Nonjonisk cellulosa eter i polymercement

Som ett oundgängligt tillsatsmedel i polymercement har nonjonisk cellulosaeter fått omfattande uppmärksamhet och forskning. Baserat på relevant litteratur hemma och utomlands diskuterades lagen och mekanismen för icke-jonisk cellulosa etermodifierad cementmortel från aspekterna av typerna och urvalet av icke-jonisk cellulosaeter, dess effekt på de fysiska egenskaperna hos polymercement, Dess effekt på mikromorfologi och mekaniska egenskaper och bristerna i den nuvarande forskningen framfördes. Detta arbete kommer att främja tillämpningen av cellulosaeter i polymercement.

Nyckelord: nonjonisk cellulosa eter, polymercement, fysikaliska egenskaper, mekaniska egenskaper, mikrostruktur

1. Översikt

Med den ökande efterfrågan och prestandakraven för polymercement i byggbranschen har tillägg av tillsatser till dess modifiering blivit en forsknings hotspot, bland vilka cellulosaeter har använts i stor utsträckning på grund av dess effekt på cementmortelvattenhållning, förtjockning, fördröjning, luft och så vidare. I detta dokument beskrivs typerna av cellulosaeter, effekterna på de fysiska och mekaniska egenskaperna hos polymercement och mikromorfologin för polymercement, vilket ger en teoretisk referens för applicering av cellulosaeter i polymercement.

2. Typer av nonjonisk cellulosaeter

Cellulosaeter är en slags polymerförening med eterstruktur tillverkad av cellulosa. Det finns många typer av cellulosaeter, som har stort inflytande på egenskaperna hos cementbaserade material och är svårt att välja. Enligt den kemiska strukturen hos substituenter kan de delas upp 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, hydroxypropylmetylmetyl Cellulosaeter, hydroxietylmetylcellulosaeter, hydroxietylcelluloseter och så vidare. Olika typer av cellulosaetrar har olika effekter på inställningstiden för cement. Enligt tidigare litteraturrapporter har HEC den starkaste fördröjningsförmågan för cement, följt av HPMC och HEMC, och MC har det värsta. För samma typ av cellulosaeter, molekylvikt eller viskositet, är metyl, hydroxietyl, hydroxipropylinnehåll i dessa grupper olika, dess fördröjningseffekt är också annorlunda. Generellt sett, desto större viskositet och desto högre är innehållet i icke-dissocierbara grupper, desto sämre är fördröjningsförmågan. I den faktiska produktionsprocessen, enligt kraven för kommersiell murbrukskoagulering, kan därför lämpligt funktionellt gruppinnehåll i cellulosaeter väljas. Eller vid produktion av cellulosaeter samtidigt, justera innehållet i funktionella grupper, få det att uppfylla kraven i olika murbruk.

3、Påverkan av nonjonisk cellulosaeter på de fysiska egenskaperna hos polymercement

3.1 Långsam koagulation

För att förlänga hydreringshärdningstiden för cement, så att den nyligen blandade murbruk på länge att förbli plast, för att justera inställningstiden för den nyligen blandade murbruk, förbättra dess drift, vanligtvis lägga till retarder i murbruk, icke Jonisk cellulosaeter är lämplig för polymercement är en vanlig retarder.

Fördröjningseffekten av nonjonisk cellulosaeter på cement påverkas huvudsakligen av sin egen typ, viskositet, dosering, olika sammansättningar av cementmineraler och andra faktorer. Pourchez J et al. visade att ju högre graden av cellulosa etermetylering, desto sämre har retarderingseffekten, medan molekylvikten för cellulosaeter och hydroxipropoxyinnehåll hade en svag effekt på fördröjningen av cementhydrering. Med ökningen av viskositet och dopningsmängd av icke-jonisk cellulosaeter förlängs adsorptionsskiktet på ytan av cementpartiklar, och den initiala och slutliga inställningstiden för cement förlängs och den retarderande effekten är mer uppenbar. Studier har visat att den tidiga värmefrisättningen av cementuppslamningar med olika HEMC -innehåll 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 hydratiseringsvärmefrisättningen av modifierad cementmortel en trend att först öka och sedan minska, och HEC -innehållet när den maximala hydratiseringsvärmefrisättningen var relaterad till härdningsåldern.

Dessutom har det visat sig att retarderingseffekten av nonjonisk cellulosaeter är nära besläktad med cementens sammansättning. Peschard et al. fann att ju lägre innehållet i tricalcium aluminat (C3A) i cement, desto mer uppenbar är retarderingseffekten av cellulosaeter. Schmitz L et al. trodde att detta orsakades av de olika sätten för cellulosaeter till hydratiseringskinetiken hos tricalciumsilikat (C3S) och tricalcium aluminat (C3A). Cellulosaeter kan minska reaktionshastigheten i accelerationsperioden för C3, medan för C3A kan förlänga induktionsperioden och slutligen försena stelning och härdningsprocessen för murbruk.

