Ход исследований раствора, модифицированного эфиром целлюлозы

Проанализированы типы эфира целлюлозы и его основные функции в смесях, а также методы оценки таких свойств, как водоудержание, вязкость и прочность сцепления. Изложены механизм замедления и микроструктура эфира целлюлозы в сухих строительных смесях, а также связь между формированием структуры определенного тонкослойного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, и процессом гидратации. На этом основании высказано предположение о необходимости ускорения исследования при условии быстрой потери воды. Механизм послойной гидратации раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, в тонкослойной структуре и закон пространственного распределения полимера в слое раствора. В будущем практическом применении следует полностью учитывать влияние раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, на изменение температуры и совместимость с другими добавками. Это исследование будет способствовать разработке технологии нанесения модифицированного CE раствора, такого как штукатурный раствор для наружных стен, шпатлевка, раствор для швов и другой тонкослойный раствор.

Ключевые слова:эфир целлюлозы; Сухая смешанная строительная смесь; механизм

1. Введение

Обычный сухой раствор, раствор для изоляции наружных стен, самоуспокаивающийся раствор, водонепроницаемый песок и другие сухие растворы стали важной частью строительных материалов, производимых в нашей стране, а эфир целлюлозы является производным природного эфира целлюлозы и важной добавкой различных видов. сухого раствора, замедление, удержание воды, утолщение, поглощение воздуха, адгезия и другие функции.

Роль КЭ в растворе в основном выражается в улучшении удобоукладываемости раствора и обеспечении гидратации цемента в растворе. Улучшение удобоукладываемости раствора в основном отражается на удержании воды, предотвращении нависания и времени раскрытия, особенно в обеспечении тонкого слоя раствора, распределении штукатурного раствора и повышении скорости строительства специального связующего раствора, что имеет важные социальные и экономические преимущества.

Несмотря на то, что было проведено большое количество исследований раствора, модифицированного CE, и были достигнуты важные достижения в области исследования технологии применения раствора, модифицированного CE, все еще существуют очевидные недостатки в исследовании механизма модифицированного CE раствора, особенно взаимодействия между CE и цемент, заполнитель и матрица в условиях специального использования. Поэтому, основываясь на обобщении результатов соответствующих исследований, в данной статье предлагается провести дальнейшие исследования температуры и совместимости с другими добавками.

2、роль и классификация эфира целлюлозы

2.1 Классификация эфиров целлюлозы

Многие разновидности эфира целлюлозы насчитывают около тысячи, в целом по характеристикам ионизации можно разделить на ионные и неионные категории типа 2, в материалах на основе цемента из-за ионного эфира целлюлозы (например, карбоксиметилцеллюлозы, КМЦ). ) выпадает в осадок с Ca2+ и нестабилен, поэтому используется редко. Неионогенный эфир целлюлозы может соответствовать (1) вязкости стандартного водного раствора; (2) тип заместителей; (3) степень замещения; (4) физическая структура; (5) Классификация растворимости и т. д.

Свойства КЭ зависят главным образом от типа, количества и распределения заместителей, поэтому КЭ принято разделять по типу заместителей. Такие, как эфир метилцеллюлозы, представляет собой природное звено глюкозы целлюлозы, где гидроксил заменен метоксипродуктами, эфир гидроксипропилметилцеллюлозы ГПМЦ представляет собой гидроксил метокси, соответственно замещенным гидроксипропилом продуктов. В настоящее время более 90% используемых эфиров целлюлозы представляют собой в основном эфиры метилгидроксипропилцеллюлозы (МГПЦ) и эфиры метилгидроксиэтилцеллюлозы (МГЭЦ).

2.2 Роль эфира целлюлозы в строительном растворе

Роль CE в строительном растворе в основном отражается в следующих трех аспектах: превосходная водоудерживающая способность, влияние на консистенцию и тиксотропность раствора, а также регулирование реологии.

