Efeito da temperatura ambiente na trabalhabilidade do gesso modificado com éter de celulose

O desempenho do gesso modificado com éter de celulose em diferentes temperaturas ambientes é muito diferente, mas seu mecanismo não é claro. Foram estudados os efeitos do éter de celulose nos parâmetros reológicos e na retenção de água da pasta de gesso em diferentes temperaturas ambientes. O diâmetro hidrodinâmico do éter de celulose em fase líquida foi medido pelo método de espalhamento dinâmico de luz, e o mecanismo de influência foi explorado. Os resultados mostram que o éter de celulose tem um bom efeito de retenção de água e espessamento no gesso. Com o aumento do teor de éter de celulose, a viscosidade da pasta aumenta e a capacidade de retenção de água aumenta. Porém, com o aumento da temperatura, a capacidade de retenção de água da pasta de gesso modificada diminui até certo ponto, e os parâmetros reológicos também mudam. Considerando que a associação colóide de éter de celulose pode conseguir retenção de água bloqueando o canal de transporte de água, o aumento da temperatura pode levar à desintegração da associação de grande volume produzida pelo éter de celulose, reduzindo assim a retenção de água e o desempenho de trabalho do gesso modificado.

Palavras-chave:gesso; Éter de celulose; Temperatura; Retenção de água; reologia

0. Introdução

O gesso, por ser uma espécie de material ecologicamente correto, com boas propriedades construtivas e físicas, é amplamente utilizado em projetos de decoração. Na aplicação de materiais à base de gesso, geralmente é adicionado um agente de retenção de água para modificar a pasta e evitar a perda de água no processo de hidratação e endurecimento. O éter de celulose é o agente retentor de água mais comum atualmente. Como o CE iônico reage com Ca2+, muitas vezes usa CE não iônico, como: éter de hidroxipropilmetilcelulose, éter de hidroxietilmetilcelulose e éter de metilcelulose. É importante estudar as propriedades do gesso modificado com éter de celulose para melhor aplicação do gesso na engenharia de decoração.

O éter de celulose é um composto de alto peso molecular produzido pela reação da celulose alcalina e do agente eterificante sob certas condições. O éter de celulose não iônico utilizado na engenharia de construção possui boa dispersão, retenção de água, ligação e efeito espessante. A adição de éter de celulose tem um efeito muito óbvio na retenção de água do gesso, mas a resistência à flexão e à compressão do corpo endurecido com gesso também diminui ligeiramente com o aumento da quantidade de adição. Isso ocorre porque o éter de celulose tem um certo efeito de incorporação de ar, que irá introduzir bolhas no processo de mistura da pasta, reduzindo assim as propriedades mecânicas do corpo endurecido. Ao mesmo tempo, muito éter de celulose tornará a mistura de gesso muito pegajosa, resultando em seu desempenho de construção.

O processo de hidratação do gesso pode ser dividido em quatro etapas: dissolução do sulfato de cálcio hemi-hidratado, cristalização, nucleação do sulfato de cálcio di-hidratado, crescimento do núcleo cristalino e formação da estrutura cristalina. No processo de hidratação do gesso, o grupo funcional hidrofílico do éter de celulose adsorvido na superfície das partículas de gesso irá fixar uma parte das moléculas de água, retardando assim o processo de nucleação da hidratação do gesso e prolongando o tempo de pega do gesso. Através da observação SEM, Mroz descobriu que embora a presença de éter de celulose tenha atrasado o crescimento dos cristais, aumentou a sobreposição e agregação dos cristais.

O éter de celulose contém grupos hidrofílicos para que tenha uma certa hidrofilicidade, cadeia longa de polímero interligando-se entre si para que tenha uma alta viscosidade, a interação dos dois faz com que a celulose tenha um bom efeito espessante de retenção de água na mistura de gesso. Bulichen explicou o mecanismo de retenção de água do éter de celulose no cimento. Em baixa mistura, o éter de celulose é adsorvido no cimento para absorção intramolecular de água e acompanhado de inchaço para obter retenção de água. Neste momento, a retenção de água é fraca. Em alta dosagem, o éter de celulose formará centenas de nanômetros a alguns mícrons de polímero coloidal, bloqueando efetivamente o sistema de gel no buraco, para obter uma retenção eficiente de água. O mecanismo de ação do éter de celulose no gesso é o mesmo do cimento, mas a maior concentração de SO42 na fase fluida da pasta de gesso enfraquecerá o efeito de retenção de água da celulose.

