Цементный раствор, модифицированный эфиром целлюлозы

Влияние различной молекулярной структуры неионного эфира целлюлозы на пористую структуру цементного раствора изучали с помощью теста на плотность и макроскопического и микроскопического наблюдения за структурой пор. Результаты показывают, что неионогенный эфир целлюлозы может увеличивать пористость цементного раствора. Когда вязкость суспензии, модифицированной неионным эфиром целлюлозы, аналогична, пористостьэфир гидроксиэтилцеллюлозы(HEC), модифицированная суспензия, меньше, чем суспензия, модифицированная эфиром гидроксипропилметилцеллюлозы (HPMC) и эфиром метилцеллюлозы (MC). Чем ниже вязкость/относительная молекулярная масса эфира целлюлозы ГПМЦ с аналогичным содержанием групп, тем меньше пористость его модифицированного цементного раствора. Неионный эфир целлюлозы может снизить поверхностное натяжение жидкой фазы и облегчить образование пузырьков в цементном растворе. Молекулы неионного эфира целлюлозы направленно адсорбируются на границе раздела газ-жидкость пузырьков, что также увеличивает вязкость фазы цементного раствора и усиливает способность цементного раствора стабилизировать пузырьки.

Ключевые слова:неионогенный эфир целлюлозы; Цементный раствор; Пористая структура; Молекулярная структура; Поверхностное натяжение; вязкость

Неионогенный эфир целлюлозы (далее называемый эфиром целлюлозы) обладает превосходными загущающими и водоудерживающими свойствами и широко используется в сухих строительных смесях, самоуплотняющемся бетоне и других новых материалах на основе цемента. Эфиры целлюлозы, используемые в материалах на основе цемента, обычно включают эфир метилцеллюлозы (MC), эфир гидроксипропилметилцеллюлозы (HPMC), эфир гидроксиэтилметилцеллюлозы (HEMC) и эфир гидроксиэтилцеллюлозы (HEC), среди которых наиболее распространенными являются HPMC и HEMC. .

Эфир целлюлозы может существенно влиять на пористую структуру цементного раствора. Pourchez и др., с помощью теста на кажущуюся плотность, теста на размер пор (метод инъекции ртути) и анализа изображений СЭМ, пришли к выводу, что эфир целлюлозы может увеличивать количество пор диаметром около 500 нм и пор диаметром около 50-250 мкм в цементный раствор. Более того, для затвердевшего цементного раствора распределение пор по размерам низкомолекулярного цементного раствора, модифицированного ГЭЦ, аналогично распределению пор в чистом цементном растворе. Общий объем пор высокомолекулярного цементного раствора, модифицированного ГЭЦ, выше, чем у чистого цементного раствора, но ниже, чем у цементного раствора, модифицированного ГПМЦ, примерно той же консистенции. Благодаря наблюдению с помощью SEM Zhang et al. обнаружили, что HEMC может значительно увеличить количество пор диаметром около 0,1 мм в цементном растворе. В ходе испытания на впрыск ртути они также обнаружили, что HEMC может значительно увеличить общий объем пор и средний диаметр пор цементного раствора, что приводит к значительному увеличению количества крупных пор диаметром 50 нм ~ 1 мкм и крупных пор диаметром более 1 мкм. чем 1 мкм. Однако количество пор диаметром менее 50 нм значительно сократилось. Сарич-Чорич и др. считали, что эфир целлюлозы сделает цементный раствор более пористым и приведет к увеличению макропор. Дженни и др. протестировали плотность производительности и определили, что объемная доля пор цементного раствора, модифицированного HEMC, составляла примерно 20%, в то время как чистый цементный раствор содержал лишь небольшое количество воздуха. Сильва и др. обнаружили, что в дополнение к двум пикам при 3,9 нм и 40–75 нм в случае чистого цементного раствора, были также два пика при 100–500 нм и более 100 мкм в ходе испытания на впрыск ртути. Ма Баого и др. обнаружили, что эфир целлюлозы увеличивает количество мелких пор диаметром менее 1 мкм и крупных пор диаметром более 2 мкм в цементном растворе посредством теста на впрыскивание ртути. Что касается причины, по которой эфир целлюлозы увеличивает пористость цементного раствора, обычно полагают, что эфир целлюлозы обладает поверхностной активностью, обогащает поверхность раздела воздуха и воды, образуя пленку, чтобы стабилизировать пузырьки в цементном растворе.

