Eter selulosa bukan ionik dalam simen polimer

Sebagai bahan tambahan yang sangat diperlukan dalam simen polimer, eter selulosa bukan ionik telah mendapat perhatian dan penyelidikan yang meluas. Berdasarkan literatur yang berkaitan di dalam dan luar negara, undang-undang dan mekanisme mortar simen terubah suai eter selulosa bukan ionik telah dibincangkan dari aspek jenis dan pemilihan eter selulosa bukan ionik, kesannya terhadap sifat fizikal simen polimer, kesannya terhadap mikromorfologi dan sifat mekanikal, dan kelemahan penyelidikan semasa dikemukakan. Kerja ini akan menggalakkan penggunaan eter selulosa dalam simen polimer.

Kata kunci: eter selulosa bukan ionik, simen polimer, sifat fizikal, sifat mekanikal, struktur mikro

1. Gambaran keseluruhan

Dengan peningkatan permintaan dan keperluan prestasi simen polimer dalam industri pembinaan, menambah bahan tambahan kepada pengubahsuaiannya telah menjadi tumpuan penyelidikan, antaranya, selulosa eter telah digunakan secara meluas kerana kesannya terhadap pengekalan air mortar simen, penebalan, terencat, udara. dan seterusnya. Dalam makalah ini, jenis-jenis eter selulosa, kesan ke atas sifat fizikal dan mekanikal simen polimer dan mikromorfologi simen polimer diterangkan, yang menyediakan rujukan teori untuk penggunaan eter selulosa dalam simen polimer.

2. Jenis eter selulosa bukan ionik

Eter selulosa adalah sejenis sebatian polimer dengan struktur eter yang diperbuat daripada selulosa. Terdapat banyak jenis eter selulosa, yang mempunyai pengaruh besar terhadap sifat bahan berasaskan simen dan sukar untuk dipilih. Mengikut struktur kimia substituen, ia boleh dibahagikan kepada eter anionik, kationik dan bukan ionik. Eter selulosa bukan ionik dengan substituen rantai sisi H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH dan kumpulan tidak boleh bercerai lain adalah yang paling banyak digunakan dalam simen, wakil tipikal ialah metil selulosa eter, hidroksipropil metil eter selulosa, eter hidroksietil metil selulosa, eter selulosa hidroksietil dan sebagainya. Pelbagai jenis eter selulosa mempunyai kesan yang berbeza pada masa penetapan simen. Menurut laporan literatur sebelum ini, HEC mempunyai keupayaan melambatkan terkuat untuk simen, diikuti oleh HPMc dan HEMc, dan Mc mempunyai yang paling teruk. Untuk jenis selulosa eter yang sama, berat molekul atau kelikatan, kandungan metil, hidroksietil, hidroksipropil kumpulan ini adalah berbeza, kesan melambatkannya juga berbeza. Secara umumnya, semakin besar kelikatan dan semakin tinggi kandungan kumpulan tidak boleh bercerai, semakin teruk keupayaan penangguhan. Oleh itu, dalam proses pengeluaran sebenar, mengikut keperluan pembekuan mortar komersial, kandungan kumpulan berfungsi yang sesuai eter selulosa boleh dipilih. Atau dalam pengeluaran eter selulosa pada masa yang sama, laraskan kandungan kumpulan berfungsi, menjadikannya memenuhi keperluan mortar yang berbeza.

3、pengaruh eter selulosa bukan ionik pada sifat fizikal simen polimer

3.1 Pembekuan perlahan

Untuk memanjangkan masa pengerasan penghidratan simen, supaya mortar yang baru dicampur dalam masa yang lama kekal plastik, untuk melaraskan masa penetapan mortar yang baru dicampur, meningkatkan kebolehkendaliannya, biasanya menambah retarder dalam mortar, bukan- eter selulosa ionik sesuai untuk simen polimer adalah retarder biasa.

