Нејонски етар целулозе у полимер цементу

Као неопходан адитив у полимер цементу, нејонски целулозни етар је добио велику пажњу и истраживање. На основу релевантне литературе у земљи и иностранству, разматрани су законитост и механизам нејонског целулозног етра модификованог цементног малтера са аспекта врсте и избора нејонског целулозног етра, његовог утицаја на физичка својства полимер цемента, његов утицај на микроморфологију и механичка својства, а истакнути су и недостаци досадашњих истраживања. Овај рад ће промовисати примену целулозног етра у полимер цементу.

Кључне речи: нејонски етар целулозе, полимер цемент, физичка својства, механичка својства, микроструктура

1. Преглед

Са све већом потражњом и захтевима за перформансама полимерног цемента у грађевинској индустрији, додавање адитива у његову модификацију постало је жариште истраживања, међу којима се широко користи целулозни етар због свог ефекта на задржавање воде у цементном малтеру, згушњавање, успоравање, ваздух. и тако даље. У овом раду су описане врсте целулозног етра, утицаји на физичка и механичка својства полимер цемента и микроморфологија полимер цемента, што даје теоријску референцу за примену целулозног етра у полимер цементу.

2. Врсте нејонског етра целулозе

Целулозни етар је врста полимерног једињења са етарском структуром направљеном од целулозе. Постоји много врста целулозног етра, који има велики утицај на својства материјала на бази цемента и тешко га је изабрати. Према хемијској структури супституената, могу се поделити на ањонске, катјонске и нејонске етре. Нејонски целулозни етар са супституентом бочног ланца од Х, цХ3, ц2Х5, (цХ2цХ20)нХ, [цХ2цХ(цХ3)0]нХ и других нераздвојних група је најшире коришћени у цементу, типични представници су метил целулозни етар, хидроксипропил метил целулозни етар, етар хидроксиетил метил целулозе, етар хидроксиетил целулозе и тако даље. Различите врсте етра целулозе имају различите ефекте на време везивања цемента. Према претходним литературним извештајима, ХЕЦ има најјачу способност успоравања цемента, затим ХПМц и ХЕМц, а Мц има најгору. За исту врсту целулозног етра, молекулска тежина или вискозитет, метил, хидроксиетил, хидроксипропил садржај ових група је различит, његов ефекат успоравања је такође различит. Уопштено говорећи, што је већи вискозитет и што је већи садржај нераздвојивих група, то је лошија способност одлагања. Дакле, у стварном производном процесу, према захтевима комерцијалне коагулације малтера, може се одабрати одговарајући садржај функционалне групе целулозног етра. Или у производњи целулозног етра у исто време, прилагодите садржај функционалних група, учините да испуни захтеве различитих малтера.

3、утицај нејонског етра целулозе на физичка својства полимер цемента

3.1 Спора коагулација

Да би се продужило време хидратантног стврдњавања цемента, како би новоумешани малтер дуго времена остао пластичан, како би се прилагодило време везивања новоумешаног малтера, побољшала његова оперативност, обично додајте успоривач у малтер, не- јонски целулозни етар је погодан за полимерни цемент је уобичајен успоривач.

На успоравајући ефекат нејонског целулозног етра на цемент углавном утичу његов сопствени тип, вискозитет, доза, различит састав минерала цемента и други фактори. Поурцхез Ј ет ал. показало је да што је већи степен метилације целулозног етра, то је лошији ефекат успоравања, док је молекулска маса целулозног етра и садржај хидроксипропокси слабо утицала на успоравање хидратације цемента. Са повећањем вискозитета и количине допинга нејонског целулозног етра, адсорпциони слој на површини честица цемента је задебљан, а почетно и коначно време везивања цемента се продужавају, а ефекат успоравања је очигледнији. Истраживања су показала да је рано ослобађање топлоте цементне суспензије са различитим садржајем ХЕМЦ-а за око 15% ниже него код чистог цементног раствора, али нема значајне разлике у каснијем процесу хидратације. Сингх НК ет ал. показало је да са повећањем количине ХЕц допинга, ослобађање хидратационе топлоте модификованог цементног малтера показује тренд прво повећања, а затим опадања, а садржај ХЕЦ при достизању максималног ослобађања хидратационе топлоте повезан је са годинама очвршћавања.

