Cementová suspenzia modifikovaná éterom celulózy

Vplyv odlišnej molekulárnej štruktúry neiónového éteru celulózy na štruktúru pórov cementovej suspenzie bol študovaný testom hustoty výkonu a makroskopickým a mikroskopickým pozorovaním štruktúry pórov. Výsledky ukazujú, že neiónový éter celulózy môže zvýšiť pórovitosť cementovej suspenzie. Keď je viskozita neiónovej suspenzie modifikovanej éterom celulózy podobná, pórovitosťéter hydroxyetylcelulózy(HEC) modifikovaná suspenzia je menšia ako suspenzia modifikovaná éterom hydroxypropylmetylcelulózy (HPMC) a éterom metylcelulózy (MC). Čím nižšia je viskozita/relatívna molekulová hmotnosť éteru celulózy HPMC s podobným obsahom skupín, tým menšia je pórovitosť jeho modifikovanej cementovej kaše. Neiónový éter celulózy môže znížiť povrchové napätie kvapalnej fázy a zjednodušiť tvorbu bublín z cementovej kaše. Neiónové molekuly éteru celulózy sú smerovo adsorbované na rozhraní plyn-kvapalina bublín, čo tiež zvyšuje viskozitu fázy cementovej suspenzie a zvyšuje schopnosť cementovej suspenzie stabilizovať bubliny.

kľúčové slová:neiónový éter celulózy; Cementová kaša; Štruktúra pórov; Molekulárna štruktúra; Povrchové napätie; viskozita

Neiónový éter celulózy (ďalej len éter celulózy) má vynikajúce zahusťovanie a zadržiava vodu a je široko používaný v suchej miešanej malte, samozhutniteľnom betóne a iných nových materiáloch na báze cementu. Étery celulózy používané v materiáloch na báze cementu zvyčajne zahŕňajú éter metylcelulózy (MC), éter hydroxypropylmetylcelulózy (HPMC), éter hydroxyetylmetylcelulózy (HEMC) a éter hydroxyetylcelulózy (HEC), medzi ktorými sú najbežnejšie aplikácie HPMC a HEMC .

Éter celulózy môže výrazne ovplyvniť štruktúru pórov cementovej kaše. Pourchez a spol. prostredníctvom testu zdanlivej hustoty, testu veľkosti pórov (metóda vstrekovania ortuti) a analýzy obrazu sEM dospeli k záveru, že éter celulózy môže zvýšiť počet pórov s priemerom približne 500 nm a pórov s priemerom približne 50 – 250 μm v cementová kaša. Navyše, pre vytvrdenú cementovú kašu je distribúcia veľkosti pórov nízkomolekulárnej HEC modifikovanej cementovej kaše podobná distribúcii veľkosti pórov čistej cementovej kaše. Celkový objem pórov vysokomolekulárnej HEC modifikovanej cementovej suspenzie je vyšší ako objem čistej cementovej suspenzie, ale nižší ako objem HPMC modifikovanej cementovej suspenzie s približne rovnakou konzistenciou. Prostredníctvom pozorovania SEM Zhang a kol. zistili, že HEMC môže výrazne zvýšiť počet pórov s priemerom asi 0,1 mm v cementovej malte. Prostredníctvom testu injektovania ortuti tiež zistili, že HEMC môže výrazne zvýšiť celkový objem pórov a priemerný priemer pórov cementovej kaše, čo vedie k výraznému zvýšeniu počtu veľkých pórov s priemerom 50 nm ~ 1 μm a veľkých pórov s priemerom viac. ako 1 μm. Počet pórov s priemerom menším ako 50 nm sa však výrazne znížil. Saric-Coric a kol. veril, že éter celulózy spôsobí, že cementová suspenzia bude poréznejšia a povedie k zvýšeniu makropórov. Jenni a kol. testovali výkonovú hustotu a určili, že objemový podiel pórov HEMC modifikovanej cementovej malty bol približne 20 %, zatiaľ čo čistá cementová malta obsahovala len malé množstvo vzduchu. Silva a spol. zistili, že okrem dvoch píkov pri 3,9 nm a 40 ~ 75 nm vo forme čistej cementovej kaše existovali aj dva píky pri 100 ~ 500 nm a väčších ako 100 μm prostredníctvom testu vstrekovania ortuti. Ma Baoguo a kol. zistili, že éter celulózy zvýšil počet jemných pórov s priemerom menším ako 1 μm a veľkých pórov s priemerom väčším ako 2 μm v cementovej malte prostredníctvom testu vstrekovaním ortuti. Z dôvodu, že éter celulózy zvyšuje pórovitosť cementovej suspenzie, zvyčajne sa predpokladá, že éter celulózy má povrchovú aktivitu, obohacuje sa na rozhraní vzduchu a vody, pričom vytvára film, aby sa stabilizovali bubliny v cementovej suspenzii.