Kesan melambatkan eter selulosa bukan ionik pada simen terutamanya dipengaruhi oleh jenisnya sendiri, kelikatan, dos, komposisi mineral simen yang berbeza dan faktor lain. Pourchez J et al. menunjukkan bahawa semakin tinggi tahap metilasi eter selulosa, semakin teruk kesan melambatkan, manakala berat molekul eter selulosa dan kandungan hidroksipropoksi mempunyai kesan yang lemah terhadap keterlambatan penghidratan simen. Dengan peningkatan kelikatan dan jumlah doping selulosa eter bukan ionik, lapisan penjerapan pada permukaan zarah simen menebal, dan masa penetapan awal dan akhir simen dilanjutkan, dan kesan melambatkan lebih jelas. Kajian telah menunjukkan bahawa pelepasan haba awal buburan simen dengan kandungan HEMC yang berbeza adalah kira-kira 15% lebih rendah daripada buburan simen tulen, tetapi tidak terdapat perbezaan yang ketara dalam proses penghidratan kemudiannya. Singh NK et al. menunjukkan bahawa dengan peningkatan jumlah doping HEc, pelepasan haba penghidratan mortar simen yang diubah suai menunjukkan trend peningkatan pertama dan kemudian menurun, dan kandungan HEC apabila mencapai pelepasan haba penghidratan maksimum adalah berkaitan dengan umur pengawetan.

Di samping itu, didapati bahawa kesan melambatkan eter selulosa bukan ionik berkait rapat dengan komposisi simen. Peschard et al. mendapati bahawa semakin rendah kandungan trikalsium aluminat (C3A) dalam simen, semakin jelas kesan terencat selulosa eter. schmitz L et al. percaya bahawa ini disebabkan oleh cara berbeza selulosa eter kepada kinetik penghidratan trikalsium silikat (C3S) dan trikalsium aluminat (C3A). Eter selulosa boleh mengurangkan kadar tindak balas dalam tempoh pecutan C3S, manakala untuk C3A, ia boleh memanjangkan tempoh aruhan, dan akhirnya melambatkan proses pemejalan dan pengerasan mortar.

Terdapat pendapat yang berbeza mengenai mekanisme eter selulosa bukan ionik yang melambatkan penghidratan simen. Silva et al. Liu percaya bahawa pengenalan eter selulosa akan menyebabkan kelikatan larutan liang meningkat, sekali gus menyekat pergerakan ion dan melambatkan pemeluwapan. Walau bagaimanapun, Pourchez et al. percaya bahawa terdapat hubungan yang jelas antara kelewatan eter selulosa kepada penghidratan simen dan kelikatan buburan simen. Teori lain ialah kesan melambatkan selulosa eter berkait rapat dengan degradasi alkali. Polisakarida cenderung mudah terurai untuk menghasilkan asid hidroksil karboksilik yang boleh melambatkan penghidratan simen dalam keadaan beralkali. Walau bagaimanapun, kajian mendapati bahawa selulosa eter sangat stabil di bawah keadaan beralkali dan hanya merosot sedikit, dan degradasi mempunyai sedikit kesan ke atas kelewatan penghidratan simen. Pada masa ini, pandangan yang lebih konsisten ialah kesan melambatkan terutamanya disebabkan oleh penjerapan. Khususnya, kumpulan hidroksil pada permukaan molekul selulosa eter adalah berasid, ca(0H) dalam sistem simen penghidratan, dan fasa mineral lain adalah beralkali. Di bawah tindakan sinergistik ikatan hidrogen, pengkompleksan dan hidrofobik, molekul eter selulosa berasid akan diserap pada permukaan zarah simen beralkali dan produk penghidratan. Di samping itu, filem nipis terbentuk pada permukaannya, yang menghalang pertumbuhan selanjutnya nukleus kristal fasa mineral ini dan melambatkan penghidratan dan penetapan simen. Lebih kuat kapasiti penjerapan antara produk penghidratan simen dan eter selulosa, lebih jelas kelewatan penghidratan simen. Di satu pihak, saiz halangan sterik memainkan peranan yang menentukan dalam kapasiti penjerapan, seperti halangan sterik kecil kumpulan hidroksil, keasidan yang kuat, penjerapan juga kuat. Sebaliknya, kapasiti penjerapan juga bergantung kepada komposisi produk penghidratan simen. Pourchez et al. didapati bahawa eter selulosa mudah diserap ke permukaan produk penghidratan seperti ca(0H)2, gel csH dan kalsium aluminat hidrat, tetapi ia tidak mudah diserap oleh fasa etringit dan tidak terhidrat. Kajian Mullert juga menunjukkan bahawa eter selulosa mempunyai penjerapan yang kuat pada c3s dan produk penghidratannya, jadi penghidratan fasa silikat telah ditangguhkan dengan ketara. Penjerapan etringit adalah rendah, tetapi pembentukan etringit telah ditangguhkan dengan ketara. Ini adalah kerana kelewatan dalam pembentukan etringit dipengaruhi oleh keseimbangan ca2+ dalam larutan, yang merupakan kesinambungan kelewatan eter selulosa dalam penghidratan silikat.