Удержание воды CE может не только регулировать время открытия и процесс схватывания растворной системы, чтобы регулировать время работы системы, но также предотвращать поглощение базовым материалом слишком большого и слишком быстрого количества воды и предотвращать испарение воды, чтобы обеспечить постепенное выделение воды при гидратации цемента. Водоудержание CE в основном связано с количеством CE, вязкостью, крупностью и температурой окружающей среды. Водоудерживающий эффект модифицированного CE раствора зависит от водопоглощения основания, состава раствора, толщины слоя, потребности в воде, времени схватывания вяжущего материала и т. д. Исследования показывают, что при фактическом использовании Некоторые связующие для керамической плитки из-за сухой пористой основы быстро впитывают большое количество воды из раствора, слой цемента вблизи основания теряет воду, что приводит к степени гидратации цемента ниже 30%, что не только не может образовывать цемент. гель с прочностью сцепления с поверхностью основания, но также легко вызывает растрескивание и просачивание воды.

Водопотребность растворной системы является важным параметром. Базовая потребность в воде и соответствующий выход раствора зависят от рецептуры раствора, т.е. количества вяжущего материала, заполнителя и добавленного заполнителя, но добавление CE может эффективно регулировать потребность в воде и выход раствора. Во многих системах строительных материалов CE используется в качестве загустителя для регулирования консистенции системы. Загущающий эффект КЭ зависит от степени полимеризации КЭ, концентрации раствора, скорости сдвига, температуры и других условий. Водный раствор CE с высокой вязкостью обладает высокой тиксотропией. При повышении температуры образуется структурный гель и возникает высокая тиксотропная текучесть, что также является основной характеристикой CE.

Добавление CE может эффективно регулировать реологические свойства системы строительных материалов, чтобы улучшить рабочие характеристики, чтобы раствор имел лучшую удобоукладываемость, лучшую устойчивость к нависанию и не прилипал к строительным инструментам. Эти свойства облегчают выравнивание и затвердевание раствора.

2.3 Оценка эффективности раствора, модифицированного эфиром целлюлозы

Оценка характеристик модифицированного CE раствора в основном включает в себя удержание воды, вязкость, прочность сцепления и т. д.

Удержание воды является важным показателем эффективности, который напрямую связан с характеристиками строительного раствора, модифицированного СЕ. В настоящее время существует множество соответствующих методов испытаний, но большинство из них используют метод вакуумного насоса для прямого извлечения влаги. Например, в зарубежных странах в основном используется DIN 18555 (метод испытаний неорганического цементного раствора), а французские предприятия по производству пенобетона используют метод фильтровальной бумаги. Внутренний стандарт, включающий метод испытания на удержание воды, имеет JC / T 517-2004 (гипсовая штукатурка), его основной принцип и метод расчета соответствуют зарубежным стандартам, на протяжении всего определения скорости водопоглощения раствора, указанного удержания воды раствором.

Вязкость – еще один важный показатель эффективности, напрямую связанный с характеристиками раствора, модифицированного СЕ. Существует четыре широко используемых метода определения вязкости: метод Брукилда, Хакке, Хопплера и метод ротационного вискозиметра. В четырех методах используются разные инструменты, концентрация раствора и среда тестирования, поэтому один и тот же раствор, проверенный четырьмя методами, не дает одинаковых результатов. В то же время вязкость СЕ меняется в зависимости от температуры и влажности, поэтому вязкость одного и того же раствора, модифицированного СЕ, изменяется динамически, что также является важным направлением для изучения раствора, модифицированного СЕ, в настоящее время.

Испытание на прочность сцепления определяется в зависимости от направления использования раствора, например, керамический связующий раствор в основном относится к «клею для керамической настенной плитки» (JC / T 547-2005), защитный раствор в основном относится к «техническим требованиям к раствору для изоляции наружных стен» ( DB 31/T 366-2006) и «Утепление наружных стен пенополистирольным штукатурным раствором» (JC/T 993-2006). В зарубежных странах прочность сцепления характеризуется прочностью на изгиб, рекомендованной Японской ассоциацией материаловедения (в тесте используется призматический обычный раствор, разрезанный на две половины размером 160 мм×40 мм×40 мм, и модифицированный раствор, изготовленный по образцам после затвердевания). , со ссылкой на метод испытания прочности цементного раствора на изгиб).

3. Ход теоретических исследований раствора, модифицированного эфиром целлюлозы.

