Zaczyn cementowy modyfikowany eterem celulozy

Badano wpływ zróżnicowanej struktury molekularnej niejonowego eteru celulozy na strukturę porów zaczynu cementowego, stosując badanie gęstości użytkowej oraz makroskopową i mikroskopową obserwację struktury porów. Wyniki pokazują, że niejonowy eter celulozy może zwiększać porowatość zaczynu cementowego. Gdy lepkość niejonowej zawiesiny modyfikowanej eterem celulozy jest podobna, porowatośćeter hydroksyetylocelulozowyZawiesina modyfikowana (HEC) jest mniejsza niż zawiesina modyfikowana eterem hydroksypropylometylocelulozy (HPMC) i eterem metylocelulozy (MC). Im niższa lepkość/względna masa cząsteczkowa eteru celulozy HPMC o podobnej zawartości grup, tym mniejsza porowatość jego modyfikowanego zaczynu cementowego. Niejonowy eter celulozy może zmniejszyć napięcie powierzchniowe fazy ciekłej i sprawić, że zaczyn cementowy będzie łatwo tworzyć pęcherzyki. Niejonowe cząsteczki eteru celulozy są adsorbowane kierunkowo na granicy faz gaz-ciecz pęcherzyków, co również zwiększa lepkość fazy zaczynu cementowego i zwiększa zdolność zaczynu cementowego do stabilizacji pęcherzyków.

Słowa kluczowe:niejonowy eter celulozy; Zaczyn cementowy; Struktura porów; Struktura molekularna; napięcie powierzchniowe; lepkość

Niejonowy eter celulozy (zwany dalej eterem celulozy) ma doskonałe właściwości zagęszczające i zatrzymuje wodę i jest szeroko stosowany w suchych zaprawach mieszanych, betonach samozagęszczalnych i innych nowych materiałach na bazie cementu. Etery celulozy stosowane w materiałach na bazie cementu obejmują zwykle eter metylocelulozy (MC), eter hydroksypropylometylocelulozy (HPMC), eter hydroksyetylometylocelulozy (HEMC) i eter hydroksyetylocelulozy (HEC), wśród których najczęstszymi zastosowaniami są HPMC i HEMC .

Eter celulozy może znacząco wpływać na strukturę porów zaczynu cementowego. Pourchez i wsp. poprzez badanie gęstości pozornej, badanie wielkości porów (metoda wtrysku rtęci) oraz analizę obrazu sEM doszli do wniosku, że eter celulozy może zwiększać liczbę porów o średnicy około 500 nm i porów o średnicy około 50-250 µm w zaczyn cementowy. Co więcej, w przypadku stwardniałego zaczynu cementowego rozkład wielkości porów zaczynu cementowego modyfikowanego HEC o niskiej masie cząsteczkowej jest podobny do rozkładu wielkości porów czystego zaczynu cementowego. Całkowita objętość porów zaczynu cementowego modyfikowanego HEC o dużej masie cząsteczkowej jest większa niż w przypadku czystego zaczynu cementowego, ale mniejsza niż zaczynu cementowego modyfikowanego HPMC o mniej więcej tej samej konsystencji. Dzięki obserwacji SEM Zhang i in. odkryli, że HEMC może znacznie zwiększyć liczbę porów o średnicy około 0,1 mm w zaprawie cementowej. W teście wtrysku rtęci odkryli również, że HEMC może znacznie zwiększyć całkowitą objętość porów i średnią średnicę porów w zaczynie cementowym, co skutkuje znacznym wzrostem liczby dużych porów o średnicy 50 nm ~ 1 μm i dużych porów o średnicy większej niż 1μm. Jednakże liczba porów o średnicy mniejszej niż 50 nm uległa znacznemu zmniejszeniu. Saric-Coric i in. wierzyli, że eter celulozy sprawi, że zaczyn cementowy będzie bardziej porowaty i doprowadzi do wzrostu makroporów. Jenni i in. zbadał gęstość użytkową i ustalił, że udział objętościowy porów zaprawy cementowej modyfikowanej HEMC wynosił około 20%, podczas gdy czysta zaprawa cementowa zawierała tylko niewielką ilość powietrza. Silva i in. odkryli, że oprócz dwóch pików przy 3,9 nm i 40 ~ 75 nm dla czystej zawiesiny cementowej, w teście wtrysku rtęci wystąpiły również dwa piki przy 100 ~ 500 nm i większych niż 100 μm. Ma Baoguo i in. odkryli, że eter celulozy zwiększał liczbę drobnych porów o średnicy mniejszej niż 1 μm i dużych porów o średnicy większej niż 2 μm w zaprawie cementowej w teście wtrysku rtęci. Ponieważ eter celulozy zwiększa porowatość zaczynu cementowego, zwykle uważa się, że eter celulozy ma aktywność powierzchniową, wzbogaci powierzchnię styku powietrza i wody, tworząc film, który ustabilizuje pęcherzyki w zaczynie cementowym.