Поред тога, утврђено је да је ефекат успоравања нејонског етра целулозе уско повезан са саставом цемента. Песцхард и др. открили су да што је мањи садржај трикалцијум алумината (Ц3А) у цементу, то је очигледнији ефекат успоравања целулозног етра. сцхмитз Л ет ал. веровао да је то узроковано различитим начинима целулозног етра до кинетике хидратације трикалцијум силиката (Ц3С) и трикалцијум алумината (Ц3А). Целулозни етар би могао смањити брзину реакције у периоду убрзања Ц3С, док би за Ц3А могао продужити период индукције и коначно одложити процес очвршћавања и очвршћавања малтера.

Постоје различита мишљења о механизму нејонског етра целулозе који одлаже хидратацију цемента. Силва и др. Лиу је веровао да би увођење целулозног етра изазвало повећање вискозности раствора пора, блокирајући тако кретање јона и одлажући кондензацију. Међутим, Поурцхез ет ал. веровао да постоји очигледна веза између кашњења целулозног етра до хидратације цемента и вискозитета цементне суспензије. Друга теорија је да је успоравајући ефекат целулозног етра уско повезан са алкалном деградацијом. Полисахариди имају тенденцију да се лако разграђују да би произвели хидроксил карбоксилну киселину која може одложити хидратацију цемента у алкалним условима. Међутим, студије су откриле да је етар целулозе веома стабилан у алкалним условима и да се само благо разграђује, а деградација има мали утицај на одлагање хидратације цемента. Тренутно је конзистентнији став да је ефекат успоравања углавном узрокован адсорпцијом. Конкретно, хидроксилна група на молекуларној површини целулозног етра је кисела, ца(0Х) у хидратационом цементном систему, а друге минералне фазе су алкалне. Под синергистичким дејством водоничне везе, комплексирања и хидрофобности, кисели молекули етра целулозе ће се адсорбовати на површини честица алкалног цемента и производа хидратације. Поред тога, на његовој површини се формира танак филм који омета даљи раст ових кристалних језгара минералне фазе и одлаже хидратацију и везивање цемента. Што је јачи капацитет адсорпције између производа хидратације цемента и целулозног етра, то је очигледније кашњење хидратације цемента. С једне стране, величина стеричне сметње игра одлучујућу улогу у капацитету адсорпције, као што је мала стерична препрека хидроксилне групе, њена јака киселост, адсорпција је такође јака. Са друге стране, адсорпциони капацитет зависи и од састава хидратационих продуката цемента. Поурцхез ет ал. открили да се целулозни етар лако адсорбује на површину производа хидратације као што су ца(0Х)2, цсХ гел и калцијум алуминат хидрат, али није лако да се адсорбује етрингитом и нехидратисаном фазом. Мулертова студија је такође показала да је етар целулозе имао јаку адсорпцију на ц3с и његове продукте хидратације, тако да је хидратација силикатне фазе значајно одложена. Адсорпција етрингита је била ниска, али је формирање етрингита значајно одложено. То је због тога што је на кашњење у формирању етрингита утицао равнотежа ца2+ у раствору, што је био наставак кашњења целулозног етра у хидратацији силиката.

3.2 Очување воде

Још један важан модификациони ефекат целулозног етра у цементном малтеру је да се појави као средство за задржавање воде, што може спречити да влага у влажном малтеру прерано испари или да је апсорбује база, и одложи хидратацију цемента док продужава време рада влажни малтер, како би се обезбедило да се танак малтер може чешљати, малтерисани малтер се може размазати, а лако упијајући малтер не мора да се претходно влажи.

Капацитет целулозног етра да задржи воду је уско повезан са његовим вискозитетом, дозом, врстом и температуром околине. Остали услови су исти, што је већи вискозитет целулозног етра, бољи је ефекат задржавања воде, мала количина целулозног етра може значајно побољшати стопу задржавања воде у малтеру; За исти целулозни етар, што је већа количина додата, то је већа стопа задржавања воде модификованог малтера, али постоји оптимална вредност, изнад које се стопа задржавања воде полако повећава. За различите врсте целулозног етра, такође постоје разлике у задржавању воде, као што је ХПМц под истим условима од Мц боље задржавање воде. Поред тога, учинак задржавања воде целулозног етра опада са повећањем температуре околине.