Com base no conteúdo acima, pode-se verificar que a pesquisa atual sobre gesso modificado com éter de celulose concentra-se principalmente no processo de hidratação do éter de celulose na mistura de gesso, nas propriedades de retenção de água, nas propriedades mecânicas e na microestrutura do corpo endurecido e no mecanismo do éter de celulose. retenção de água. Porém, o estudo da interação entre o éter de celulose e a pasta de gesso em alta temperatura ainda é insuficiente. A solução aquosa de éter de celulose gelatinizará a uma temperatura específica. À medida que a temperatura aumenta, a viscosidade da solução aquosa de éter de celulose diminuirá gradualmente. Quando a temperatura de gelatinização for atingida, o éter de celulose precipitará em um gel branco. Por exemplo, na construção de verão, a temperatura ambiente é alta, as propriedades térmicas do gel do éter de celulose podem levar a alterações na trabalhabilidade da pasta de gesso modificada. Este trabalho explora o efeito do aumento da temperatura na trabalhabilidade do gesso modificado com éter de celulose por meio de experimentos sistemáticos e fornece orientação para a aplicação prática do gesso modificado com éter de celulose.

1. Experimente

1.1 Matérias-Primas

O gesso é o gesso natural para construção do tipo β fornecido pelo Beijing Ecological Home Group.

Éter de celulose selecionado do éter de hidroxipropilmetilcelulose do Grupo Shandong Yiteng, especificações do produto para 75.000 mPa·s, 100.000 mPa·s e 200.000mPa·s, temperatura de gelificação acima de 60 ℃. O ácido cítrico foi selecionado como retardador de gesso.

1.2 Teste de Reologia

O instrumento de teste reológico utilizado foi o reômetro RST⁃CC produzido pela BROOKFIELD USA. Parâmetros reológicos, como viscosidade plástica e tensão de cisalhamento da pasta de gesso, foram determinados pelo recipiente de amostra MBT⁃40F⁃0046 e pelo rotor CC3⁃40, e os dados foram processados ​​pelo software RHE3000.

As características da mistura de gesso estão de acordo com o comportamento reológico do fluido de Bingham, que geralmente é estudado usando o modelo de Bingham. No entanto, devido à pseudoplasticidade do éter de celulose adicionado ao gesso modificado com polímero, a mistura de pasta geralmente apresenta uma certa propriedade de afinamento por cisalhamento. Neste caso, o modelo de Bingham modificado (M⁃B) pode descrever melhor a curva reológica do gesso. Para estudar a deformação por cisalhamento do gesso, este trabalho também utiliza o modelo Herschel⁃Bulkley (H⁃B).

1.3 Teste de retenção de água

O procedimento de teste consulte GB/T28627⁃2012 Reboco Gesso. Durante o experimento tendo a temperatura como variável, o gesso foi pré-aquecido com 1h de antecedência na temperatura correspondente no forno, e a água misturada utilizada no experimento foi pré-aquecida 1h na temperatura correspondente no banho-maria de temperatura constante, e o instrumento utilizado foi pré-aquecido.

1.4 Teste de diâmetro hidrodinâmico

O diâmetro hidrodinâmico (D50) da associação de polímero HPMC em fase líquida foi medido utilizando um analisador de tamanho de partícula de dispersão de luz dinâmica (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Resultados e discussão

2.1 Propriedades reológicas do gesso modificado por HPMC

A viscosidade aparente é a razão entre a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento que atua em um fluido e é um parâmetro para caracterizar o fluxo de fluidos não newtonianos. A viscosidade aparente da pasta de gesso modificada mudou com o teor de éter de celulose sob três especificações diferentes (75.000mPa·s, 100.000mpa·s e 200.000mPa·s). A temperatura de teste foi de 20 ℃. Quando a taxa de cisalhamento do reômetro é de 14min-1, pode-se descobrir que a viscosidade da pasta de gesso aumenta com o aumento da incorporação de HPMC, e quanto maior for a viscosidade do HPMC, maior será a viscosidade da pasta de gesso modificada. Isto indica que o HPMC tem um efeito óbvio de espessamento e viscosificação na pasta de gesso. A pasta de gesso e o éter de celulose são substâncias com certa viscosidade. Na mistura de gesso modificada, o éter de celulose é adsorvido na superfície dos produtos de hidratação do gesso, e a rede formada pelo éter de celulose e a rede formada pela mistura de gesso são entrelaçadas, resultando em “efeito de superposição”, o que melhora significativamente a viscosidade geral do o material modificado à base de gesso.

