Eteri celuloz jooninik në çimento polimer

Si një aditiv i domosdoshëm në çimento polimer, eteri celuloz jo-jonik ka marrë vëmendje dhe hulumtim të gjerë. Bazuar në literaturën përkatëse brenda dhe jashtë vendit, ligji dhe mekanizmi i llaçit të çimentos të modifikuar me eter celuloz jo-jonik u diskutua nga aspektet e llojeve dhe përzgjedhjes së eterit celuloz jo-jonik, efekti i tij në vetitë fizike të çimentos polimer, efekti i tij në mikromorfologjinë dhe vetitë mekanike, si dhe mangësitë e hulumtimit aktual u parashtruan. Kjo punë do të nxisë aplikimin e eterit celuloz në çimento polimer.

Fjalët kyçe: eter celuloz jojonik, çimento polimer, vetitë fizike, vetitë mekanike, mikrostruktura

1. Vështrim i përgjithshëm

Me kërkesën në rritje dhe kërkesat e performancës së çimentos polimer në industrinë e ndërtimit, shtimi i aditivëve në modifikimin e tij është bërë një pikë e nxehtë kërkimore, ndër të cilat, eteri i celulozës është përdorur gjerësisht për shkak të efektit të tij në mbajtjen e ujit të llaçit të çimentos, trashjen, vonesën, ajrin. e kështu me radhë. Në këtë punim përshkruhen llojet e eterit celuloz, efektet në vetitë fizike dhe mekanike të çimentos polimer dhe mikromorfologjia e çimentos polimer, e cila ofron një referencë teorike për aplikimin e eterit celuloz në çimento polimer.

2. Llojet e eterit celuloz jojonik

Eteri i celulozës është një lloj komponimi polimer me strukturë eterike të bërë nga celuloza. Ka shumë lloje të eterit celuloz, i cili ka ndikim të madh në vetitë e materialeve me bazë çimento dhe është i vështirë për t'u zgjedhur. Sipas strukturës kimike të zëvendësuesve, ato mund të ndahen në eterë anionikë, kationikë dhe jojonikë. Eteri jooninik i celulozës me zëvendësues të zinxhirit anësor të H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH dhe grupe të tjera jo të shkëputura është më i përdoruri në çimento, përfaqësues tipik janë eteri metil celulozë, hidroksipropil metil. eter celulozë, eter hidroksietil metil celulozë, eter hidroksietil celulozë dhe kështu me radhë. Llojet e ndryshme të etereve të celulozës kanë efekte të ndryshme në kohën e ngurtësimit të çimentos. Sipas raporteve të mëparshme të literaturës, HEC ka aftësinë më të fortë të ngadalësimit për çimento, e ndjekur nga HPMc dhe HEMc, dhe Mc ka më të keqen. Për të njëjtin lloj eteri celuloz, pesha molekulare ose viskoziteti, përmbajtja e metilit, hidroksietilit, hidroksipropilit të këtyre grupeve është e ndryshme, efekti i tij ngadalësues është gjithashtu i ndryshëm. Në përgjithësi, sa më i madh të jetë viskoziteti dhe sa më i lartë përmbajtja e grupeve të pandashme, aq më e keqe është aftësia e vonesës. Prandaj, në procesin aktual të prodhimit, sipas kërkesave të koagulimit të llaçit komercial, mund të zgjidhet përmbajtja e përshtatshme e grupit funksional të eterit celuloz. Ose në prodhimin e eterit celuloz në të njëjtën kohë, rregulloni përmbajtjen e grupeve funksionale, bëjeni atë të plotësojë kërkesat e llaçit të ndryshëm.

3,ndikimi i eterit celuloz jo-jonik në vetitë fizike të çimentos polimer

3.1 Koagulimi i ngadaltë

Për të zgjatur kohën e forcimit të hidratimit të çimentos, në mënyrë që llaçi i sapopërzier të mbetet plastik për një kohë të gjatë, në mënyrë që të rregullohet koha e ngurtësimit të llaçit të sapopërzier, të përmirësohet funksionimi i tij, zakonisht shtoni ngadalësues në llaç, jo Eteri jonik i celulozës është i përshtatshëm për çimento polimer është një ngadalësues i zakonshëm.