Теоретические исследования модифицированного CE раствора в основном сосредоточены на взаимодействии CE и различных веществ в растворной системе. Химическое действие внутри материала на основе цемента, модифицированного CE, можно в основном показать как CE и вода, гидратационное действие самого цемента, взаимодействие CE и частиц цемента, CE и продукты гидратации цемента. Взаимодействие КЭ с частицами цемента/продуктами гидратации в основном проявляется в адсорбции между КЭ и частицами цемента.

О взаимодействии CE и частиц цемента сообщалось в стране и за рубежом. Например, Лю Гуанхуа и др. измерили дзета-потенциал коллоидного цементного раствора, модифицированного CE, при изучении механизма действия CE в подводном недискретном бетоне. Результаты показали, что: Дзета-потенциал (-12,6 мВ) цементного раствора меньше, чем у цементного теста (-21,84 мВ), что указывает на то, что частицы цемента в цементном растворе покрыты слоем неионного полимера. что делает диффузию двойного электрического слоя тоньше и силу отталкивания между коллоидами слабее.

3.1 Теория замедления растворов, модифицированных эфиром целлюлозы

При теоретическом исследовании модифицированного CE раствора обычно считается, что CE не только придает раствору хорошие рабочие характеристики, но также снижает раннее выделение тепла при гидратации цемента и задерживает динамический процесс гидратации цемента.

Замедляющий эффект CE в основном связан с его концентрацией и молекулярной структурой в системе минеральных вяжущих материалов, но мало связан с его молекулярной массой. Из влияния химической структуры CE на кинетику гидратации цемента видно, что чем выше содержание CE, тем меньше степень алкильного замещения, чем больше содержание гидроксила, тем сильнее эффект задержки гидратации. С точки зрения молекулярной структуры гидрофильное замещение (например, ГЭЦ) оказывает более сильный замедляющий эффект, чем гидрофобное замещение (например, МН, ГЭМС, ГМПК).

С точки зрения взаимодействия КЭ с частицами цемента механизм замедления проявляется в двух аспектах. С одной стороны, адсорбция молекулы КЭ на продуктах гидратации, таких как c-s-H и Ca(OH)2, предотвращает дальнейшую гидратацию минералов цемента; с другой стороны, вязкость порового раствора увеличивается за счет КЭ, который восстанавливает ионы (Ca2+, so42-…). Активность порового раствора еще больше замедляет процесс гидратации.

CE не только задерживает схватывание, но и задерживает процесс затвердевания системы цементного раствора. Установлено, что КЭ по-разному влияет на кинетику гидратации C3S и C3A в цементном клинкере. CE в основном снижал скорость реакции фазы ускорения C3s и продлевал период индукции C3A/CaSO4. Замедление гидратации c3s задержит процесс затвердевания раствора, а увеличение индукционного периода системы C3A/CaSO4 задержит схватывание раствора.

3.2 Микроструктура раствора, модифицированного эфиром целлюлозы

Механизм влияния CE на микроструктуру модифицированного строительного раствора привлек широкое внимание. В основном это отражается в следующих аспектах:

Во-первых, основное внимание исследователей уделяется механизму образования пленок и морфологии ЭЭ в строительном растворе. Поскольку CE обычно используется с другими полимерами, важным направлением исследований является отличие его состояния от состояния других полимеров в строительном растворе.

Во-вторых, важным направлением исследований является также влияние КЭ на микроструктуру продуктов гидратации цемента. Как видно из пленкообразующего состояния CE и продуктов гидратации, продукты гидратации образуют непрерывную структуру на границе раздела CE, связанную с различными продуктами гидратации. В 2008 г. К.Пен и др. использовали изотермическую калориметрию, термический анализ, FTIR, SEM и BSE для изучения процесса лигнификации и продуктов гидратации 1% раствора, модифицированного ПВАА, MC и ГЭЦ. Результаты показали, что, хотя полимер замедлил начальную степень гидратации цемента, он продемонстрировал лучшую структуру гидратации через 90 дней. В частности, МК влияет и на кристаллическую морфологию Ca(OH)2. Прямым доказательством является то, что в слоистых кристаллах обнаруживается мостиковая функция полимера, МК играет роль в склеивании кристаллов, уменьшении микроскопических трещин и укреплении микроструктуры.

