Efectul temperaturii ambientale asupra lucrabilitatii gipsului modificat cu eter de celuloză

Performanța gipsului modificat cu eter de celuloză la diferite temperaturi ambientale este foarte diferită, dar mecanismul său nu este clar. Au fost studiate efectele eterului de celuloză asupra parametrilor reologici și a retenției de apă a suspensiei de gips la diferite temperaturi ambientale. Diametrul hidrodinamic al eterului de celuloză în fază lichidă a fost măsurat prin metoda împrăștierii dinamice a luminii și a fost explorat mecanismul de influență. Rezultatele arată că eterul de celuloză are un bun efect de reținere a apei și de îngroșare asupra gipsului. Odată cu creșterea conținutului de eter de celuloză, vâscozitatea suspensiei crește și capacitatea de reținere a apei crește. Cu toate acestea, odată cu creșterea temperaturii, capacitatea de reținere a apei a șlamului de gips modificat scade într-o anumită măsură, iar parametrii reologici se modifică. Având în vedere că asocierea coloidului de eter de celuloză poate realiza reținerea apei prin blocarea canalului de transport al apei, creșterea temperaturii poate duce la dezintegrarea asocierii de volum mare produsă de eterul de celuloză, reducând astfel retenția de apă și performanța de lucru a gipsului modificat.

Cuvinte cheie:gips; eter de celuloză; Temperatură; Retentie de apa; reologie

0. Introducere

Gipsul, ca un fel de material prietenos cu mediul, cu o construcție bună și proprietăți fizice, este utilizat pe scară largă în proiectele de decorare. În aplicarea materialelor pe bază de gips, se adaugă de obicei un agent de reținere a apei pentru a modifica suspensia pentru a preveni pierderea apei în procesul de hidratare și întărire. Eterul de celuloză este cel mai comun agent de reținere a apei în prezent. Deoarece CE ionic va reacționa cu Ca2+, se folosește adesea CE neionic, cum ar fi: eterul hidroxipropil metil celuloză, eterul hidroxietil metil celuloză și eterul metil celuloză. Este important să se studieze proprietățile gipsului modificat cu eter de celuloză pentru o mai bună aplicare a gipsului în ingineria decorațiunii.

Eterul de celuloză este un compus cu o moleculă înaltă produs prin reacția celulozei alcaline și a agentului de eterificare în anumite condiții. Eterul de celuloză neionic utilizat în ingineria construcțiilor are un efect bun de dispersie, reținere a apei, lipire și îngroșare. Adăugarea de eter de celuloză are un efect foarte evident asupra retenției de apă a gipsului, dar rezistența la încovoiere și la compresiune a corpului întărit cu gips scade ușor odată cu creșterea cantității de adăugare. Acest lucru se datorează faptului că eterul de celuloză are un anumit efect de antrenare a aerului, care va introduce bule în procesul de amestecare a nămolului, reducând astfel proprietățile mecanice ale corpului întărit. În același timp, prea mult eter de celuloză va face amestecul de gips prea lipicios, rezultând performanța sa de construcție.

Procesul de hidratare a gipsului poate fi împărțit în patru etape: dizolvarea sulfatului de calciu hemihidrat, nuclearea de cristalizare a sulfatului de calciu dihidrat, creșterea nucleului cristalin și formarea structurii cristaline. În procesul de hidratare a gipsului, grupul funcțional hidrofil al eterului de celuloză adsorbit pe suprafața particulelor de gips va fixa o parte din moleculele de apă, întârziind astfel procesul de nucleare a hidratării gipsului și prelungind timpul de priză a gipsului. Prin observarea SEM, Mroz a descoperit că, deși prezența eterului de celuloză a întârziat creșterea cristalelor, dar a crescut suprapunerea și agregarea cristalelor.

