Ikke-ionisk celluloseeter i polymersement

Som et uunnværlig tilsetningsstoff i polymersement har ikke-ionisk celluloseeter fått omfattende oppmerksomhet og forskning. Basert på relevant litteratur i inn- og utland, ble loven og mekanismen til ikke-ionisk celluloseetermodifisert sementmørtel diskutert fra aspektene ved typene og valg av ikke-ionisk celluloseeter, dens effekt på de fysiske egenskapene til polymersement, dens effekt på mikromorfologi og mekaniske egenskaper, og manglene ved dagens forskning ble fremsatt. Dette arbeidet vil fremme påføring av celluloseeter i polymersement.

Stikkord: ikke-ionisk celluloseeter, polymersement, fysiske egenskaper, mekaniske egenskaper, mikrostruktur

1. Oversikt

Med den økende etterspørselen og ytelseskravene til polymersement i byggeindustrien, har tilsetning av tilsetningsstoffer til modifikasjonen blitt et forskningshotspot, blant annet har celluloseeter blitt mye brukt på grunn av dens effekt på sementmørtel vannretensjon, fortykning, retardering, luft og så videre. I denne artikkelen beskrives typene celluloseeter, effektene på de fysiske og mekaniske egenskapene til polymersement og mikromorfologien til polymersement, som gir en teoretisk referanse for anvendelsen av celluloseeter i polymersement.

2. Typer ikke-ionisk celluloseeter

Celluloseeter er en slags polymerforbindelse med eterstruktur laget av cellulose. Det finnes mange typer celluloseeter, som har stor innflytelse på egenskapene til sementbaserte materialer og er vanskelig å velge. I henhold til den kjemiske strukturen til substituenter kan de deles inn i anioniske, kationiske og ikke-ioniske etere. Ikke-ionisk celluloseeter med sidekjedesubstituent av H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH og andre ikke-dissosierbare grupper er den mest brukte i sement, typiske representanter er metylcelluloseeter, hydroksypropylmetyl celluloseeter, hydroksyetylmetylcelluloseeter, hydroksyetylcelluloseeter og så videre. Ulike typer celluloseetere har ulik effekt på sementets herdetid. I følge tidligere litteraturrapporter har HEC den sterkeste retardasjonsevnen for sement, etterfulgt av HPMc og HEMc, og Mc har dårligst. For samme type celluloseeter, molekylvekt eller viskositet, er metyl-, hydroksyetyl-, hydroksypropylinnholdet i disse gruppene forskjellig, dens retarderende effekt er også forskjellig. Generelt sett, jo større viskositet og jo høyere innhold av ikke-dissosierbare grupper, desto dårligere er forsinkelsesevnen. Derfor, i den faktiske produksjonsprosessen, i henhold til kravene til kommersiell mørtelkoagulering, kan det passende funksjonelle gruppeinnholdet av celluloseeter velges. Eller i produksjonen av celluloseeter på samme tid, juster innholdet av funksjonelle grupper, gjør det oppfyller kravene til forskjellige mørtel.

3、påvirkningen av ikke-ionisk celluloseeter på de fysiske egenskapene til polymersement

3.1 Langsom koagulering

For å forlenge hydreringsherdingstiden til sement, slik at den nylig blandede mørtelen i lang tid forblir plastisk, for å justere herdetiden til den nylig blandede mørtelen, forbedre dens brukbarhet, vanligvis tilsett retarder i mørtel, ikke- ionisk celluloseeter er egnet for polymersement er en vanlig retarder.