Эволюция микроструктуры ЭЭ в строительных растворах также привлекла большое внимание. Например, Дженни использовала различные аналитические методы для изучения взаимодействия между материалами в полимерном растворе, комбинируя количественные и качественные эксперименты, чтобы реконструировать весь процесс от смешивания свежего раствора до затвердевания, включая образование полимерной пленки, гидратацию цемента и миграцию воды.

Кроме того, микроанализ в различные моменты времени в процессе разработки раствора не может проводиться на месте от замешивания раствора до затвердевания всего процесса непрерывного микроанализа. Поэтому необходимо объединить весь количественный эксперимент для анализа отдельных стадий и проследить процесс формирования микроструктуры ключевых стадий. В Китае Цянь Баовэй, Ма Баого и др. непосредственно описал процесс гидратации, используя удельное сопротивление, теплоту гидратации и другие методы испытаний. Однако из-за небольшого количества экспериментов и неспособности объединить удельное сопротивление и теплоту гидратации с микроструктурой в различные моменты времени соответствующая исследовательская система не была сформирована. В целом, до сих пор не существовало прямых способов количественно и качественно описать наличие различной микроструктуры полимера в строительном растворе.

3.3 Исследование тонкослойного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы

Хотя люди провели больше технических и теоретических исследований по применению CE в цементном растворе. Но он должен обратить внимание на то, что модифицированный CE раствор в ежедневном сухом смешанном растворе (например, вяжущем для кирпича, шпатлевке, тонкослойном штукатурном растворе и т. д.) наносится в виде тонкослойного раствора, эта уникальная структура обычно сопровождается из-за проблемы быстрой потери воды из раствора.

Например, раствор для приклеивания керамической плитки представляет собой типичный тонкослойный раствор (модель клеящего вещества для керамической плитки, модифицированная CE тонкослойным раствором CE), и процесс его гидратации был изучен в стране и за рубежом. В Китае в корневище коптиса использовались различные виды и количества СЕ для улучшения характеристик раствора для приклеивания керамической плитки. Рентгеновским методом было подтверждено, что степень гидратации цемента на границе раздела цементного раствора и керамической плитки после смешивания КЭ увеличилась. Наблюдая за границей раздела с помощью микроскопа, было обнаружено, что прочность цементного мостика керамической плитки в основном улучшается за счет смешивания пасты CE вместо плотности. Например, Дженни наблюдала обогащение полимера и Ca(OH)2 у поверхности. Дженни считает, что сосуществование цемента и полимера определяет взаимодействие между образованием полимерной пленки и гидратацией цемента. Основной характеристикой цементных растворов, модифицированных СЕ, по сравнению с обычными цементными системами является высокое соотношение воды и цемента (обычно 0,8 или выше), но из-за их большой площади/объема они также быстро затвердевают, поэтому гидратация цемента обычно невозможна. менее 30%, а не более 90%, как это обычно бывает. При использовании технологии РФА для изучения закона развития микроструктуры поверхности клеевого раствора керамической плитки в процессе твердения установлено, что некоторые мелкие частицы цемента «переносятся» на внешнюю поверхность образца при высыхании пор. решение. Для подтверждения этой гипотезы были проведены дальнейшие испытания с использованием крупнозернистого цемента или более качественного известняка вместо ранее использовавшегося цемента, что дополнительно подтверждалось одновременным рентгеновским поглощением потери массы каждого образца и распределением частиц по размерам известняка/кремнеземного песка окончательно затвердевшего цемента. тело. Испытания с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) окружающей среды показали, что CE и ПВС мигрируют во время влажного и сухого цикла, в то время как резиновые эмульсии этого не делают. Основываясь на этом, он также разработал недоказанную модель гидратации тонкослойного модифицированного CE раствора для вяжущего для керамической плитки.

В соответствующей литературе не сообщается о том, как осуществляется гидратация слоистой структуры полимерного раствора в тонкослойной структуре, а также не было визуализировано и количественно различными способами пространственное распределение различных полимеров в слое раствора. Очевидно, что механизм гидратации и механизм формирования микроструктуры системы СЕ-раствор в условиях быстрой потери воды существенно отличаются от существующего обычного раствора. Изучение уникального механизма гидратации и механизма формирования микроструктуры тонкослойного раствора, модифицированного CE, будет способствовать развитию технологии применения тонкослойного раствора, модифицированного CE, например, в качестве штукатурного раствора для наружных стен, шпатлевки, раствора для швов и так далее.