Eterul de celuloză conține grupări hidrofile, astfel încât să aibă o anumită hidrofilitate, polimerul cu lanț lung interconectându-se unul cu celălalt, astfel încât să aibă o vâscozitate ridicată, interacțiunea celor două face ca celuloza să aibă un bun efect de îngroșare de reținere a apei asupra amestecului de gips. Bulichen a explicat mecanismul de reținere a apei a eterului de celuloză în ciment. La amestecare scăzută, eterul de celuloză se adsorb pe ciment pentru absorbția intramoleculară a apei și însoțit de umflare pentru a obține reținerea apei. În acest moment, retenția de apă este slabă. Doza mare, eterul de celuloză va forma sute de nanometri până la câțiva microni de polimer coloidal, blocând eficient sistemul de gel în gaură, pentru a obține o retenție eficientă a apei. Mecanismul de acțiune al eterului de celuloză în gips este același cu cel din ciment, dar concentrația mai mare de SO42 în faza fluidă a suspensiei de gips va slăbi efectul de reținere a apei al celulozei.

Pe baza conținutului de mai sus, se poate constata că cercetările actuale asupra gipsului modificat cu eter de celuloză se concentrează în principal pe procesul de hidratare a eterului de celuloză pe amestecul de gips, proprietățile de reținere a apei, proprietățile mecanice și microstructura corpului întărit și mecanismul eterului de celuloză. retenție de apă. Cu toate acestea, studiul privind interacțiunea dintre eterul de celuloză și suspensia de gips la temperatură ridicată este încă insuficient. Soluția apoasă de eter de celuloză se va gelatiniza la o anumită temperatură. Pe măsură ce temperatura crește, vâscozitatea soluției apoase de eter de celuloză va scădea treptat. Când temperatura de gelatinizare este atinsă, eterul de celuloză va fi precipitat în gel alb. De exemplu, în construcția de vară, temperatura ambiantă este ridicată, proprietățile gelului termic ale eterului de celuloză sunt obligate să conducă la modificări în lucrabilitatea șlamului de gips modificat. Această lucrare explorează efectul creșterii temperaturii asupra lucrabilitatii materialului de gips modificat cu eter de celuloză prin experimente sistematice și oferă îndrumări pentru aplicarea practică a gipsului modificat cu eter de celuloză.

1. Experimentează

1.1 Materii Prime

Gipsul este gipsul natural de construcție de tip β furnizat de Beijing Ecological Home Group.

Eter de celuloză selectat din grupul Shandong Yiteng eter hidroxipropil metil celuloză, specificații ale produsului pentru 75.000 mPa·s, 100.000 mPa·s și 200.000mPa·s, temperatură de gelificare peste 60 ℃. Acidul citric a fost selectat ca retard de gips.

1.2 Test de reologie

Instrumentul de testare reologică utilizat a fost reometrul RST⁃CC produs de BROOKFIELD USA. Parametrii reologici, cum ar fi vâscozitatea plastică și efortul de forfecare a suspensiei de gips, au fost determinați de containerul de probă MBT⁃40F⁃0046 și rotorul CC3⁃40, iar datele au fost procesate de software-ul RHE3000.

Caracteristicile amestecului de gips se conformează comportamentului reologic al fluidului Bingham, care este de obicei studiat folosind modelul Bingham. Cu toate acestea, datorită pseudoplasticității eterului de celuloză adăugat la gipsul modificat cu polimer, amestecul de suspensie prezintă de obicei o anumită proprietate de subțiere prin forfecare. În acest caz, modelul Bingham modificat (M⁃B) poate descrie mai bine curba reologică a gipsului. Pentru a studia deformarea prin forfecare a gipsului, această lucrare folosește și modelul Herschel⁃Bulkley (H⁃B).

1.3 Test de retenție a apei

Procedura de testare se referă la GB/T28627⁃2012 Tencuiala pentru tencuială. În timpul experimentului cu temperatura ca variabilă, gipsul a fost preîncălzit cu 1 oră în avans la temperatura corespunzătoare în cuptor, iar apa amestecată utilizată în experiment a fost preîncălzită cu 1 oră la temperatura corespunzătoare în baia de apă cu temperatură constantă, iar instrumentul utilizat a fost preîncălzit.

