Eter de celuloză neionic în ciment polimeric

Ca aditiv indispensabil în cimentul polimeric, eterul de celuloză neionic a primit o atenție și cercetare extinsă. Pe baza literaturii relevante din țară și din străinătate, legea și mecanismul mortarului de ciment modificat cu eter de celuloză neionic au fost discutate din aspectele legate de tipurile și selecția eterului de celuloză neionic, efectul său asupra proprietăților fizice ale cimentului polimeric, efectul acestuia asupra micromorfologiei și proprietăților mecanice, precum și deficiențele cercetării curente au fost prezentate. Această lucrare va promova aplicarea eterului de celuloză în cimentul polimeric.

Cuvinte cheie: eter de celuloză neionic, ciment polimeric, proprietăți fizice, proprietăți mecanice, microstructură

1. Prezentare generală

Odată cu creșterea cererii și cerințelor de performanță ale cimentului polimeric în industria construcțiilor, adăugarea de aditivi la modificarea acestuia a devenit un punct fierbinte de cercetare, printre care, eterul de celuloză a fost utilizat pe scară largă datorită efectului său asupra retenției de apă a mortarului de ciment, îngroșare, întârziere, aer. și așa mai departe. În această lucrare sunt descrise tipurile de eter de celuloză, efectele asupra proprietăților fizice și mecanice ale cimentului polimeric și micromorfologia cimentului polimeric, ceea ce oferă o referință teoretică pentru aplicarea eterului de celuloză în cimentul polimeric.

2. Tipuri de eter de celuloză neionic

Eterul de celuloză este un fel de compus polimeric cu structură eterică realizată din celuloză. Există multe tipuri de eter de celuloză, care are o mare influență asupra proprietăților materialelor pe bază de ciment și este dificil de ales. În funcție de structura chimică a substituenților, aceștia pot fi împărțiți în eteri anionici, cationici și neionici. Eterul de celuloză neionic cu substituent al lanțului lateral H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH și alte grupări nedisociabile este cel mai utilizat în ciment, reprezentanții tipici sunt eterul de metil celuloză, hidroxipropil metil eter de celuloză, eter de hidroxietil metil celuloză, eter de hidroxietil celuloză și așa mai departe. Diferite tipuri de eteri de celuloză au efecte diferite asupra timpului de priză a cimentului. Conform rapoartelor anterioare din literatura de specialitate, HEC are cea mai puternică capacitate de întârziere pentru ciment, urmată de HPMc și HEMc, iar Mc are cea mai proastă. Pentru același tip de eter de celuloză, greutatea moleculară sau vâscozitatea, conținutul de metil, hidroxietil, hidroxipropil al acestor grupe este diferit, efectul său de întârziere este, de asemenea, diferit. În general, cu cât vâscozitatea este mai mare și cu cât conținutul de grupuri nedisociabile este mai mare, cu atât capacitatea de întârziere este mai slabă. Prin urmare, în procesul de producție propriu-zis, în conformitate cu cerințele de coagulare a mortarului comercial, poate fi selectat conținutul adecvat de grup funcțional de eter de celuloză. Sau în producția de eter de celuloză, în același timp, ajustați conținutul grupelor funcționale, faceți-l să îndeplinească cerințele diferitelor mortar.

3、influența eterului de celuloză neionic asupra proprietăților fizice ale cimentului polimeric

3.1 Coagulare lentă

Pentru a prelungi timpul de întărire la hidratare a cimentului, astfel încât mortarul nou amestecat să rămână plastic pentru o lungă perioadă de timp, astfel încât să ajusteze timpul de priză al mortarului nou amestecat, să-și îmbunătățească operabilitatea, de obicei adăugați retarder în mortar, non- eterul de celuloză ionic este potrivit pentru cimentul polimeric este un retarder comun.

