Met cellulose-ether gemodificeerde cementslurry

Het effect van verschillende moleculaire structuren van niet-ionische cellulose-ether op de poriënstructuur van cementslurry werd bestudeerd door middel van prestatiedichtheidstests en macroscopische en microscopische observatie van de poriënstructuur. De resultaten laten zien dat niet-ionische cellulose-ether de porositeit van cementslurry kan verhogen. Wanneer de viscositeit van niet-ionische cellulose-ether-gemodificeerde slurry vergelijkbaar is, zal de porositeit vanhydroxyethylcellulose-ether(HEC) gemodificeerde slurry is kleiner dan die van met hydroxypropylmethylcellulose-ether (HPMC) en met methylcellulose-ether (MC) gemodificeerde slurry. Hoe lager de viscositeit/het relatieve molecuulgewicht van HPMC-cellulose-ether met een vergelijkbaar groepsgehalte, hoe kleiner de porositeit van de gemodificeerde cementslurry. Niet-ionische cellulose-ether kan de oppervlaktespanning van de vloeibare fase verminderen en ervoor zorgen dat de cementslurry gemakkelijk belletjes vormt. Niet-ionische cellulose-ethermoleculen worden gericht geadsorbeerd aan het gas-vloeistofgrensvlak van de bellen, wat ook de viscositeit van de cementslurriefase verhoogt en het vermogen van de cementslurry om de bellen te stabiliseren vergroot.

Trefwoorden:niet-ionische cellulose-ether; Cementslurrie; Poriënstructuur; Moleculaire structuur; Oppervlaktespanning; viscositeit

Niet-ionische cellulose-ether (hierna cellulose-ether genoemd) heeft een uitstekende verdikking en waterretentie en wordt veel gebruikt in droge gemengde mortel, zelfverdichtend beton en andere nieuwe materialen op cementbasis. Cellulose-ethers die worden gebruikt in materialen op cementbasis omvatten gewoonlijk methylcellulose-ether (MC), hydroxypropylmethylcellulose-ether (HPMC), hydroxyethylmethylcellulose-ether (HEMC) en hydroxyethylcellulose-ether (HEC), waarvan HPMC en HEMC de meest voorkomende toepassingen zijn. .

Cellulose-ether kan de poriënstructuur van cementslurry aanzienlijk beïnvloeden. Pourchez et al. concludeerden door middel van een schijnbare dichtheidstest, een poriegroottetest (kwikinjectiemethode) en sEM-beeldanalyse dat cellulose-ether het aantal poriën met een diameter van ongeveer 500 nm en poriën met een diameter van ongeveer 50-250 μm in water kan vergroten. cementslurry. Bovendien is voor geharde cementslurry de poriegrootteverdeling van HEC-gemodificeerde cementslurry met een laag molecuulgewicht vergelijkbaar met die van pure cementslurry. Het totale poriënvolume van HEC-gemodificeerde cementslurry met een hoog molecuulgewicht is hoger dan dat van zuivere cementslurry, maar lager dan dat van HPMC-gemodificeerde cementslurry met ongeveer dezelfde consistentie. Door middel van SEM-observatie hebben Zhang et al. ontdekte dat HEMC het aantal poriën met een diameter van ongeveer 0,1 mm in cementmortel aanzienlijk kon vergroten. Ze ontdekten ook via een kwikinjectietest dat HEMC het totale porievolume en de gemiddelde poriediameter van cementslurry aanzienlijk kon vergroten, wat resulteerde in een significante toename van het aantal grote poriën met een diameter van 50 nm ~ 1 μm en grote poriën met een diameter van meer dan 1μm. Het aantal poriën met een diameter van minder dan 50 nm was echter aanzienlijk verminderd. Saric-Coric et al. geloofde dat cellulose-ether cementslurry poreuzer zou maken en tot een toename van macroporiën zou leiden. Jenni et al. testte de prestatiedichtheid en stelde vast dat de porievolumefractie van HEMC-gemodificeerde cementmortel ongeveer 20% bedroeg, terwijl pure cementmortel slechts een kleine hoeveelheid lucht bevatte. Silva et al. ontdekte dat naast de twee pieken bij 3,9 nm en 40 ~ 75 nm als pure cementslurry, er ook twee pieken waren bij 100 ~ 500 nm en groter dan 100 μm via een kwikinjectietest. Ma Baoguo et al. ontdekte dat cellulose-ether het aantal fijne poriën met een diameter van minder dan 1 μm en grote poriën met een diameter groter dan 2 μm in cementmortel verhoogde door middel van een kwikinjectietest. Wat betreft de reden dat cellulose-ether de porositeit van cementslurry verhoogt, wordt gewoonlijk aangenomen dat cellulose-ether oppervlakteactiviteit heeft, zal verrijken in het lucht- en watergrensvlak, en een film zal vormen, om zo de bellen in cementslurry te stabiliseren.

