Effect van hydroxypropylmethylcellulose-ether op de eigenschappen van machinaal gespoten cementmortel

Cellulose-ether is een essentieel additief in machinaal gestraalde mortel. De effecten van vier verschillende viscositeiten van hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) op de waterretentie, dichtheid, luchtgehalte, mechanische eigenschappen en poriegrootteverdeling van machinaal gestraalde mortel werden bestudeerd. Studies hebben aangetoond dat: HPMC de waterretentieprestaties van mortel aanzienlijk kan verbeteren, en dat het waterretentiepercentage meer dan 90% kan bedragen als de hoeveelheid HPMC 0,15% bedraagt. Het meest voor de hand liggende; het luchtgehalte van mortel neemt toe met de toename van het HPMC-gehalte: HPMC zal uiteraard de mechanische eigenschappen van cementmortel verminderen, maar de vouwverhouding van mortel zal toenemen; de poriegrootte van de mortel zal aanzienlijk toenemen na toevoeging van HPMC. Het aandeel schadelijke gaten en meerdere schadelijke gaten neemt aanzienlijk toe.

Trefwoorden: mortier; hydroxypropylmethylcellulose-ether; waterretentie; verdeling van de poriegrootte

0. Voorwoord

In de afgelopen jaren is, met de voortdurende vooruitgang van de industrie en de verbetering van de technologie, door de introductie en verbetering van buitenlandse mortelspuitmachines, de technologie van mechanisch spuiten en pleisteren in ons land enorm ontwikkeld. Mechanische spuitmortel verschilt van gewone mortel, waarvoor een hoog waterretentievermogen, een geschikte vloeibaarheid en bepaalde anti-uitzakkingsprestaties vereist zijn. Meestal wordt cellulose-ether aan de mortel toegevoegd, waarvan hydroxypropylmethylcellulose Plain ether (HPMC) de meest gebruikte is. De belangrijkste functies van HPMC in mortel zijn: uitstekende waterretentiecapaciteit, verdikking en viscositeit en reologische aanpassing. De tekortkomingen van HPMC kunnen echter niet worden genegeerd. HPMC heeft een luchtbelemmerende werking, waardoor er meer interne defecten ontstaan ​​en de mechanische eigenschappen van de mortel ernstig afnemen. Dit artikel bestudeert de invloed van HPMC op de waterretentiesnelheid, dichtheid, luchtgehalte en mechanische eigenschappen van mortel vanuit macroscopisch aspect, en bestudeert de invloed van HPMC op de poriënstructuur van de mortel vanuit microscopisch aspect.

1. Testen

1.1 Grondstoffen

Cement: in de handel verkrijgbaar P·O42.5 cement, de 28d buig- en druksterkte zijn respectievelijk 6,9 en 48,2 MPa; zand: Chengde fijn rivierzand, 40-100 mesh; cellulose-ether: hydroxypropylalcohol geproduceerd door een bedrijf in Hebei Methylcellulose-ether, wit poeder, nominale viscositeit 40, 100, 150, 200 Pa·S: Water: schoon leidingwater.

1.2 Testmethode

Volgens JGJ/T 105-2011 “Bouwvoorschriften voor mechanisch spuiten en pleisteren” is de consistentie van de mortel 80 ~ 120 mm en is het waterretentiepercentage groter dan 90%. Bij deze test is de kalk-zandverhouding ingesteld op 1:5, de consistentie wordt gecontroleerd op (93±2) mm, en de cellulose-ether wordt extern gemengd en de dosering ervan wordt berekend op basis van de cementmassa. De basiseigenschappen van mortel, zoals natte dichtheid, luchtgehalte, waterretentiesnelheid en consistentie, worden getest met verwijzing naar JGJ 70-2009 “Testmethoden voor basiseigenschappen van bouwmortel”, en het luchtgehalte wordt getest en berekend volgens de dichtheid methode. De voorbereidings-, buig- en druksterktetests van de monsters werden uitgevoerd met verwijzing naar GB/T 17671-1999 "Methoden voor het testen van de sterkte van cementmortelzand (ISO-methode)". De poriegrootte werd getest met kwikporosimetrie. Het model van de kwikporosimeter was AUTOPORE 9500 en het meetbereik was 5,5 nm tot 360 nm.μM. Er zijn in totaal 4 sets testen uitgevoerd. 0, 0,1%, 0,2%, 0,3% (getallen zijn A, B, C, D).

