Nonjonisk cellulosaeter i polymercement

Som en oumbärlig tillsats i polymercement har nonjonisk cellulosaeter fått omfattande uppmärksamhet och forskning. Baserat på relevant litteratur hemma och utomlands diskuterades lagen och mekanismen för nonjonisk cellulosaetermodifierad cementbruk utifrån aspekterna av typerna och valet av nonjonisk cellulosaeter, dess effekt på de fysikaliska egenskaperna hos polymercement, dess effekt på mikromorfologi och mekaniska egenskaper, och bristerna i den aktuella forskningen framfördes. Detta arbete kommer att främja appliceringen av cellulosaeter i polymercement.

Nyckelord: nonjonisk cellulosaeter, polymercement, fysikaliska egenskaper, mekaniska egenskaper, mikrostruktur

1. Översikt

Med den ökande efterfrågan och prestandakraven för polymercement i byggindustrin har tillsats av tillsatser till dess modifiering blivit en forskningshotspot, bland vilka cellulosaeter har använts i stor utsträckning på grund av dess effekt på cementbruksvattenretention, förtjockning, retardering, luft och så vidare. I detta dokument beskrivs typerna av cellulosaeter, effekterna på de fysiska och mekaniska egenskaperna hos polymercement och mikromorfologin hos polymercement, vilket ger en teoretisk referens för tillämpningen av cellulosaeter i polymercement.

2. Typer av nonjonisk cellulosaeter

Cellulosater är en slags polymerförening med eterstruktur gjord av cellulosa. Det finns många sorters cellulosaeter, som har stor inverkan på egenskaperna hos cementbaserade material och är svåra att välja. Enligt den kemiska strukturen hos substituenter kan de delas in i anjoniska, katjoniska och nonjoniska etrar. Nonjonisk cellulosaeter med sidokedjesubstituent av H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH och andra icke-dissocierbara grupper är den mest använda i cement, typiska representanter är metylcellulosaeter, hydroxipropylmetyl cellulosaeter, hydroxietylmetylcellulosaeter, hydroxietylcellulosaeter och så vidare. Olika sorters cellulosaetrar har olika inverkan på cementens härdningstid. Enligt tidigare litteraturrapporter har HEC den starkaste retarderande förmågan för cement, följt av HPMc och HEMc, och Mc har sämst. För samma typ av cellulosaeter, molekylvikt eller viskositet, är metyl-, hydroxietyl-, hydroxipropylhalten i dessa grupper olika, dess retarderande effekt är också annorlunda. Generellt sett gäller att ju högre viskositet och ju högre halt av icke-dissocierbara grupper, desto sämre fördröjningsförmåga. Därför, i den faktiska produktionsprocessen, enligt kraven för kommersiell mortelkoagulering, kan lämplig funktionell grupphalt av cellulosaeter väljas. Eller i produktionen av cellulosaeter samtidigt, justera innehållet av funktionella grupper, få det att uppfylla kraven för olika murbruk.

3、påverkan av nonjonisk cellulosaeter på de fysikaliska egenskaperna hos polymercement

3.1 Långsam koagulering

För att förlänga hydratiseringshärdningstiden för cement, så att det nyblandade murbruket under lång tid förblir plastiskt, för att justera härdningstiden för det nyblandade bruket, förbättra dess funktion, tillsätt vanligtvis retarder i murbruk, icke- jonisk cellulosaeter är lämplig för polymercement är en vanlig retarder.

Den fördröjande effekten av nonjonisk cellulosaeter på cement påverkas främst av dess egen typ, viskositet, dosering, olika sammansättning av cementmineraler och andra faktorer. Pourchez J et al. visade att ju högre grad av cellulosaetermetylering, desto sämre retarderande effekt, medan molekylvikten av cellulosaeter och hydroxipropoxihalt hade en svag effekt på fördröjningen av cementhydratisering. Med ökningen av viskositeten och dopningsmängden av nonjonisk cellulosaeter förtjockas adsorptionsskiktet på ytan av cementpartiklar, och den initiala och slutliga härdningstiden för cement förlängs, och den retarderande effekten är mer uppenbar. Studier har visat att den tidiga värmeavgivningen av cementuppslamningar med olika HEMC-halt är cirka 15 % lägre än för rena cementuppslamningar, men det finns ingen signifikant skillnad i den senare hydratiseringsprocessen. Singh NK et al. visade att med ökningen av HEc-dopningsmängden visade hydreringsvärmefrisättningen av modifierat cementbruk en trend av att först öka och sedan minska, och HEC-halten när den nådde maximal hydreringsvärmefrisättning var relaterad till härdningsåldern.