Efectul de întârziere al eterului de celuloză neionic asupra cimentului este afectat în principal de propriul tip, vâscozitate, dozare, compoziție diferită a mineralelor de ciment și alți factori. Pourchez J și colab. a arătat că cu cât este mai mare gradul de metilare a eterului de celuloză, cu atât efectul de întârziere este mai rău, în timp ce greutatea moleculară a eterului de celuloză și conținutul de hidroxipropoxi au avut un efect slab asupra încetinirii hidratării cimentului. Odată cu creșterea vâscozității și a cantității de dopaj de eter de celuloză neionic, stratul de adsorbție de pe suprafața particulelor de ciment este îngroșat, iar timpul de priză inițial și final al cimentului sunt prelungiți, iar efectul de întârziere este mai evident. Studiile au arătat că eliberarea timpurie de căldură a șlamurilor de ciment cu conținut diferit de HEMC este cu aproximativ 15% mai mică decât cea a șlamurilor de ciment pur, dar nu există nicio diferență semnificativă în procesul de hidratare ulterioară. Singh NK și colab. a arătat că odată cu creșterea cantității de dopaj HEc, degajarea de căldură de hidratare a mortarului de ciment modificat a prezentat o tendință de creștere mai întâi și apoi de scădere, iar conținutul de HEC la atingerea eliberării maxime de căldură de hidratare a fost legat de vârsta de întărire.

În plus, se constată că efectul de întârziere al eterului de celuloză neionic este strâns legat de compoziția cimentului. Peschard şi colab. a constatat că cu cât conținutul de aluminat tricalcic (C3A) în ciment este mai scăzut, cu atât este mai evident efectul de întârziere al eterului de celuloză. schmitz L şi colab. credea că acest lucru a fost cauzat de diferitele moduri ale eterului de celuloză față de cinetica de hidratare a silicatului tricalcic (C3S) și a aluminatului tricalcic (C3A). Eterul de celuloză ar putea reduce viteza de reacție în perioada de accelerare a C3S, în timp ce pentru C3A, ar putea prelungi perioada de inducție și, în final, ar putea întârzia procesul de solidificare și întărire a mortarului.

Există opinii diferite cu privire la mecanismul eterului de celuloză neionic care întârzie hidratarea cimentului. Silva şi colab. Liu credea că introducerea eterului de celuloză ar duce la creșterea vâscozității soluției de pori, blocând astfel mișcarea ionilor și întârziind condensarea. Cu toate acestea, Pourchez et al. credea că există o relație evidentă între întârzierea eterului de celuloză la hidratarea cimentului și vâscozitatea suspensiei de ciment. O altă teorie este că efectul de întârziere al eterului de celuloză este strâns legat de degradarea alcaline. Polizaharidele tind să se degradeze ușor pentru a produce acid hidroxil carboxilic care poate întârzia hidratarea cimentului în condiții alcaline. Cu toate acestea, studiile au descoperit că eterul de celuloză este foarte stabil în condiții alcaline și se degradează doar ușor, iar degradarea are un efect redus asupra întârzierii hidratării cimentului. În prezent, punctul de vedere mai consistent este că efectul de întârziere este cauzat în principal de adsorbție. În mod specific, gruparea hidroxil de pe suprafața moleculară a eterului de celuloză este acidă, ca(0H) din sistemul de ciment de hidratare, iar alte faze minerale sunt alcaline. Sub acțiunea sinergică a legăturilor de hidrogen, complexare și hidrofobă, moleculele de eter de celuloză acidă vor fi adsorbite pe suprafața particulelor de ciment alcalin și a produselor de hidratare. În plus, pe suprafața sa se formează o peliculă subțire, care împiedică creșterea în continuare a acestor nuclee de cristal în fază minerală și întârzie hidratarea și priza cimentului. Cu cât este mai puternică capacitatea de adsorbție între produsele de hidratare din ciment și eterul de celuloză, cu atât este mai evidentă întârzierea de hidratare a cimentului. Pe de o parte, dimensiunea obstacolului steric joacă un rol decisiv în capacitatea de adsorbție, cum ar fi obstacolul steric mic al grupării hidroxil, aciditatea sa puternică, adsorbția este, de asemenea, puternică. Pe de altă parte, capacitatea de adsorbție depinde și de compoziția produselor de hidratare a cimentului. Pourchez și colab. a constatat că eterul de celuloză este ușor adsorbit pe suprafața produselor de hidratare, cum ar fi ca(0H)2, gelul csH și hidratul de aluminat de calciu, dar nu este ușor de adsorbit de etringit și faza nehidratată. Studiul lui Mullert a mai arătat că eterul de celuloză a avut o adsorbție puternică asupra c3s și a produselor de hidratare a acestuia, astfel încât hidratarea fazei de silicat a fost întârziată semnificativ. Adsorbția etringitului a fost scăzută, dar formarea etringitului a fost semnificativ întârziată. Acest lucru se datorează faptului că întârzierea formării etringitului a fost afectată de echilibrul de ca2+ în soluție, care a fost continuarea întârzierii eterului de celuloză în hidratarea silicatului.