2. Resultaten en analyse

2.1 Effect van HPMC op de waterretentiesnelheid van cementmortel

Waterretentie verwijst naar het vermogen van mortel om water vast te houden. In machinaal gespoten mortel kan het toevoegen van cellulose-ether het vocht effectief vasthouden, de uitbloedingssnelheid verminderen en voldoen aan de eisen van voldoende hydratatie van materialen op cementbasis.

Uit het effect van HPMC op de waterretentiesnelheid van mortel blijkt dat met de toename van het HPMC-gehalte de waterretentiesnelheid van mortel geleidelijk toeneemt. De curven van cellulose-ethers met viscositeiten van 100, 150 en 200 Pa·s zijn in principe hetzelfde. Wanneer het gehalte 0,05% tot 0,15% bedraagt, neemt de waterretentiesnelheid lineair toe. Wanneer het gehalte 0,15% bedraagt, is het waterretentiepercentage groter dan 93%.．Na 20% wordt de stijgende trend van waterretentie vlak, wat aangeeft dat de hoeveelheid HPMC bijna verzadiging heeft bereikt. De invloedscurve van de hoeveelheid HPMC met een viscositeit van 40 Pa·s op de waterretentiesnelheid is ongeveer een rechte lijn. Wanneer de hoeveelheid groter is dan 0,15%, is de waterretentiesnelheid van de mortel aanzienlijk lager dan die van de andere drie soorten HPMC met dezelfde viscositeit. Algemeen wordt aangenomen dat het waterretentiemechanisme van cellulose-ether als volgt is: de hydroxylgroep op het cellulose-ethermolecuul en het zuurstofatoom op de etherbinding zullen zich associëren met het watermolecuul om een ​​waterstofbinding te vormen, zodat het vrije water gebonden water wordt. , waardoor een goed waterretentie-effect wordt gespeeld; Er wordt ook aangenomen dat de interdiffusie tussen watermoleculen en moleculaire ketens van cellulose-ether het mogelijk maakt dat watermoleculen het inwendige van de macromoleculaire cellulose-etherketens binnendringen en onderworpen worden aan sterke bindingskrachten, waardoor de waterretentie van cementslurry wordt verbeterd. Uitstekende waterretentie kan de mortel homogeen houden, niet gemakkelijk te scheiden en goede mengprestaties verkrijgen, terwijl de mechanische slijtage wordt verminderd en de levensduur van de mortelspuitmachine wordt verlengd.

2.2 Het effect van HPMC op de dichtheid en het luchtgehalte van cementmortel

Uit de invloed van verschillende viscositeiten en doseringen van HPMC op de dichtheid van mortel kan worden afgeleid dat wanneer de dosering van HPMC 0-0,20% bedraagt, de dichtheid van de mortel scherp afneemt met de verhoging van de HPMC-dosering, vanaf 2050 kg/m3.³ tot ongeveer 1650kg/m3³ , daalde met ongeveer 20%; nadat het HPMC-gehalte 0,20% overschrijdt, heeft de dichtheidsafname de neiging vlak te zijn. Als we de vier soorten HPMC met verschillende viscositeiten vergelijken, blijkt dat hoe hoger de viscositeit, hoe lager de dichtheid van de mortel; de dichtheidskrommen van de mortels met de gemengde viscositeiten van 150 en 200 Pa·s HPMC overlappen elkaar feitelijk, wat aangeeft dat naarmate de viscositeit van HPMC blijft toenemen, de dichtheid van de mortel niet langer afneemt.