Уопштено се верује да је разлог зашто целулозни етар има функцију задржавања воде углавном због 0Х на молекулу и 0 атома на етарској вези ће бити повезан са молекулима воде да би синтетизовао водоничну везу, тако да слободна вода постаје везивна вода, тако да игра добру улогу у задржавању воде; Такође се верује да макромолекуларни ланац целулозног етра игра рестриктивну улогу у дифузији молекула воде, како би се ефикасно контролисало испаравање воде, како би се постигло високо задржавање воде; Поурцхез Ј је тврдио да је целулозни етар постигао ефекат задржавања воде побољшањем реолошких особина новоумешане цементне суспензије, структуре порозне мреже и формирања филма целулозе етра који је ометао дифузију воде. Лаетитиа П ет ал. такође верују да је реолошка својства малтера кључни фактор, али такође верују да вискозност није једини фактор који одређује одличне перформансе малтера у задржавању воде. Вреди напоменути да иако целулозни етар има добре перформансе задржавања воде, али ће његова модификована очврснута цементна малтера апсорпција воде бити смањена, разлог је тај што је целулозни етар у филму малтера, ау малтеру велики број малих затворених пора, блокирајући малтер унутар капиларе.

3.3 Згушњавање

Конзистенција малтера је један од важних показатеља за мерење његових радних перформанси. Често се уводи целулозни етар да би се повећала конзистенција. „Конзистенција“ представља способност свеже замешаног малтера да тече и деформише под дејством гравитације или спољних сила. Два својства згушњавања и задржавања воде се допуњују. Додавање одговарајуће количине целулозног етра не само да може побољшати перформансе задржавања воде малтера, обезбедити глатку конструкцију, већ и повећати конзистенцију малтера, значајно повећати анти-дисперзиону способност цемента, побољшати перформансе везе између малтера и матрице и смањити појаву опуштања малтера.

Ефекат згушњавања целулозног етра углавном долази од његовог сопственог вискозитета, што је већи вискозитет, то је бољи ефекат згушњавања, али ако је вискозитет превелик, то ће смањити флуидност малтера, што утиче на конструкцију. Фактори који утичу на промену вискозитета, као што су молекулска тежина (или степен полимеризације) и концентрација целулозног етра, температура раствора, брзина смицања, утицаће на коначни ефекат згушњавања.

Механизам згушњавања целулозног етра углавном потиче од хидратације и преплитања између молекула. С једне стране, полимерни ланац целулозног етра је лако формирати водоничну везу са водом у води, водонична веза чини да има високу хидратацију; С друге стране, када се целулозни етар дода у малтер, он ће апсорбовати много воде, тако да се сопствени волумен у великој мери повећава, смањујући слободан простор честица, а истовремено се молекуларни ланци целулозног етра међусобно преплићу. да би се формирала тродимензионална мрежна структура, честице малтера су окружене у којима, а не слободно струјање. Другим речима, под ова два дејства, вискозност система се побољшава, чиме се постиже жељени ефекат згушњавања.

4. Утицај нејонског етра целулозе на морфологију и структуру пора полимер цемента

Као што се може видети из претходног, нејонски целулозни етар игра виталну улогу у полимер цементу, а његово додавање ће свакако утицати на микроструктуру целог цементног малтера. Резултати показују да нејонски целулозни етар обично повећава порозност цементног малтера, а повећава се и број пора величине 3нм ~ 350ум, међу којима се највише повећава број пора у опсегу од 100нм ~500нм. Утицај на структуру пора цементног малтера је уско повезан са врстом и вискозитетом доданог нејонског етра целулозе. Оу Зхихуа и др. веровао је да када је вискозитет исти, порозност цементног малтера модификованог ХЕЦ је мања од порозности ХПМц и Мц додатих као модификатора. За исти целулозни етар, што је мањи вискозитет, то је мања порозност модификованог цементног малтера. Проучавајући ефекат ХПМц на отвор пенасте цементне изолационе плоче, Ванг Јанру и сар. открили да додавање ХПМЦ не мења значајно порозност, али може значајно смањити отвор бленде. Међутим, Зханг Гуодиан ет ал. утврдили да што је већи садржај ХЕМц, то је очигледнији утицај на структуру пора цементне суспензије. Додатак ХЕМц може значајно повећати порозност, укупну запремину пора и просечан радијус пора цементне суспензије, али се специфична површина пора смањује, а број великих капиларних пора већих од 50нм у пречнику значајно се повећава, а уведене поре су углавном затворене поре.

Анализиран је утицај нејонског етра целулозе на процес формирања структуре пора цементне суспензије. Утврђено је да се додавањем целулозног етра углавном мењају својства течне фазе. С једне стране, површински напон течне фазе се смањује, што олакшава формирање мехурића у цементном малтеру, и успориће дренажу течне фазе и дифузију мехурића, тако да се мали мехурићи тешко скупљају у велике мехуриће и испуштају, тако да празњење је у великој мери повећан; С друге стране, повећава се вискозитет течне фазе, што такође инхибира дренажу, дифузију мехурића и спајање мехурића, и побољшава способност стабилизације мехурића. Због тога се може добити начин утицаја целулозног етра на расподелу величине пора цементног малтера: у опсегу величине пора већем од 100 нм, мехурићи се могу увести смањењем површинског напона течне фазе, а дифузија мехурића може бити инхибирана повећање вискозитета течности; у региону од 30 нм ~ 60 нм, на број пора у региону може утицати инхибирање спајања мањих мехурића.