Prostredníctvom vyššie uvedenej analýzy literatúry je možné vidieť, že vplyvu éteru celulózy na štruktúru pórov materiálov na báze cementu bola venovaná veľká pozornosť. Existuje však veľa druhov éteru celulózy, rovnaký druh éteru celulózy, jeho relatívna molekulová hmotnosť, obsah skupín a ďalšie parametre molekulovej štruktúry sú tiež veľmi odlišné a domáci a zahraniční výskumníci v oblasti výberu éteru celulózy sú obmedzení iba na ich príslušnú aplikáciu. pole, nedostatok reprezentácie, záver je nevyhnutný „pregeneralizácia“, takže vysvetlenie mechanizmu éteru celulózy nie je dostatočne hlboké. V tomto článku bol študovaný vplyv éteru celulózy s odlišnou molekulovou štruktúrou na štruktúru pórov cementovej suspenzie testom zdanlivej hustoty a makroskopickým a mikroskopickým pozorovaním štruktúry pórov.

1. Test

1.1 Suroviny

Cementom bol obyčajný portlandský cement P·O 42,5 vyrobený spoločnosťou Huaxin Cement Co., LTD., v ktorom bolo chemické zloženie merané röntgenovým fluorescenčným spektrometrom vlnovej dĺžky disperzného typu AXIOS Ad-Vanced (PANa – lytical, Holandsko), a fázové zloženie bolo odhadnuté Bogueovou metódou.

Éter celulózy vybral štyri druhy komerčného éteru celulózy, respektíve éter metylcelulózy (MC), éter hydroxypropylmetylcelulózy (HPMC1, HPMC2) a éter hydroxyetylcelulózy (HEC), molekulárna štruktúra HPMC1 a HPMC2 sú podobné, ale viskozita je oveľa nižšia ako HPMC2 To znamená, že relatívna molekulová hmotnosť HPMC1 je oveľa menšia ako molekulová hmotnosť HPMC2. Kvôli podobným vlastnostiam éteru hydroxyetylmetylcelulózy (HEMc) a HPMC neboli v tejto štúdii vybrané HEMC. Aby sa predišlo vplyvu obsahu vlhkosti na výsledky testu, všetky étery celulózy boli pred použitím vypálené pri 98 °C počas 2 hodín.

Viskozita éteru celulózy bola testovaná rotačným viskozimetrom NDJ-1B (Shanghai Changji Company). Koncentrácia testovaného roztoku (hmotnostný pomer éteru celulózy k vode) bola 2,0 %, teplota bola 20 °C a rýchlosť otáčania bola 12 ot./min. Povrchové napätie éteru celulózy bolo testované kruhovou metódou. Testovacím prístrojom bol automatický tenzometer JK99A (Shanghai Zhongchen Company). Koncentrácia testovaného roztoku bola 0,01 % a teplota bola 20 °C. Obsah éterových skupín celulózy poskytuje výrobca.

Podľa viskozity, povrchového napätia a obsahu skupín éteru celulózy, keď je koncentrácia roztoku 2,0%, pomer viskozity roztoku HEC a HPMC2 je 1:1,6 a pomer viskozity roztoku HEC a MC je 1:0,4, ale v tomto teste je pomer voda-cement 0,35, maximálny pomer cementu je 0,6 %, hmotnostný pomer éteru celulózy k vode je asi 1,7 %, menej ako 2,0 %, a synergický účinok cementovej kaše na viskozitu, takže rozdiel vo viskozite HEC, HPMC2 alebo MC modifikovanej cementovej suspenzie je malý.

Podľa viskozity, povrchového napätia a obsahu skupín éteru celulózy je povrchové napätie každého éteru celulózy odlišné. Éter celulózy má hydrofilné skupiny (hydroxylové a éterové skupiny) aj hydrofóbne skupiny (metylový a glukózový uhlíkový kruh), je povrchovo aktívna látka. Éter celulózy je rôzny, druh a obsah hydrofilných a hydrofóbnych skupín je odlišný, výsledkom čoho je rozdielne povrchové napätie.

1.2 Skúšobné metódy

Pripravilo sa šesť druhov cementovej kaše, vrátane čistej cementovej kaše, štyri cementové kaše modifikované éterom celulózy (MC, HPMCl, HPMC2 a HEC) s 0,60% pomerom cementu a HPMC2 modifikovaná cementová kaša s 0,05% pomerom cementu. Ref, MC - 0,60, HPMCl - 0,60, Hpmc2 - 0,60. HEC 1-0,60 a hpMC2-0,05 naznačujú, že pomer voda-cement je 0,35.

Cementová kaša najprv v súlade s GB/T 17671 1999 „metóda skúšky pevnosti cementovej malty (metóda ISO)“ vyrobená do hranolového skúšobného bloku 40 mm × 40 mm × 160 mm, za podmienok 20 °C uzavretého vytvrdzovania 28d. Po zvážení a výpočte jeho zdanlivej hustoty sa otvoril malým kladivom a stav makro otvoru v strednej časti testovacieho bloku sa pozoroval a fotografoval digitálnym fotoaparátom. Súčasne sa odobrali malé kúsky 2,5 ~ 5,0 mm na pozorovanie optickým mikroskopom (trojrozmerný videomikroskop HIROX) a rastrovacím elektrónovým mikroskopom (JSM-5610LV).