Uit de invloed van verschillende viscositeiten en doseringen HPMC op het luchtgehalte van mortel kan worden afgeleid dat de verandering van het luchtgehalte van mortel tegengesteld is aan die van de dichtheid van mortel. Het luchtvolume stijgt bijna in een rechte lijn; wanneer het HPMC-gehalte hoger is dan 0,20% verandert het luchtgehalte nauwelijks, wat aangeeft dat het luchtbelemmerende effect van de mortel bijna verzadiging heeft bereikt. Het luchtbelemmerende effect van HPMC met viscositeit van 150 en 200 Pa·s is groter dan die van HPMC met een viscositeit van 40 en 100 Pa·s.

Het luchtmeeslepende effect van cellulose-ether wordt voornamelijk bepaald door de moleculaire structuur ervan. Cellulose-ether heeft zowel hydrofiele groepen (hydroxyl-, ethergroepen) als hydrofobe groepen (methylgroepen, glucoseringen) en is een oppervlakteactieve stof. , heeft oppervlakteactiviteit en heeft dus een luchtbelemmerend effect. Enerzijds kan het geïntroduceerde gas als kogellager in de mortel fungeren, de werkprestaties van de mortel verbeteren, het volume vergroten en de output verhogen, wat gunstig is voor de fabrikant. Maar aan de andere kant verhoogt het luchtbelemmerende effect het luchtgehalte van de mortel en de porositeit na uitharding, wat resulteert in een toename van schadelijke poriën en een sterke vermindering van de mechanische eigenschappen. Hoewel HPMC een zeker luchtbelemmerende werking heeft, kan het het luchtbelemmerende middel niet vervangen. Bovendien kan het luchtbelemmerende middel falen als HPMC en luchtbelemmeringsmiddel tegelijkertijd worden gebruikt.

2.3 Effect van HPMC op mechanische eigenschappen van cementmortel

Uit de 28d buigsterkte en 28d druksterkte blijkt dat wanneer de hoeveelheid HPMC slechts 0,05% bedraagt, de buigsterkte van de mortel aanzienlijk afneemt, wat ongeveer 25% lager is dan die van het blanco monster zonder HPMC, en de druksterkte kan slechts 65% van het blanco monster bedragen. 80%. Wanneer het HPMC-gehalte groter is dan 0,20%, is de mate van afname van de buigsterkte en druksterkte van de mortel niet duidelijk. De viscositeit van HPMC heeft weinig invloed op de mechanische eigenschappen van mortel. HPMC introduceert veel kleine luchtbelletjes en het luchtmeeslepende effect op de mortel verhoogt de interne porositeit en schadelijke poriën van de mortel, wat resulteert in een aanzienlijke afname van de druksterkte en buigsterkte. Een andere reden voor de afname van de mortelsterkte is het waterretentie-effect van cellulose-ether, dat water in de uitgeharde mortel houdt, en de grote water-bindmiddelverhouding leidt tot een afname van de sterkte van het testblok. Voor mechanische bouwmortel geldt dat, hoewel cellulose-ether de waterretentiesnelheid van de mortel aanzienlijk kan verhogen en de verwerkbaarheid ervan kan verbeteren, een te grote hoeveelheid de mechanische eigenschappen van de mortel ernstig zal aantasten, dus de relatie tussen beide moet redelijk worden afgewogen.

Uit de vouwverhouding van 28 dagen blijkt dat met de toename van het HPMC-gehalte de totale vouwverhouding van de mortel een stijgende trend vertoont, wat in principe een lineair verband is. Dit komt doordat de toegevoegde cellulose-ether een groot aantal luchtbellen introduceert, waardoor er meer defecten in de mortel ontstaan, wat resulteert in een scherpe afname van de druksterkte van de mortel, en hoewel de buigsterkte ook tot op zekere hoogte afneemt; maar de cellulose-ether kan de flexibiliteit van de mortel verbeteren en weerstand bieden. De vouwsterkte is gunstig, waardoor de afnamesnelheid afneemt. Allesomvattend beschouwd resulteert het gecombineerde effect van de twee in een toename van de vouwverhouding.

2.4 Effect van HPMC op de poriegrootte van mortel

De poriegrootteverdelingskrommen van de vier groepen monsters A, B, C en D werden gemeten met behulp van kwikintrusieporosimetrie.