Uit de bovenstaande literatuuranalyse blijkt dat het effect van cellulose-ether op de poriënstructuur van materialen op cementbasis veel aandacht heeft gekregen. Er zijn echter veel soorten cellulose-ether, dezelfde soort cellulose-ether, het relatieve molecuulgewicht, de groepsinhoud en andere moleculaire structuurparameters zijn ook heel verschillend, en binnenlandse en buitenlandse onderzoekers op het gebied van de selectie van cellulose-ether zijn slechts beperkt tot hun respectieve toepassing veld, gebrek aan representatie, is de conclusie onvermijdelijk “overgeneralisatie”, zodat de verklaring van het cellulose-ethermechanisme niet diep genoeg is. In dit artikel werd het effect van cellulose-ether met verschillende moleculaire structuur op de poriënstructuur van cementslurry bestudeerd door middel van een schijnbare dichtheidstest en macroscopische en microscopische observatie van de poriënstructuur.

1. Testen

1.1 Grondstoffen

Het cement was een gewoon Portland-cement P·O 42,5 vervaardigd door Huaxin Cement Co., LTD., waarbij de chemische samenstelling werd gemeten met behulp van AXIOS Ad-Vanced röntgenfluorescentiespectrometer van het golflengtedispersietype (PANa - lytisch, Nederland), en de fasesamenstelling werd geschat met behulp van de Bogue-methode.

Cellulose-ether selecteerde vier soorten commerciële cellulose-ether, respectievelijk methylcellulose-ether (MC), hydroxypropylmethylcellulose-ether (HPMC1, HPMC2) en hydroxyethylcellulose-ether (HEC), HPMC1 moleculaire structuur en HPMC2 vergelijkbaar, maar de viscositeit is veel minder dan HPMC2 Dat wil zeggen dat de relatieve molecuulmassa van HPMC1 veel kleiner is dan die van HPMC2. Vanwege de vergelijkbare eigenschappen van hydroxyethylmethylcellulose-ether (HEMc) en HPMC werden HEMC's in dit onderzoek niet geselecteerd. Om invloed van het vochtgehalte op de testresultaten te voorkomen, werden alle cellulose-ethers vóór gebruik gedurende 2 uur bij 98°C gebakken.

De viscositeit van cellulose-ether werd getest met een NDJ-1B roterende viscositeitsmeter (Shanghai Changji Company). De concentratie van de testoplossing (massaverhouding van cellulose-ether tot water) was 2,0%, de temperatuur was 20 ℃ en de rotatiesnelheid was 12 r/min. De oppervlaktespanning van cellulose-ether werd getest met de ringmethode. Het testinstrument was de JK99A automatische tensiometer (Shanghai Zhongchen Company). De concentratie van de testoplossing was 0,01% en de temperatuur was 20℃. De inhoud van de cellulose-ethergroep wordt geleverd door de fabrikant.

Afhankelijk van de viscositeit, oppervlaktespanning en groepsinhoud van cellulose-ether, wanneer de oplossingsconcentratie 2,0% is, is de viscositeitsverhouding van de HEC- en HPMC2-oplossing 1:1,6 en is de viscositeitsverhouding van de HEC- en MC-oplossing 1: 0,4, maar in deze test is de water-cementverhouding 0,35, de maximale cementverhouding 0,6%, de massaverhouding van cellulose-ether tot water ongeveer 1,7%, minder dan 2,0%, en het synergetische effect van cementslurry op de viscositeit, dus de Het viscositeitsverschil van HEC-, HPMC2- of MC-gemodificeerde cementslurry is klein.

Afhankelijk van de viscositeit, oppervlaktespanning en groepsinhoud van cellulose-ether is de oppervlaktespanning van elke cellulose-ether verschillend. Cellulose-ether heeft zowel hydrofiele groepen (hydroxyl- en ethergroepen) als hydrofobe groepen (methyl- en glucose-koolstofring) en is een oppervlakteactieve stof. Cellulose-ether is anders, het type en de inhoud van hydrofiele en hydrofobe groepen zijn verschillend, wat resulteert in een verschillende oppervlaktespanning.

1.2 Testmethoden

Er werden zes soorten cementslurry bereid, waaronder pure cementslurry, vier met cellulose-ether (MC, HPMCl, HPMC2 en HEC) gemodificeerde cementslurry met een cementverhouding van 0,60% en HPMC2-gemodificeerde cementslurry met een cementverhouding van 0,05%. Ref, MC — 0,60, HPMCl — 0,60, Hpmc2-0,60. HEC 1-0,60 en hpMC2-0,05 geven aan dat de water-cementverhouding beide 0,35 is.

Cementslurry eerst in overeenstemming met GB/T 17671 1999 "testmethode voor cementmortelsterkte (ISO-methode)", gemaakt in 40 mm x 40 mm x 160 mm prismatestblok, onder de voorwaarde van 20 ℃ afgedichte uitharding 28d. Na het wegen en berekenen van de schijnbare dichtheid werd het met een kleine hamer opengebroken en werd de toestand van de macrogaten in het centrale gedeelte van het testblok geobserveerd en gefotografeerd met een digitale camera. Tegelijkertijd werden kleine stukjes van 2,5 ~ 5,0 mm genomen voor observatie met een optische microscoop (HIROX driedimensionale videomicroscoop) en een scanning-elektronenmicroscoop (JSM-5610LV).