1.4 Testarea diametrului hidrodinamic

Diametrul hidrodinamic (D50) al asocierii polimerului HPMC în fază lichidă a fost măsurat utilizând un analizor dinamic de mărime a particulelor cu împrăștiere a luminii (Malvern Zetasizer NanoZS90).

2. Rezultate și discuții

2.1 Proprietățile reologice ale gipsului modificat HPMC

Vâscozitatea aparentă este raportul dintre efortul de forfecare și viteza de forfecare care acționează asupra unui fluid și este un parametru pentru a caracteriza curgerea fluidelor non-newtoniene. Vâscozitatea aparentă a suspensiei de gips modificat s-a schimbat cu conținutul de eter de celuloză în conformitate cu trei specificații diferite (75000mPa·s, 100.000mpa·s și 200000mPa·s). Temperatura de testare a fost de 20 ℃. Când viteza de forfecare a reometrului este de 14 min-1, se poate constata că vâscozitatea șlamului de gips crește odată cu creșterea încorporării HPMC și cu cât este mai mare vâscozitatea HPMC, cu atât va fi mai mare vâscozitatea șlamului de gips modificat. Acest lucru indică faptul că HPMC are un efect evident de îngroșare și vâscozificare asupra șlamului de gips. Suspensia de gips și eterul de celuloză sunt substanțe cu o anumită vâscozitate. În amestecul de gips modificat, eterul de celuloză este adsorbit pe suprafața produselor de hidratare din gips, iar rețeaua formată din eterul de celuloză și rețeaua formată din amestecul de gips sunt împletite, rezultând „efect de suprapunere”, care îmbunătățește semnificativ vâscozitatea generală a materialul pe bază de gips modificat.

Curbele de forfecare ⁃ ale pastei de gips pur (G⁃H) și gips modificat (G⁃H) dopate cu 75000mPa·s-HPMC, așa cum se deduce din modelul Bingham (M⁃B) revizuit. Se poate constata că odată cu creșterea vitezei de forfecare crește și efortul de forfecare a amestecului. Se obțin valorile vâscozității plastice (ηp) și efortului de forfecare la curgere (τ0) ale gipsului pur și ale gipsului modificat HPMC la diferite temperaturi.

Din valorile vâscozității plastice (ηp) și efortului de forfecare (τ0) ale gipsului pur și ale gipsului modificat HPMC la diferite temperaturi, se poate observa că limita de curgere a gipsului modificat cu HPMC va scădea continuu odată cu creșterea temperaturii, iar randamentul stresul va scădea cu 33% la 60 ℃ comparativ cu 20 ℃. Prin observarea curbei de vâscozitate plastică, se poate constata că vâscozitatea plastică a șlamului de gips modificat scade și ea odată cu creșterea temperaturii. Cu toate acestea, tensiunea de curgere și vâscozitatea plastică a șlamului de gips pur cresc ușor odată cu creșterea temperaturii, ceea ce indică faptul că modificarea parametrilor reologici ai șlamului de gips modificat HPMC în procesul de creștere a temperaturii este cauzată de modificarea proprietăților HPMC.

Valoarea tensiunii de curgere a nămolului de gips reflectă valoarea maximă a tensiunii de forfecare atunci când nămolul rezistă la deformarea prin forfecare. Cu cât este mai mare valoarea tensiunii de curgere, cu atât suspensia de gips poate fi mai stabilă. Vâscozitatea plastică reflectă viteza de deformare a șlamului de gips. Cu cât vâscozitatea plastică este mai mare, cu atât timpul de deformare prin forfecare al nămolului va fi mai lung. În concluzie, cei doi parametri reologici ai șlamului de gips modificat cu HPMC scad în mod evident odată cu creșterea temperaturii, iar efectul de îngroșare al HPMC asupra șlamului de gips este slăbit.