Из приведенного выше анализа литературы видно, что влиянию эфира целлюлозы на пористую структуру материалов на основе цемента уделяется большое внимание. Однако существует много видов эфира целлюлозы, один и тот же эфир целлюлозы, его относительная молекулярная масса, содержание групп и другие параметры молекулярной структуры также сильно различаются, и отечественные и зарубежные исследователи по выбору эфира целлюлозы ограничиваются только их соответствующим применением. поле, недостаточность представленности, вывод о неизбежном «чрезмерном обобщении», так что объяснение механизма эфира целлюлозы недостаточно глубоко. В этой статье влияние эфира целлюлозы с различной молекулярной структурой на пористую структуру цементного раствора было изучено с помощью теста кажущейся плотности и макроскопического и микроскопического наблюдения за структурой пор.

1. Тест

1.1 Сырье

В качестве цемента использовался обычный портландцемент P·O 42,5 производства Huaxin Cement Co., LTD., химический состав которого измерялся с помощью рентгенофлуоресцентного спектрометра дисперсионного типа AXIOS Ad-Vanced (PANa — литический, Нидерланды). фазовый состав оценивали методом Бога.

Эфир целлюлозы выбрал четыре вида коммерческого эфира целлюлозы, соответственно эфир метилцеллюлозы (MC), эфир гидроксипропилметилцеллюлозы (HPMC1, HPMC2) и эфир гидроксиэтилцеллюлозы (HEC), молекулярная структура HPMC1 и HPMC2 аналогичны, но вязкость намного меньше, чем у HPMC2. , То есть относительная молекулярная масса HPMC1 намного меньше, чем у HPMC2. Из-за схожих свойств эфира гидроксиэтилметилцеллюлозы (ГЭМц) и ГПМЦ в этом исследовании не были выбраны ГЭМС. Чтобы избежать влияния содержания влаги на результаты испытаний, все эфиры целлюлозы перед использованием подвергались обжигу при температуре 98℃ в течение 2 часов.

Вязкость эфира целлюлозы определяли на ротационном вискозиметре NDJ-1B (Shanghai Changji Company). Концентрация тестируемого раствора (массовое соотношение эфира целлюлозы и воды) составляла 2,0%, температура составляла 20 ℃, а скорость вращения составляла 12 об/мин. Поверхностное натяжение эфира целлюлозы проверяли методом колец. В качестве испытательного прибора использовался автоматический тензиометр JK99A (Shanghai Zhongchen Company). Концентрация тестируемого раствора составляла 0,01%, а температура составляла 20 ℃. Содержание эфирных групп целлюлозы указывается производителем.

В соответствии с вязкостью, поверхностным натяжением и содержанием групп эфира целлюлозы, когда концентрация раствора составляет 2,0%, соотношение вязкости раствора ГЭЦ и ГПМЦ2 составляет 1: 1,6, а соотношение вязкости раствора ГЭЦ и MC составляет 1: 0,4, но в этом тесте водоцементное соотношение составляет 0,35, максимальное соотношение цемента составляет 0,6%, массовое соотношение эфира целлюлозы к воде составляет около 1,7%, менее 2,0%, а также синергетический эффект цементного раствора на вязкость, поэтому Разница вязкости модифицированного цементного раствора HEC, HPMC2 или MC невелика.

В зависимости от вязкости, поверхностного натяжения и содержания групп эфира целлюлозы поверхностное натяжение каждого эфира целлюлозы различно. Эфир целлюлозы имеет как гидрофильные группы (гидроксильные и эфирные группы), так и гидрофобные группы (метиловое и глюкозное углеродное кольцо), является поверхностно-активным веществом. Эфир целлюлозы различен, тип и содержание гидрофильных и гидрофобных групп различны, что приводит к разному поверхностному натяжению.

1.2 Методы испытаний

Были приготовлены шесть видов цементного раствора, в том числе чистый цементный раствор, четыре цементных раствора, модифицированных эфиром целлюлозы (MC, HPMCl, HPMC2 и HEC), с содержанием цемента 0,60% и модифицированный цементный раствор HPMC2 с содержанием цемента 0,05%. Ссылка, MC — 0,60, HPMCl — 0,60, Hpmc2-0,60. ГЭЦ 1-0,60 и hpMC2-0,05 указывают на то, что водоцементное соотношение составляет 0,35.