Den retarderende effekten av ikke-ionisk celluloseeter på sement påvirkes hovedsakelig av sin egen type, viskositet, dosering, ulik sammensetning av sementmineraler og andre faktorer. Pourchez J et al. viste at jo høyere grad av celluloseeter-metylering, desto dårligere var den retarderende effekten, mens molekylvekten til celluloseeter og hydroksypropoksyinnhold hadde en svak effekt på retarderingen av sementhydratisering. Med økningen av viskositeten og dopingmengden av ikke-ionisk celluloseeter, blir adsorpsjonslaget på overflaten av sementpartikler tykkere, og den innledende og endelige herdetiden for sement forlenges, og den retarderende effekten er mer åpenbar. Studier har vist at den tidlige varmefrigjøringen av sementslurry med forskjellig HEMC-innhold er omtrent 15 % lavere enn for ren sementslurry, men det er ingen signifikant forskjell i den senere hydratiseringsprosessen. Singh NK et al. viste at med økningen av HEc-dopingmengden, viste hydreringsvarmeavgivelsen av modifisert sementmørtel en trend med først å øke og deretter avta, og HEC-innholdet ved nådd maksimal hydreringsvarmefrigjøring var relatert til herdealderen.

I tillegg er det funnet at den retarderende effekten av ikke-ionisk celluloseeter er nært knyttet til sammensetningen av sement. Peschard et al. fant at jo lavere innhold av trikalsiumaluminat (C3A) i sement, desto tydeligere er den retarderende effekten av celluloseeter. schmitz L et al. mente at dette var forårsaket av forskjellige måter celluloseeter til hydratiseringskinetikken til trikalsiumsilikat (C3S) og trikalsiumaluminat (C3A). Celluloseeter kan redusere reaksjonshastigheten i akselerasjonsperioden til C3S, mens for C3A kan det forlenge induksjonsperioden, og til slutt forsinke størknings- og herdeprosessen til mørtel.

Det er forskjellige meninger om mekanismen for ikke-ionisk celluloseeter som forsinker sementhydrering. Silva et al. Liu mente at innføringen av celluloseeter ville føre til at viskositeten til poreløsningen økte, og dermed blokkere bevegelsen av ioner og forsinke kondensasjonen. Imidlertid, Pourchez et al. mente at det var en åpenbar sammenheng mellom forsinkelsen av celluloseeter til sementhydrering og viskositeten til sementslurry. En annen teori er at den retarderende effekten av celluloseeter er nært knyttet til alkalinedbrytning. Polysakkarider har en tendens til å brytes ned lett for å produsere hydroksylkarboksylsyre som kan forsinke hydratiseringen av sement under alkaliske forhold. Studier har imidlertid funnet at celluloseeter er meget stabil under alkaliske forhold og bare nedbrytes litt, og nedbrytningen har liten effekt på forsinkelsen av sementhydratisering. For tiden er det mer konsistente synet at den retarderende effekten hovedsakelig er forårsaket av adsorpsjon. Nærmere bestemt er hydroksylgruppen på den molekylære overflaten av celluloseeter sur, ca(OH) i hydratiseringssementsystemet og andre mineralfaser er alkaliske. Under den synergistiske virkningen av hydrogenbinding, kompleksdannelse og hydrofobe, vil sure celluloseetermolekyler bli adsorbert på overflaten av alkaliske sementpartikler og hydratiseringsprodukter. I tillegg dannes det en tynn film på overflaten, som hindrer videre vekst av disse mineralfasekrystallkjernene og forsinker hydratiseringen og herdingen av sement. Jo sterkere adsorpsjonskapasitet mellom sementhydreringsprodukter og celluloseeter, desto tydeligere er hydratiseringsforsinkelsen til sement. På den ene siden spiller størrelsen på sterisk hindring en avgjørende rolle i adsorpsjonskapasiteten, for eksempel den lille steriske hindringen av hydroksylgruppen, dens sterke surhet, adsorpsjonen er også sterk. På den annen side avhenger adsorpsjonskapasiteten også av sammensetningen av hydratiseringsprodukter av sement. Pourchez et al. funnet at celluloseeter lett adsorberes til overflaten av hydratiseringsprodukter som ca(OH)2, csH gel og kalsiumaluminathydrat, men det er ikke lett å bli adsorbert av ettringitt og uhydratisert fase. Mullerts studie viste også at celluloseeter hadde en sterk adsorpsjon på c3s og dets hydratiseringsprodukter, så hydratiseringen av silikatfasen ble betydelig forsinket. Adsorpsjonen av ettringitt var lav, men dannelsen av ettringitt ble betydelig forsinket. Dette var fordi forsinkelsen i dannelsen av ettringitt ble påvirket av ca2+-balansen i løsning, som var fortsettelsen av forsinkelsen av celluloseeter i silikathydratisering.