Dessutom har det visat sig att den fördröjande effekten av nonjonisk cellulosaeter är nära relaterad till cementsammansättningen. Peschard et al. fann att ju lägre innehåll av trikalciumaluminat (C3A) i cement, desto mer uppenbar är den retarderande effekten av cellulosaeter. schmitz L et al. trodde att detta orsakades av cellulosaeters olika sätt till hydratiseringskinetiken för trikalciumsilikat (C3S) och trikalciumaluminat (C3A). Cellulosaeter kan minska reaktionshastigheten i accelerationsperioden för C3S, medan det för C3A kan förlänga induktionsperioden och slutligen fördröja stelning och härdning av murbruk.

Det finns olika åsikter om mekanismen för att nonjonisk cellulosaeter fördröjer cementhydratisering. Silva et al. Liu trodde att införandet av cellulosaeter skulle få porlösningens viskositet att öka, vilket blockerar jonernas rörelse och fördröjer kondensationen. Emellertid har Pourchez et al. ansåg att det fanns ett uppenbart samband mellan fördröjningen av cellulosaeter till cementhydratisering och cementuppslamningens viskositet. En annan teori är att den retarderande effekten av cellulosaeter är nära relaterad till alkalinedbrytning. Polysackarider tenderar att lätt brytas ned för att producera hydroxylkarboxylsyra som kan fördröja hydratiseringen av cement under alkaliska förhållanden. Studier har dock funnit att cellulosaeter är mycket stabil under alkaliska förhållanden och endast bryts ned något, och nedbrytningen har liten effekt på fördröjningen av cementhydratisering. För närvarande är den mer konsekventa uppfattningen att den retarderande effekten huvudsakligen orsakas av adsorption. Specifikt är hydroxylgruppen på den molekylära ytan av cellulosaeter sur, ca(OH) i hydratiseringscementsystemet och andra mineralfaser är alkaliska. Under den synergistiska verkan av vätebindning, komplexbildning och hydrofoba, kommer sura cellulosaetermolekyler att adsorberas på ytan av alkaliska cementpartiklar och hydratiseringsprodukter. Dessutom bildas en tunn film på dess yta, vilket hindrar den fortsatta tillväxten av dessa mineralfaskristallkärnor och fördröjer hydratiseringen och härdningen av cement. Ju starkare adsorptionskapaciteten är mellan cementhydratiseringsprodukter och cellulosaeter, desto tydligare blir hydratiseringsfördröjningen av cement. Å ena sidan spelar storleken på steriskt hinder en avgörande roll för adsorptionskapaciteten, såsom det lilla steriska hindret av hydroxylgruppen, dess starka surhet, adsorptionen är också stark. Å andra sidan beror adsorptionskapaciteten också på sammansättningen av hydratiseringsprodukter av cement. Pourchez et al. fann att cellulosaeter lätt adsorberas till ytan av hydratiseringsprodukter såsom ca(OH)2, csH-gel och kalciumaluminathydrat, men det är inte lätt att adsorberas av ettringit och ohydratiserad fas. Mullerts studie visade också att cellulosaeter hade en stark adsorption på c3s och dess hydratiseringsprodukter, så hydratiseringen av silikatfasen försenades avsevärt. Adsorptionen av ettringit var låg, men bildandet av ettringit försenades avsevärt. Detta berodde på att fördröjningen i bildandet av ettringit påverkades av ca2+-balansen i lösning, vilket var fortsättningen på fördröjningen av cellulosaeter i silikathydratisering.

