Éter de celulose não iônico em cimento polimérico

Como aditivo indispensável no cimento polimérico, o éter de celulose não iônico tem recebido ampla atenção e pesquisa. Com base na literatura relevante no país e no exterior, a lei e o mecanismo da argamassa de cimento modificada com éter de celulose não iônico foram discutidos a partir dos aspectos dos tipos e seleção de éter de celulose não iônico, seu efeito nas propriedades físicas do cimento polimérico, seu efeito na micromorfologia e nas propriedades mecânicas, e as deficiências da pesquisa atual foram apresentadas. Este trabalho promoverá a aplicação de éter de celulose em cimento polimérico.

Palavras-chave: éter de celulose não iônico, cimento polimérico, propriedades físicas, propriedades mecânicas, microestrutura

1. Visão geral

Com a crescente demanda e requisitos de desempenho do cimento polimérico na indústria da construção, a adição de aditivos à sua modificação tornou-se um ponto importante de pesquisa, entre os quais o éter de celulose tem sido amplamente utilizado devido ao seu efeito na retenção de água da argamassa de cimento, espessamento, retardamento, ar e assim por diante. Neste artigo são descritos os tipos de éter de celulose, os efeitos nas propriedades físicas e mecânicas do cimento polimérico e a micromorfologia do cimento polimérico, o que fornece uma referência teórica para a aplicação do éter de celulose em cimento polimérico.

2. Tipos de éter de celulose não iônico

O éter de celulose é um tipo de composto polimérico com estrutura de éter feito de celulose. Existem muitos tipos de éter de celulose, que têm grande influência nas propriedades dos materiais à base de cimento e são difíceis de escolher. De acordo com a estrutura química dos substituintes, eles podem ser divididos em éteres aniônicos, catiônicos e não iônicos. Éter de celulose não iônico com substituinte de cadeia lateral de H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH e outros grupos não dissociáveis ​​é o mais amplamente utilizado em cimento, representantes típicos são éter de metilcelulose, hidroxipropilmetil éter de celulose, éter de hidroxietilmetilcelulose, éter de hidroxietilcelulose e assim por diante. Diferentes tipos de éteres de celulose têm efeitos diferentes no tempo de pega do cimento. De acordo com relatórios anteriores da literatura, o HEC tem a capacidade retardadora mais forte para o cimento, seguido pelo HPMc e HEMc, e o Mc tem a pior. Para o mesmo tipo de éter de celulose, o peso molecular ou a viscosidade, o conteúdo de metila, hidroxietil, hidroxipropil desses grupos são diferentes, seu efeito retardador também é diferente. De um modo geral, quanto maior for a viscosidade e quanto maior for o teor de grupos indissociáveis, pior será a capacidade de atraso. Portanto, no próprio processo de produção, de acordo com os requisitos da coagulação da argamassa comercial, o conteúdo adequado do grupo funcional do éter de celulose pode ser selecionado. Ou na produção de éter de celulose ao mesmo tempo, ajustar o conteúdo de grupos funcionais, fazer com que atenda às exigências de diferentes argamassas.

3、a influência do éter de celulose não iônico nas propriedades físicas do cimento polimérico

3.1 Coagulação lenta

Para prolongar o tempo de endurecimento por hidratação do cimento, para que a argamassa recém-misturada permaneça plástica por muito tempo, de modo a ajustar o tempo de pega da argamassa recém-misturada, melhorar sua operabilidade, geralmente adiciona retardador na argamassa, não- o éter de celulose iônico é adequado para cimento polimérico e é um retardador comum.