Deformarea prin forfecare a nămolului se referă la efectul de îngroșare prin forfecare sau de subțiere prin forfecare reflectat de șlam atunci când este supus forței tăietoare. Efectul de deformare prin forfecare al nămolului poate fi apreciat după indicele pseudoplastic n obținut din curba de montare. Când n < 1, nămolul de gips prezintă diluare prin forfecare, iar gradul de subțiere prin forfecare al nămolului de gips devine mai mare odată cu scăderea lui n. Când n > 1, șlamul de gips a prezentat îngroșare prin forfecare, iar gradul de îngroșare prin forfecare al șlamului de gips a crescut odată cu creșterea cu n. Curbele reologice ale șlamului de gips modificat HPMC la diferite temperaturi pe baza modelului Herschel⁃Bulkley (H⁃B), obținem astfel indicele pseudoplastic n al șlamului de gips modificat HPMC.

Conform indicelui pseudoplastic n al șlamului de gips modificat HPMC, deformarea prin forfecare a șlamului de gips amestecat cu HPMC este diluarea prin forfecare, iar valoarea n crește treptat odată cu creșterea temperaturii, ceea ce indică faptul că comportamentul de subțiere prin forfecare al gipsului modificat HPMC va fi slăbit într-o anumită măsură atunci când este afectat de temperatură.

Pe baza modificărilor aparente de vâscozitate ale șlamului de gips modificat cu rata de forfecare calculată din datele de forfecare de 75000 mPa· HPMC la diferite temperaturi, se poate constata că vâscozitatea plastică a șlamului de gips modificat scade rapid odată cu creșterea ratei de forfecare, care verifică rezultatul de potrivire al modelului H⁃B. Suspensia de gips modificat a prezentat caracteristici de subțiere prin forfecare. Odată cu creșterea temperaturii, vâscozitatea aparentă a amestecului scade într-o anumită măsură la viteză de forfecare scăzută, ceea ce indică faptul că efectul de subțiere prin forfecare al suspensiei de gips modificat este slăbit.

În utilizarea efectivă a chitului de gips, pasta de gips trebuie să fie ușor de deformat în procesul de frecare și să rămână stabilă în repaus, ceea ce necesită ca șlamul de gips să aibă caracteristici bune de subțiere prin forfecare, iar schimbarea prin forfecare a gipsului modificat HPMC este rar la într-o anumită măsură, ceea ce nu este propice pentru construcția materialelor din gips. Vâscozitatea HPMC este unul dintre parametrii importanți și, de asemenea, principalul motiv pentru care joacă rolul de îngroșare pentru a îmbunătăți caracteristicile variabile ale fluxului de amestecare. Eterul de celuloză în sine are proprietățile gelului fierbinte, vâscozitatea soluției sale apoase scade treptat pe măsură ce temperatura crește, iar gelul alb precipită la atingerea temperaturii de gelificare. Modificarea parametrilor reologici ai gipsului modificat cu eter de celuloză cu temperatura este strâns legată de modificarea vâscozității, deoarece efectul de îngroșare este rezultatul suprapunerii eterului de celuloză și suspensii amestecate. În inginerie practică, trebuie luat în considerare impactul temperaturii mediului asupra performanței HPMC. De exemplu, temperatura materiilor prime ar trebui să fie controlată la temperaturi ridicate vara pentru a evita performanța de lucru slabă a gipsului modificat cauzată de temperatura ridicată.

