Niet -ionische cellulose -ether in polymeercement

Als een onmisbaar additief in polymeercement heeft niet -ionische cellulose -ether uitgebreide aandacht en onderzoek gekregen. Op basis van de relevante literatuur in binnen- en buitenland werden de wet en het mechanisme van niet-ionische cellulose-ether gemodificeerde cementmortel besproken uit de aspecten van de typen en selectie van niet-ionische cellulose-ether, het effect ervan op de fysieke eigenschappen van polymeercement, Het effect ervan op de micromorfologie en mechanische eigenschappen, en de tekortkomingen van het huidige onderzoek werden naar voren gebracht. Dit werk zal de toepassing van cellulose -ether in polymeercement bevorderen.

Sleutelwoorden: niet -ionische cellulose ether, polymeercement, fysische eigenschappen, mechanische eigenschappen, microstructuur

1. Overzicht

Met de toenemende vraag- en prestatie -eisen van polymeercement in de bouwsector, is het toevoegen van additieven aan de modificatie een onderzoekshotspot geworden, waaronder cellulose -ether op grote schaal gebruikt vanwege het effect op het behoud van de mortelwater, verdikking, vertrokken, lucht enzovoort. In dit artikel worden de soorten cellulose -ether beschreven, de effecten op de fysische en mechanische eigenschappen van polymeercement en de micromorfologie van polymeercement, die een theoretische referentie biedt voor de toepassing van cellulose -ether in polymeercement.

2. Soorten niet -ionische cellulose -ether

Cellulose -ether is een soort polymeerverbinding met etherstructuur gemaakt van cellulose. Er zijn veel soorten cellulose-ether, die grote invloed hebben op de eigenschappen van op cement gebaseerde materialen en moeilijk te kiezen is. Volgens de chemische structuur van substituenten kunnen ze worden onderverdeeld in anionische, kationische en niet -ionische ethers. Nonionic cellulose ether with side chain substituent of H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH and other non-dissociable groups is the most widely used in cement, typical representatives are methyl cellulose ether, hydroxypropyl methyl Cellulose -ether, hydroxyethylmethylcellulose -ether, hydroxyethylcelluloseether enzovoort. Verschillende soorten cellulose -ethers hebben verschillende effecten op de instellingstijd van cement. Volgens eerdere literatuurrapporten heeft HEC het sterkste vertragingsvermogen tot cement, gevolgd door HPMC en HEMC, en MC heeft het ergste. Voor hetzelfde soort cellulose -ether, molecuulgewicht of viscositeit, methyl, hydroxyethyl, hydroxypropylgehalte van deze groepen zijn verschillend, het achterstand is ook anders. Over het algemeen, hoe groter de viscositeit en hoe hoger het gehalte van niet-dissociabele groepen, hoe slechter het vertragingsvermogen. Daarom kan in het werkelijke productieproces, volgens de vereisten van commerciële mortelcoagulatie, de juiste functionele groepsinhoud van cellulose -ether worden geselecteerd. Of bij de productie van cellulose -ether tegelijkertijd, pas het gehalte van functionele groepen aan, laat het voldoen aan de vereisten van verschillende mortel.

3、de invloed van niet -ionische cellulose -ether op de fysische eigenschappen van polymeercement

3.1 langzame coagulatie

Om de hydratatiehardingstijd van cement te verlengen, zodat de nieuw gemengde mortel in lange tijd plastic blijft, om de instellingstijd van de nieuw gemengde mortel aan te passen, voegt u de werking van de werking toe, meestal toevoegen Retarder in mortel, niet Ionische cellulose -ether is geschikt voor polymeercement is een gemeenschappelijke achterstand.

Het vertragingseffect van niet -ionische cellulose -ether op cement wordt voornamelijk beïnvloed door zijn eigen type, viscositeit, dosering, verschillende samenstelling van cementmineralen en andere factoren. Pourchez J et al. toonde aan dat hoe hoger de mate van cellulose -ethermethylering, hoe erger het vertragingseffect, terwijl het molecuulgewicht van celluloseether en hydroxypropoxygehalte een zwak effect had op het vertragen van cementhydratatie. Met de toename van viscositeit en dopinghoeveelheid niet-ionische cellulose-ether, is de adsorptielaag op het oppervlak van cementdeeltjes verdikt en wordt de initiële en uiteindelijke instellingstijd van cement verlengd en is het vertragingseffect duidelijker. Studies hebben aangetoond dat de vroege warmteafgifte van cementslurries met verschillende HEMC -gehalte ongeveer 15% lager is dan die van zuivere cementslurries, maar er is geen significant verschil in het latere hydratatieproces. Singh NK et al. toonde aan dat met de toename van de HEC -doteringshoeveelheid de hydratatiewarmteafgifte van gemodificeerde cementmortel een trend vertoonde van het eerst toenemende en vervolgens afname, en het HEC -gehalte bij het bereiken van de maximale hydratatiewarmteafgifte gerelateerd was aan de uithardingstijd.

