Pastă de ciment modificat cu eter de celuloză

Efectul diferitelor structuri moleculare a eterului de celuloză neionic asupra structurii porilor nămolului de ciment a fost studiat prin testul de densitate de performanță și observarea macroscopică și microscopică a structurii porilor. Rezultatele arată că eterul de celuloză neionic poate crește porozitatea suspensiei de ciment. Când vâscozitatea suspensiei modificate cu eter de celuloză neionic este similară, porozitateaeter de hidroxietil celulozăSuspensia modificată (HEC) este mai mică decât cea a eterului de hidroxipropil metil celuloză (HPMC) și a suspensiei modificate cu eterul de metil celuloză (MC). Cu cât este mai mică vâscozitatea/greutatea moleculară relativă a eterului de celuloză HPMC cu conținut de grup similar, cu atât porozitatea suspensiei modificate de ciment este mai mică. Eterul de celuloză neionic poate reduce tensiunea superficială a fazei lichide și poate face bulele ușor de formare a suspensiei de ciment. Moleculele de eter de celuloză neionică sunt adsorbite direcțional la interfața gaz-lichid a bulelor, ceea ce crește, de asemenea, vâscozitatea fazei de suspensie de ciment și îmbunătățește capacitatea suspensiei de ciment de a stabiliza bulele.

Cuvinte cheie:eter de celuloză neionic; Pasta de ciment; Structura porilor; Structura moleculară; Tensiune superficială; viscozitate

Eterul de celuloză neionic (denumit în continuare eter de celuloză) are o îngroșare excelentă și reținere a apei și este utilizat pe scară largă în mortar mixt uscat, beton autocompactant și alte materiale noi pe bază de ciment. Eteri de celuloză utilizați în materialele pe bază de ciment includ de obicei eterul de metil celuloză (MC), eterul de hidroxipropil metil celuloză (HPMC), eterul de hidroxietil metil celuloză (HEMC) și eterul de hidroxietil celuloză (HEC), printre care HPMC și HEMC sunt cele mai comune aplicații. .

Eterul de celuloză poate afecta semnificativ structura porilor nămolului de ciment. Pourchez și colab., prin testul de densitate aparentă, testul mărimii porilor (metoda injectării cu mercur) și analiza imaginii sEM, au concluzionat că eterul de celuloză poate crește numărul de pori cu un diametru de aproximativ 500 nm și pori cu un diametru de aproximativ 50-250 μm în pastă de ciment. În plus, pentru șlam de ciment întărit, distribuția dimensiunii porilor a șlamului de ciment modificat HEC cu greutate moleculară mică este similară cu cea a șlamului de ciment pur. Volumul total al porilor al nămolului de ciment modificat HEC cu greutate moleculară mare este mai mare decât al nămolului de ciment pur, dar mai mic decât cel al nămolului de ciment modificat HPMC, cu aproximativ aceeași consistență. Prin observarea SEM, Zhang și colab. a descoperit că HEMC ar putea crește semnificativ numărul de pori cu un diametru de aproximativ 0,1 mm în mortar de ciment. Ei au descoperit, de asemenea, prin testul de injecție cu mercur, că HEMC ar putea crește semnificativ volumul total al porilor și diametrul mediu al porilor nămolului de ciment, rezultând o creștere semnificativă a numărului de pori mari cu un diametru de 50nm ~ 1μm și pori mari cu un diametru mai mare. mai mult de 1μm. Cu toate acestea, numărul de pori cu diametrul mai mic de 50 nm a fost redus semnificativ. Saric-Coric și colab. credea că eterul de celuloză ar face suspensia de ciment mai poroasă și ar duce la creșterea macroporilor. Jenni şi colab. a testat densitatea de performanță și a determinat că fracțiunea de volum a porilor a mortarului de ciment modificat HEMC a fost de aproximativ 20%, în timp ce mortarul de ciment pur conținea doar o cantitate mică de aer. Silva şi colab. a constatat că, pe lângă cele două vârfuri la 3,9 nm și 40 ~ 75 nm ca suspensie de ciment pur, au existat și două vârfuri la 100 ~ 500 nm și mai mari de 100 μm prin testul de injecție cu mercur. Ma Baoguo și colab. a constatat că eterul de celuloză a crescut numărul de pori fini cu diametre mai mici de 1 μm și pori mari cu diametre mai mari de 2 μm în mortar de ciment prin testul de injecție cu mercur. În ceea ce privește motivul pentru care eterul de celuloză crește porozitatea șlamului de ciment, se crede de obicei că eterul de celuloză are activitate de suprafață, se va îmbogăți în interfața aer și apă, formând o peliculă, astfel încât să stabilizeze bulele în șlam de ciment.