3.2 Pemeliharaan Air

Satu lagi kesan pengubahsuaian penting selulosa eter dalam mortar simen ialah muncul sebagai agen penahan air, yang boleh menghalang lembapan dalam mortar basah daripada menguap lebih awal atau diserap oleh asas, dan melambatkan penghidratan simen sambil memanjangkan masa operasi mortar basah, untuk memastikan mortar nipis boleh disikat, mortar ditampal boleh disebarkan, dan mortar mudah diserap tidak perlu pra-basah.

Kapasiti pegangan air selulosa eter berkait rapat dengan kelikatan, dos, jenis dan suhu ambiennya. Keadaan lain adalah sama, lebih besar kelikatan selulosa eter, lebih baik kesan pengekalan air, sejumlah kecil selulosa eter boleh menjadikan kadar pengekalan air mortar bertambah baik; Untuk eter selulosa yang sama, semakin tinggi jumlah yang ditambah, semakin tinggi kadar pengekalan air mortar yang diubah suai, tetapi terdapat nilai yang optimum, di mana kadar pengekalan air meningkat secara perlahan. Untuk pelbagai jenis eter selulosa, terdapat juga perbezaan dalam pengekalan air, seperti HPMc di bawah keadaan yang sama daripada pengekalan air yang lebih baik Mc. Di samping itu, prestasi pengekalan air selulosa eter berkurangan dengan peningkatan suhu ambien.

Secara amnya dipercayai bahawa sebab mengapa selulosa eter mempunyai fungsi pengekalan air adalah terutamanya disebabkan oleh 0H pada molekul dan atom 0 pada ikatan eter akan dikaitkan dengan molekul air untuk mensintesis ikatan hidrogen, supaya air bebas menjadi mengikat. air, supaya memainkan peranan yang baik dalam pengekalan air; Ia juga dipercayai bahawa rantaian makromolekul eter selulosa memainkan peranan yang terhad dalam penyebaran molekul air, untuk mengawal penyejatan air dengan berkesan, untuk mencapai pengekalan air yang tinggi; Pourchez J berhujah bahawa eter selulosa mencapai kesan pengekalan air dengan memperbaiki sifat reologi buburan simen yang baru dicampur, struktur rangkaian berliang dan pembentukan filem eter selulosa yang menghalang resapan air. Laetitia P et al. juga percaya bahawa sifat reologi mortar adalah faktor utama, tetapi juga percaya bahawa kelikatan bukanlah satu-satunya faktor yang menentukan prestasi pengekalan air yang sangat baik bagi mortar. Perlu diingat bahawa walaupun eter selulosa mempunyai prestasi pengekalan air yang baik, tetapi penyerapan air mortar simen mengeras yang diubah suai akan berkurangan, sebabnya ialah eter selulosa dalam filem mortar, dan dalam mortar sejumlah besar liang tertutup kecil, menyekat. mortar di dalam kapilari.

3.3 Penebalan

Ketekalan mortar adalah salah satu indeks penting untuk mengukur prestasi kerjanya. Eter selulosa sering diperkenalkan untuk meningkatkan konsistensi. "Ketekalan" mewakili keupayaan mortar yang baru dicampur untuk mengalir dan berubah bentuk di bawah tindakan graviti atau daya luar. Kedua-dua sifat penebalan dan pengekalan air saling melengkapi. Menambah jumlah eter selulosa yang sesuai bukan sahaja dapat meningkatkan prestasi pengekalan air mortar, memastikan pembinaan lancar, tetapi juga meningkatkan konsistensi mortar, meningkatkan keupayaan anti-penyebaran simen dengan ketara, meningkatkan prestasi ikatan antara mortar dan matriks, dan mengurangkan fenomena kendur mortar.

Kesan penebalan selulosa eter terutamanya berasal dari kelikatannya sendiri, lebih besar kelikatan, lebih baik kesan penebalan, tetapi jika kelikatan terlalu besar, ia akan mengurangkan kecairan mortar, menjejaskan pembinaan. Faktor-faktor yang mempengaruhi perubahan kelikatan, seperti berat molekul (atau tahap pempolimeran) dan kepekatan eter selulosa, suhu larutan, kadar ricih, akan menjejaskan kesan penebalan akhir.