Цементный раствор сначала в соответствии с GB/T 17671 1999 «Метод испытания прочности цементного раствора (метод ISO)» превращается в призменный испытательный блок размером 40 мм × 40 мм × 160 мм в условиях герметичного отверждения при 20 ℃ в течение 28 дней. После взвешивания и расчета его кажущейся плотности его раскололи небольшим молотком, а состояние макроотверстий в центральной части испытательного блока наблюдали и фотографировали цифровой камерой. При этом небольшие кусочки размером 2,5–5,0 мм брали для наблюдения с помощью оптического микроскопа (трехмерный видеомикроскоп HIROX) и сканирующего электронного микроскопа (JSM-5610LV).

2. Результаты испытаний

2.1 Кажущаяся плотность

По кажущейся плотности тампонажного раствора, модифицированного различными эфирами целлюлозы, (1) наибольшая кажущаяся плотность чистого цементного раствора составляет 2044 кг/м³; Кажущаяся плотность четырех видов раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, с содержанием цемента 0,60% составляла 74% ~ 88% от плотности чистого цементного раствора, что указывает на то, что эфир целлюлозы вызывает увеличение пористости цементного раствора. (2) Когда соотношение цемента к цементу составляет 0,60%, влияние различных эфиров целлюлозы на пористость цементного раствора сильно различается. Вязкость цементного раствора, модифицированного HEC, HPMC2 и MC, одинакова, но кажущаяся плотность цементного раствора, модифицированного HEC, является самой высокой, что указывает на то, что пористость цементного раствора, модифицированного HEC, меньше, чем у HPMc2 и модифицированного цементного раствора Mc с аналогичной вязкостью. . HPMc1 и HPMC2 имеют одинаковое содержание групп, но вязкость HPMCl намного ниже, чем у HPMC2, а кажущаяся плотность цементного раствора, модифицированного HPMCl, значительно выше, чем у цементного раствора, модифицированного HPMC2, что указывает на то, что при одинаковом содержании групп , чем ниже вязкость эфира целлюлозы, тем ниже пористость модифицированного тампонажного раствора. (3) Когда соотношение цемента к цементу очень мало (0,05%), кажущаяся плотность цементного раствора, модифицированного HPMC2, в основном близка к плотности чистого цементного раствора, что указывает на влияние эфира целлюлозы на пористость цемента. жижи очень мало.

2.2 Макроскопическая пора

Судя по фотографиям цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, сделанным цифровой камерой, чистый цементный раствор очень плотный, почти без видимых пор; Все четыре вида жидкого раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, с содержанием цемента 0,60% имеют больше макроскопических пор, что указывает на то, что эфир целлюлозы приводит к увеличению пористости цементного раствора. Подобно результатам испытания на кажущуюся плотность, влияние различных типов и содержания эфиров целлюлозы на пористость цементного раствора совершенно различно. Вязкость суспензии, модифицированной ГЭЦ, ГПМЦ2 и МС, одинакова, но пористость суспензии, модифицированной ГЭЦ, меньше, чем пористость суспензии, модифицированной ГПМЦ2 и МС. Хотя HPMC1 и HPMC2 имеют одинаковое содержание групп, модифицированная HPMC1 суспензия с более низкой вязкостью имеет меньшую пористость. Когда соотношение цемента к цементу в растворе, модифицированном HPMc2, очень мало (0,05%), количество макроскопических пор немного увеличивается, чем в чистом цементном растворе, но значительно меньше, чем в растворе, модифицированном HPMC2 с содержанием цемента в 0,60%. -цементное соотношение.

2.3 Микроскопическая пора

4. Заключение

(1) Эфир целлюлозы может увеличить пористость цементного раствора.

(2) Влияние эфира целлюлозы на пористость цементного раствора с различными параметрами молекулярной структуры различно: когда вязкость цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, одинакова, пористость цементного раствора, модифицированного ГЭЦ, меньше, чем пористость цементного раствора, модифицированного ГПМЦ и МС. цементный раствор; Чем ниже вязкость/относительная молекулярная масса эфира целлюлозы ГПМЦ с аналогичным содержанием групп, тем ниже пористость его модифицированного цементного раствора.

(3) После добавления эфира целлюлозы в цементный раствор поверхностное натяжение жидкой фазы снижается, так что в цементном растворе легко образуются пузырьки и направленная адсорбция молекул эфира целлюлозы на границе раздела пузырьковый газ-жидкость, улучшается прочность и ударная вязкость Адсорбция пленки пузырьковой жидкости на границе раздела пузырькового газа и жидкости улучшает прочность пленки пузырьковой жидкости и усиливает способность жесткого бурового раствора стабилизировать пузырь.