Bovendien wordt gevonden dat het vertragingseffect van niet -ionische cellulose -ether nauw verwant is aan de samenstelling van cement. Peschard et al. ontdekte dat hoe lager het gehalte van tricalciumaluminaat (C3A) in cement, hoe duidelijker het achterstand van celluloseether. Schmitz L et al. geloofde dat dit werd veroorzaakt door de verschillende manieren van cellulose -ether voor de hydratatiekinetiek van tricalciumsilicaat (C3S) en tricalciumaluminaat (C3A). Cellulose -ether zou de reactiesnelheid in de versnellingsperiode van C3's kunnen verminderen, terwijl het voor C3A de inductieperiode zou kunnen verlengen en uiteindelijk het stollings- en verhardingsproces van mortel kan vertragen.

Er zijn verschillende meningen over het mechanisme van niet-ionische cellulose-ether die cementhydratatie vertraagt. Silva et al. Liu geloofde dat de introductie van cellulose -ether de viscositeit van de poriënoplossing zou veroorzaken, waardoor de beweging van ionen wordt geblokkeerd en de condensatie werd uitgesteld. Pourchez et al. geloofde dat er een duidelijke relatie was tussen de vertraging van cellulose -ether om hydratatie en de viscositeit van cementslurry te cementeren. Een andere theorie is dat het vertragingseffect van cellulose -ether nauw verwant is aan alkali -afbraak. Polysachariden hebben de neiging gemakkelijk af te breken om hydroxylcarbonzuur te produceren dat de hydratatie van cement onder alkalische omstandigheden kan vertragen. Studies hebben echter aangetoond dat cellulose -ether zeer stabiel is onder alkalische omstandigheden en slechts enigszins afbreekt, en de afbraak heeft weinig effect op de vertraging van cementhydratatie. Op dit moment is het meer consistente beeld dat het vertragingseffect voornamelijk wordt veroorzaakt door adsorptie. In het bijzonder is de hydroxylgroep op het moleculaire oppervlak van cellulose ether zuur, de Ca (0H) in het hydratatiecementsysteem en andere minerale fasen zijn alkalisch. Onder de synergetische werking van waterstofbinding, zullen complexering en hydrofobe, zure cellulose ethermoleculen worden geadsorbeerd op het oppervlak van alkalische cementdeeltjes en hydratatieproducten. Bovendien wordt een dunne film gevormd op het oppervlak, die de verdere groei van deze minerale fase kristalkernen belemmert en de hydratatie en instelling van cement vertraagt. Hoe sterker de adsorptiecapaciteit tussen cementhydratatieproducten en cellulose -ether, hoe duidelijker de hydratatievertraging van cement. Enerzijds speelt de grootte van sterische hindering een beslissende rol in de adsorptiecapaciteit, zoals de kleine sterische hindering van de hydroxylgroep, de sterke zuurgraad, adsorptie is ook sterk. Aan de andere kant hangt de adsorptiecapaciteit ook af van de samenstelling van hydratatieproducten van cement. Pourchez et al. ontdekte dat cellulose -ether gemakkelijk wordt geadsorbeerd naar het oppervlak van hydratatieproducten zoals Ca (0H) 2, CSH gel en calciumaluminaathydraat, maar het is niet eenvoudig om geadsorbeerd te worden door ettringiet en niet -gehydrateerde fase. De studie van Mullert toonde ook aan dat cellulose -ether een sterke adsorptie had op C3's en zijn hydratatieproducten, dus de hydratatie van silicaatfase was aanzienlijk vertraagd. De adsorptie van ettringiet was laag, maar de vorming van ettringiet werd aanzienlijk vertraagd. Dit kwam omdat de vertraging in de vorming van ettringiet werd beïnvloed door de Ca2+ -balans in oplossing, wat de voortzetting was van de vertraging van cellulose -ether in silicaathydratatie.