2. Výsledky testov

2.1 Zdanlivá hustota

Podľa objemovej hmotnosti cementovej suspenzie modifikovanej rôznymi celulózovými étermi (1) je objemová hmotnosť čistej cementovej suspenzie najvyššia, a to 2044 kg/m³; Zdanlivá hustota štyroch druhov suspenzie modifikovanej éterom celulózy s pomerom cementu 0,60 % bola 74 % až 88 % hustoty čistej cementovej suspenzie, čo naznačuje, že éter celulózy spôsobil zvýšenie pórovitosti cementovej suspenzie. (2) Keď je pomer cementu k cementu 0,60 %, vplyv rôznych éterov celulózy na pórovitosť cementovej kaše je veľmi rozdielny. Viskozita HEC, HPMC2 a MC modifikovanej cementovej suspenzie je podobná, ale zdanlivá hustota HEC modifikovanej cementovej suspenzie je najvyššia, čo naznačuje, že pórovitosť HEC modifikovanej cementovej suspenzie je menšia ako pórovitosť HPMc2 a Mc modifikovanej cementovej suspenzie s podobnou viskozitou. . HPMc1 a HPMC2 majú podobný obsah skupín, ale viskozita HPMCl je oveľa nižšia ako viskozita HPMC2 a zdanlivá hustota cementovej suspenzie modifikovanej HPMCl je výrazne vyššia ako hustota cementovej suspenzie modifikovanej HPMC2, čo naznačuje, že keď je obsah skupín podobný čím nižšia je viskozita éteru celulózy, tým nižšia je pórovitosť modifikovanej cementovej suspenzie. (3) Keď je pomer cementu k cementu veľmi malý (0,05 %), zdanlivá hustota cementovej suspenzie modifikovanej HPMC2 je v podstate blízka hustote čistej cementovej suspenzie, čo naznačuje, že vplyv éteru celulózy na pórovitosť cementu kaša je veľmi malá.

2.2 Makroskopický pór

Podľa sekcie fotografií cementovej suspenzie modifikovanej celulózovým éterom zhotovenej digitálnym fotoaparátom je čistá cementová suspenzia veľmi hustá, takmer bez viditeľných pórov; Všetky štyri druhy suspenzie modifikovanej éterom celulózy s pomerom cementu 0,60 % majú všetky makroskopickejšie póry, čo naznačuje, že éter celulózy vedie k zvýšeniu pórovitosti cementovej suspenzie. Podobne ako pri výsledkoch testu zdanlivej hustoty, vplyv rôznych typov a obsahov éterov celulózy na pórovitosť cementovej suspenzie je celkom odlišný. Viskozita suspenzie modifikovanej HEC, HPMC2 a MC je podobná, ale pórovitosť suspenzie modifikovanej HEC je menšia ako viskozita suspenzie modifikovanej HPMC2 a MC. Hoci HPMC1 a HPMC2 majú podobný obsah skupín, suspenzia modifikovaná HPMC1 s nižšou viskozitou má menšiu pórovitosť. Keď je pomer cementu k cementu v suspenzii modifikovanej HPMc2 veľmi malý (0,05 %), počet makroskopických pórov sa mierne zvýši v porovnaní s čistou cementovou suspenziou, ale výrazne sa zníži ako v prípade suspenzie modifikovanej HPMC2 s 0,60 % cementu. - pomer cementu.

2.3 Mikroskopický pór

4. Záver

(1) Éter celulózy môže zvýšiť pórovitosť cementovej kaše.

(2) Vplyv éteru celulózy na pórovitosť cementovej suspenzie s rôznymi parametrami molekulovej štruktúry je odlišný: keď je viskozita cementovej suspenzie modifikovanej éterom celulózy podobná, pórovitosť cementovej suspenzie modifikovanej HEC je menšia ako pórovitosti modifikovanej cementovej suspenzie HPMC a MC. cementová kaša; Čím nižšia je viskozita/relatívna molekulová hmotnosť éteru celulózy HPMC s podobným obsahom skupín, tým nižšia je pórovitosť jeho modifikovanej cementovej kaše.

(3) Po pridaní éteru celulózy do cementovej suspenzie sa povrchové napätie kvapalnej fázy zníži, takže z cementovej suspenzie sa ľahko tvoria bubliny a molekuly éteru celulózy, smerová adsorpcia na rozhraní bublinového plynu a kvapaliny, zlepšuje pevnosť a húževnatosť adsorpcia bublinkového tekutého filmu na rozhraní bublinového plynu a kvapaliny, zlepšuje pevnosť bublinkového tekutého filmu a posilňuje schopnosť húževnatého bahna stabilizovať bublinu.