Z powyższej analizy literatury wynika, że ​​dużym zainteresowaniem cieszy się wpływ eteru celulozy na strukturę porów materiałów na bazie cementu. Istnieje jednak wiele rodzajów eteru celulozy, ten sam rodzaj eteru celulozy, jego względna masa cząsteczkowa, zawartość grup i inne parametry struktury molekularnej są również bardzo różne, a krajowi i zagraniczni badacze zajmujący się wyborem eteru celulozy ograniczają się jedynie do ich odpowiedniego zastosowania dziedzinie, brak reprezentacji, wniosek jest nieunikniony „nadmiernym uogólnieniem”, przez co wyjaśnienie mechanizmu eteru celulozy nie jest wystarczająco głębokie. W pracy badano wpływ eteru celulozy o różnej budowie molekularnej na strukturę porów zaczynów cementowych poprzez badanie gęstości pozornej oraz makroskopową i mikroskopową obserwację struktury porów.

1. Testuj

1.1 Surowce

Cementem był zwykły cement portlandzki P·O 42,5 produkowany przez Huaxin Cement Co., LTD., którego skład chemiczny mierzono za pomocą spektrometru fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją długości fali AXIOS Ad-Vanced (PANa – lytical, Holandia), a skład fazowy oszacowano metodą Bogue.

Eter celulozy wybrał cztery rodzaje komercyjnego eteru celulozy, odpowiednio eter metylocelulozy (MC), eter hydroksypropylometylocelulozy (HPMC1, HPMC2) i eter hydroksyetylocelulozy (HEC), struktura molekularna HPMC1 i HPMC2 podobna, ale lepkość jest znacznie mniejsza niż HPMC2 Oznacza to, że względna masa cząsteczkowa HPMC1 jest znacznie mniejsza niż HPMC2. Ze względu na podobne właściwości eteru hydroksyetylometylocelulozy (HEMc) i HPMC, w tym badaniu nie wybrano HEMC. Aby uniknąć wpływu zawartości wilgoci na wyniki testu, wszystkie etery celulozy przed użyciem wypiekano w temperaturze 98°C przez 2 godziny.

Lepkość eteru celulozy badano za pomocą wiskozymetru obrotowego NDJ-1B (Shanghai Changji Company). Stężenie roztworu testowego (stosunek masowy eteru celulozy do wody) wynosiło 2,0%, temperatura 20°C, a prędkość obrotowa 12 obr./min. Badanie napięcia powierzchniowego eteru celulozy metodą pierścieniową. Przyrządem badawczym był automatyczny tensjometr JK99A (Shanghai Zhongchen Company). Stężenie roztworu testowego wynosiło 0,01%, a temperatura 20℃. Zawartość grup eterowych celulozy zapewnia producent.

W zależności od lepkości, napięcia powierzchniowego i zawartości grup w eterze celulozy, gdy stężenie roztworu wynosi 2,0%, stosunek lepkości roztworu HEC i HPMC2 wynosi 1:1,6, a stosunek lepkości roztworu HEC i MC wynosi 1:0,4, ale w tym teście stosunek wody do cementu wynosi 0,35, maksymalny stosunek cementu wynosi 0,6%, stosunek masowy eteru celulozy do wody wynosi około 1,7%, mniej niż 2,0%, a synergistyczny wpływ zaczynu cementowego na lepkość, więc różnica lepkości zaczynu cementowego modyfikowanego HEC, HPMC2 lub MC jest niewielka.

W zależności od lepkości, napięcia powierzchniowego i zawartości grup w eterze celulozy, napięcie powierzchniowe każdego eteru celulozy jest inne. Eter celulozy zawiera zarówno grupy hydrofilowe (grupy hydroksylowe i eterowe), jak i grupy hydrofobowe (pierścień węglowy metylowy i glukozowy), jest środkiem powierzchniowo czynnym. Eter celulozy jest inny, rodzaj i zawartość grup hydrofilowych i hydrofobowych są różne, co skutkuje różnym napięciem powierzchniowym.

1.2 Metody badań

Przygotowano sześć rodzajów zaczynów cementowych, w tym zaczyny czyste, zaczyny cementowe modyfikowane eterami celulozy (MC, HPMCl, HPMC2 i HEC) o zawartości cementu 0,60% oraz zaczyny modyfikowane HPMC2 o zawartości cementu 0,05%. Ref. MC — 0,60, HPMCl — 0,60, HPmc2-0,60. HEC 1-0,60 i hpMC2-0,05 wskazują, że stosunek wody do cementu wynosi w obu przypadkach 0,35.

Najpierw zaczyn cementowy zgodnie z GB/T 17671 1999 „Metoda badania wytrzymałości zaprawy cementowej (metoda ISO)” wykonany w bloczku testowym z pryzmatami o wymiarach 40 mm × 40 mm × 160 mm, pod warunkiem utwardzania uszczelnionego w temperaturze 20 ℃ 28d. Po zważeniu i obliczeniu gęstości pozornej został on rozbity małym młotkiem, po czym obserwowano stan makrootworów w środkowej części bloku testowego i fotografowano go aparatem cyfrowym. W tym samym czasie pobrano małe kawałki o średnicy 2,5 ~ 5,0 mm do obserwacji za pomocą mikroskopu optycznego (trójwymiarowy mikroskop wideo HIROX) i skaningowego mikroskopu elektronowego (JSM-5610LV).