Mekanisme penebalan selulosa eter terutamanya berasal dari penghidratan dan keterikatan antara molekul. Dalam satu tangan, rantai polimer selulosa eter adalah mudah untuk membentuk ikatan hidrogen dengan air dalam air, ikatan hidrogen menjadikannya mempunyai penghidratan yang tinggi; Sebaliknya, apabila eter selulosa ditambah ke dalam mortar, ia akan menyerap banyak air, sehingga isipadunya sendiri sangat berkembang, mengurangkan ruang bebas zarah, pada masa yang sama rantai molekul eter selulosa saling berkait antara satu sama lain. untuk membentuk struktur rangkaian tiga dimensi, zarah mortar dikelilingi di mana, bukan aliran bebas. Dalam erti kata lain, di bawah kedua-dua tindakan ini, kelikatan sistem dipertingkatkan, sekali gus mencapai kesan penebalan yang diingini.

4. Kesan eter selulosa bukan ionik pada morfologi dan struktur liang simen polimer

Seperti yang dapat dilihat dari atas, eter selulosa bukan ionik memainkan peranan penting dalam simen polimer, dan penambahannya pasti akan menjejaskan struktur mikro keseluruhan mortar simen. Keputusan menunjukkan bahawa eter selulosa bukan ionik biasanya meningkatkan keliangan mortar simen, dan bilangan liang dalam saiz 3nm ~ 350um meningkat, antaranya bilangan liang dalam julat 100nm ~ 500nm meningkat paling banyak. Pengaruh ke atas struktur liang mortar simen berkait rapat dengan jenis dan kelikatan eter selulosa bukan ionik yang ditambah. Ou Zhihua et al. percaya bahawa apabila kelikatan adalah sama, keliangan mortar simen yang diubah suai oleh HEC adalah lebih kecil daripada kelikatan HPMc dan Mc ditambah sebagai pengubah. Untuk eter selulosa yang sama, semakin kecil kelikatan, semakin kecil keliangan mortar simen yang diubah suai. Dengan mengkaji kesan HPMc pada apertur papan penebat simen berbuih, Wang Yanru et al. mendapati bahawa penambahan HPMC tidak mengubah keliangan dengan ketara, tetapi boleh mengurangkan apertur dengan ketara. Walau bagaimanapun, Zhang Guodian et al. mendapati bahawa lebih besar kandungan HEMc, lebih jelas pengaruh ke atas struktur liang buburan simen. Penambahan HEMc dengan ketara boleh meningkatkan keliangan, jumlah isipadu liang dan jejari pori purata buburan simen, tetapi luas permukaan khusus liang berkurangan, dan bilangan liang kapilari besar yang lebih besar daripada diameter 50nm meningkat dengan ketara, dan liang yang diperkenalkan terutamanya pori tertutup.

Kesan eter selulosa bukan ionik terhadap proses pembentukan struktur liang buburan simen telah dianalisis. Didapati bahawa penambahan selulosa eter terutamanya mengubah sifat fasa cecair. Di satu pihak, ketegangan permukaan fasa cecair berkurangan, menjadikannya mudah untuk membentuk gelembung dalam mortar simen, dan akan melambatkan saliran fasa cecair dan penyebaran gelembung, supaya buih-buih kecil sukar untuk berkumpul menjadi gelembung besar dan pelepasan, jadi lompang sangat meningkat; Sebaliknya, kelikatan fasa cecair meningkat, yang juga menghalang saliran, resapan gelembung dan penggabungan gelembung, dan meningkatkan keupayaan untuk menstabilkan buih. Oleh itu, mod pengaruh selulosa eter pada taburan saiz liang mortar simen boleh diperolehi: dalam julat saiz liang lebih daripada 100nm, buih boleh diperkenalkan dengan mengurangkan ketegangan permukaan fasa cecair, dan penyebaran gelembung boleh dihalang oleh meningkatkan kelikatan cecair; dalam kawasan 30nm ~ 60nm, bilangan liang di rantau ini boleh terjejas dengan menghalang penggabungan gelembung yang lebih kecil.