Volgens de poriegrootteverdelingscurve, poriegrootteverdelingsgegevens en verschillende statistische parameters van AD-monsters heeft HPMC een grote invloed op de poriestructuur van cementmortel:

(1) Na toevoeging van HPMC neemt de poriegrootte van cementmortel aanzienlijk toe. Op de poriegrootteverdelingscurve beweegt het gebied van het beeld naar rechts en wordt de poriewaarde die overeenkomt met de piekwaarde groter. Ook uit de statistische gegevens van de poriegrootteverdeling en de mediane poriegrootte in de testresultaten van verschillende statistische parameters kan worden afgeleid dat de mediane poriegrootte van de cementmortel na toevoeging van HPMC aanzienlijk groter is dan die van het blanco monster, en in het monster met een dosering van 0,3%. De waarde-opening is 2 ordes van grootte hoger dan die van het blanco monster.

(2) Wu Zhongwei et al. verdeelde de poriën in beton in vier typen, dit zijn onschadelijke poriën (≤20 nm), weinig schadelijke poriën (20–100 nm), schadelijke poriën (100–200 nm) en veel schadelijke poriën (≥200 nm). 200 nm). Uit de statistische gegevens over de poriegrootteverdeling en de testresultaten van verschillende statistische parameters kan worden afgeleid dat het aantal onschadelijke poriën of minder schadelijke poriën aanzienlijk is verminderd, en dat het aantal schadelijke poriën of schadelijkere poriën is toegenomen na toevoeging van HPMC. De onschadelijke of minder schadelijke poriën van het monster zonder HPMC bedragen ongeveer 49,4%, en de onschadelijke of minder schadelijke poriën worden aanzienlijk verminderd na toevoeging van HPMC. Als we de dosering van 0,1% als voorbeeld nemen, worden de onschadelijke of minder schadelijke poriën met ongeveer 45% verkleind. , het aantal schadelijke poriën groter dan 10μm ongeveer 9 keer toegenomen.

3) De mediane poriediameter, gemiddelde poriediameter, specifiek porievolume en specifiek oppervlak volgen niet een zeer strikte veranderingsregel met de toename van het HPMC-gehalte, wat verband kan houden met de grote spreiding van de monsterselectie in de kwikinjectietest. Maar over het geheel genomen hebben de gemiddelde poriediameter, de gemiddelde poriediameter en het specifieke porievolume van het monster gemengd met HPMC de neiging toe te nemen in vergelijking met het blanco monster, terwijl het specifieke oppervlak afneemt.

3. Conclusie

(1) De waterretentiesnelheid van mortel neemt toe met de toename van het HPMC-gehalte. De curven van cellulose-ether met viscositeiten van 100, 150 en 200 Pa·S zijn in principe hetzelfde en het waterretentiepercentage is groter dan 93% als het gehalte 0,15% is. Wanneer de inhoud van 40 Pa·s cellulose-ether groter is dan 0,15%, het waterretentiepercentage is lager dan dat van de andere drie soorten viscositeit HPMC.

(2) De dichtheid van de mortel neemt geleidelijk af met de toename van het HPMC-gehalte, en het gehalte is 0,05%. De dichtheidsafname is het duidelijkst met 0,20%, ongeveer 20%; wanneer het gehalte 0,20% overschrijdt, verandert de dichtheid nauwelijks; het luchtgehalte van mortel neemt toe met de toename van het HPMC-gehalte.

(3) De toename van het HPMC-gehalte zal uiteraard de mechanische eigenschappen van cementmortel verminderen, maar de overeenkomstige vouwverhouding van mortel zal toenemen en de flexibiliteit van mortel zal beter worden.

(4) Na toevoeging van HPMC neemt de poriegrootte van de mortel aanzienlijk toe en neemt het aandeel schadelijke poriën en meerdere schadelijke poriën aanzienlijk toe. Het monster met een HPMC-gehalte van 0,1% verminderde ongeveer 45% vergeleken met het blanco monster met geen of minder schadelijke poriën, en het aantal schadelijkere poriën groter dan 10μm ongeveer 9 keer toegenomen.