3.2 Waterbehoud

Een ander belangrijk modificatie-effect van cellulose-ether in cementmortel is te verschijnen als een wateromhoudingsmiddel, dat het vocht in natte mortel kan voorkomen Natte mortel, om ervoor te zorgen dat dunne mortel kan worden gekamd, kan gepleisterde mortel worden verspreid en gemakkelijk te absorberen mortel hoeft niet vooraf te zijn.

De waterhoudende capaciteit van cellulose-ether is nauw verwant met de viscositeit, dosering, type en omgevingstemperatuur. Andere omstandigheden zijn hetzelfde, hoe groter de viscositeit van cellulose -ether, hoe beter het waterretentie -effect, een kleine hoeveelheid cellulose -ether kan de waterretentie van mortel sterk verbeteren; Voor dezelfde cellulose -ether, hoe hoger de toegevoegde hoeveelheid, hoe hoger de waterretentiesnelheid van gemodificeerde mortel, maar er is een optimale waarde, waarboven de waterretentiepercentage langzaam toeneemt. Voor verschillende soorten cellulose -ether zijn er ook verschillen in waterretentie, zoals HPMC onder dezelfde omstandigheden dan MC beter waterretentie. Bovendien neemt de waterretentieprestaties van cellulose -ether af met de toename van de omgevingstemperatuur.

Algemeen wordt aangenomen dat de reden waarom cellulose -ether de functie heeft van waterretentie, voornamelijk te wijten is aan de 0H op het molecuul en het 0 -atoom op de etherbinding zal worden geassocieerd met watermoleculen om waterstofbinding te synthetiseren, zodat vrij water bindend wordt water, om een ​​goede rol van waterbehoud te spelen; Er wordt ook aangenomen dat de macromoleculaire keten van de cellulose -ether een beperkende rol speelt bij de diffusie van watermoleculen, om waterverdamping effectief te regelen, om een ​​hoog waterretentie te bereiken; Pourchez J betoogde dat cellulose -ether het waterretentie -effect bereikte door de reologische eigenschappen van de nieuw gemengde cementslurry, de structuur van het poreuze netwerk en de vorming van cellulose -etherfilm te verbeteren die de diffusie van water belemmerde. Laetitia P et al. Geloof ook dat de reologische eigenschap van mortel een sleutelfactor is, maar ook van mening dat viscositeit niet de enige factor is die de uitstekende waterretentieprestaties van mortel bepaalt. Het is vermeldenswaard dat hoewel cellulose -ether een goede prestaties van het waterretentie heeft, maar de gemodificeerde geharde cementmortelwaterabsorptie zal worden verminderd, is de reden dat cellulose -ether in de mortelfilm en in de mortel een groot aantal kleine gesloten poriën, blokkeren de mortel in het capillair.

3.3 verdikking

De consistentie van mortel is een van de belangrijke indexen om de werkprestaties ervan te meten. Cellulose -ether wordt vaak geïntroduceerd om de consistentie te vergroten. "Consistentie" vertegenwoordigt het vermogen van vers gemengde mortel om te stromen en te vervormen onder de werking van zwaartekracht of externe krachten. De twee eigenschappen van verdikking en waterbehoud vullen elkaar aan. Het toevoegen van een geschikte hoeveelheid cellulose-ether kan niet alleen de waterretentieprestaties van mortel verbeteren, zorgen voor een soepele constructie, maar ook de consistentie van mortel vergroten, het anti-dispersie-vermogen van cement aanzienlijk verhogen, de bindingsprestaties tussen mortel en matrix verbeteren, en Verminder het doorhangende fenomeen van mortel.

Het verdikingseffect van cellulose -ether komt voornamelijk uit zijn eigen viscositeit, hoe groter de viscositeit, hoe beter het verdikingseffect, maar als de viscositeit te groot is, zal het de vloeibaarheid van mortel verminderen, wat de constructie beïnvloedt. De factoren die de viscositeitsverandering beïnvloeden, zoals molecuulgewicht (of mate van polymerisatie) en concentratie van cellulose -ether, oplossingstemperatuur, afschuifsnelheid, zullen het uiteindelijke verdikingseffect beïnvloeden.

