Pasta de cimento modificada com éter de celulose

O efeito das diferentes estruturas moleculares do éter de celulose não iônico na estrutura dos poros da pasta de cimento foi estudado por teste de densidade de desempenho e observação macroscópica e microscópica da estrutura dos poros. Os resultados mostram que o éter de celulose não iônico pode aumentar a porosidade da pasta de cimento. Quando a viscosidade da pasta modificada com éter de celulose não iônico é semelhante, a porosidade doéter de hidroxietilcelulose(HEC) a pasta modificada é menor do que a pasta modificada com éter hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) e éter metilcelulose (MC). Quanto menor a viscosidade/peso molecular relativo do éter de celulose HPMC com conteúdo de grupo semelhante, menor será a porosidade da sua pasta de cimento modificada. O éter de celulose não iônico pode reduzir a tensão superficial da fase líquida e tornar a pasta de cimento fácil de formar bolhas. Moléculas de éter de celulose não iônicas são adsorvidas direcionalmente na interface gás-líquido das bolhas, o que também aumenta a viscosidade da fase da pasta de cimento e aumenta a capacidade da pasta de cimento de estabilizar as bolhas.

Palavras-chave:éter de celulose não iônico; Pasta de cimento; Estrutura dos poros; Estrutura molecular; Tensão superficial; viscosidade

O éter de celulose não iônico (doravante denominado éter de celulose) possui excelente espessamento e retenção de água e é amplamente utilizado em argamassa mista seca, concreto autoadensável e outros novos materiais à base de cimento. Os éteres de celulose usados ​​em materiais à base de cimento geralmente incluem éter de metilcelulose (MC), éter de hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), éter de hidroxietilmetilcelulose (HEMC) e éter de hidroxietilcelulose (HEC), entre os quais HPMC e HEMC são as aplicações mais comuns. .

O éter de celulose pode afetar significativamente a estrutura dos poros da pasta de cimento. Pourchez et al., por meio de teste de densidade aparente, teste de tamanho de poro (método de injeção de mercúrio) e análise de imagem SEM, concluíram que o éter de celulose pode aumentar o número de poros com diâmetro de cerca de 500nm e poros com diâmetro de cerca de 50-250μm em pasta de cimento. Além disso, para pasta de cimento endurecida, a distribuição do tamanho dos poros da pasta de cimento modificada com HEC de baixo peso molecular é semelhante à da pasta de cimento puro. O volume total de poros da pasta de cimento modificada por HEC de alto peso molecular é maior do que o da pasta de cimento puro, mas inferior ao da pasta de cimento modificada por HPMC com aproximadamente a mesma consistência. Através da observação SEM, Zhang et al. descobriram que o HEMC poderia aumentar significativamente o número de poros com um diâmetro de cerca de 0,1 mm na argamassa de cimento. Eles também descobriram, por meio de testes de injeção de mercúrio, que o HEMC poderia aumentar significativamente o volume total de poros e o diâmetro médio dos poros da pasta de cimento, resultando em um aumento significativo no número de poros grandes com diâmetro de 50nm ~ 1μm e poros grandes com diâmetro de mais do que 1μm. No entanto, o número de poros com diâmetro inferior a 50 nm foi significativamente reduzido. Saric-Coric et al. acreditavam que o éter de celulose tornaria a pasta de cimento mais porosa e levaria ao aumento de macroporos. Jenni et al. testaram a densidade de desempenho e determinaram que a fração volumétrica de poros da argamassa de cimento modificada com HEMC era de aproximadamente 20%, enquanto a argamassa de cimento pura continha apenas uma pequena quantidade de ar. Silva e outros. descobriram que, além dos dois picos em 3,9 nm e 40 ~ 75 nm como pasta de cimento pura, havia também dois picos em 100 ~ 500 nm e maiores que 100 μm através do teste de injeção de mercúrio. Ma Baoguo et al. verificaram que o éter de celulose aumentou o número de poros finos com diâmetros inferiores a 1μm e poros grandes com diâmetros superiores a 2μm em argamassas de cimento através do teste de injeção de mercúrio. Quanto ao motivo pelo qual o éter de celulose aumenta a porosidade da pasta de cimento, geralmente acredita-se que o éter de celulose tem atividade superficial, irá enriquecer na interface ar e água, formando um filme, de modo a estabilizar as bolhas na pasta de cimento.