4. Есть проблемы

4.1 Влияние изменения температуры на раствор, модифицированный эфиром целлюлозы

Растворы CE различных видов образуют гель при определенной температуре, процесс гелеобразования полностью обратим. Обратимое термическое гелеобразование CE является уникальным. Во многих цементных продуктах в основном используется вязкость CE и соответствующие свойства удержания воды и смазки, а вязкость и температура геля имеют прямую зависимость: при температуре геля, чем ниже температура, тем выше вязкость CE, тем лучше соответствующие показатели удержания воды.

В то же время растворимость разных видов КЭ при разных температурах неодинакова. Такие как метилцеллюлоза, растворимая в холодной воде, нерастворимая в горячей воде; Метилгидроксиэтилцеллюлоза растворима в холодной, но не в горячей воде. Но когда водный раствор метилцеллюлозы и метилгидроксиэтилцеллюлозы нагревается, метилцеллюлоза и метилгидроксиэтилцеллюлоза выпадают в осадок. Метилцеллюлоза выпадала в осадок при 45 ~ 60 ℃, а смешанная этеризованная метилгидроксиэтилцеллюлоза выпадала в осадок, когда температура повышалась до 65 ~ 80 ℃ и температура снижалась, и выпадавший осадок повторно растворялся. Гидроксиэтилцеллюлоза и гидроксиэтилцеллюлоза натрия растворимы в воде при любой температуре.

При фактическом использовании CE автор также обнаружил, что водоудерживающая способность CE быстро снижается при низких температурах (5 ℃), что обычно отражается в быстром снижении работоспособности во время строительства зимой, и необходимо добавлять больше CE. . Причина этого явления в настоящее время не ясна. Анализ может быть вызван изменением растворимости некоторых ЦЭ в воде низкой температуры, которое необходимо проводить для обеспечения качества строительства в зимний период.

4.2 Пузырьки и удаление эфира целлюлозы

CE обычно представляет большое количество пузырьков. С одной стороны, однородные и стабильные мелкие пузырьки улучшают эксплуатационные характеристики раствора, например, улучшают его конструктивные свойства, повышают морозостойкость и долговечность раствора. Вместо этого более крупные пузырьки ухудшают морозостойкость и долговечность раствора.

В процессе смешивания раствора с водой раствор перемешивается, воздух подается во вновь замешанный раствор, а воздух окутывается влажным раствором с образованием пузырьков. Обычно при условии малой вязкости раствора образовавшиеся пузырьки поднимаются за счет плавучести и устремляются к поверхности раствора. Пузырьки уходят с поверхности в наружный воздух, а пленка жидкости, перемещенная на поверхность, под действием силы тяжести создает перепад давления. Толщина пленки со временем станет тоньше, и, наконец, пузырьки лопнут. Однако из-за высокой вязкости вновь замешанного раствора после добавления CE средняя скорость просачивания жидкости в пленку жидкости замедляется, поэтому пленка жидкости становится нелегкой; В то же время увеличение вязкости раствора замедлит скорость диффузии молекул ПАВ, что положительно скажется на стабильности пены. Это приводит к тому, что большое количество пузырьков, попавших в раствор, остается в растворе.

Поверхностное натяжение и межфазное натяжение водного раствора, достигающего кульминации марки Al CE при массовой концентрации 1% при 20 ℃. CE оказывает воздухововлекающее действие на цементный раствор. Воздухововлекающий эффект CE отрицательно влияет на механическую прочность при введении больших пузырьков.