Efekti ngadalësues i eterit celuloz jo-jonik në çimento ndikohet kryesisht nga lloji i tij, viskoziteti, doza, përbërja e ndryshme e mineraleve të çimentos dhe faktorë të tjerë. Pourchez J et al. tregoi se sa më e lartë të jetë shkalla e metilimit të eterit të celulozës, aq më i keq ishte efekti i vonesës, ndërsa pesha molekulare e eterit të celulozës dhe përmbajtja e hidroksipropoksisë kishte një efekt të dobët në ngadalësimin e hidratimit të çimentos. Me rritjen e viskozitetit dhe sasisë së dopingut të eterit celuloz jo-jonik, shtresa e përthithjes në sipërfaqen e grimcave të çimentos trashet dhe koha e ngurtësimit fillestar dhe përfundimtar të çimentos zgjatet dhe efekti i vonesës është më i dukshëm. Studimet kanë treguar se çlirimi i hershëm i nxehtësisë i llumrave të çimentos me përmbajtje të ndryshme HEMC është rreth 15% më i ulët se ai i llumrave të çimentos të pastër, por nuk ka ndonjë ndryshim domethënës në procesin e mëvonshëm të hidratimit. Singh NK et al. tregoi se me rritjen e sasisë së dopingut HEc, çlirimi i nxehtësisë së hidratimit të llaçit të modifikuar të çimentos shfaqi një tendencë fillimi rritjeje dhe më pas zvogëluese, dhe përmbajtja e HEC kur arrinte çlirimin maksimal të nxehtësisë së hidratimit lidhej me moshën e kalimit.

Për më tepër, është gjetur se efekti ngadalësues i eterit celuloz jojonik është i lidhur ngushtë me përbërjen e çimentos. Peschard et al. zbuloi se sa më e ulët të jetë përmbajtja e aluminatit të trikalciumit (C3A) në çimento, aq më i dukshëm është efekti ngadalësues i eterit të celulozës. Schmitz L et al. besohej se kjo ishte shkaktuar nga mënyrat e ndryshme të eterit të celulozës në kinetikën e hidratimit të silikatit të trikalciumit (C3S) dhe aluminatit të trikalciumit (C3A). Eteri celuloz mund të zvogëlojë shkallën e reagimit në periudhën e përshpejtimit të C3S, ndërsa për C3A, mund të zgjasë periudhën e induksionit dhe në fund të vonojë procesin e ngurtësimit dhe forcimit të llaçit.

Ekzistojnë mendime të ndryshme për mekanizmin e eterit jo-jonik të celulozës që vonon hidratimi i çimentos. Silva etj. Liu besonte se futja e eterit të celulozës do të shkaktonte rritjen e viskozitetit të solucionit të poreve, duke bllokuar kështu lëvizjen e joneve dhe duke vonuar kondensimin. Megjithatë, Pourchez et al. besohej se ekzistonte një lidhje e dukshme midis vonesës së eterit të celulozës në hidratim të çimentos dhe viskozitetit të llumit të çimentos. Një teori tjetër është se efekti ngadalësues i eterit të celulozës është i lidhur ngushtë me degradimin e alkalit. Polisakaridet priren të degradohen lehtësisht për të prodhuar acid hidroksil karboksilik i cili mund të vonojë hidratimin e çimentos në kushte alkaline. Megjithatë, studimet kanë zbuluar se eteri i celulozës është shumë i qëndrueshëm në kushte alkaline dhe vetëm degradohet pak, dhe degradimi ka pak efekt në vonesën e hidratimit të çimentos. Aktualisht, pikëpamja më konsistente është se efekti ngadalësues shkaktohet kryesisht nga adsorbimi. Në mënyrë të veçantë, grupi hidroksil në sipërfaqen molekulare të eterit të celulozës është acid, ca(0H) në sistemin e çimentos hidratimi dhe fazat e tjera minerale janë alkaline. Nën veprimin sinergjik të lidhjes hidrogjenore, kompleksuese dhe hidrofobike, molekulat acidike të eterit të celulozës do të absorbohen në sipërfaqen e grimcave të çimentos alkaline dhe produkteve të hidratimit. Përveç kësaj, në sipërfaqen e tij formohet një shtresë e hollë, e cila pengon rritjen e mëtejshme të këtyre bërthamave kristalore të fazës minerale dhe vonon hidratimin dhe ngjitjen e çimentos. Sa më i fortë të jetë kapaciteti i absorbimit midis produkteve të hidratimit të çimentos dhe eterit të celulozës, aq më e dukshme është vonesa e hidratimit të çimentos. Nga njëra anë, madhësia e pengesës sterike luan një rol vendimtar në kapacitetin e adsorbimit, siç është pengesa e vogël sterike e grupit hidroksil, aciditeti i tij i fortë, adsorbimi është gjithashtu i fortë. Nga ana tjetër, kapaciteti i absorbimit varet edhe nga përbërja e produkteve të hidratimit të çimentos. Pourchez et al. zbuloi se eteri i celulozës absorbohet lehtësisht në sipërfaqen e produkteve të hidratimit si ca(0H)2, xhel csH dhe hidrat aluminat kalciumi, por nuk është e lehtë të absorbohet nga etringiti dhe faza e pahidratuar. Studimi i Mullert tregoi gjithashtu se eteri i celulozës kishte një adsorbim të fortë në c3s dhe produktet e tij të hidratimit, kështu që hidratimi i fazës silikate u vonua ndjeshëm. Adsorbimi i etringitit ishte i ulët, por formimi i etringitit u vonua ndjeshëm. Kjo për shkak se vonesa në formimin e etringitit ndikohej nga ekuilibri i ca2+ në tretësirë, që ishte vazhdimi i vonesës së eterit celuloz në hidratimi silikat.