O efeito retardador do éter de celulose não iônico no cimento é afetado principalmente pelo seu próprio tipo, viscosidade, dosagem, composição diferente dos minerais do cimento e outros fatores. PourchezJ et al. mostraram que quanto maior o grau de metilação do éter de celulose, pior o efeito retardador, enquanto o peso molecular do éter de celulose e o teor de hidroxipropóxi tiveram um efeito fraco no retardamento da hidratação do cimento. Com o aumento da viscosidade e da quantidade de dopagem do éter de celulose não iônico, a camada de adsorção na superfície das partículas de cimento fica mais espessa e o tempo de presa inicial e final do cimento é estendido, e o efeito retardador é mais óbvio. Estudos mostraram que a liberação precoce de calor de pastas de cimento com diferentes teores de HEMC é cerca de 15% menor do que a de pastas de cimento puro, mas não há diferença significativa no processo de hidratação posterior. Singh NK et al. mostraram que com o aumento da quantidade de dopagem HEc, a liberação de calor de hidratação da argamassa de cimento modificada apresentou uma tendência de primeiro aumentar e depois diminuir, e o teor de HEC ao atingir a liberação máxima de calor de hidratação estava relacionado à idade de cura.

Além disso, verifica-se que o efeito retardador do éter de celulose não iônico está intimamente relacionado com a composição do cimento. Peschard et al. descobriram que quanto menor o teor de aluminato tricálcico (C3A) no cimento, mais óbvio é o efeito retardador do éter de celulose. Schmitz L et al. acreditava que isso era causado pelas diferentes formas do éter de celulose na cinética de hidratação do silicato tricálcico (C3S) e do aluminato tricálcico (C3A). O éter de celulose poderia reduzir a taxa de reação no período de aceleração do C3S, enquanto para o C3A poderia prolongar o período de indução e, finalmente, atrasar o processo de solidificação e endurecimento da argamassa.

Existem diferentes opiniões sobre o mecanismo do éter de celulose não iônico que retarda a hidratação do cimento. Silva e outros. Liu acreditava que a introdução do éter de celulose faria com que a viscosidade da solução dos poros aumentasse, bloqueando assim o movimento dos íons e retardando a condensação. No entanto, Pourchez et al. acreditavam que havia uma relação óbvia entre o atraso do éter de celulose na hidratação do cimento e a viscosidade da pasta de cimento. Outra teoria é que o efeito retardador do éter de celulose está intimamente relacionado com a degradação alcalina. Os polissacarídeos tendem a degradar-se facilmente para produzir ácido hidroxila carboxílico, que pode retardar a hidratação do cimento em condições alcalinas. No entanto, estudos descobriram que o éter de celulose é muito estável sob condições alcalinas e apenas se degrada ligeiramente, e a degradação tem pouco efeito no atraso da hidratação do cimento. Actualmente, a visão mais consistente é que o efeito retardador é causado principalmente pela adsorção. Especificamente, o grupo hidroxila na superfície molecular do éter de celulose é ácido, o ca(0H) no sistema de cimento de hidratação e outras fases minerais são alcalinas. Sob a ação sinérgica das ligações de hidrogênio, moléculas complexantes e hidrofóbicas, as moléculas ácidas de éter de celulose serão adsorvidas na superfície das partículas alcalinas de cimento e dos produtos de hidratação. Além disso, forma-se uma película fina em sua superfície, o que dificulta o maior crescimento desses núcleos cristalinos da fase mineral e retarda a hidratação e pega do cimento. Quanto mais forte for a capacidade de adsorção entre os produtos de hidratação do cimento e o éter de celulose, mais óbvio será o atraso na hidratação do cimento. Por um lado, o tamanho do obstáculo estérico desempenha um papel decisivo na capacidade de adsorção, tal como o pequeno obstáculo estérico do grupo hidroxila, sua forte acidez, a adsorção também é forte. Por outro lado, a capacidade de adsorção também depende da composição dos produtos de hidratação do cimento. Pourchez et al. descobriram que o éter de celulose é facilmente adsorvido na superfície de produtos de hidratação, como ca (0H) 2, gel csH e hidrato de aluminato de cálcio, mas não é fácil de ser adsorvido pela etringita e pela fase não hidratada. O estudo de Mullert também mostrou que o éter de celulose tinha uma forte adsorção em c3s e seus produtos de hidratação, de modo que a hidratação da fase silicato foi significativamente retardada. A adsorção da etringita foi baixa, mas a formação da etringita foi significativamente retardada. Isso ocorreu porque o retardo na formação da etringita foi afetado pelo equilíbrio de ca2+ em solução, que foi a continuação do retardo do éter de celulose na hidratação do silicato.