Prin analiza literaturii de mai sus, se poate observa că efectul eterului de celuloză asupra structurii porilor materialelor pe bază de ciment a primit o mare atenție. Cu toate acestea, există multe tipuri de eter de celuloză, același tip de eter de celuloză, greutatea moleculară relativă, conținutul de grup și alți parametri de structură moleculară sunt, de asemenea, foarte diferiți, iar cercetătorii autohtoni și străini privind selecția eterului de celuloză se limitează doar la aplicația lor respectivă. câmp, lipsa de reprezentare, concluzia este inevitabilă „suprageneralizare”, astfel încât explicația mecanismului eterului de celuloză nu este suficient de profundă. În această lucrare, efectul eterului de celuloză cu structură moleculară diferită asupra structurii porilor nămolului de ciment a fost studiat prin test de densitate aparentă și observarea macroscopică și microscopică a structurii porilor.

1. Testare

1.1 Materii Prime

Cimentul a fost un ciment Portland obișnuit P·O 42,5 fabricat de Huaxin Cement Co., LTD., în care compoziția chimică a fost măsurată cu spectrometrul de fluorescență cu raze X cu dispersie de lungimi de undă AXIOS Ad-Vanced (PANa - lytical, Olanda), iar compoziţia fazelor a fost estimată prin metoda Bogue.

Eterul de celuloză a selectat patru tipuri de eter de celuloză comercial, respectiv eter de metil celuloză (MC), eter de hidroxipropil metil celuloză (HPMC1, HPMC2) și eter de hidroxietil celuloză (HEC), structura moleculară HPMC1 și HPMC2 similare, dar vâscozitatea este mult mai mică decât HPMC2 , Adică, masa moleculară relativă a HPMC1 este mult mai mică decât cea a HPMC2. Datorită proprietăților similare ale eterului de hidroxietil metil celuloză (HEMc) și HPMC, HEMC nu au fost selectate în acest studiu. Pentru a evita influența conținutului de umiditate asupra rezultatelor testelor, toți eterii de celuloză au fost copți la 98℃ timp de 2 ore înainte de utilizare.

Vâscozitatea eterului de celuloză a fost testată cu viscozimetrul rotativ NDJ-1B (Shanghai Changji Company). Concentrația soluției de testat (raportul de masă dintre eterul de celuloză și apă) a fost de 2,0%, temperatura a fost de 20℃ și viteza de rotație a fost de 12r/min. Tensiunea superficială a eterului de celuloză a fost testată prin metoda inelului. Instrumentul de testare a fost tensiometrul automat JK99A (Shanghai Zhongchen Company). Concentrația soluției de testat a fost de 0,01% și temperatura a fost de 20℃. Conținutul grupului eter de celuloză este furnizat de producător.

În funcție de vâscozitatea, tensiunea superficială și conținutul de grup de eter de celuloză, atunci când concentrația soluției este de 2,0%, raportul de vâscozitate al soluției HEC și HPMC2 este de 1:1,6, iar raportul de vâscozitate al soluției HEC și MC este de 1: 0,4, dar în acest test, raportul apă-ciment este de 0,35, raportul maxim de ciment este de 0,6%, raportul de masă dintre eterul de celuloză și apă este de aproximativ 1,7%, mai puțin de 2,0% și efectul sinergic al șlamului de ciment asupra vâscozității, deci diferența de vâscozitate a șlamului de ciment modificat HEC, HPMC2 sau MC este mică.

În funcție de vâscozitatea, tensiunea superficială și conținutul de grup al eterului de celuloză, tensiunea superficială a fiecărui eter de celuloză este diferită. Eterul de celuloză are atât grupări hidrofile (grupări hidroxil și eter) cât și grupări hidrofobe (ciclu de carbon metil și glucoză), este un agent activ de suprafață. Eterul de celuloză este diferit, tipul și conținutul grupărilor hidrofile și hidrofobe sunt diferite, rezultând o tensiune superficială diferită.

1.2 Metode de testare

S-au preparat șase tipuri de șlam de ciment, inclusiv șlam de ciment pur, patru șlamuri de ciment modificate cu eter de celuloză (MC, HPMCl, HPMC2 și HEC) cu un raport de ciment de 0,60% și șlam de ciment modificat cu HPMC2 cu un raport de ciment de 0,05%. Ref, MC — 0,60, HPMCl — 0,60, Hpmc2-0,60. HEC 1-0,60 și hpMC2-0,05 indică faptul că raportul apă-ciment este ambele de 0,35.