3.2 Ruajtja e ujit

Një tjetër efekt modifikues i rëndësishëm i eterit të celulozës në llaç çimentoje është shfaqja si një agjent që mban ujin, i cili mund të parandalojë avullimin e parakohshëm të lagështirës në llaçin e lagësht ose thithjen nga baza, si dhe të vonojë hidratimin e çimentos duke zgjatur kohën e funksionimit të Llaç i lagësht, në mënyrë që të sigurohet që llaçi i hollë mund të krehet, llaçi i suvatuar mund të shtrihet dhe llaçi i lehtë për t'u thithur nuk ka nevojë të laget paraprakisht.

Kapaciteti mbajtës i ujit i eterit të celulozës është i lidhur ngushtë me viskozitetin, dozën, llojin dhe temperaturën e ambientit. Kushtet e tjera janë të njëjta, sa më i madh të jetë viskoziteti i eterit të celulozës, aq më i mirë është efekti i mbajtjes së ujit, një sasi e vogël eter celuloze mund të përmirësojë ndjeshëm shkallën e mbajtjes së ujit të llaçit; Për të njëjtin eter celuloze, sa më e lartë të jetë sasia e shtuar, aq më e lartë është shkalla e mbajtjes së ujit të llaçit të modifikuar, por ka një vlerë optimale, përtej së cilës shkalla e mbajtjes së ujit rritet ngadalë. Për lloje të ndryshme të eterit të celulozës, ka gjithashtu dallime në mbajtjen e ujit, si p.sh. HPMc në të njëjtat kushte sesa Mc mbajtje më të mirë të ujit. Përveç kësaj, performanca e mbajtjes së ujit të eterit të celulozës zvogëlohet me rritjen e temperaturës së ambientit.

Në përgjithësi besohet se arsyeja pse eteri i celulozës ka funksionin e mbajtjes së ujit është kryesisht për shkak të 0H në molekulë dhe atomi 0 në lidhjen eterike do të shoqërohet me molekulat e ujit për të sintetizuar lidhjen e hidrogjenit, në mënyrë që uji i lirë të bëhet i lidhur. ujë, në mënyrë që të luajë një rol të mirë të mbajtjes së ujit; Besohet gjithashtu se zinxhiri makromolekular i eterit të celulozës luan një rol kufizues në përhapjen e molekulave të ujit, në mënyrë që të kontrollohet në mënyrë efektive avullimi i ujit, për të arritur mbajtje të lartë uji; Pourchez J argumentoi se eteri i celulozës arriti efektin e mbajtjes së ujit duke përmirësuar vetitë reologjike të slurit të sapopërzier të çimentos, strukturën e rrjetit poroz dhe formimin e filmit eter celuloz i cili pengonte difuzionin e ujit. Laetitia P et al. gjithashtu besojnë se vetia reologjike e llaçit është një faktor kyç, por gjithashtu besojnë se viskoziteti nuk është faktori i vetëm që përcakton performancën e shkëlqyer të mbajtjes së ujit të llaçit. Vlen të theksohet se megjithëse eteri celuloz ka performancë të mirë të mbajtjes së ujit, por thithja e tij e modifikuar e ujit të llaçit të ngurtësuar të çimentos do të reduktohet, arsyeja është se eteri celuloz në filmin e llaçit, dhe në llaç një numër i madh poresh të vogla të mbyllura, duke bllokuar llaçin brenda kapilarit.