3.2 Vattenkonservering

En annan viktig modifieringseffekt av cellulosaeter i cementbruk är att framstå som ett vattenhållande medel, vilket kan förhindra att fukten i våtbruk avdunstar i förtid eller absorberas av basen, och fördröjer hydratiseringen av cement samtidigt som man förlänger drifttiden av våtbruk, för att säkerställa att tunnbruk kan kammas, putsbruk kan spridas och lättupptagligt bruk behöver inte förvåtas.

Den vattenhållande förmågan hos cellulosaeter är nära relaterad till dess viskositet, dosering, typ och omgivningstemperatur. Andra förhållanden är desamma, ju högre viskositeten hos cellulosaeter, desto bättre vattenretentionseffekt, en liten mängd cellulosaeter kan göra murbrukets vattenretentionshastighet avsevärt förbättrad; För samma cellulosaeter gäller att ju högre mängd som tillsätts, desto högre är vattenretentionshastigheten för modifierat murbruk, men det finns ett optimalt värde, bortom vilket vattenretentionshastigheten ökar långsamt. För olika sorters cellulosaeter finns det även skillnader i vattenretention, såsom HPMc under samma förhållanden än Mc better water retention. Dessutom minskar cellulosaeterns vattenretentionsprestanda med ökningen av omgivningstemperaturen.

Det antas allmänt att anledningen till att cellulosaeter har funktionen att hålla kvar vatten främst beror på att 0H på molekylen och 0-atomen på eterbindningen kommer att associeras med vattenmolekyler för att syntetisera vätebindning, så att fritt vatten blir bindande vatten, för att spela en bra roll för vattenretention; Man tror också att cellulosaeterns makromolekylära kedja spelar en restriktiv roll i diffusionen av vattenmolekyler, för att effektivt kontrollera vattenavdunstning, för att uppnå hög vattenretention; Pourchez J hävdade att cellulosaeter uppnådde vattenretentionseffekten genom att förbättra de reologiska egenskaperna hos den nyligen blandade cementuppslamningen, strukturen av poröst nätverk och bildandet av cellulosaeterfilm som hindrade diffusionen av vatten. Laetitia P et al. tror också att murbrukets reologiska egenskaper är en nyckelfaktor, men tror också att viskositeten inte är den enda faktorn som avgör murbrukets utmärkta vattenretentionsprestanda. Det är värt att notera att även om cellulosaeter har goda vattenretentionsegenskaper, men dess modifierade härdade cementbruksvattenabsorption kommer att minska, anledningen är att cellulosaeter i murbruksfilmen och i murbruket ett stort antal små slutna porer, blockerar murbruket inuti kapillären.

3.3 Förtjockning

Konsistensen hos murbruk är ett av de viktiga indexen för att mäta dess arbetsprestanda. Cellulosaeter tillsätts ofta för att öka konsistensen. "Konsistens" representerar förmågan hos nyblandat murbruk att flyta och deformeras under inverkan av gravitation eller yttre krafter. De två egenskaperna förtjockning och vattenretention kompletterar varandra. Att tillsätta en lämplig mängd cellulosaeter kan inte bara förbättra murbrukets vattenretentionsprestanda, säkerställa en jämn konstruktion, utan också öka murbrukets konsistens, avsevärt öka cementens anti-spridningsförmåga, förbättra bindningsprestandan mellan murbruk och matris, och minska hängningsfenomenet med murbruk.

Förtjockningseffekten av cellulosaeter kommer huvudsakligen från dess egen viskositet, ju högre viskositet, desto bättre blir förtjockningseffekten, men om viskositeten är för hög kommer det att reducera murbrukets flytbarhet, vilket påverkar konstruktionen. De faktorer som påverkar viskositetsförändringen, såsom molekylvikt (eller polymerisationsgrad) och koncentration av cellulosaeter, lösningstemperatur, skjuvhastighet, kommer att påverka den slutliga förtjockningseffekten.