Het verdikkingmechanisme van cellulose -ether komt voornamelijk van hydratatie en verstrengeling tussen moleculen. Enerzijds is de polymeerketen van celluloseether gemakkelijk om waterstofbinding met water in water te vormen, waterstofbinding zorgt ervoor dat het hoge hydratatie heeft; Aan de andere kant, wanneer cellulose -ether wordt toegevoegd aan de mortel, zal deze veel water absorberen, zodat zijn eigen volume sterk wordt uitgebreid, waardoor de vrije ruimte van deeltjes wordt verminderd, tegelijkertijd cellulose ether moleculaire ketens met elkaar verweven met elkaar Om een ​​driedimensionale netwerkstructuur te vormen, zijn mortierdeeltjes omgeven waarin geen vrije stroom. Met andere woorden, onder deze twee acties is de viscositeit van het systeem verbeterd, waardoor het gewenste verdikingseffect wordt bereikt.

4. Effect van niet -ionische cellulose -ether op de morfologie en poriestructuur van polymeercement

Zoals te zien is in het bovenstaande, speelt niet-ionische cellulose-ether een cruciale rol in polymeercement, en de toevoeging ervan zal zeker de microstructuur van de gehele cementmortel beïnvloeden. De resultaten laten zien dat niet-ionische cellulose-ether meestal de porositeit van cementmortel verhoogt, en het aantal poriën in de grootte van 3 nm ~ 350um neemt toe, waaronder het aantal poriën in het bereik van 100 nm ~ 500 nm het meest toeneemt. De invloed op de poriënstructuur van cementmortel is nauw verwant aan het type en de viscositeit van niet-ionische cellulose-ether toegevoegd. OU Zhihua et al. geloofde dat wanneer de viscositeit hetzelfde is, de porositeit van cementmortel gemodificeerd door HEC kleiner is dan die van HPMC en MC toegevoegd als modificaties. Voor dezelfde celluloseether, hoe kleiner de viscositeit, hoe kleiner de porositeit van de gemodificeerde cementmortel. Door het effect van HPMC te bestuderen op het diafragma van schuimcementisolatiebord, Wang Yanru et al. ontdekte dat de toevoeging van HPMC de porositeit niet significant verandert, maar het diafragma aanzienlijk kan verminderen. Zhang Guodian et al. ontdekte dat hoe groter het HEMC -gehalte, hoe duidelijker de invloed op de poriënstructuur van cementslurry. De toevoeging van HEMC kan de porositeit, het totale porievolume en de gemiddelde poriënradius van cementslurry aanzienlijk verhogen, maar het specifieke oppervlak van de porie neemt af en het aantal grote capillaire poriën groter dan 50 nm in diameter neemt aanzienlijk toe en de geïntroduceerde poriën neemt aanzienlijk toe en de geïntroduceerde poriën neemt aanzienlijk toe en de geïntroduceerde poriën. zijn voornamelijk gesloten poriën.

Het effect van niet -ionische cellulose -ether op het vormingsproces van cementslurry poriestructuur werd geanalyseerd. Er werd gevonden dat de toevoeging van cellulose -ether de eigenschappen van vloeibare fase voornamelijk veranderde. Enerzijds neemt de vloeistoffase -oppervlaktespanning af, waardoor het gemakkelijk is om bubbels in cementmortel te vormen, en zal de vloeistoffase -afwatering en beldiffusie vertragen, zodat kleine bellen moeilijk te verzamelen zijn in grote bubbels en ontlading, dus de leegte, dus de leegte is sterk verhoogd; Aan de andere kant neemt de viscositeit van de vloeibare fase toe, wat ook drainage, bellendiffusie en bubbelfusie remt, en verbetert het vermogen om bubbels te stabiliseren. Daarom kan de invloedsmodus van cellulose -ether op de poriegrootteverdeling van cementmortel worden verkregen: in het poriegroottebereik van meer dan 100 nm kunnen bellen worden geïntroduceerd door de oppervlaktespanning van de vloeistoffase te verminderen en beldiffusie kan worden geremd door het vergroten van de vloeibare viscositeit; In de regio van 30 nm ~ 60 nm kan het aantal poriën in de regio worden beïnvloed door de fusie van kleinere bubbels te remmen.