3.3 Trashje

Konsistenca e llaçit është një nga indekset e rëndësishme për të matur performancën e tij të punës. Eteri celuloz shpesh futet për të rritur konsistencën. "Konsistenca" përfaqëson aftësinë e llaçit të sapopërzier për të rrjedhur dhe deformuar nën veprimin e gravitetit ose forcave të jashtme. Dy vetitë e trashjes dhe mbajtjes së ujit plotësojnë njëra-tjetrën. Shtimi i një sasie të përshtatshme të eterit celuloz jo vetëm që mund të përmirësojë performancën e mbajtjes së ujit të llaçit, të sigurojë një ndërtim të qetë, por gjithashtu të rrisë konsistencën e llaçit, të rrisë ndjeshëm aftësinë kundër shpërndarjes së çimentos, të përmirësojë performancën e lidhjes midis llaçit dhe matricës, dhe zvogëlojnë fenomenin e varjes së llaçit.

Efekti i trashjes së eterit celuloz vjen kryesisht nga viskoziteti i tij, sa më i madh të jetë viskoziteti, aq më i mirë është efekti i trashjes, por nëse viskoziteti është shumë i madh, ai do të zvogëlojë rrjedhshmërinë e llaçit, duke ndikuar në konstruksion. Faktorët që ndikojnë në ndryshimin e viskozitetit, si pesha molekulare (ose shkalla e polimerizimit) dhe përqendrimi i eterit të celulozës, temperatura e tretësirës, ​​shpejtësia e prerjes, do të ndikojnë në efektin përfundimtar të trashjes.

Mekanizmi i trashjes së eterit të celulozës vjen kryesisht nga hidratimi dhe ngatërrimi midis molekulave. Nga njëra anë, zinxhiri polimer i eterit të celulozës është i lehtë për të formuar lidhje hidrogjeni me ujë në ujë, lidhja hidrogjenore e bën atë të ketë hidratim të lartë; Nga ana tjetër, kur llaçit i shtohet eteri celuloz, ai do të thithë shumë ujë, në mënyrë që vëllimi i tij të zgjerohet shumë, duke zvogëluar hapësirën e lirë të grimcave, në të njëjtën kohë zinxhirët molekularë të eterit celuloz ndërthuren me njëri-tjetrin. për të formuar një strukturë rrjeti tre-dimensionale, grimcat e llaçit janë të rrethuara në të cilat, jo rrjedhje e lirë. Me fjalë të tjera, në këto dy veprime, viskoziteti i sistemit përmirësohet, duke arritur kështu efektin e dëshiruar të trashjes.