As curvas de tensão de cisalhamento ⁃ da pasta de gesso puro (G⁃H) e de gesso modificado (G⁃H) dopada com 75000mPa·s-HPMC, conforme inferido do modelo revisado de Bingham (M⁃B). Pode-se verificar que com o aumento da taxa de cisalhamento, a tensão de cisalhamento da mistura também aumenta. Os valores de viscosidade plástica (ηp) e tensão de cisalhamento (τ0) do gesso puro e do gesso modificado com HPMC em diferentes temperaturas são obtidos.

A partir dos valores de viscosidade plástica (ηp) e tensão de cisalhamento (τ0) do gesso puro e do gesso modificado com HPMC em diferentes temperaturas, pode-se observar que a tensão de escoamento do gesso modificado com HPMC diminuirá continuamente com o aumento da temperatura, e o rendimento a tensão diminuirá 33% a 60 ℃ em comparação com 20 ℃. Ao observar a curva de viscosidade plástica, verifica-se que a viscosidade plástica da pasta de gesso modificada também diminui com o aumento da temperatura. No entanto, o limite de escoamento e a viscosidade plástica da pasta de gesso pura aumentam ligeiramente com o aumento da temperatura, o que indica que a alteração dos parâmetros reológicos da pasta de gesso modificada por HPMC no processo de aumento da temperatura é causada pela alteração das propriedades da HPMC.

O valor da tensão de escoamento da pasta de gesso reflete o valor máximo da tensão de cisalhamento quando a pasta resiste à deformação por cisalhamento. Quanto maior o valor da tensão de escoamento, mais estável pode ser a pasta de gesso. A viscosidade plástica reflete a taxa de deformação da pasta de gesso. Quanto maior for a viscosidade plástica, maior será o tempo de deformação por cisalhamento da pasta. Em conclusão, os dois parâmetros reológicos da pasta de gesso modificada por HPMC diminuem obviamente com o aumento da temperatura, e o efeito de espessamento da HPMC na pasta de gesso é enfraquecido.

A deformação por cisalhamento da lama refere-se ao efeito de espessamento ou afinamento por cisalhamento refletido pela lama quando submetida à força de cisalhamento. O efeito de deformação por cisalhamento da pasta pode ser avaliado pelo índice pseudoplástico n obtido a partir da curva de ajuste. Quando n <1, a pasta de gesso apresenta afinamento por cisalhamento, e o grau de afinamento por cisalhamento da pasta de gesso torna-se maior com a diminuição de n. Quando n > 1, a pasta de gesso apresentou espessamento por cisalhamento, e o grau de espessamento por cisalhamento da pasta de gesso aumentou com o aumento de n. Curvas reológicas da pasta de gesso modificada por HPMC em diferentes temperaturas com base no ajuste do modelo Herschel⁃Bulkley (H⁃B), obtendo assim o índice pseudoplástico n da pasta de gesso modificada por HPMC.

De acordo com o índice pseudoplástico n da pasta de gesso modificada por HPMC, a deformação por cisalhamento da pasta de gesso misturada com HPMC é afinamento por cisalhamento, e o valor n aumenta gradualmente com o aumento da temperatura, o que indica que o comportamento de afinamento por cisalhamento do gesso modificado por HPMC irá ser enfraquecido até certo ponto quando afetado pela temperatura.

Com base nas mudanças aparentes de viscosidade da pasta de gesso modificada com taxa de cisalhamento calculada a partir de dados de tensão de cisalhamento de 75.000 mPa·HPMC em diferentes temperaturas, pode-se descobrir que a viscosidade plástica da pasta de gesso modificada diminui rapidamente com o aumento da taxa de cisalhamento, que verifica o resultado de ajuste do modelo H⁃B. A pasta de gesso modificada apresentou características de afinamento por cisalhamento. Com o aumento da temperatura, a viscosidade aparente da mistura diminui até certo ponto a baixa taxa de cisalhamento, o que indica que o efeito de afinamento por cisalhamento da pasta de gesso modificada é enfraquecido.

No uso real da massa de gesso, a pasta de gesso deve ser fácil de deformar no processo de fricção e permanecer estável em repouso, o que exige que a pasta de gesso tenha boas características de desbaste por cisalhamento, e a mudança de cisalhamento do gesso modificado por HPMC é rara para até certo ponto, o que não favorece a construção de materiais de gesso. A viscosidade do HPMC é um dos parâmetros importantes, e também a principal razão pela qual desempenha o papel de espessante para melhorar as características variáveis ​​do fluxo de mistura. O próprio éter de celulose tem propriedades de gel quente, a viscosidade de sua solução aquosa diminui gradativamente à medida que a temperatura aumenta e o gel branco precipita ao atingir a temperatura de gelificação. A alteração dos parâmetros reológicos do gesso modificado com éter de celulose com a temperatura está intimamente relacionada à alteração da viscosidade, pois o efeito espessante é resultado da superposição do éter de celulose e da pasta mista. Na engenharia prática, o impacto da temperatura ambiente no desempenho do HPMC deve ser considerado. Por exemplo, a temperatura das matérias-primas deve ser controlada em altas temperaturas no verão para evitar o mau desempenho de trabalho do gesso modificado causado pela alta temperatura.