Através da análise da literatura acima, pode-se observar que o efeito do éter de celulose na estrutura dos poros dos materiais à base de cimento tem recebido grande atenção. No entanto, existem muitos tipos de éter de celulose, o mesmo tipo de éter de celulose, seu peso molecular relativo, conteúdo de grupo e outros parâmetros de estrutura molecular também são muito diferentes, e pesquisadores nacionais e estrangeiros na seleção de éter de celulose estão limitados apenas às suas respectivas aplicações. campo, falta de representação, a conclusão é inevitável “supergeneralização”, de modo que a explicação do mecanismo do éter de celulose não é suficientemente profunda. Neste artigo, o efeito do éter de celulose com diferentes estruturas moleculares na estrutura dos poros da pasta de cimento foi estudado por meio de teste de densidade aparente e observação macroscópica e microscópica da estrutura dos poros.

1. Teste

1.1 Matérias-Primas

O cimento foi um cimento Portland comum P·O 42.5 fabricado pela Huaxin Cement Co., LTD., cuja composição química foi medida por espectrômetro de fluorescência de raios X do tipo dispersão de comprimento de onda AXIOS Ad-Vanced (PANa — lytical, Holanda), e a composição de fases foi estimada pelo método de Bogue.

O éter de celulose selecionou quatro tipos de éter de celulose comercial, respectivamente éter de metilcelulose (MC), éter de hidroxipropilmetilcelulose (HPMC1, HPMC2) e éter de hidroxietilcelulose (HEC), estrutura molecular HPMC1 e HPMC2 semelhante, mas a viscosidade é muito menor que HPMC2 , Ou seja, a massa molecular relativa do HPMC1 é muito menor que a do HPMC2. Devido às propriedades semelhantes do éter hidroxietilmetilcelulose (HEMc) e HPMC, os HEMCs não foram selecionados neste estudo. Para evitar a influência do teor de umidade nos resultados dos testes, todos os éteres de celulose foram cozidos a 98°C por 2 horas antes do uso.

A viscosidade do éter de celulose foi testada pelo viscosímetro rotativo NDJ-1B (Shanghai Changji Company). A concentração da solução de teste (razão em massa de éter de celulose para água) foi de 2,0%, a temperatura foi de 20°C e a taxa de rotação foi de 12 r/min. A tensão superficial do éter de celulose foi testada pelo método do anel. O instrumento de teste foi o tensiômetro automático JK99A (Shanghai Zhongchen Company). A concentração da solução de teste foi de 0,01% e a temperatura foi de 20°C. O conteúdo do grupo éter de celulose é fornecido pelo fabricante.

De acordo com a viscosidade, tensão superficial e conteúdo de grupo do éter de celulose, quando a concentração da solução é de 2,0%, a proporção de viscosidade da solução HEC e HPMC2 é de 1:1,6, e a proporção de viscosidade da solução HEC e MC é de 1:0,4, mas neste teste, a proporção água-cimento é de 0,35, a proporção máxima de cimento é de 0,6%, a proporção de massa de éter de celulose para água é de cerca de 1,7%, menos de 2,0%, e o efeito sinérgico da pasta de cimento na viscosidade, então o a diferença de viscosidade da pasta de cimento modificada com HEC, HPMC2 ou MC é pequena.

De acordo com a viscosidade, tensão superficial e conteúdo de grupo do éter de celulose, a tensão superficial de cada éter de celulose é diferente. O éter de celulose possui grupos hidrofílicos (grupos hidroxila e éter) e grupos hidrofóbicos (anel de carbono metílico e glicose), é um surfactante. O éter de celulose é diferente, o tipo e o conteúdo dos grupos hidrofílicos e hidrofóbicos são diferentes, resultando em diferentes tensões superficiais.

1.2 Métodos de teste

Foram preparados seis tipos de pasta de cimento, incluindo pasta de cimento pura, quatro pastas de cimento modificadas com éter de celulose (MC, HPMCl, HPMC2 e HEC) com proporção de cimento de 0,60% e pasta de cimento modificada com HPMC2 com proporção de cimento de 0,05%. Ref, MC — 0,60, HPMCl — 0,60, Hpmc2-0,60. HEC 1-0,60 e hpMC2-0,05 indicam que a relação água-cimento é ambas 0,35.