Det finns olika åsikter om mekanismen för icke-jonisk cellulosaeter fördröjning av cementhydrering. Silva et al. Liu trodde att införandet av cellulosaeter skulle leda till att viskositeten hos porlösning ökade, vilket blockerar rörelsen av joner och försenar kondensationen. Pourchez et al. trodde att det fanns ett uppenbart samband mellan förseningen av cellulosaeter till cementhydrering och viskositeten hos cementuppslamning. En annan teori är att den retarderande effekten av cellulosaeter är nära besläktad med alkali -nedbrytning. Polysackarider tenderar att lätt försämras för att producera hydroxylkarboxylsyra som kan försena hydrering av cement under alkaliska förhållanden. Studier har emellertid funnit att cellulosaeter är mycket stabil under alkaliska förhållanden och bara bryts ned något, och nedbrytningen har liten effekt på förseningen av cementhydrering. För närvarande är den mer konsekventa uppfattningen att fördröjningseffekten huvudsakligen orsakas av adsorption. Specifikt är hydroxylgruppen på molekylytan hos cellulosaeter sur, Ca (0H) i hydreringssystemet och andra mineralfaser är alkaliska. Under de synergistiska verkan av vätebindning kommer komplexering och hydrofob, sura cellulosa etermolekyler att adsorberas på ytan av alkaliska cementpartiklar och hydratiseringsprodukter. Dessutom bildas en tunn film på ytan, vilket hindrar den ytterligare tillväxten av dessa mineralfaskristallkärnor och försenar cementens hydrering och inställning. Ju starkare adsorptionskapaciteten mellan cementhydreringsprodukter och cellulosaeter, desto tydligare är hydreringsfördröjningen av cement. Å ena sidan spelar storleken på steriskt hinder en avgörande roll i adsorptionskapacitet, såsom det lilla steriska hinder för hydroxylgruppen, dess starka surhet, adsorption är också stark. Å andra sidan beror adsorptionskapaciteten också på sammansättningen av hydratiseringsprodukter från cement. Pourchez et al. fann att cellulosaeter lätt adsorberas på ytan av hydratiseringsprodukter såsom Ca (0H) 2, CSH -gel och kalciumaluminathydrat, men det är inte lätt att adsorberas av Ettringite och ohydratiserad fas. Mullerts studie visade också att cellulosaeter hade en stark adsorption på C3S och dess hydratiseringsprodukter, så hydratiseringen av silikatfasen försenades signifikant. Adsorptionen av ettringit var låg, men bildningen av ettringit försenades signifikant. Detta berodde på att förseningen i bildningen av Ettringite påverkades av Ca2+ -balansen i lösning, vilket var fortsättningen av förseningen av cellulosaeter i silikathydrering.

3.2 Vattenbevaring

En annan viktig modifieringseffekt av cellulosaeter i cementmortel är att visas som ett vattenbehandlingsmedel, vilket kan förhindra fukten i våt murbruk från att avdunsta för tidigt eller absorberas av basen och försena hydrering av cement medan man förlänger driftstiden för Våt murbruk, för att säkerställa att tunn murbruk kan kammas, gipsad murbruk kan spridas och lätt att absorbera murbruk behöver inte vara förvett.

Vattenhållningskapaciteten för cellulosaeter är nära besläktad med dess viskositet, dosering, typ och omgivningstemperatur. Andra förhållanden är desamma, ju större viskositeten hos cellulosaeter, desto bättre är vattenhållningseffekten, en liten mängd cellulosaeter kan göra vattenhållningshastigheten för murbruk förbättrats kraftigt; För samma cellulosaeter, ju högre mängden tillsatt, desto högre vattenhållningsgrad för modifierad murbruk, men det finns ett optimalt värde, utöver vilket vattenhållningsgraden ökar långsamt. För olika typer av cellulosaeter finns det också skillnader i vattenretention, såsom HPMC under samma förhållanden än MC bättre vattenretention. Dessutom minskar vattenretentionsprestanda för cellulosaeter med ökningen av omgivningstemperaturen.

Det tros i allmänhet att orsaken till att cellulosaeter har funktionen av vattenretention beror främst på 0h på molekylen och 0 -atomen på eterbindningen kommer att vara associerad med vattenmolekyler för att syntetisera vätebindningen, så att fritt vatten blir bindande vatten, för att spela en bra roll som vattenhållning; Det tros också att den cellulosa eter makromolekylära kedjan spelar en restriktiv roll i diffusionen av vattenmolekyler, för att effektivt kontrollera vattenindunstning, för att uppnå hög vattenretention; Pourchez J hävdade att cellulosaeter uppnådde vattenhållningseffekten genom att förbättra de reologiska egenskaperna hos den nyligen blandade cementuppslamningen, strukturen för poröst nätverk och bildandet av cellulosa eterfilm som hindrade diffusionen av vatten. Laetitia P et al. Tror också att murbruk av murbruk är en nyckelfaktor, men tror också att viskositet inte är den enda faktorn som bestämmer den utmärkta vattenhållningsprestanda för murbruk. Det är värt att notera att även om cellulosa eter har god vattenhållningsprestanda, men dess modifierade härdade cementmurbruk vattenabsorption kommer att reduceras, är orsaken att cellulosaeter i murbrukfilmen och i murbruk ett stort antal små stängda porer, blockering murbruk inuti kapillären.