Förtjockningsmekanismen för cellulosaeter kommer huvudsakligen från hydratisering och intrassling mellan molekyler. Å ena sidan är polymerkedjan av cellulosaeter lätt att bilda vätebindning med vatten i vatten, vätebindning gör att den har hög hydratisering; Å andra sidan, när cellulosaeter tillsätts till murbruket, kommer det att absorbera mycket vatten, så att dess egen volym expanderas kraftigt, vilket minskar det fria utrymmet för partiklar, samtidigt som cellulosaetermolekylkedjor flätas samman med varandra för att bilda en tredimensionell nätverksstruktur, är murbrukspartiklar omgivna i vilka, inte fritt flöde. Med andra ord, under dessa två åtgärder förbättras systemets viskositet, vilket på så sätt uppnår den önskade förtjockningseffekten.

4. Effekt av nonjonisk cellulosaeter på morfologin och porstrukturen hos polymercement

Som framgår av ovanstående spelar nonjonisk cellulosaeter en viktig roll i polymercement, och dess tillsats kommer säkerligen att påverka mikrostrukturen hos hela cementbruket. Resultaten visar att nonjonisk cellulosaeter vanligtvis ökar porositeten hos cementbruk, och antalet porer i storleken 3nm ~ 350um ökar, bland vilka antalet porer i intervallet 100nm ~ 500nm ökar mest. Inverkan på porstrukturen hos cementbruk är nära relaterad till typen och viskositeten hos tillsatt nonjonisk cellulosaeter. Ou Zhihua et al. ansåg att när viskositeten är densamma är porositeten för cementbruk modifierad av HEC mindre än den för HPMc och Mc tillsatta som modifierare. För samma cellulosaeter gäller att ju mindre viskositet, desto mindre är porositeten hos det modifierade cementbruket. Genom att studera effekten av HPMc på öppningen av skumcementisoleringsskivor, Wang Yanru et al. fann att tillsatsen av HPMC inte signifikant förändrar porositeten, men kan avsevärt minska bländaren. Emellertid, Zhang Guodian et al. fann att ju större HEMc-innehållet är, desto tydligare är inverkan på cementuppslamningens porstruktur. Tillsatsen av HEMc kan avsevärt öka porositeten, den totala porvolymen och den genomsnittliga porradien för cementuppslamning, men den specifika ytarean av poren minskar, och antalet stora kapillärporer större än 50 nm i diameter ökar avsevärt, och de införda porerna är huvudsakligen slutna porer.

Effekten av nonjonisk cellulosaeter på bildningsprocessen av cementuppslamningens porstruktur analyserades. Det visade sig att tillsatsen av cellulosaeter huvudsakligen förändrade egenskaperna hos flytande fas. Å ena sidan minskar vätskefasens ytspänning, vilket gör det lätt att bilda bubblor i cementbruk, och kommer att bromsa vätskefasdräneringen och bubbeldiffusionen, så att små bubblor är svåra att samlas till stora bubblor och släppa ut, så hålrummet är kraftigt ökad; Å andra sidan ökar vätskefasens viskositet, vilket även hämmar dränering, bubbeldiffusion och bubbelsammanslagning och förbättrar förmågan att stabilisera bubblor. Därför kan cellulosaeters påverkan på porstorleksfördelningen hos cementbruk erhållas: i porstorleksintervallet på mer än 100 nm kan bubblor införas genom att minska ytspänningen i vätskefasen, och bubbeldiffusion kan inhiberas av öka vätskeviskositeten; i området 30nm ~ 60nm kan antalet porer i regionen påverkas genom att hämma sammansmältningen av mindre bubblor.