3.2 Vannkonservering

En annen viktig modifikasjonseffekt av celluloseeter i sementmørtel er å fremstå som et vannholdende middel, som kan forhindre at fuktigheten i våtmørtel fordamper for tidlig eller absorberes av underlaget, og forsinker hydratiseringen av sement samtidig som driftstiden forlenges. våtmørtel, for å sikre at tynnmørtel kan kjemmes, pussmørtel kan spres ut, og lett å absorbere mørtel trenger ikke være forhåndsvåt.

Vannholdingskapasiteten til celluloseeter er nært knyttet til dens viskositet, dosering, type og omgivelsestemperatur. Andre forhold er de samme, jo større viskositeten til celluloseeter, jo bedre vannretensjonseffekt, en liten mengde celluloseeter kan gjøre vannretensjonshastigheten til mørtel sterkt forbedret; For samme celluloseeter, jo høyere mengde tilsatt, desto høyere vannretensjonshastighet for modifisert mørtel, men det er en optimal verdi, utover hvilken vannretensjonshastigheten øker sakte. For ulike typer celluloseeter er det også forskjeller i vannretensjon, slik som HPMc under samme forhold enn Mc bedre vannretensjon. I tillegg avtar vannretensjonsytelsen til celluloseeter med økningen i omgivelsestemperaturen.

Det antas generelt at grunnen til at celluloseeter har funksjonen som vannretensjon hovedsakelig skyldes at 0H på molekylet og 0-atomet på eterbindingen vil være assosiert med vannmolekyler for å syntetisere hydrogenbinding, slik at fritt vann blir bindende vann, slik som å spille en god rolle for vannretensjon; Det antas også at celluloseeterens makromolekylære kjede spiller en begrensende rolle i diffusjonen av vannmolekyler, for å effektivt kontrollere vannfordampning, for å oppnå høy vannretensjon; Pourchez J hevdet at celluloseeter oppnådde vannretensjonseffekten ved å forbedre de reologiske egenskapene til den nylig blandede sementoppslemmingen, strukturen til porøst nettverk og dannelsen av celluloseeterfilm som hindret diffusjon av vann. Laetitia P et al. tror også at reologiske egenskaper til mørtel er en nøkkelfaktor, men tror også at viskositet ikke er den eneste faktoren som bestemmer den utmerkede vannretensjonsytelsen til mørtel. Det er verdt å merke seg at selv om celluloseeter har god vannretensjonsytelse, men dens modifiserte vannabsorpsjon av herdet sementmørtel vil reduseres, årsaken er at celluloseeter i mørtelfilmen, og i mørtelen et stort antall små lukkede porer, blokkerer mørtelen inne i kapillæren.

3.3 Fortykning

Konsistensen til mørtel er en av de viktige indeksene for å måle arbeidsytelsen. Celluloseeter introduseres ofte for å øke konsistensen. "Konsistens" representerer evnen til nyblandet mørtel til å flyte og deformeres under påvirkning av tyngdekraften eller ytre krefter. De to egenskapene fortykning og vannretensjon utfyller hverandre. Tilsetning av en passende mengde celluloseeter kan ikke bare forbedre vannretensjonsytelsen til mørtel, sikre jevn konstruksjon, men også øke konsistensen til mørtel, øke anti-spredningsevnen til sement betydelig, forbedre bindingsytelsen mellom mørtel og matrise, og redusere sagging-fenomenet med mørtel.

Fortykningseffekten til celluloseeter kommer hovedsakelig fra dens egen viskositet, jo større viskositet, jo bedre blir fortykningseffekten, men hvis viskositeten er for stor, vil det redusere fluiditeten til mørtel, noe som påvirker konstruksjonen. Faktorene som påvirker viskositetsendring, som molekylvekt (eller polymerisasjonsgrad) og konsentrasjon av celluloseeter, løsningstemperatur, skjærhastighet, vil påvirke den endelige fortykningseffekten.