2. Testresultaten

2.1 Schijnbare dichtheid

Volgens de schijnbare dichtheid van cementslurry gemodificeerd door verschillende cellulose-ethers, (1) is de schijnbare dichtheid van pure cementslurry de hoogste, namelijk 2044 kg/m³; De schijnbare dichtheid van de vier soorten met cellulose-ether gemodificeerde slurry met een cementverhouding van 0,60% was 74% - 88% van die van zuivere cementslurry, wat aangeeft dat cellulose-ether de toename van de porositeit van cementslurry veroorzaakte. (2) Wanneer de verhouding cement tot cement 0,60% bedraagt, is het effect van verschillende cellulose-ethers op de porositeit van cementslurry heel verschillend. De viscositeit van HEC-, HPMC2- en MC-gemodificeerde cementslurry is vergelijkbaar, maar de schijnbare dichtheid van HEC-gemodificeerde cementslurry is het hoogst, wat aangeeft dat de porositeit van HEC-gemodificeerde cementslurry kleiner is dan die van HPMc2- en Mc-gemodificeerde cementslurry met vergelijkbare viscositeit. . HPMc1 en HPMC2 hebben een vergelijkbaar groepsgehalte, maar de viscositeit van HPMCl is veel lager dan die van HPMC2, en de schijnbare dichtheid van HPMCl-gemodificeerde cementslurry is aanzienlijk hoger dan die van HPMC2-gemodificeerde cementslurry, wat aangeeft dat wanneer het groepsgehalte vergelijkbaar is Hoe lager de viscositeit van cellulose-ether, hoe lager de porositeit van de gemodificeerde cementslurry. (3) Wanneer de cement-tot-cementverhouding zeer klein is (0,05%), ligt de schijnbare dichtheid van HPMC2-gemodificeerde cementslurry in principe dicht bij die van pure cementslurry, wat erop wijst dat het effect van cellulose-ether op de porositeit van cement slurry is erg klein.

2.2 Macroscopische porie

Volgens de sectiefoto's van met cellulose-ether gemodificeerde cementslurry genomen met een digitale camera, is pure cementslurry zeer dicht, bijna geen zichtbare poriën; De vier soorten met cellulose-ether gemodificeerde slurry met een cementverhouding van 0,60% hebben allemaal meer macroscopische poriën, wat aangeeft dat cellulose-ether leidt tot een toename van de porositeit van de cementslurry. Vergelijkbaar met de resultaten van de schijnbare dichtheidstest is het effect van verschillende typen en gehalten aan cellulose-ether op de porositeit van cementslurry heel verschillend. De viscositeit van HEC-, HPMC2- en MC-gemodificeerde slurry is vergelijkbaar, maar de porositeit van HEC-gemodificeerde slurry is kleiner dan die van HPMC2- en MC-gemodificeerde slurry. Hoewel HPMC1 en HPMC2 een vergelijkbaar groepsgehalte hebben, heeft HPMC1-gemodificeerde slurry met lagere viscositeit een kleinere porositeit. Wanneer de cement-tot-cementverhouding van HPMC2-gemodificeerde slurry erg klein is (0,05%), is het aantal macroscopische poriën enigszins verhoogd dan dat van pure cementslurry, maar sterk verminderd dan dat van HPMC2-gemodificeerde slurry met 0,60% cement-tot-cement-slurry. -cementverhouding.

2.3 Microscopische porie

4. Conclusie

(1) Cellulose-ether kan de porositeit van cementslurry verhogen.

(2) Het effect van cellulose-ether op de porositeit van cementslurry met verschillende moleculaire structuurparameters is anders: wanneer de viscositeit van met cellulose-ether gemodificeerde cementslurry vergelijkbaar is, is de porositeit van met HEC gemodificeerde cementslurry kleiner dan die van HPMC en MC gemodificeerd cementslurry; Hoe lager de viscositeit/het relatieve molecuulgewicht van HPMC-cellulose-ether met een vergelijkbaar groepsgehalte, hoe lager de porositeit van de gemodificeerde cementslurry.

(3) Na het toevoegen van cellulose-ether aan cementslurry wordt de oppervlaktespanning van de vloeibare fase verlaagd, zodat de cementslurry gemakkelijk bellen kan vormen. Directionele adsorptie van cellulose-ethermoleculen in het bellengas-vloeistofgrensvlak verbetert de sterkte en taaiheid van de bellenvloeistoffilmadsorptie in het bellengas-vloeistofgrensvlak verbetert de sterkte van de bellenvloeistoffilm en versterkt het vermogen van de taaie modder om de bel te stabiliseren.