3.2 Preservação da Água

Outro importante efeito de modificação do éter de celulose na argamassa de cimento é aparecer como um agente de retenção de água, que pode evitar que a umidade da argamassa úmida evapore prematuramente ou seja absorvida pela base, e retardar a hidratação do cimento enquanto prolonga o tempo de operação do argamassa úmida, para garantir que a argamassa fina possa ser penteada, a argamassa rebocada possa ser espalhada e a argamassa de fácil absorção não precise ser pré-molhada.

A capacidade de retenção de água do éter de celulose está intimamente relacionada à sua viscosidade, dosagem, tipo e temperatura ambiente. Outras condições são as mesmas, quanto maior a viscosidade do éter de celulose, melhor o efeito de retenção de água, uma pequena quantidade de éter de celulose pode melhorar muito a taxa de retenção de água da argamassa; Para o mesmo éter de celulose, quanto maior a quantidade adicionada, maior será a taxa de retenção de água da argamassa modificada, mas existe um valor ótimo, além do qual a taxa de retenção de água aumenta lentamente. Para diferentes tipos de éter de celulose, também existem diferenças na retenção de água, como HPMc nas mesmas condições que Mc melhor retenção de água. Além disso, o desempenho de retenção de água do éter de celulose diminui com o aumento da temperatura ambiente.

Acredita-se geralmente que a razão pela qual o éter de celulose tem a função de retenção de água é principalmente devido ao 0H na molécula e o átomo 0 na ligação do éter estará associado às moléculas de água para sintetizar a ligação de hidrogênio, de modo que a água livre se torne vinculativa água, de modo a desempenhar um bom papel de retenção de água; Acredita-se também que a cadeia macromolecular do éter de celulose desempenha um papel restritivo na difusão das moléculas de água, de modo a controlar eficazmente a evaporação da água, para alcançar elevada retenção de água; Pourchez J argumentou que o éter de celulose alcançou o efeito de retenção de água melhorando as propriedades reológicas da pasta de cimento recém-misturada, a estrutura da rede porosa e a formação de filme de éter de celulose que dificultava a difusão da água. Laetitia P et al. também acreditam que a propriedade reológica da argamassa é um fator chave, mas também acreditam que a viscosidade não é o único fator que determina o excelente desempenho de retenção de água da argamassa. Vale ressaltar que embora o éter de celulose tenha bom desempenho de retenção de água, mas a absorção de água de sua argamassa de cimento endurecido modificado será reduzida, a razão é que o éter de celulose no filme de argamassa, e na argamassa um grande número de pequenos poros fechados, bloqueando a argamassa dentro do capilar.

3.3 Espessamento

A consistência da argamassa é um dos índices importantes para medir o seu desempenho de trabalho. O éter de celulose é frequentemente introduzido para aumentar a consistência. “Consistência” representa a capacidade da argamassa recém-misturada de fluir e deformar sob a ação da gravidade ou de forças externas. As duas propriedades de espessamento e retenção de água se complementam. Adicionar uma quantidade adequada de éter de celulose pode não apenas melhorar o desempenho de retenção de água da argamassa, garantir uma construção suave, mas também aumentar a consistência da argamassa, aumentar significativamente a capacidade antidispersão do cimento, melhorar o desempenho da ligação entre a argamassa e a matriz, e reduzir o fenômeno de flacidez da argamassa.

O efeito espessante do éter de celulose vem principalmente da sua própria viscosidade, quanto maior a viscosidade, melhor será o efeito espessante, mas se a viscosidade for muito grande reduzirá a fluidez da argamassa, afetando a construção. Os fatores que afetam a mudança de viscosidade, como peso molecular (ou grau de polimerização) e concentração de éter de celulose, temperatura da solução, taxa de cisalhamento, afetarão o efeito de espessamento final.