3.2 Conservarea apei

Un alt efect de modificare important al eterului de celuloză din mortarul de ciment este acela de a apărea ca agent de reținere a apei, care poate împiedica evaporarea prematură a umezelii din mortarul umed sau absorbția de bază și poate întârzia hidratarea cimentului în timp ce prelungește timpul de funcționare al mortar umed, astfel încât să se asigure că mortarul subțire poate fi pieptănat, mortarul tencuit poate fi întins, iar mortarul ușor de absorbit nu trebuie să fie pre-umed.

Capacitatea de reținere a apei a eterului de celuloză este strâns legată de vâscozitatea, dozajul, tipul și temperatura ambientală. Alte condiții sunt aceleași, cu cât vâscozitatea eterului de celuloză este mai mare, cu atât efectul de reținere a apei este mai bun, o cantitate mică de eter de celuloză poate face ca rata de retenție a apei a mortarului să fie mult îmbunătățită; Pentru același eter de celuloză, cu cât cantitatea adăugată este mai mare, cu atât rata de reținere a apei a mortarului modificat este mai mare, dar există o valoare optimă, dincolo de care rata de retenție a apei crește lent. Pentru diferite tipuri de eter de celuloză, există, de asemenea, diferențe în retenția de apă, cum ar fi HPMc în aceleași condiții decât retenția de apă Mc mai bună. În plus, performanța de reținere a apei a eterului de celuloză scade odată cu creșterea temperaturii ambiante.

În general, se crede că motivul pentru care eterul de celuloză are funcția de reținere a apei se datorează în principal 0H de pe moleculă, iar atomul 0 de pe legătura eterică va fi asociat cu moleculele de apă pentru a sintetiza legătura de hidrogen, astfel încât apa liberă devine obligatorie. apă, astfel încât să joace un rol bun de reținere a apei; De asemenea, se crede că lanțul macromolecular de eter de celuloză joacă un rol restrictiv în difuzia moleculelor de apă, astfel încât să controleze eficient evaporarea apei, pentru a obține o retenție mare a apei; Pourchez J a susținut că eterul de celuloză a obținut efectul de reținere a apei prin îmbunătățirea proprietăților reologice ale șlamului de ciment nou amestecat, a structurii rețelei poroase și a formării peliculei de eter de celuloză care a împiedicat difuzia apei. Laetitia P et al. De asemenea, cred că proprietatea reologică a mortarului este un factor cheie, dar, de asemenea, cred că vâscozitatea nu este singurul factor care determină performanța excelentă de retenție a apei a mortarului. Este demn de remarcat faptul că, deși eterul de celuloză are o performanță bună de reținere a apei, dar absorbția de apă modificată a mortarului de ciment întărit va fi redusă, motivul este că eterul de celuloză în filmul de mortar, iar în mortar un număr mare de pori mici închiși, blocând mortarul din interiorul capilarului.

3.3 Îngroșare

Consistența mortarului este unul dintre indicii importanți pentru măsurarea performanței sale de lucru. Eterul de celuloză este adesea introdus pentru a crește consistența. „Consistența” reprezintă capacitatea mortarului proaspăt amestecat de a curge și de a se deforma sub acțiunea gravitației sau a forțelor externe. Cele două proprietăți de îngroșare și reținere a apei se completează reciproc. Adăugarea unei cantități adecvate de eter de celuloză nu numai că poate îmbunătăți performanța de reținere a apei a mortarului, poate asigura o construcție netedă, ci și poate crește consistența mortarului, crește semnificativ capacitatea anti-dispersie a cimentului, îmbunătățește performanța de aderență între mortar și matrice și reduce fenomenul de lasare a mortarului.

Efectul de îngroșare al eterului de celuloză provine în principal din propria vâscozitate, cu cât vâscozitatea este mai mare, cu atât efectul de îngroșare este mai bun, dar dacă vâscozitatea este prea mare, va reduce fluiditatea mortarului, afectând construcția. Factorii care afectează modificarea vâscozității, cum ar fi greutatea moleculară (sau gradul de polimerizare) și concentrația de eter de celuloză, temperatura soluției, viteza de forfecare, vor afecta efectul final de îngroșare.