5. Pengaruh eter selulosa bukan ionik pada sifat mekanikal simen polimer

Sifat mekanikal simen polimer berkait rapat dengan morfologinya. Dengan penambahan eter selulosa bukan ionik, keliangan meningkat, yang pasti mempunyai kesan buruk terhadap kekuatannya, terutamanya kekuatan mampatan dan kekuatan lentur. Pengurangan kekuatan mampatan mortar simen adalah jauh lebih besar daripada kekuatan lentur. Ou Zhihua et al. mengkaji pengaruh pelbagai jenis eter selulosa bukan ionik pada sifat mekanikal mortar simen, dan mendapati bahawa kekuatan mortar simen yang diubah suai eter selulosa adalah lebih rendah daripada mortar simen tulen, dan kekuatan mampatan 28d yang paling rendah hanya 44.3% daripada buburan simen tulen. Kekuatan mampatan dan kekuatan lenturan eter selulosa HPMc, HEMC dan MC yang diubah suai adalah serupa, manakala kekuatan mampatan dan kekuatan lenturan buburan simen diubah suai HEc dalam setiap zaman adalah lebih tinggi dengan ketara. Ini berkait rapat dengan kelikatan atau berat molekulnya, semakin tinggi kelikatan atau berat molekul selulosa eter, atau semakin besar aktiviti permukaan, semakin rendah kekuatan mortar simennya yang diubah suai.

Walau bagaimanapun, ia juga telah menunjukkan bahawa eter selulosa bukan ionik boleh meningkatkan kekuatan tegangan, fleksibiliti dan kebolehpaduan mortar simen. Huang Liangen et al. mendapati bahawa, bertentangan dengan undang-undang perubahan kekuatan mampatan, kekuatan ricih dan kekuatan tegangan buburan meningkat dengan peningkatan kandungan selulosa eter dalam mortar simen. Analisis sebab, selepas penambahan eter selulosa, dan emulsi polimer bersama-sama untuk membentuk sejumlah besar filem polimer padat, sangat meningkatkan fleksibiliti buburan, dan produk penghidratan simen, simen tidak terhidrat, pengisi dan bahan lain yang diisi dalam filem ini , untuk memastikan kekuatan tegangan sistem salutan.

Untuk meningkatkan prestasi simen polimer yang diubah suai eter selulosa bukan ionik, meningkatkan sifat fizikal mortar simen pada masa yang sama, tidak mengurangkan sifat mekanikalnya dengan ketara, amalan biasa adalah untuk memadankan selulosa eter dan campuran lain, ditambah kepada mortar simen. Li Tao-wen et al. mendapati bahawa bahan tambahan komposit yang terdiri daripada selulosa eter dan serbuk gam polimer bukan sahaja meningkatkan sedikit kekuatan lentur dan kekuatan mampatan mortar, supaya kepaduan dan kelikatan mortar simen lebih sesuai untuk pembinaan salutan, tetapi juga meningkatkan pengekalan air dengan ketara. kapasiti mortar berbanding dengan eter selulosa tunggal. Xu Qi et al. menambah serbuk sanga, agen pengurangan air dan HEMc, dan mendapati bahawa agen pengurangan air dan serbuk mineral boleh meningkatkan ketumpatan mortar, mengurangkan bilangan lubang, untuk meningkatkan kekuatan dan modulus elastik mortar. HEMc boleh meningkatkan kekuatan ikatan tegangan mortar, tetapi ia tidak baik untuk kekuatan mampatan dan modulus keanjalan mortar. Yang Xiaojie et al. mendapati bahawa keretakan pengecutan plastik mortar simen dapat dikurangkan dengan ketara selepas mencampurkan gentian HEMc dan PP.

6. Kesimpulan

Eter selulosa bukan ionik memainkan peranan penting dalam simen polimer, yang boleh meningkatkan sifat fizikal dengan ketara (termasuk melambatkan pembekuan, pengekalan air, penebalan), morfologi mikroskopik dan sifat mekanikal mortar simen. Banyak kerja telah dilakukan terhadap pengubahsuaian bahan berasaskan simen oleh eter selulosa, tetapi masih terdapat beberapa masalah yang memerlukan kajian lanjut. Sebagai contoh, dalam aplikasi kejuruteraan praktikal, sedikit perhatian diberikan kepada reologi, sifat ubah bentuk, kestabilan isipadu dan ketahanan bahan berasaskan simen yang diubah suai, dan hubungan sepadan tetap belum diwujudkan dengan eter selulosa tambahan. Penyelidikan mengenai mekanisme migrasi polimer eter selulosa dan produk penghidratan simen dalam tindak balas penghidratan masih tidak mencukupi. Proses tindakan dan mekanisme bahan tambah kompaun yang terdiri daripada eter selulosa dan bahan tambah lain tidak cukup jelas. Penambahan komposit eter selulosa dan bahan bertetulang bukan organik seperti gentian kaca belum disempurnakan. Semua ini akan menjadi tumpuan penyelidikan masa depan untuk menyediakan panduan teori bagi meningkatkan lagi prestasi simen polimer.