Pasta de cimento primeiro de acordo com GB/T 17671 1999 “método de teste de resistência de argamassa de cimento (método ISO)” feita em bloco de teste de prismas de 40 mm × 40 mm × 160 mm, sob a condição de cura selada a 20 ℃ 28d. Após pesar e calcular sua densidade aparente, ele foi aberto com um pequeno martelo, e a condição do macrofuro da seção central do bloco de teste foi observada e fotografada com uma câmera digital. Ao mesmo tempo, pequenos pedaços de 2,5 ~ 5,0mm foram levados para observação em microscópio óptico (microscópio de vídeo tridimensional HIROX) e microscópio eletrônico de varredura (JSM-5610LV).

2. Resultados do teste

2.1 Densidade aparente

De acordo com a densidade aparente da pasta de cimento modificada por diferentes éteres de celulose, (1) a densidade aparente da pasta de cimento pura é a mais alta, que é 2.044 kg/m³; A densidade aparente dos quatro tipos de pasta modificada com éter de celulose com a proporção de cimento de 0,60% foi de 74% ~ 88% daquela da pasta de cimento pura, indicando que o éter de celulose causou o aumento na porosidade da pasta de cimento. (2) Quando a proporção de cimento para cimento é de 0,60%, o efeito de diferentes éteres de celulose na porosidade da pasta de cimento é muito diferente. A viscosidade da pasta de cimento modificada HEC, HPMC2 e MC é semelhante, mas a densidade aparente da pasta de cimento modificada HEC é a mais alta, indicando que a porosidade da pasta de cimento modificada HEC é menor do que a da pasta de cimento modificada HPMc2 e Mc com viscosidade semelhante . HPMC1 e HPMC2 têm conteúdo de grupo semelhante, mas a viscosidade do HPMCl é muito menor que a do HPMC2, e a densidade aparente da pasta de cimento modificada com HPMCl é significativamente maior do que a da pasta de cimento modificada com HPMC2, o que indica que quando o conteúdo do grupo é semelhante , quanto menor a viscosidade do éter de celulose, menor a porosidade da pasta de cimento modificada. (3) Quando a relação cimento-cimento é muito pequena (0,05%), a densidade aparente da pasta de cimento modificada com HPMC2 é basicamente próxima daquela da pasta de cimento pura, indicando que o efeito do éter de celulose na porosidade do cimento a pasta é muito pequena.

2.2 Poro macroscópico

De acordo com as fotos da seção de pasta de cimento modificada com éter de celulose tiradas por câmera digital, a pasta de cimento puro é muito densa, quase sem poros visíveis; Os quatro tipos de pasta modificada com éter de celulose com proporção de cimento de 0,60% apresentam mais poros macroscópicos, indicando que o éter de celulose leva ao aumento da porosidade da pasta de cimento. Semelhante aos resultados do teste de densidade aparente, o efeito de diferentes tipos e conteúdos de éter de celulose na porosidade da pasta de cimento é bastante diferente. A viscosidade da pasta modificada com HEC, HPMC2 e MC é semelhante, mas a porosidade da pasta modificada com HEC é menor do que a da pasta modificada com HPMC2 e MC. Embora HPMC1 e HPMC2 tenham conteúdo de grupo semelhante, a pasta modificada de HPMC1 com menor viscosidade tem menor porosidade. Quando a proporção cimento-cimento da pasta modificada com HPMc2 é muito pequena (0,05%), o número de poros macroscópicos é ligeiramente aumentado do que o da pasta de cimento puro, mas muito reduzido do que o da pasta modificada com HPMC2 com 0,60% de cimento para - relação de cimento.

2.3 Poro microscópico

4. Conclusão

(1) O éter de celulose pode aumentar a porosidade da pasta de cimento.

(2) O efeito do éter de celulose na porosidade da pasta de cimento com diferentes parâmetros de estrutura molecular é diferente: quando a viscosidade da pasta de cimento modificada com éter de celulose é semelhante, a porosidade da pasta de cimento modificada com HEC é menor do que a da pasta de cimento modificada com HPMC e MC. pasta de cimento; Quanto menor a viscosidade/peso molecular relativo do éter de celulose HPMC com conteúdo de grupo semelhante, menor a porosidade da sua pasta de cimento modificada.

(3) Depois de adicionar éter de celulose à pasta de cimento, a tensão superficial da fase líquida é reduzida, de modo que a pasta de cimento é fácil de formar bolhas e adsorção direcional de moléculas de éter de celulose na interface gás-líquido da bolha, melhora a resistência e tenacidade de a adsorção do filme líquido da bolha na interface gás-líquido da bolha, melhora a resistência do filme líquido da bolha e fortalece a capacidade da lama resistente de estabilizar a bolha.