2.2 Retenția de apă aGips modificat HPMC

Retenția de apă a șlamului de gips modificat cu trei specificații diferite de eter de celuloză este modificată cu curba de dozare. Odată cu creșterea dozei de HPMC, rata de retenție a apei a suspensiei de gips este îmbunătățită semnificativ, iar tendința de creștere devine stabilă când doza de HPMC atinge 0,3%. În cele din urmă, rata de retenție a apei a suspensiei de gips este stabilă la 90% ~ 95%. Acest lucru indică faptul că HPMC are un efect evident de reținere a apei asupra pastei de piatră, dar efectul de reținere a apei nu este îmbunătățit semnificativ pe măsură ce doza continuă să crească. Trei specificații ale diferenței ratei de retenție a apei HPMC nu este mare, de exemplu, când conținutul este de 0,3%, intervalul ratei de retenție a apei este de 5%, abaterea standard este de 2,2. HPMC cu cea mai mare vâscozitate nu este cea mai mare rată de retenție a apei, iar HPMC cu cea mai mică vâscozitate nu este cea mai mică rată de retenție a apei. Cu toate acestea, în comparație cu gipsul pur, rata de retenție a apei a celor trei HPMC pentru șlam de gips este semnificativ îmbunătățită, iar rata de retenție a apei a gipsului modificat în conținutul de 0,3% este crescută cu 95%, 106%, 97% în comparație cu grup de control gol. Eterul de celuloză poate îmbunătăți în mod evident reținerea apei a suspensiei de gips. Odată cu creșterea conținutului de HPMC, rata de retenție a apei a suspensiei de gips modificat HPMC cu vâscozitate diferită atinge treptat punctul de saturație. 10000mPa·sHPMC a atins punctul de saturație la 0,3%, 75000mPa·s și 20000mPa·s HPMC a atins punctul de saturație la 0,2%. Rezultatele arată că retenția de apă a gipsului modificat HPMC de 75000 mPa·s se modifică cu temperatura în diferite doze. Odată cu scăderea temperaturii, rata de retenție a apei a gipsului modificat HPMC scade treptat, în timp ce rata de retenție a apei a gipsului pur rămâne practic neschimbată, ceea ce indică faptul că creșterea temperaturii slăbește efectul de retenție a apei al HPMC asupra gipsului. Rata de retenție a apei a HPMC a scăzut cu 31,5% atunci când temperatura a crescut de la 20 ℃ la 40 ℃. Când temperatura crește de la 40℃ la 60℃, rata de retenție a apei a gipsului modificat HPMC este practic aceeași cu cea a gipsului pur, ceea ce indică faptul că HPMC și-a pierdut efectul de îmbunătățire a retenției de apă a gipsului în acest moment. Jian Jian și Wang Peiming au propus că eterul de celuloză în sine are un fenomen de gel termic, schimbarea temperaturii va duce la modificări în vâscozitatea, morfologia și adsorbția eterului de celuloză, ceea ce este obligat să conducă la modificări în performanța amestecului de șlam. Bulichen a constatat, de asemenea, că vâscozitatea dinamică a soluțiilor de ciment care conțin HPMC a scăzut odată cu creșterea temperaturii.

Modificarea retenției de apă a amestecului cauzată de creșterea temperaturii trebuie combinată cu mecanismul eterului de celuloză. Bulichen a explicat mecanismul prin care eterul de celuloză poate reține apa în ciment. În sistemele pe bază de ciment, HPMC îmbunătățește rata de reținere a apei a suspensiei prin reducerea permeabilității „turtei de filtrare” formată de sistemul de cimentare. O anumită concentrație de HPMC în faza lichidă va forma câteva sute de nanometri până la câțiva microni de asociere coloidală, aceasta are un anumit volum de structură polimerică poate conecta eficient canalul de transmisie a apei în amestec, reduce permeabilitatea „tortei de filtru”, pentru a realiza o retenție eficientă a apei. Bulichen a arătat, de asemenea, că HPMCS din gips prezintă același mecanism. Prin urmare, studiul diametrului hidromecanic al asocierii formate de HPMC în faza lichidă poate explica efectul HPMC asupra retenției de apă a gipsului.

2.3 Diametrul hidrodinamic al asocierii coloidului HPMC

Curbe de distribuție a particulelor de diferite concentrații de 75000mPa·s HPMC în faza lichidă și curbe de distribuție a particulelor de trei specificații ale HPMC în faza lichidă la concentrația de 0,6%. Din curba de distribuție a particulelor HPMC a trei specificații în faza lichidă, când concentrația este de 0,6%, se poate observa că, odată cu creșterea concentrației HPMC, crește și dimensiunea particulelor compușilor asociați formați în faza lichidă. Când concentrația este scăzută, particulele formate prin agregarea HPMC sunt mici și doar o mică parte din HPMC se agregează în particule de aproximativ 100 nm. Când concentrația HPMC este de 1%, există un număr mare de asociații coloidale cu un diametru hidrodinamic de aproximativ 300 nm, ceea ce este un semn important de suprapunere moleculară. Această structură de polimerizare cu „volum mare” poate bloca eficient canalul de transmitere a apei în amestec, poate reduce „permeabilitatea turtei”, iar retenția corespunzătoare de apă a amestecului de gips la această concentrație este, de asemenea, mai mare de 90%. Diametrele hidromecanice ale HPMC cu vâscozități diferite în fază lichidă sunt practic aceleași, ceea ce explică rata similară de reținere a apei a șlamului de gips modificat HPMC cu vâscozități diferite.

