipsum tulen pada asasnya kekal tidak berubah, menunjukkan bahawa peningkatan suhu melemahkan kesan pengekalan air HPMC pada gipsum. Kadar pengekalan air HPMC menurun sebanyak 31.5% apabila suhu meningkat daripada 20 ℃ kepada 40 ℃. Apabila suhu meningkat dari 40 ℃ hingga 60 ℃, kadar pengekalan air gipsum diubah suai HPMC pada asasnya adalah sama dengan gipsum tulen, menunjukkan bahawa HPMC telah kehilangan kesan meningkatkan pengekalan air gipsum pada masa ini. Jian Jian dan Wang Peiming mencadangkan bahawa selulosa eter itu sendiri mempunyai fenomena gel terma, perubahan suhu akan membawa kepada perubahan dalam kelikatan, morfologi dan penjerapan selulosa eter, yang pasti membawa kepada perubahan dalam prestasi campuran buburan. Bulichen juga mendapati bahawa kelikatan dinamik larutan simen yang mengandungi HPMC berkurangan dengan peningkatan suhu.

Perubahan pengekalan air campuran yang disebabkan oleh peningkatan suhu harus digabungkan dengan mekanisme selulosa eter. Bulichen menerangkan mekanisme di mana eter selulosa boleh mengekalkan air dalam simen. Dalam sistem berasaskan simen, HPMC meningkatkan kadar pengekalan air buburan dengan mengurangkan kebolehtelapan "kek penapis" yang dibentuk oleh sistem penyimenan. Kepekatan tertentu HPMC dalam fasa cecair akan membentuk beberapa ratus nanometer kepada beberapa mikron persatuan koloid, ini mempunyai isipadu struktur polimer tertentu dengan berkesan boleh memasang saluran penghantaran air dalam campuran, mengurangkan kebolehtelapan "kek penapis", untuk mencapai pengekalan air yang cekap. Bulichen juga menunjukkan bahawa HPMCS dalam gipsum mempamerkan mekanisme yang sama. Oleh itu, kajian diameter hidromekanik perkaitan yang dibentuk oleh HPMC dalam fasa cecair dapat menjelaskan kesan HPMC terhadap pengekalan air gipsum.

2.3 Diameter hidrodinamik persatuan koloid HPMC

Lengkung pengedaran zarah kepekatan berbeza 75000mPa·s HPMC dalam fasa cecair, dan lengkung pengedaran zarah tiga spesifikasi HPMC dalam fasa cecair pada kepekatan 0.6%. Ia boleh dilihat daripada lengkung pengedaran zarah HPMC tiga spesifikasi dalam fasa cecair apabila kepekatan adalah 0.6% bahawa, dengan peningkatan kepekatan HPMC, saiz zarah sebatian berkaitan yang terbentuk dalam fasa cecair juga meningkat. Apabila kepekatannya rendah, zarah yang terbentuk oleh pengagregatan HPMC adalah kecil, dan hanya sebahagian kecil daripada agregat HPMC menjadi zarah kira-kira 100nm. Apabila kepekatan HPMC ialah 1%, terdapat sejumlah besar persatuan koloid dengan diameter hidrodinamik kira-kira 300nm, yang merupakan tanda penting pertindihan molekul. Struktur pempolimeran "isipadu besar" ini boleh menyekat saluran penghantaran air dalam campuran dengan berkesan, mengurangkan "kebolehtelapan kek", dan pengekalan air yang sepadan bagi campuran gipsum pada kepekatan ini juga lebih besar daripada 90%. Diameter hidromekanikal HPMC dengan kelikatan berbeza dalam fasa cecair pada asasnya adalah sama, yang menerangkan kadar pengekalan air yang sama bagi buburan gipsum diubah suai HPMC dengan kelikatan yang berbeza.

Lengkung pengedaran saiz zarah 75000mPa·s HPMC dengan kepekatan 1% pada suhu berbeza. Dengan peningkatan suhu, penguraian persatuan koloid HPMC boleh didapati dengan jelas. Pada 40 ℃, jumlah besar perkaitan 300nm hilang sepenuhnya dan terurai menjadi zarah volum kecil 15nm. Dengan peningkatan suhu selanjutnya, HPMC menjadi zarah yang lebih kecil, dan pengekalan air buburan gipsum hilang sepenuhnya.

Fenomena sifat HPMC berubah dengan kenaikan suhu juga dikenali sebagai sifat gel panas, pandangan umum yang sedia ada ialah pada suhu rendah, makromolekul HPMC mula-mula tersebar dalam air untuk melarutkan larutan, molekul HPMC dalam kepekatan tinggi akan membentuk persatuan zarah yang besar. . Apabila suhu meningkat, penghidratan HPMC menjadi lemah, air di antara rantai dilepaskan secara beransur-ansur, sebatian persatuan besar secara beransur-ansur tersebar menjadi zarah-zarah kecil, kelikatan larutan berkurangan, dan struktur rangkaian tiga dimensi terbentuk apabila penggelapan. suhu dicapai, dan gel putih dimendakan.

Bodvik mendapati bahawa struktur mikro dan sifat penjerapan HPMC dalam fasa cecair telah diubah. Digabungkan dengan teori Bulichen tentang persatuan koloid HPMC yang menyekat saluran pengangkutan air buburan, disimpulkan bahawa peningkatan suhu membawa kepada perpecahan persatuan koloid HPMC, mengakibatkan penurunan pengekalan air gipsum diubah suai.

3. Kesimpulan

(1) Selulosa eter itu sendiri mempunyai kelikatan yang tinggi dan kesan "superimposed" dengan buburan gipsum, memainkan kesan pemekat yang jelas. Pada suhu bilik, kesan pemekatan menjadi lebih jelas dengan peningkatan kelikatan dan dos selulosa eter. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan suhu, kelikatan eter selulosa berkurangan, kesan penebalannya menjadi lemah, tegasan ricih hasil dan kelikatan plastik campuran gipsum berkurangan, pseudoplasticity menjadi lemah, dan sifat pembinaan menjadi lebih teruk.

(2) Selulosa eter meningkatkan pengekalan air gipsum, tetapi dengan peningkatan suhu, pengekalan air gipsum diubah suai juga berkurangan dengan ketara, walaupun pada 60 ℃ akan kehilangan sepenuhnya kesan pengekalan air. Kadar pengekalan air buburan gipsum telah dipertingkatkan dengan ketara oleh eter selulosa, dan kadar pengekalan air buburan gipsum diubah suai HPMC dengan kelikatan berbeza secara beransur-ansur mencapai titik tepu dengan peningkatan dos. Pengekalan air gipsum secara amnya berkadar dengan kelikatan selulosa eter, pada kelikatan tinggi mempunyai sedikit kesan.

(3) Faktor dalaman yang mengubah pengekalan air selulosa eter dengan suhu berkait rapat dengan morfologi mikroskopik selulosa eter dalam fasa cecair. Pada kepekatan tertentu, selulosa eter cenderung untuk beragregat untuk membentuk persatuan koloid yang besar, menyekat saluran pengangkutan air campuran gipsum untuk mencapai pengekalan air yang tinggi. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan suhu, disebabkan oleh sifat gelilasi haba selulosa eter itu sendiri, persatuan koloid besar yang terbentuk sebelum ini tersebar semula, membawa kepada penurunan prestasi pengekalan air.