O mecanismo de espessamento do éter de celulose vem principalmente da hidratação e do emaranhamento entre as moléculas. Por um lado, a cadeia polimérica do éter de celulose é fácil de formar ligações de hidrogênio com água em água, a ligação de hidrogênio faz com que tenha alta hidratação; Por outro lado, quando o éter de celulose é adicionado à argamassa, ele absorve muita água, de modo que seu próprio volume se expande bastante, reduzindo o espaço livre das partículas, ao mesmo tempo em que as cadeias moleculares do éter de celulose se entrelaçam. para formar uma estrutura de rede tridimensional, as partículas de argamassa são circundadas, e não o fluxo livre. Ou seja, sob estas duas ações, a viscosidade do sistema é melhorada, conseguindo-se assim o efeito espessante desejado.

4. Efeito do éter de celulose não iônico na morfologia e estrutura dos poros do cimento polimérico

Como pode ser visto acima, o éter de celulose não iônico desempenha um papel vital no cimento polimérico, e sua adição certamente afetará a microestrutura de toda a argamassa de cimento. Os resultados mostram que o éter de celulose não iônico geralmente aumenta a porosidade da argamassa de cimento, e o número de poros no tamanho de 3nm ~ 350um aumenta, entre os quais o número de poros na faixa de 100nm ~ 500nm é o que mais aumenta. A influência na estrutura dos poros da argamassa de cimento está intimamente relacionada ao tipo e à viscosidade do éter de celulose não iônico adicionado. Ou Zhihua et al. acredita-se que quando a viscosidade é a mesma, a porosidade da argamassa de cimento modificada por HEC é menor que a de HPMc e Mc adicionados como modificadores. Para o mesmo éter de celulose, quanto menor for a viscosidade, menor será a porosidade da argamassa de cimento modificada. Ao estudar o efeito do HPMc na abertura da placa isolante de espuma de cimento, Wang Yanru et al. descobriram que a adição de HPMC não altera significativamente a porosidade, mas pode reduzir significativamente a abertura. No entanto, Zhang Guodian et al. descobriram que quanto maior o teor de HEMc, mais óbvia é a influência na estrutura dos poros da pasta de cimento. A adição de HEMc pode aumentar significativamente a porosidade, o volume total dos poros e o raio médio dos poros da pasta de cimento, mas a área superficial específica do poro diminui e o número de grandes poros capilares maiores que 50 nm de diâmetro aumenta significativamente, e os poros introduzidos são principalmente poros fechados.

O efeito do éter de celulose não iônico no processo de formação da estrutura porosa da pasta de cimento foi analisado. Verificou-se que a adição de éter de celulose alterou principalmente as propriedades da fase líquida. Por um lado, a tensão superficial da fase líquida diminui, facilitando a formação de bolhas na argamassa de cimento, e retardará a drenagem da fase líquida e a difusão das bolhas, de modo que pequenas bolhas são difíceis de se reunir em grandes bolhas e descarregar, de modo que a anulação aumenta muito; Por outro lado, a viscosidade da fase líquida aumenta, o que também inibe a drenagem, a difusão das bolhas e a fusão das bolhas, e aumenta a capacidade de estabilizar as bolhas. Portanto, o modo de influência do éter de celulose na distribuição do tamanho dos poros da argamassa de cimento pode ser obtido: na faixa de tamanho dos poros superior a 100 nm, as bolhas podem ser introduzidas reduzindo a tensão superficial da fase líquida, e a difusão das bolhas pode ser inibida por aumentando a viscosidade do líquido; na região de 30nm ~ 60nm, o número de poros na região pode ser afetado pela inibição da fusão de bolhas menores.