5. Invloed van niet -ionische cellulose -ether op mechanische eigenschappen van polymeercement

De mechanische eigenschappen van polymeercement zijn nauw verwant aan de morfologie. Met de toevoeging van niet -ionische cellulose -ether neemt de porositeit toe, die zeker een negatief effect zal hebben op de sterkte ervan, met name de druksterkte en de buigsterkte. De vermindering van de druksterkte van cementmortel is aanzienlijk groter dan de buigsterkte. OU Zhihua et al. bestudeerde de invloed van verschillende soorten niet-ionische cellulose-ether op de mechanische eigenschappen van cementmortel en ontdekte dat de sterkte van cellulose-ether gemodificeerde cementmortel lager was dan die van zuivere cementmortel, en de laagste 28D-druksterkte was slechts 44,3% van die van pure cement slurry. De druksterkte en de buigsterkte van HPMC, HEMC en MC -cellulose -ether gemodificeerd zijn vergelijkbaar, terwijl de druksterkte en de buigsterkte van HEC -gemodificeerde cementslurry in elke leeftijd aanzienlijk hoger zijn. Dit hangt nauw samen met hun viscositeit of molecuulgewicht, hoe hoger de viscositeit of molecuulgewicht van celluloseether, of hoe groter de oppervlakteactiviteit, hoe lager de sterkte van de gemodificeerde cementmortel.

Er is echter ook aangetoond dat niet -ionische cellulose -ether de treksterkte, flexibiliteit en samenhaalbaarheid van cementmortel kan verbeteren. Huang Liangen et al. ontdekte dat, in tegenstelling tot de veranderingswet van druksterkte, de afschuifsterkte en treksterkte van slurry toenam met de toename van het gehalte van cellulose -ether in cementmortel. Analyse van de reden, na de toevoeging van cellulose -ether en polymeeremulsie samen om een ​​groot aantal dichte polymeerfilm te vormen, verbetert de flexibiliteit van de slurry en cementhydratatieproducten, niet -gehydrateerd cement, vulstoffen en andere materialen die in deze film zijn gevuld, aanzienlijk , om de treksterkte van het coatingsysteem te waarborgen.

Om de prestaties van niet-ionische cellulose-ether gemodificeerd polymeercement te verbeteren, verbetert u de fysische eigenschappen van cementmortel tegelijk de cementmortel. Li Tao-Wen et al. ontdekte dat het samengestelde additief samengesteld uit celluloseether en polymeerlijmpoeder niet alleen de buigsterkte en de druksterkte van mortel enigszins verbeterde, zodat de samenhang en viscositeit van cementmortel geschikter zijn voor de coatingconstructie, maar ook de waterbehoud aanzienlijk verbeterde, Mortelcapaciteit vergeleken met enkele cellulose -ether. Xu Qi et al. Slakpoeder, waterreductiemiddel en HEMC toegevoegd en ontdekten dat waterreductiemiddel en mineraalpoeder de dichtheid van mortel kunnen vergroten, het aantal gaten kunnen verminderen, om de sterkte en elastische modulus van mortel te verbeteren. HEMC kan de trekbindingssterkte van mortel verhogen, maar het is niet goed voor de druksterkte en de elastische modulus van mortel. Yang Xiaojie et al. ontdekte dat het plastic krimpscheuren van cementmortel aanzienlijk kan worden verminderd na het mengen van HEMC- en PP -vezels.

6. Conclusie

Niet -ionische cellulose -ether speelt een belangrijke rol in het polymeercement, dat de fysische eigenschappen aanzienlijk kan verbeteren (inclusief vertraging van coagulatie, waterretentie, verdikking), microscopische morfologie en mechanische eigenschappen van cementmortel. Er is veel werk verricht aan de aanpassing van op cement gebaseerde materialen door cellulose-ether, maar er zijn nog enkele problemen die verder moeten worden bestudeerd. In praktische technische toepassingen wordt bijvoorbeeld weinig aandacht besteed aan de reologie, vervormingseigenschappen, volumestabiliteit en duurzaamheid van gemodificeerde op cement gebaseerde materialen en een regelmatige overeenkomstige relatie is niet vastgesteld met toegevoegde cellulose-ether. Het onderzoek naar het migratiemechanisme van cellulose ether -polymeer- en cementhydratatieproducten in hydratatiereactie is nog steeds onvoldoende. Het actieproces en het mechanisme van de samengestelde additieven samengesteld uit cellulose -ether en andere mengsels zijn niet duidelijk genoeg. De samengestelde toevoeging van cellulose -ether en anorganische versterkte materialen zoals glasvezel is niet geperfectioneerd. Al deze zullen de focus zijn van toekomstig onderzoek om theoretische richtlijnen te bieden voor het verder verbeteren van de prestaties van polymeercement.