Fortykningsmekanismen til celluloseeter kommer hovedsakelig fra hydrering og sammenfiltring mellom molekyler. På den ene siden er polymerkjeden av celluloseeter lett å danne hydrogenbinding med vann i vann, hydrogenbinding gjør at den har høy hydrering; På den annen side, når celluloseeter tilsettes mørtelen, vil den absorbere mye vann, slik at dets eget volum utvides kraftig, reduserer det ledige rommet til partikler, samtidig som celluloseetermolekylkjeder flettes sammen med hverandre for å danne en tredimensjonal nettverksstruktur, er mørtelpartikler omgitt i hvilke, ikke fri flyt. Med andre ord, under disse to handlingene forbedres viskositeten til systemet, og oppnår dermed den ønskede fortykningseffekten.

4. Effekt av ikke-ionisk celluloseeter på morfologien og porestrukturen til polymersement

Som det fremgår av det ovenstående, spiller ikke-ionisk celluloseeter en viktig rolle i polymersement, og tilsetningen vil helt sikkert påvirke mikrostrukturen til hele sementmørtelen. Resultatene viser at ikke-ionisk celluloseeter vanligvis øker porøsiteten til sementmørtel, og antall porer i størrelsen 3nm ~ 350um øker, blant annet øker antallet porer i området 100nm ~ 500nm mest. Påvirkningen på porestrukturen til sementmørtel er nært knyttet til typen og viskositeten til tilsatt ikke-ionisk celluloseeter. Ou Zhihua et al. mente at når viskositeten er den samme, er porøsiteten til sementmørtel modifisert av HEC mindre enn for HPMc og Mc tilsatt som modifiseringsmidler. For den samme celluloseeteren, jo mindre viskositeten er, desto mindre er porøsiteten til den modifiserte sementmørtelen. Ved å studere effekten av HPMc på åpningen til skummet sement isolasjonsplate, Wang Yanru et al. fant at tilsetning av HPMC ikke endrer porøsiteten vesentlig, men kan redusere blenderåpningen betydelig. Imidlertid, Zhang Guodian et al. fant at jo større HEMc-innholdet er, desto tydeligere er innflytelsen på porestrukturen til sementslurry. Tilsetningen av HEMc kan øke porøsiteten, totalt porevolum og gjennomsnittlig poreradius til sementslurry betydelig, men det spesifikke overflatearealet til poren reduseres, og antallet store kapillærporer større enn 50 nm i diameter øker betydelig, og de innførte porene er hovedsakelig lukkede porer.

Effekten av ikke-ionisk celluloseeter på dannelsesprosessen av porestruktur i sementoppslemming ble analysert. Det ble funnet at tilsetningen av celluloseeter hovedsakelig endret egenskapene til væskefasen. På den ene siden avtar væskefasens overflatespenning, noe som gjør det lett å danne bobler i sementmørtel, og vil bremse væskefasedreneringen og boblediffusjonen, slik at små bobler er vanskelige å samle seg til store bobler og slippe ut, slik at tomrommet er sterkt økt; På den annen side øker viskositeten til væskefasen, noe som også hemmer drenering, boblediffusjon og boblesammenslåing, og forbedrer evnen til å stabilisere bobler. Derfor kan påvirkningsmodusen til celluloseeter på porestørrelsesfordelingen til sementmørtel oppnås: i porestørrelsesområdet på mer enn 100 nm kan bobler introduseres ved å redusere overflatespenningen til væskefasen, og boblediffusjon kan hemmes ved å øke væskeviskositeten; i området 30nm ~ 60nm, kan antall porer i området påvirkes ved å hemme sammenslåingen av mindre bobler.