5. Influência do éter de celulose não iônico nas propriedades mecânicas do cimento polimérico

As propriedades mecânicas do cimento polimérico estão intimamente relacionadas à sua morfologia. Com a adição de éter de celulose não iônico, a porosidade aumenta, o que certamente terá um efeito adverso em sua resistência, especialmente na resistência à compressão e à flexão. A redução da resistência à compressão da argamassa de cimento é significativamente maior que a resistência à flexão. Ou Zhihua et al. estudou a influência de diferentes tipos de éter de celulose não iônico nas propriedades mecânicas da argamassa de cimento e descobriu que a resistência da argamassa de cimento modificada com éter de celulose era inferior à da argamassa de cimento puro, e a menor resistência à compressão 28d foi de apenas 44,3% daquela da pasta de cimento pura. A resistência à compressão e a resistência à flexão do HPMc, HEMC e MC modificado com éter de celulose são semelhantes, enquanto a resistência à compressão e a resistência à flexão da pasta de cimento modificada com HEc em cada idade são significativamente maiores. Isto está intimamente relacionado com a sua viscosidade ou peso molecular, quanto maior for a viscosidade ou peso molecular do éter de celulose, ou quanto maior for a actividade superficial, menor será a resistência da sua argamassa de cimento modificada.

No entanto, também foi demonstrado que o éter de celulose não iônico pode aumentar a resistência à tração, a flexibilidade e a coesibilidade da argamassa de cimento. Huang Liangen et al. descobriram que, contrariamente à lei de mudança da resistência à compressão, a resistência ao cisalhamento e a resistência à tração da pasta aumentaram com o aumento do teor de éter de celulose na argamassa de cimento. Análise do motivo, após a adição de éter de celulose e emulsão de polímero juntos para formar um grande número de filme de polímero denso, melhora muito a flexibilidade da pasta e produtos de hidratação de cimento, cimento não hidratado, cargas e outros materiais preenchidos neste filme , para garantir a resistência à tração do sistema de revestimento.

A fim de melhorar o desempenho do cimento polimérico modificado com éter de celulose não iônico, melhorar as propriedades físicas da argamassa de cimento ao mesmo tempo, não reduzir significativamente suas propriedades mecânicas, a prática usual é combinar éter de celulose e outros aditivos, adicionados a a argamassa de cimento. Li Tao-wen et al. descobriram que o aditivo composto composto por éter de celulose e cola de polímero em pó não apenas melhorou ligeiramente a resistência à flexão e à compressão da argamassa, de modo que a coesão e a viscosidade da argamassa de cimento são mais adequadas para a construção do revestimento, mas também melhorou significativamente a retenção de água capacidade da argamassa em comparação com o éter de celulose simples. Xu Qi et al. adicionou pó de escória, agente redutor de água e HEMc, e descobriu que o agente redutor de água e o pó mineral podem aumentar a densidade da argamassa, reduzir o número de furos, de modo a melhorar a resistência e o módulo de elasticidade da argamassa. HEMc pode aumentar a resistência à tração da argamassa, mas não é bom para a resistência à compressão e o módulo de elasticidade da argamassa. Yang Xiaojie et al. descobriram que a fissuração por retração plástica da argamassa de cimento pode ser significativamente reduzida após a mistura de fibra HEMc e PP.

6. Conclusão

O éter de celulose não iônico desempenha um papel importante no cimento polimérico, que pode melhorar significativamente as propriedades físicas (incluindo retardamento da coagulação, retenção de água, espessamento), morfologia microscópica e propriedades mecânicas da argamassa de cimento. Muito trabalho tem sido feito na modificação de materiais à base de cimento por éter de celulose, mas ainda existem alguns problemas que precisam de mais estudos. Por exemplo, em aplicações práticas de engenharia, pouca atenção é dada à reologia, propriedades de deformação, estabilidade de volume e durabilidade de materiais à base de cimento modificados, e uma relação correspondente regular não foi estabelecida com éter de celulose adicionado. A pesquisa sobre o mecanismo de migração do polímero de éter de celulose e dos produtos de hidratação do cimento na reação de hidratação ainda é insuficiente. O processo de ação e mecanismo dos aditivos compostos compostos por éter de celulose e outros aditivos não são suficientemente claros. A adição composta de éter de celulose e materiais inorgânicos reforçados, como fibra de vidro, não foi aperfeiçoada. Tudo isso será o foco de pesquisas futuras para fornecer orientação teórica para melhorar ainda mais o desempenho do cimento polimérico.