Mecanismul de îngroșare al eterului de celuloză provine în principal din hidratare și încurcarea dintre molecule. Pe de o parte, lanțul polimeric al eterului de celuloză este ușor de a forma legături de hidrogen cu apa în apă, legătura de hidrogen îl face să aibă o hidratare ridicată; Pe de altă parte, când se adaugă eter de celuloză la mortar, acesta va absorbi multă apă, astfel încât propriul său volum este mult extins, reducând spațiul liber al particulelor, în același timp lanțurile moleculare de eter de celuloză se întrepătrund unele cu altele. pentru a forma o structură de rețea tridimensională, particulele de mortar sunt înconjurate în care, nu curge liber. Cu alte cuvinte, sub aceste două acțiuni, vâscozitatea sistemului este îmbunătățită, obținându-se astfel efectul de îngroșare dorit.

4. Efectul eterului de celuloză neionic asupra morfologiei și structurii porilor cimentului polimeric

După cum se poate observa din cele de mai sus, eterul de celuloză neionic joacă un rol vital în cimentul polimeric, iar adăugarea acestuia va afecta cu siguranță microstructura întregului mortar de ciment. Rezultatele arată că eterul de celuloză neionic crește de obicei porozitatea mortarului de ciment, iar numărul de pori de dimensiunea de 3nm ~ 350um crește, printre care numărul de pori în intervalul 100nm ~ 500nm crește cel mai mult. Influența asupra structurii porilor mortarului de ciment este strâns legată de tipul și vâscozitatea eterului de celuloză neionic adăugat. Ou Zhihua și colab. credea că atunci când vâscozitatea este aceeași, porozitatea mortarului de ciment modificat de HEC este mai mică decât cea a HPMc și Mc adăugat ca modificatori. Pentru același eter de celuloză, cu cât vâscozitatea este mai mică, cu atât porozitatea mortarului de ciment modificat este mai mică. Studiind efectul HPMc asupra deschiderii plăcii izolatoare din ciment spumat, Wang Yanru și colab. a constatat că adăugarea de HPMC nu modifică semnificativ porozitatea, dar poate reduce semnificativ deschiderea. Cu toate acestea, Zhang Guodian și colab. a constatat că, cu cât conținutul de HEMc este mai mare, cu atât influența asupra structurii porilor a șlamului de ciment este mai evidentă. Adăugarea de HEMc poate crește semnificativ porozitatea, volumul total al porilor și raza medie a porilor a șlamului de ciment, dar suprafața specifică a porului scade, iar numărul de pori capilari mari, mai mari de 50 nm în diametru, crește semnificativ, iar porii introduși. sunt în principal pori închiși.

A fost analizat efectul eterului de celuloză neionic asupra procesului de formare a structurii porilor nămolului de ciment. Sa constatat că adăugarea de eter de celuloză a schimbat în principal proprietățile fazei lichide. Pe de o parte, tensiunea superficială a fazei lichide scade, făcând ușoară formarea de bule în mortar de ciment și va încetini drenarea fazei lichide și difuzia bulelor, astfel încât bulele mici sunt dificil de adunat în bule mari și de descărcare, astfel încât golul este mult crescut; Pe de altă parte, crește vâscozitatea fazei lichide, ceea ce inhibă, de asemenea, drenajul, difuzia bulelor și fuziunea bulelor și îmbunătățește capacitatea de a stabiliza bulele. Prin urmare, se poate obține modul de influență al eterului de celuloză asupra distribuției mărimii porilor a mortarului de ciment: în intervalul de dimensiune a porilor de peste 100 nm, bulele pot fi introduse prin reducerea tensiunii superficiale a fazei lichide, iar difuzia bulelor poate fi inhibată prin creșterea vâscozității lichidului; în regiunea 30nm ~ 60nm, numărul de pori din regiune poate fi afectat prin inhibarea fuziunii bulelor mai mici.