2.2 Retenção de água deGesso modificado HPMC

A retenção de água da pasta de gesso modificada com três especificações diferentes de éter de celulose é alterada com a curva de dosagem. Com o aumento da dosagem de HPMC, a taxa de retenção de água da pasta de gesso é significativamente melhorada e a tendência de aumento torna-se estável quando a dosagem de HPMC atinge 0,3%. Finalmente, a taxa de retenção de água da pasta de gesso é estável em 90% ~ 95%. Isto indica que o HPMC tem um efeito óbvio de retenção de água na pasta de pedra, mas o efeito de retenção de água não é significativamente melhorado à medida que a dosagem continua a aumentar. Três especificações da diferença na taxa de retenção de água HPMC não são grandes, por exemplo, quando o conteúdo é de 0,3%, a faixa da taxa de retenção de água é de 5%, o desvio padrão é de 2,2. O HPMC com a viscosidade mais alta não tem a maior taxa de retenção de água, e o HPMC com a viscosidade mais baixa não tem a menor taxa de retenção de água. No entanto, em comparação com o gesso puro, a taxa de retenção de água dos três HPMC para pasta de gesso é significativamente melhorada, e a taxa de retenção de água do gesso modificado no teor de 0,3% é aumentada em 95%, 106%, 97% em comparação com o grupo controle em branco. O éter de celulose pode obviamente melhorar a retenção de água da pasta de gesso. Com o aumento do teor de HPMC, a taxa de retenção de água da pasta de gesso modificada por HPMC com diferentes viscosidades atinge gradualmente o ponto de saturação. 10000mPa·sHPMC atingiu o ponto de saturação em 0,3%, 75000mPa·s e 20000mPa·s HPMC atingiu o ponto de saturação em 0,2%. Os resultados mostram que a retenção de água do gesso modificado com HPMC de 75.000 mPa·s muda com a temperatura sob diferentes dosagens. Com a diminuição da temperatura, a taxa de retenção de água do gesso modificado por HPMC diminui gradualmente, enquanto a taxa de retenção de água do gesso puro permanece basicamente inalterada, indicando que o aumento da temperatura enfraquece o efeito de retenção de água do HPMC no gesso. A taxa de retenção de água do HPMC diminuiu 31,5% quando a temperatura aumentou de 20 ℃ para 40 ℃. Quando a temperatura sobe de 40°C para 60°C, a taxa de retenção de água do gesso modificado por HPMC é basicamente a mesma do gesso puro, indicando que o HPMC perdeu o efeito de melhorar a retenção de água do gesso neste momento. Jian Jian e Wang Peiming propuseram que o próprio éter de celulose tem um fenômeno de gel térmico, a mudança de temperatura levará a mudanças na viscosidade, morfologia e adsorção do éter de celulose, o que certamente levará a mudanças no desempenho da mistura de lama. Bulichen também descobriu que a viscosidade dinâmica das soluções de cimento contendo HPMC diminuía com o aumento da temperatura.

A alteração da retenção de água da mistura causada pelo aumento da temperatura deve ser combinada com o mecanismo do éter de celulose. Bulichen explicou o mecanismo pelo qual o éter de celulose pode reter água no cimento. Em sistemas à base de cimento, o HPMC melhora a taxa de retenção de água da pasta, reduzindo a permeabilidade da “torta de filtro” formada pelo sistema de cimentação. Uma certa concentração de HPMC na fase líquida formará várias centenas de nanômetros a alguns mícrons de associação coloidal, isto tem um certo volume de estrutura polimérica que pode efetivamente obstruir o canal de transmissão de água na mistura, reduzir a permeabilidade da “bota de filtro”, para alcançar uma retenção eficiente de água. Bulichen também mostrou que HPMCS em gesso exibe o mesmo mecanismo. Portanto, o estudo do diâmetro hidromecânico da associação formada pelo HPMC na fase líquida pode explicar o efeito do HPMC na retenção de água do gesso.