2. Wyniki testu

2.1 Gęstość pozorna

Według gęstości pozornej zaczynów cementowych modyfikowanych różnymi eterami celulozy, (1) gęstość pozorna czystego zaczynu cementowego jest najwyższa i wynosi 2044 kg/m3; Gęstość pozorna czterech rodzajów zaczynu modyfikowanego eterem celulozy o zawartości cementu 0,60% wynosiła 74–88% gęstości czystego zaczynu cementowego, co wskazuje, że eter celulozy spowodował wzrost porowatości zaczynu cementowego. (2) Gdy stosunek cementu do cementu wynosi 0,60%, wpływ różnych eterów celulozy na porowatość zaczynu cementowego jest bardzo różny. Lepkość zaczynów cementowych modyfikowanych HEC, HPMC2 i MC jest podobna, ale gęstość pozorna zaczynów cementowych modyfikowanych HEC jest najwyższa, co wskazuje, że porowatość zaczynów cementowych modyfikowanych HEC jest mniejsza niż zaczynów cementowych modyfikowanych HPMc2 i Mc o podobnej lepkości . HPMc1 i HPMC2 mają podobną zawartość grup, ale lepkość HPMCl jest znacznie niższa niż HPMC2, a gęstość pozorna zaczynów cementowych modyfikowanych HPMCl jest znacznie wyższa niż zaczynów modyfikowanych HPMC2, co wskazuje, że przy podobnej zawartości grup , im niższa lepkość eteru celulozy, tym mniejsza porowatość modyfikowanego zaczynu cementowego. (3) Gdy stosunek cementu do cementu jest bardzo mały (0,05%), gęstość pozorna zaczynu cementowego modyfikowanego HPMC2 jest w zasadzie zbliżona do gęstości czystego zaczynu cementowego, co wskazuje, że wpływ eteru celulozy na porowatość cementu gnojowica jest bardzo mała.

2.2 Makroskopowe pory

Zgodnie ze zdjęciami sekcji zaczynu cementowego modyfikowanego eterem celulozy, wykonanymi aparatem cyfrowym, czysty zaczyn cementowy jest bardzo gęsty, prawie nie widać porów; Wszystkie cztery rodzaje zaczynu modyfikowanego eterem celulozy o zawartości cementu 0,60% mają więcej makroskopowych porów, co wskazuje, że eter celulozy prowadzi do wzrostu porowatości zaczynu cementowego. Podobnie jak w przypadku wyników badania gęstości pozornej, wpływ różnych rodzajów i zawartości eterów celulozy na porowatość zaczynu cementowego jest zupełnie inny. Lepkość zawiesiny modyfikowanej HEC, HPMC2 i MC jest podobna, ale porowatość zawiesiny modyfikowanej HEC jest mniejsza niż zawiesiny modyfikowanej HPMC2 i MC. Chociaż HPMC1 i HPMC2 mają podobną zawartość grup, modyfikowana zawiesina HPMC1 o niższej lepkości ma mniejszą porowatość. Gdy stosunek cementu do cementu w zaczynie modyfikowanym HPMC2 jest bardzo mały (0,05%), liczba porów makroskopowych jest nieznacznie zwiększona w porównaniu z zaczynem czystego cementu, ale znacznie zmniejszona w porównaniu z zaczynem modyfikowanym HPMC2 z zawartością 0,60% cementu -stosunek cementu.

2.3 Mikroskopijne pory

4. Wniosek

(1) Eter celulozy może zwiększać porowatość zaczynu cementowego.

(2) Wpływ eteru celulozy na porowatość zaczynu cementowego o różnych parametrach struktury molekularnej jest inny: gdy lepkość zaczynu cementowego modyfikowanego eterem celulozy jest podobna, porowatość zaczynu cementowego modyfikowanego HEC jest mniejsza niż zaczynu modyfikowanego HPMC i MC zaczyn cementowy; Im niższa lepkość/względna masa cząsteczkowa eteru celulozy HPMC o podobnej zawartości grup, tym niższa porowatość jego modyfikowanego zaczynu cementowego.

(3) Po dodaniu eteru celulozy do zaczynu cementowego zmniejsza się napięcie powierzchniowe fazy ciekłej, dzięki czemu zaczyn cementowy łatwo tworzy pęcherzyki. Kierunkowa adsorpcja cząsteczek eteru celulozy na granicy faz gaz-ciecz pęcherzykowa poprawia wytrzymałość i wytrzymałość adsorpcja filmu cieczy bąbelkowej na granicy faz gaz-ciecz bąbelkowa, poprawia wytrzymałość filmu cieczy bąbelkowej i wzmacnia zdolność twardego błota do stabilizacji bańki.