5. Influența eterului de celuloză neionic asupra proprietăților mecanice ale cimentului polimeric

Proprietățile mecanice ale cimentului polimeric sunt strâns legate de morfologia acestuia. Odată cu adăugarea de eter de celuloză neionic, porozitatea crește, ceea ce este obligat să aibă un efect negativ asupra rezistenței sale, în special rezistența la compresiune și rezistența la încovoiere. Reducerea rezistenței la compresiune a mortarului de ciment este semnificativ mai mare decât rezistența la încovoiere. Ou Zhihua și colab. a studiat influența diferitelor tipuri de eter de celuloză neionic asupra proprietăților mecanice ale mortarului de ciment și a constatat că rezistența mortarului de ciment modificat cu eter de celuloză a fost mai mică decât cea a mortarului de ciment pur, iar cea mai scăzută rezistență la compresiune 28d a fost de numai 44,3% de cea a nămolului de ciment pur. Rezistența la compresiune și rezistența la încovoiere a eterului de celuloză HPMc, HEMC și MC modificat sunt similare, în timp ce rezistența la compresiune și rezistența la încovoiere a șlamului de ciment modificat cu HEc în fiecare epocă sunt semnificativ mai mari. Acest lucru este strâns legat de vâscozitatea sau greutatea moleculară a acestora, cu cât este mai mare vâscozitatea sau greutatea moleculară a eterului de celuloză sau cu cât este mai mare activitatea de suprafață, cu atât rezistența mortarului său de ciment modificat este mai mică.

Cu toate acestea, s-a demonstrat, de asemenea, că eterul de celuloză neionic poate spori rezistența la tracțiune, flexibilitatea și coezbilitatea mortarului de ciment. Huang Liangen și colab. a constatat că, contrar legii de modificare a rezistenței la compresiune, rezistența la forfecare și rezistența la întindere a șlamului au crescut odată cu creșterea conținutului de eter de celuloză din mortarul de ciment. Analiza motivului, după adăugarea de eter de celuloză și emulsie de polimer împreună pentru a forma un număr mare de pelicule polimerice dense, îmbunătățește foarte mult flexibilitatea suspensiei și a produselor de hidratare a cimentului, ciment nehidratat, umpluturi și alte materiale umplute în acest film , pentru a asigura rezistența la tracțiune a sistemului de acoperire.

Pentru a îmbunătăți performanța cimentului polimeric modificat cu eter de celuloză neionic, pentru a îmbunătăți în același timp proprietățile fizice ale mortarului de ciment, nu-și reduce semnificativ proprietățile mecanice, practica obișnuită este de a potrivi eterul de celuloză și alte amestecuri, adăugate la mortarul de ciment. Li Tao-wen și colab. a constatat că aditivul compus din eter de celuloză și pulbere de adeziv polimer nu numai că a îmbunătățit ușor rezistența la încovoiere și rezistența la compresiune a mortarului, astfel încât coeziunea și vâscozitatea mortarului de ciment sunt mai potrivite pentru construcția acoperirii, dar a îmbunătățit semnificativ și retenția apei. capacitatea mortarului în comparație cu un singur eter de celuloză. Xu Qi și colab. a adăugat pulbere de zgură, agent de reducere a apei și HEMc și a constatat că agentul de reducere a apei și pulberea minerală pot crește densitatea mortarului, reduce numărul de găuri, astfel încât să îmbunătățească rezistența și modulul elastic al mortarului. HEMc poate crește rezistența la tracțiune a mortarului, dar nu este bun pentru rezistența la compresiune și modulul elastic al mortarului. Yang Xiaojie și colab. a constatat că fisurarea prin contracție din plastic a mortarului de ciment poate fi redusă semnificativ după amestecarea fibrei HEMc și PP.

6. Concluzie

Eterul de celuloză neionic joacă un rol important în cimentul polimeric, care poate îmbunătăți semnificativ proprietățile fizice (inclusiv coagularea întârziată, reținerea apei, îngroșarea), morfologia microscopică și proprietățile mecanice ale mortarului de ciment. S-a lucrat mult la modificarea materialelor pe bază de ciment prin eter de celuloză, dar există încă unele probleme care necesită studii suplimentare. De exemplu, în aplicațiile practice de inginerie, se acordă puțină atenție reologiei, proprietăților de deformare, stabilității volumului și durabilității materialelor modificate pe bază de ciment și nu a fost stabilită o relație corespunzătoare cu adăugarea de eter de celuloză. Cercetările privind mecanismul de migrare a polimerului eter de celuloză și a produselor de hidratare a cimentului în reacția de hidratare sunt încă insuficiente. Procesul de acțiune și mecanismul aditivilor compuși compuși din eter de celuloză și alți aditivi nu sunt suficient de clare. Adăugarea compozită de eter de celuloză și materiale armate anorganice, cum ar fi fibra de sticlă, nu a fost perfecționată. Toate acestea vor fi în centrul cercetărilor viitoare pentru a oferi îndrumări teoretice pentru îmbunătățirea în continuare a performanței cimentului polimeric.