Curbe de distribuție a dimensiunii particulelor de 75000mPa·s HPMC cu concentrație de 1% la diferite temperaturi. Odată cu creșterea temperaturii, se poate constata în mod evident descompunerea asocierii coloidale HPMC. La 40 ℃, volumul mare de asociere de 300 nm a dispărut complet și s-a descompus în particule de volum mic de 15 nm. Odată cu creșterea suplimentară a temperaturii, HPMC devine particule mai mici, iar retenția de apă a șlamului de gips se pierde complet.

Fenomenul de modificare a proprietăților HPMC odată cu creșterea temperaturii este cunoscut și sub numele de proprietăți ale gelului fierbinte, opinia comună existentă este că, la o temperatură scăzută, macromoleculele HPMC sunt mai întâi dispersate în apă pentru a dizolva soluția, moleculele HPMC în concentrație mare vor forma o asociere de particule mari. . Când temperatura crește, hidratarea HPMC este slăbită, apa dintre lanțuri este descărcată treptat, compușii mari de asociere sunt dispersați treptat în particule mici, vâscozitatea soluției scade și structura rețelei tridimensionale se formează atunci când gelificarea. se atinge temperatura, iar gelul alb este precipitat.

Bodvik a descoperit că microstructura și proprietățile de adsorbție ale HPMC în fază lichidă au fost modificate. În combinație cu teoria lui Bulichen a asocierii coloidale HPMC care blochează canalul de transport al apei nămolului, s-a ajuns la concluzia că creșterea temperaturii a dus la dezintegrarea asocierii coloidale HPMC, ducând la scăderea retenției de apă a gipsului modificat.

3. Concluzie

(1) Eterul de celuloză în sine are vâscozitate ridicată și efect „suprapus” cu suspensia de gips, jucând un efect evident de îngroșare. La temperatura camerei, efectul de îngroșare devine mai evident odată cu creșterea vâscozității și dozarea eterului de celuloză. Cu toate acestea, odată cu creșterea temperaturii, vâscozitatea eterului de celuloză scade, efectul său de îngroșare slăbește, efortul de forfecare la curgere și vâscozitatea plastică a amestecului de gips scad, pseudoplasticitatea slăbește și proprietatea de construcție devine mai înrăutățită.

(2) Eterul de celuloză a îmbunătățit retenția de apă a gipsului, dar odată cu creșterea temperaturii, retenția de apă a gipsului modificat a scăzut, de asemenea, semnificativ, chiar și la 60℃ va pierde complet efectul de retenție a apei. Rata de reținere a apei a suspensiei de gips a fost îmbunătățită semnificativ de eterul de celuloză, iar rata de reținere a apei a suspensiei de gips modificat HPMC cu vâscozitate diferită a atins treptat punctul de saturație odată cu creșterea dozei. Retenția apei de gips este în general proporțională cu vâscozitatea eterului de celuloză, la vâscozitate ridicată are un efect redus.

(3) Factorii interni care modifică reținerea de apă a eterului de celuloză cu temperatura sunt strâns legați de morfologia microscopică a eterului de celuloză în fază lichidă. La o anumită concentrație, eterul de celuloză are tendința de a se agrega pentru a forma asociații coloidale mari, blocând canalul de transport al apei al amestecului de gips pentru a obține o retenție mare de apă. Cu toate acestea, odată cu creșterea temperaturii, datorită proprietății de gelificare termică a eterului de celuloză în sine, asocierea de coloizi mari formată anterior se redispersează, ducând la scăderea performanței de retenție a apei.