5. Inverkan av nonjonisk cellulosaeter på polymercementens mekaniska egenskaper

De mekaniska egenskaperna hos polymercement är nära relaterade till dess morfologi. Med tillsats av nonjonisk cellulosaeter ökar porositeten, vilket kommer att ha en negativ effekt på dess styrka, speciellt tryckhållfastheten och böjhållfastheten. Minskningen av cementbrukets tryckhållfasthet är betydligt större än böjhållfastheten. Ou Zhihua et al. studerade inverkan av olika typer av nonjonisk cellulosaeter på cementbrukets mekaniska egenskaper och fann att hållfastheten hos cellulosaetermodifierad cementbruk var lägre än hos ren cementbruk, och den lägsta 28d tryckhållfastheten var endast 44,3 % av ren cementuppslamning. Tryckhållfastheten och böjhållfastheten för HPMc-, HEMC- och MC-cellulosaetermodifierad är likartade, medan tryckhållfastheten och böjhållfastheten för HEc-modifierad cementuppslamning i varje ålder är betydligt högre. Detta är nära relaterat till deras viskositet eller molekylvikt, ju högre viskositet eller molekylvikt hos cellulosaeter, eller ju högre ytaktivitet, desto lägre hållfasthet har dess modifierade cementbruk.

Det har emellertid också visat sig att nonjonisk cellulosaeter kan förbättra cementbrukets draghållfasthet, flexibilitet och kohesibilitet. Huang Liangen et al. fann att, i motsats till ändringslagen för tryckhållfasthet, ökade skjuvhållfastheten och draghållfastheten för slurry med ökningen av innehållet av cellulosaeter i cementbruk. Analys av orsaken, efter tillsats av cellulosaeter och polymeremulsion tillsammans för att bilda ett stort antal täta polymerfilmer, förbättrar avsevärt flexibiliteten hos slurryn och cementhydratiseringsprodukter, ohydratiserad cement, fyllmedel och andra material som fylls i denna film , för att säkerställa beläggningssystemets draghållfasthet.

För att förbättra prestandan hos icke-jonisk cellulosaetermodifierad polymercement, förbättra de fysikaliska egenskaperna hos cementbruk samtidigt, inte avsevärt minska dess mekaniska egenskaper, är den vanliga praxisen att matcha cellulosaeter och andra tillsatser, tillsatta till cementbruket. Li Tao-wen et al. fann att den sammansatta tillsatsen som består av cellulosaeter och polymerlimpulver inte bara förbättrade böjhållfastheten och tryckhållfastheten hos murbruk något, så att sammanhållningsförmågan och viskositeten hos cementbruket är mer lämpliga för beläggningskonstruktionen, utan också avsevärt förbättrade vattenretentionen. murbrukets kapacitet jämfört med singelcellulosaeter. Xu Qi et al. tillsatt slaggpulver, vattenreducerande medel och HEMc, och fann att vattenreducerande medel och mineralpulver kan öka murbrukets densitet, minska antalet hål för att förbättra murbrukets styrka och elasticitetsmodul. HEMc kan öka murbrukets draghållfasthet, men det är inte bra för murbrukets tryckhållfasthet och elasticitetsmodul. Yang Xiaojie et al. fann att den plastiska krympsprickningen av cementbruk kan reduceras avsevärt efter blandning av HEMc och PP-fiber.

6. Slutsats

Nonjonisk cellulosaeter spelar en viktig roll i polymercement, vilket avsevärt kan förbättra de fysikaliska egenskaperna (inklusive fördröjande koagulering, vattenretention, förtjockning), mikroskopisk morfologi och mekaniska egenskaper hos cementbruk. Mycket arbete har gjorts med att modifiera cementbaserade material med cellulosaeter, men det finns fortfarande några problem som behöver studeras vidare. Till exempel i praktiska tekniska tillämpningar ägnas liten uppmärksamhet åt reologin, deformationsegenskaperna, volymstabiliteten och hållbarheten hos modifierade cementbaserade material, och ett regelbundet motsvarande förhållande har inte etablerats med tillsatt cellulosaeter. Forskningen om migrationsmekanismen för cellulosaeterpolymer och cementhydratiseringsprodukter i hydratiseringsreaktion är fortfarande otillräcklig. Verkningsprocessen och mekanismen för de sammansatta tillsatserna som består av cellulosaeter och andra tillsatser är inte tillräckligt tydliga. Den sammansatta tillsatsen av cellulosaeter och oorganiska förstärkta material såsom glasfiber har inte fulländats. Alla dessa kommer att vara i fokus för framtida forskning för att ge teoretisk vägledning för att ytterligare förbättra prestandan hos polymercement.