5. Утицај нејонског етра целулозе на механичка својства полимер цемента

Механичка својства полимер цемента су уско повезана са његовом морфологијом. Са додатком нејонског етра целулозе, порозност се повећава, што ће сигурно имати негативан утицај на његову чврстоћу, посебно на чврстоћу на притисак и чврстоћу на савијање. Смањење чврстоће на притисак цементног малтера је знатно веће од чврстоће на савијање. Оу Зхихуа и др. проучавао је утицај различитих типова нејонског целулозног етра на механичка својства цементног малтера и открио да је чврстоћа цементног малтера модификованог целулозним етром нижа од чврстоће чистог цементног малтера, а најнижа чврстоћа на притисак од 28д износи само 44,3% од чистог цементног раствора. Чврстоћа на притисак и чврстоћа на савијање ХПМц, ХЕМЦ и МЦ модификованог етра целулозе су сличне, док су чврстоћа на притисак и чврстоћа на савијање ХЕц модификованог цементног раствора у сваком узрасту значајно веће. Ово је уско повезано са њиховом вискозитетом или молекулском тежином, што је вискозитет или молекулска маса целулозног етра, или што је већа површинска активност, то је нижа чврстоћа његовог модификованог цементног малтера.

Међутим, такође је показано да нејонски етар целулозе може побољшати затезну чврстоћу, флексибилност и кохезивност цементног малтера. Хуанг Лианген и др. утврдили да се, супротно закону промене чврстоће на притисак, чврстоћа на смицање и затезна чврстоћа суспензије повећавају са повећањем садржаја целулозног етра у цементном малтеру. Анализа разлога, након додавања целулозног етра и полимерне емулзије заједно формирају велики број густог полимерног филма, у великој мери побољшавају флексибилност суспензије, а производи хидратације цемента, нехидратисани цемент, пуниоци и други материјали испуњени овим филмом , како би се осигурала затезна чврстоћа система премаза.

Да би се побољшале перформансе нејонског целулозног етра модификованог полимер цемента, истовремено побољшале физичке особине цементног малтера, не умањују значајно његове механичке особине, уобичајена пракса је да се усклади са целулозним етар и другим додацима који се додају у цементни малтер. Ли Тао-вен и др. открили да композитни адитив састављен од целулозног етра и полимерног лепка у праху не само да је мало побољшао чврстоћу на савијање и чврстоћу на притисак малтера, тако да су кохезивност и вискозитет цементног малтера погоднији за конструкцију премаза, већ и значајно побољшао задржавање воде капацитет малтера у поређењу са једним целулозним етром. Ксу Ки ет ал. додао прах шљаке, средство за редукцију воде и ХЕМц, и открио да средство за редукцију воде и минерални прах могу повећати густину малтера, смањити број рупа, како би се побољшала чврстоћа и модул еластичности малтера. ХЕМц може повећати затезну чврстоћу малтера, али није добар за чврстоћу на притисак и модул еластичности малтера. Ианг Ксиаојие и др. открили да се пластично скупљање цементног малтера може значајно смањити након мешања ХЕМц и ПП влакана.

6. Закључак

Нејонски етар целулозе игра важну улогу у полимерном цементу, што може значајно побољшати физичка својства (укључујући успоравање коагулације, задржавање воде, згушњавање), микроскопску морфологију и механичка својства цементног малтера. Много је урађено на модификацији материјала на бази цемента целулозним етром, али још увек постоје неки проблеми које је потребно даље проучавати. На пример, у практичним инжењерским применама, мало пажње се поклања реологији, особинама деформације, запреминској стабилности и издржљивости модификованих материјала на бази цемента, а редован одговарајући однос није успостављен са додатком целулозног етра. Истраживања о механизму миграције полимера целулозног етра и производа хидратације цемента у реакцији хидратације су још увек недовољна. Процес деловања и механизам једињења адитива састављених од целулозног етра и других примеса није довољно јасни. Композитни додатак целулозног етра и неорганских ојачаних материјала као што су стаклена влакна није усавршен. Све ово ће бити у фокусу будућих истраживања како би се пружиле теоријске смернице за даље побољшање перформанси полимер цемента.