2.3 Diâmetro hidrodinâmico da associação colóide HPMC

Curvas de distribuição de partículas de diferentes concentrações de HPMC 75000mPa·s na fase líquida, e curvas de distribuição de partículas de três especificações de HPMC na fase líquida na concentração de 0,6%. Pode-se observar pela curva de distribuição de partículas de HPMC de três especificações na fase líquida quando a concentração é de 0,6% que, com o aumento da concentração de HPMC, o tamanho de partícula dos compostos associados formados na fase líquida também aumenta. Quando a concentração é baixa, as partículas formadas pela agregação de HPMC são pequenas e apenas uma pequena parte da HPMC agrega-se em partículas de cerca de 100 nm. Quando a concentração de HPMC é de 1%, há um grande número de associações coloidais com diâmetro hidrodinâmico de cerca de 300 nm, o que é um importante sinal de sobreposição molecular. Esta estrutura de polimerização de “grande volume” pode bloquear efetivamente o canal de transmissão de água na mistura, reduzir a “permeabilidade da torta”, e a retenção de água correspondente da mistura de gesso nesta concentração também é superior a 90%. Os diâmetros hidromecânicos do HPMC com diferentes viscosidades na fase líquida são basicamente os mesmos, o que explica a taxa de retenção de água semelhante da pasta de gesso modificada por HPMC com diferentes viscosidades.

Curvas de distribuição granulométrica de HPMC de 75000mPa·s com concentração de 1% em diferentes temperaturas. Com o aumento da temperatura, a decomposição da associação coloidal HPMC pode ser obviamente encontrada. A 40 ℃, o grande volume da associação de 300 nm desapareceu completamente e se decompôs em partículas de pequeno volume de 15 nm. Com o aumento adicional da temperatura, o HPMC torna-se partículas menores e a retenção de água da pasta de gesso é completamente perdida.

O fenômeno das propriedades de HPMC que mudam com o aumento da temperatura também é conhecido como propriedades de gel quente. A visão comum existente é que, em baixa temperatura, as macromoléculas de HPMC são primeiro dispersas em água para dissolver a solução, as moléculas de HPMC em alta concentração formarão grandes associações de partículas. . Quando a temperatura aumenta, a hidratação do HPMC é enfraquecida, a água entre as cadeias é gradualmente descarregada, os grandes compostos de associação são gradualmente dispersos em pequenas partículas, a viscosidade da solução diminui e a estrutura da rede tridimensional é formada quando a gelificação a temperatura é atingida e o gel branco é precipitado.

Bodvik descobriu que a microestrutura e as propriedades de adsorção do HPMC na fase líquida foram alteradas. Combinado com a teoria de Bulichen de associação coloidal de HPMC bloqueando o canal de transporte de água de lama, concluiu-se que o aumento da temperatura levou à desintegração da associação coloidal de HPMC, resultando na diminuição da retenção de água do gesso modificado.

3. Conclusão

(1) O próprio éter de celulose tem alta viscosidade e efeito “sobreposto” à pasta de gesso, desempenhando um efeito espessante óbvio. À temperatura ambiente, o efeito espessante torna-se mais evidente com o aumento da viscosidade e dosagem do éter de celulose. No entanto, com o aumento da temperatura, a viscosidade do éter de celulose diminui, o seu efeito de espessamento enfraquece, a tensão de cisalhamento e a viscosidade plástica da mistura de gesso diminuem, a pseudoplasticidade enfraquece e a propriedade de construção piora.

(2) O éter de celulose melhorou a retenção de água do gesso, mas com o aumento da temperatura, a retenção de água do gesso modificado também diminuiu significativamente, mesmo a 60 ℃ perderá completamente o efeito da retenção de água. A taxa de retenção de água da pasta de gesso foi significativamente melhorada pelo éter de celulose, e a taxa de retenção de água da pasta de gesso modificada por HPMC com diferentes viscosidades atingiu gradualmente o ponto de saturação com o aumento da dosagem. A retenção de água do gesso é geralmente proporcional à viscosidade do éter de celulose; em alta viscosidade tem pouco efeito.

(3) Os fatores internos que alteram a retenção de água do éter de celulose com a temperatura estão intimamente relacionados à morfologia microscópica do éter de celulose na fase líquida. A uma certa concentração, o éter de celulose tende a agregar-se para formar grandes associações coloidais, bloqueando o canal de transporte de água da mistura de gesso para alcançar uma elevada retenção de água. Porém, com o aumento da temperatura, devido à propriedade de gelificação térmica do próprio éter de celulose, a grande associação coloidal previamente formada se redispersa, levando ao declínio do desempenho de retenção de água.