4. Efekti i eterit celuloz jo-jonik në morfologjinë dhe strukturën e poreve të çimentos polimer

Siç mund të shihet nga sa më sipër, eteri celuloz jo-jonik luan një rol jetik në çimento polimer dhe shtimi i tij sigurisht që do të ndikojë në mikrostrukturën e të gjithë llaçit të çimentos. Rezultatet tregojnë se eteri celuloz jo-jonik zakonisht rrit porozitetin e llaçit të çimentos dhe numri i poreve në madhësinë 3nm ~ 350um rritet, ndër të cilat rritet më së shumti numri i poreve në intervalin 100nm ~ 500nm. Ndikimi në strukturën e poreve të llaçit të çimentos është i lidhur ngushtë me llojin dhe viskozitetin e eterit celuloz jo-jonik të shtuar. Ou Zhihua etj. besohej se kur viskoziteti është i njëjtë, poroziteti i llaçit të çimentos të modifikuar nga HEC është më i vogël se ai i HPMc dhe Mc të shtuar si modifikues. Për të njëjtin eter celuloze, sa më i vogël të jetë viskoziteti, aq më i vogël është poroziteti i llaçit të modifikuar të çimentos. Duke studiuar efektin e HPMc në hapjen e pllakës izoluese të çimentos të shkumëzuar, Wang Yanru et al. zbuloi se shtimi i HPMC nuk ndryshon ndjeshëm porozitetin, por mund të zvogëlojë ndjeshëm hapjen. Megjithatë, Zhang Guodian et al. zbuloi se sa më e madhe të jetë përmbajtja HEMc, aq më i dukshëm është ndikimi në strukturën e poreve të llumit të çimentos. Shtimi i HEMc mund të rrisë ndjeshëm porozitetin, vëllimin total të poreve dhe rrezen mesatare të poreve të llumit të çimentos, por sipërfaqja specifike e poreve zvogëlohet dhe numri i poreve të mëdha kapilare me diametër më të madh se 50 nm rritet ndjeshëm, dhe poret e futura janë kryesisht pore të mbyllura.

U analizua efekti i eterit celuloz jo-jonik në procesin e formimit të strukturës së poreve të llumit të çimentos. U zbulua se shtimi i eterit të celulozës ndryshoi kryesisht vetitë e fazës së lëngshme. Nga njëra anë, tensioni sipërfaqësor i fazës së lëngshme zvogëlohet, duke e bërë të lehtë formimin e flluskave në llaç çimentoje dhe do të ngadalësojë kullimin e fazës së lëngshme dhe përhapjen e flluskave, kështu që flluskat e vogla janë të vështira për t'u mbledhur në flluska të mëdha dhe për t'u shkarkuar, kështu që zbrazja është rritur shumë; Nga ana tjetër, viskoziteti i fazës së lëngshme rritet, gjë që gjithashtu pengon kullimin, përhapjen e flluskave dhe bashkimin e flluskave, dhe rrit aftësinë për të stabilizuar flluskat. Prandaj, mënyra e ndikimit të eterit të celulozës në shpërndarjen e madhësisë së poreve të llaçit të çimentos mund të merret: në diapazonin e madhësisë së poreve prej më shumë se 100 nm, flluska mund të futen duke ulur tensionin sipërfaqësor të fazës së lëngshme dhe difuzioni i flluskave mund të pengohet nga rritja e viskozitetit të lëngut; në rajonin prej 30nm ~ 60nm, numri i poreve në rajon mund të ndikohet duke penguar bashkimin e flluskave më të vogla.

5. Ndikimi i eterit celuloz jojonik në vetitë mekanike të çimentos polimer

Vetitë mekanike të çimentos polimer janë të lidhura ngushtë me morfologjinë e saj. Me shtimin e eterit të celulozës jo-jonike, poroziteti rritet, i cili sigurisht që do të ketë një efekt negativ në forcën e tij, veçanërisht në forcën në shtypje dhe rezistencën në përkulje. Reduktimi i rezistencës në shtypje të llaçit të çimentos është dukshëm më i madh se rezistenca në përkulje. Ou Zhihua etj. studioi ndikimin e llojeve të ndryshme të eterit celuloz jo-jonik në vetitë mekanike të llaçit të çimentos dhe zbuloi se forca e llaçit të çimentos të modifikuar me eter celuloze ishte më e ulët se ajo e llaçit të pastër të çimentos dhe forca më e ulët në shtypje 28d ishte vetëm 44.3% të atij të llumit të pastër të çimentos. Rezistenca në shtypje dhe qëndrueshmëria në përkulje e HPMc, HEMC dhe MC me eter celuloz të modifikuar janë të ngjashme, ndërsa rezistenca në shtypje dhe qëndrueshmëria në përkulje e llumit të çimentos të modifikuar HEc në çdo moshë janë dukshëm më të larta. Kjo lidhet ngushtë me viskozitetin ose peshën molekulare të tyre, sa më i lartë të jetë viskoziteti ose pesha molekulare e eterit celuloz, ose sa më i madh të jetë aktiviteti sipërfaqësor, aq më e ulët është forca e llaçit të modifikuar të çimentos.