5. Påvirkning av ikke-ionisk celluloseeter på de mekaniske egenskapene til polymersement

De mekaniske egenskapene til polymersement er nært knyttet til dens morfologi. Ved tilsetning av ikke-ionisk celluloseeter øker porøsiteten, noe som er bundet til å ha en negativ effekt på styrken, spesielt trykkstyrken og bøyestyrken. Reduksjonen av trykkfastheten til sementmørtel er betydelig større enn bøyestyrken. Ou Zhihua et al. studerte påvirkningen av forskjellige typer ikke-ionisk celluloseeter på de mekaniske egenskapene til sementmørtel, og fant at styrken til celluloseetermodifisert sementmørtel var lavere enn for ren sementmørtel, og den laveste 28d trykkfastheten var bare 44,3 % av ren sementslurry. Trykkstyrken og bøyestyrken til HPMc-, HEMC- og MC-celluloseetermodifisert er like, mens trykkstyrken og bøyestyrken til HEc-modifisert sementslurry i hver alder er betydelig høyere. Dette er nært knyttet til deres viskositet eller molekylvekt, jo høyere viskositet eller molekylvekt av celluloseeter, eller jo større overflateaktivitet, desto lavere er styrken til den modifiserte sementmørtelen.

Imidlertid har det også vist seg at ikke-ionisk celluloseeter kan øke strekkstyrken, fleksibiliteten og kohesibiliteten til sementmørtel. Huang Liangen et al. fant at, i motsetning til endringsloven om trykkfasthet, økte skjærstyrken og strekkstyrken til slurryen med økningen av innholdet av celluloseeter i sementmørtel. Analyse av årsaken, etter tilsetning av celluloseeter og polymeremulsjon sammen for å danne et stort antall tett polymerfilm, forbedrer fleksibiliteten til slurryen, og sementhydratiseringsprodukter, uhydrert sement, fyllstoffer og andre materialer fylt i denne filmen. , for å sikre strekkfastheten til beleggsystemet.

For å forbedre ytelsen til ikke-ionisk celluloseetermodifisert polymersement, forbedre de fysiske egenskapene til sementmørtel på samme tid, reduserer ikke dens mekaniske egenskaper vesentlig, vanlig praksis er å matche celluloseeter og andre tilsetninger, tilsatt til sementmørtelen. Li Tao-wen et al. fant at kompositttilsetningen sammensatt av celluloseeter og polymerlimpulver ikke bare forbedret bøyestyrken og trykkstyrken til mørtel litt, slik at kohesiviteten og viskositeten til sementmørtelen er mer egnet for beleggskonstruksjonen, men forbedret også vannretensjonen betydelig. kapasitet til mørtel sammenlignet med enkelt celluloseeter. Xu Qi et al. tilsatt slaggpulver, vannreduserende middel og HEMc, og fant ut at vannreduserende middel og mineralpulver kan øke tettheten til mørtel, redusere antall hull, for å forbedre styrken og elastisitetsmodulen til mørtel. HEMc kan øke strekkfastheten til mørtel, men det er ikke bra for trykkstyrken og elastisitetsmodulen til mørtel. Yang Xiaojie et al. funnet at plastisk krympesprekker av sementmørtel kan reduseres betydelig etter blanding av HEMc og PP-fiber.

6. Konklusjon

Ikke-ionisk celluloseeter spiller en viktig rolle i polymersement, som betydelig kan forbedre de fysiske egenskapene (inkludert retarderende koagulering, vannretensjon, fortykning), mikroskopisk morfologi og mekaniske egenskaper til sementmørtel. Mye arbeid har blitt gjort med modifisering av sementbaserte materialer med celluloseeter, men det er fortsatt noen problemer som trenger videre studier. For eksempel, i praktiske ingeniørapplikasjoner, er lite oppmerksomhet viet til reologi, deformasjonsegenskaper, volumstabilitet og holdbarhet til modifiserte sementbaserte materialer, og et regelmessig tilsvarende forhold er ikke etablert med tilsatt celluloseeter. Forskningen på migrasjonsmekanismen til celluloseeterpolymer og sementhydratiseringsprodukter i hydratiseringsreaksjon er fortsatt utilstrekkelig. Virkningsprosessen og mekanismen til de sammensatte tilsetningsstoffene som består av celluloseeter og andre tilsetninger er ikke tydelige nok. Kompositttilsetningen av celluloseeter og uorganiske forsterkede materialer som glassfiber har ikke blitt perfeksjonert. Alle disse vil være fokus for fremtidig forskning for å gi teoretisk veiledning for ytterligere å forbedre ytelsen til polymersement.