Pasta de ciment mai întâi în conformitate cu GB/T 17671 1999 „metoda de testare a rezistenței mortarului de ciment (metoda ISO)” realizată în bloc de testare cu prisme de 40 mm × 40 mm × 160 mm, în condițiile unei întăriri sigilate de 20 ℃ 28d. După cântărirea și calcularea densității sale aparente, a fost crăpată cu un ciocan mic, iar starea de macro-găuri a secțiunii centrale a blocului de testare a fost observată și fotografiată cu o cameră digitală. În același timp, bucăți mici de 2,5 ~ 5,0 mm au fost luate pentru observare cu microscop optic (microscop video tridimensional HIROX) și microscop electronic cu scanare (JSM-5610LV).

2. Rezultatele testelor

2.1 Densitatea aparentă

În funcție de densitatea aparentă a șlamului de ciment modificat de diferiți eteri de celuloză, (1) densitatea aparentă a șlamului de ciment pur este cea mai mare, care este de 2044 kg/m³; Densitatea aparentă a celor patru tipuri de șlam modificat cu eter de celuloză cu un raport de ciment de 0,60% a fost de 74% ~ 88% din cea a șlamului de ciment pur, ceea ce indică faptul că eterul de celuloză a cauzat creșterea porozității șlamului de ciment. (2) Când raportul dintre ciment și ciment este de 0,60%, efectul diferiților eteri de celuloză asupra porozității suspensiei de ciment este foarte diferit. Vâscozitatea șlamului de ciment modificat HEC, HPMC2 și MC este similară, dar densitatea aparentă a șlamului de ciment modificat HEC este cea mai mare, ceea ce indică faptul că porozitatea șlamului de ciment modificat cu HEC este mai mică decât cea a șlamului de ciment modificat HPMc2 și Mc cu vâscozitate similară. . HPMc1 și HPMC2 au conținut de grup similar, dar vâscozitatea HPMCl este mult mai mică decât cea a HPMC2, iar densitatea aparentă a șlamului de ciment modificat cu HPMCl este semnificativ mai mare decât a șlamului de ciment modificat cu HPMC2, ceea ce indică faptul că atunci când conținutul grupului este similar , cu cât vâscozitatea eterului de celuloză este mai mică, cu atât porozitatea suspensiei modificate de ciment este mai mică. (3) Când raportul ciment-ciment este foarte mic (0,05%), densitatea aparentă a nămolului de ciment modificat cu HPMC2 este practic apropiată de cea a nămolului de ciment pur, indicând faptul că efectul eterului de celuloză asupra porozității cimentului nămolul este foarte mic.

2.2 Porul macroscopic

Conform fotografiilor secțiunii de șlam de ciment modificat cu eter de celuloză luate de camera digitală, șlam de ciment pur este foarte dens, aproape fără pori vizibili; Cele patru tipuri de pastă modificată cu eter de celuloză cu un raport de ciment de 0,60% au toate pori mai macroscopici, ceea ce indică faptul că eterul de celuloză duce la creșterea porozității suspensiei de ciment. Similar cu rezultatele testului de densitate aparentă, efectul diferitelor tipuri și conținuturi de eter de celuloză asupra porozității suspensiei de ciment este destul de diferit. Vâscozitatea suspensiei modificate HEC, HPMC2 și MC este similară, dar porozitatea suspensiei modificate cu HEC este mai mică decât cea a suspensiei modificate HPMC2 și MC. Deși HPMC1 și HPMC2 au conținut de grup similar, suspensia modificată HPMC1 cu vâscozitate mai mică are porozitate mai mică. Atunci când raportul ciment-ciment al nămolului modificat HPMC2 este foarte mic (0,05%), numărul de pori macroscopici este ușor crescut decât cel al nămolului de ciment pur, dar este mult redus decât cel al șlamului modificat HPMC2 cu 0,60% ciment. -raportul de ciment.

2.3 Porul microscopic

4. Concluzie

(1) Eterul de celuloză poate crește porozitatea suspensiei de ciment.

(2) Efectul eterului de celuloză asupra porozității șlamului de ciment cu parametri de structură moleculară diferiți este diferit: atunci când vâscozitatea șlamului de ciment modificat cu eter de celuloză este similară, porozitatea șlamului de ciment modificat cu HEC este mai mică decât cea a șlamului de ciment modificat cu HPMC și MC. pastă de ciment; Cu cât este mai mică vâscozitatea/greutatea moleculară relativă a eterului de celuloză HPMC cu conținut similar de grup, cu atât porozitatea suspensiei modificate de ciment este mai mică.

(3) După adăugarea eterului de celuloză în suspensia de ciment, tensiunea superficială a fazei lichide este redusă, astfel încât suspensia de ciment să formeze ușor bule de adsorbție direcțională a moleculelor de eter de celuloză în interfața gaz-lichid cu bule, îmbunătățind rezistența și duritatea adsorbția filmului lichid cu bule în interfața gaz-lichid cu bule, îmbunătățește rezistența filmului lichid cu bule și întărește capacitatea noroiului dur de a stabiliza bula.