Megjithatë, është treguar gjithashtu se eteri celuloz jo-jonik mund të rrisë forcën në tërheqje, fleksibilitetin dhe kohezibilitetin e llaçit të çimentos. Huang Liangen etj. zbuloi se, në kundërshtim me ligjin e ndryshimit të rezistencës në shtypje, forca në prerje dhe qëndrueshmëria në tërheqje e slurit u rritën me rritjen e përmbajtjes së eterit celuloz në llaçin e çimentos. Analiza e arsyes, pas shtimit të eterit të celulozës dhe emulsionit polimer së bashku për të formuar një numër të madh të filmit të dendur polimer, përmirëson shumë fleksibilitetin e slurit dhe produkteve të hidratimit të çimentos, çimentos së pahidratuar, mbushësve dhe materialeve të tjera të mbushura në këtë film. , për të siguruar rezistencën në tërheqje të sistemit të veshjes.

Për të përmirësuar performancën e çimentos polimer të modifikuar me eter celuloze jo-jonike, për të përmirësuar vetitë fizike të llaçit të çimentos në të njëjtën kohë, nuk i zvogëlon ndjeshëm vetitë e tij mekanike, praktika e zakonshme është të përputhet me eterin celuloz dhe përzierjet e tjera, të shtuara në llaç çimentoje. Li Tao-wen etj. zbuloi se aditivi kompozit i përbërë nga eter celuloze dhe pluhur zam polimer jo vetëm që përmirësoi pak forcën në përkulje dhe forcën në shtypje të llaçit, në mënyrë që koheziviteti dhe viskoziteti i llaçit të çimentos të jenë më të përshtatshëm për ndërtimin e veshjes, por gjithashtu përmirësoi ndjeshëm mbajtjen e ujit kapaciteti i llaçit në krahasim me eterin e vetëm celuloz. Xu Qi etj. shtoi pluhurin e skorjeve, agjentin reduktues të ujit dhe HEMc, dhe zbuloi se agjenti reduktues i ujit dhe pluhuri mineral mund të rrisë densitetin e llaçit, të zvogëlojë numrin e vrimave, në mënyrë që të përmirësojë forcën dhe modulin elastik të llaçit. HEMc mund të rrisë forcën e lidhjes në tërheqje të llaçit, por nuk është i mirë për rezistencën në shtypje dhe modulin elastik të llaçit. Yang Xiaojie etj. zbuloi se plasaritja e tkurrjes plastike e llaçit të çimentos mund të reduktohet ndjeshëm pas përzierjes së fibrës HEMc dhe PP.

6. Përfundim

Eteri celuloz jooninik luan një rol të rëndësishëm në çimento polimer, i cili mund të përmirësojë ndjeshëm vetitë fizike (përfshirë ngadalësimin e koagulimit, mbajtjen e ujit, trashjen), morfologjinë mikroskopike dhe vetitë mekanike të llaçit të çimentos. Është bërë shumë punë për modifikimin e materialeve me bazë çimento nga eter celuloz, por ka ende disa probleme që kërkojnë studime të mëtejshme. Për shembull, në aplikimet praktike inxhinierike, pak vëmendje i kushtohet reologjisë, vetive të deformimit, qëndrueshmërisë së vëllimit dhe qëndrueshmërisë së materialeve të modifikuara me bazë çimento dhe nuk është krijuar një marrëdhënie e rregullt korresponduese me eterin e shtuar të celulozës. Hulumtimi mbi mekanizmin e migrimit të polimerit të eterit të celulozës dhe produkteve të hidratimit të çimentos në reaksionin e hidratimit është ende i pamjaftueshëm. Procesi i veprimit dhe mekanizmi i aditivëve përbërës të përbërë nga eter celuloz dhe përzierje të tjera nuk janë mjaft të qarta. Shtimi i përbërë i eterit të celulozës dhe materialeve të përforcuara inorganike si fibra qelqi nuk është përsosur. Të gjitha këto do të jenë fokusi i kërkimeve të ardhshme për të ofruar udhëzime teorike për përmirësimin e mëtejshëm të performancës së çimentos polimer.