Пеногаситель в строительном растворе может препятствовать образованию пены, вызванному использованием CE, и разрушать образовавшуюся пену. Механизм его действия таков: пеногаситель проникает в пленку жидкости, снижает вязкость жидкости, образует новую границу раздела с низкой поверхностной вязкостью, приводит к потере эластичности пленки жидкости, ускоряет процесс выделения жидкости и, наконец, образует пленку жидкости. тонкий и треснувший. Порошковый пеногаситель может снизить содержание газа в вновь замешанном строительном растворе, а на неорганическом носителе адсорбируются углеводороды, стеариновая кислота и ее эфир, триэтилфосфат, полиэтиленгликоль или полисилоксан. В настоящее время порошковый пеногаситель, используемый в сухих строительных смесях, в основном состоит из полиолов и полисилоксанов.

Хотя сообщается, что помимо регулирования содержания пузырьков, применение пеногасителя также может уменьшить усадку, но различные виды пеногасителей также имеют проблемы совместимости и изменения температуры при использовании в сочетании с CE, это основные условия, которые необходимо решить в использование модифицированного CE миномета.

4.3 Совместимость эфира целлюлозы и других материалов в строительном растворе

CE обычно используется вместе с другими добавками в сухих строительных смесях, такими как пеногаситель, водоредуцирующий агент, клейкий порошок и т. д. Эти компоненты соответственно играют в строительном растворе разные роли. Изучение совместимости CE с другими добавками является предпосылкой эффективного использования этих компонентов.

В сухих смешанных строительных растворах в основном используются водоредуцирующие агенты: казеин, водоредуцирующий агент серии лигнина, водоредуцирующий агент серии нафталина, конденсация меламиноформальдегида, поликарбоновая кислота. Казеин является отличным суперпластификатором, особенно для тонких строительных растворов, но, поскольку это натуральный продукт, качество и цена часто колеблются. Лигниновые водоредуцирующие агенты включают лигносульфонат натрия (древесный натрий), древесный кальций, древесный магний. Редуктор воды серии нафталина обычно используется Лу. Конденсаты нафталинсульфоната формальдегида, конденсаты меламиноформальдегида являются хорошими суперпластификаторами, но влияние на тонкие растворы ограничено. Поликарбоновая кислота — это недавно разработанная технология с высокой эффективностью и отсутствием выбросов формальдегида. Поскольку CE и обычный суперпластификатор нафталинового ряда вызывают коагуляцию, что приводит к потере удобоукладываемости бетонной смеси, поэтому в технике необходимо выбирать суперпластификатор ненафталинового ряда. Несмотря на то, что были проведены исследования комплексного воздействия растворов, модифицированных CE, и различных добавок, в их использовании все еще существует много недоразумений из-за разнообразия различных добавок и CE, а также мало исследований механизма взаимодействия, и необходимо большое количество испытаний, чтобы оптимизировать его.

5. Заключение

Роль CE в строительном растворе главным образом выражается в превосходной водоудерживающей способности, влиянии на консистенцию и тиксотропные свойства раствора, а также в регулировании реологических свойств. Помимо придания раствору хороших рабочих характеристик, CE может также уменьшить выделение тепла при гидратации цемента и задержать динамический процесс гидратации цемента. Методы оценки характеристик раствора различаются в зависимости от случаев применения.

За рубежом было проведено большое количество исследований микроструктуры ЭЭ в строительных растворах, таких как механизм пленкообразования и морфология пленкообразования, но до сих пор не существует прямых средств количественного и качественного описания существования различной микроструктуры полимера в строительном растворе. .

Модифицированный раствор CE наносится в виде тонкослойного раствора в растворе ежедневного сухого смешивания (например, вяжущем для лицевого кирпича, шпатлевке, тонкослойном растворе и т. д.). Эта уникальная структура обычно сопровождается проблемой быстрой потери воды из строительного раствора. В настоящее время основные исследования сосредоточены на вяжущем для лицевого кирпича, а других типов тонкослойного раствора, модифицированного CE, мало.

Поэтому в дальнейшем необходимо ускорить исследования механизма послойной гидратации раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, в тонкослойной структуре и закона пространственного распределения полимера в слое раствора в условиях быстрой потери воды. При практическом применении следует полностью учитывать влияние раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, на изменение температуры и его совместимость с другими добавками. Соответствующие исследовательские работы будут способствовать разработке технологий применения модифицированных CE растворов, таких как штукатурный раствор для наружных стен, шпатлевка, раствор для швов и другой тонкослойный раствор.