3.3 förtjockning

Murbrukens konsistens är ett av de viktiga indexen för att mäta dess arbetsprestanda. Cellulosa eter introduceras ofta för att öka konsistensen. "Konsistens" representerar förmågan hos nyblandad murbruk att flyta och deformera under tyngdkraften eller yttre krafter. De två egenskaperna för förtjockning och vattenhållning kompletterar varandra. Att lägga till en lämplig mängd cellulosaeter kan inte bara förbättra murbrukens vattenhållning, säkerställa en smidig konstruktion, utan också öka konsistensen i murbruk, öka cementens anti-dispersionsförmåga, förbättra bindningsprestanda mellan murbruk och matris och Minska det sjunkande fenomenet med murbruk.

Den förtjockande effekten av cellulosaeter kommer främst från sin egen viskositet, desto större är viskositeten, desto bättre tjockare effekt, men om viskositeten är för stor kommer det att minska murbrukens flytande, vilket påverkar konstruktionen. De faktorer som påverkar viskositetsförändringen, såsom molekylvikt (eller grad av polymerisation) och koncentration av cellulosaeter, lösningstemperatur, skjuvhastighet, kommer att påverka den slutliga förtjockningseffekten.

Förtjockningsmekanismen för cellulosaeter kommer huvudsakligen från hydrering 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 hydrering; Å andra sidan, när cellulosa eter läggs till murbruk, kommer den att absorbera mycket vatten, så att dess egen volym utvidgas kraftigt, vilket minskar partiklarnas fria utrymme, samtidigt cellulosa etermolekylkedjor sammanflätas med varandra med varandra med varandra För att bilda en tredimensionell nätverksstruktur är murbrukpartiklar omgiven där, inte fritt flöde. Med andra ord, under dessa två åtgärder förbättras systemets viskositet, vilket uppnår den önskade förtjockningseffekten.

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

Som framgår av ovanstående spelar icke-jonisk cellulosaeter en viktig roll i polymercement, och dess tillsats kommer säkert att påverka mikrostrukturen för hela cementmortel. Resultaten visar att icke-jonisk cellulosaeter vanligtvis ökar porositeten i cementmortel, och antalet porer i storleken på 3nm ~ 350UM ökar, bland vilka antalet porer i intervallet 100nm ~ 500 nm ökar mest. Påverkan på porstrukturen för cementmortel är nära besläktad med typen och viskositeten hos icke-jonisk cellulosaeter tillsatt. Ou zhihua et al. trodde att när viskositeten är densamma, är porositeten i cementmortel modifierad av HEC mindre än för HPMC och MC tillsatt som modifierare. För samma cellulosaeter, ju mindre viskositeten, desto mindre är porositeten i den modifierade cementmortel. Genom att studera effekten av HPMC på öppningen av skummemoneringsisoleringskort, Wang Yanru et al. fann att tillsatsen av HPMC inte väsentligt förändrar porositeten, men kan avsevärt minska bländaren. Zhang Guodian et al. fann att ju större HEMC -innehåll, desto mer uppenbart påverkan på porstrukturen för cementuppslamning. Tillsatsen av HEMC kan avsevärt öka porositeten, den totala porvolymen och den genomsnittliga porradie för cementuppslamning, men porens specifika ytarea minskar och antalet stora kapillärporer större än 50 Nm i diameter ökar avsevärt och de introducerade porerna är huvudsakligen stängda porer.

Effekten av nonjonisk cellulosaeter på bildningsprocessen för cementuppslamningsporstruktur analyserades. Det konstaterades att tillsatsen av cellulosaeter huvudsakligen ändrade egenskaperna för vätskefas. Å ena sidan minskar vätskefasens ytspänning, vilket gör det enkelt att bilda bubblor i cementmortel och kommer att bromsa den flytande fasdränering och bubbla diffusion, så att små bubblor är svåra att samlas i stora bubblor och urladdning, så tomrummet är kraftigt ökat; Å andra sidan ökar viskositeten i vätskefasen, vilket också hämmar dränering, bubbla diffusion och bubbelfusion och förbättrar förmågan att stabilisera bubblor. Därför kan påverkningsläget för cellulosaeter på porstorleksfördelningen för cementmortel erhållas: i porstorleksintervallet på mer än 100 nm kan bubblor införas genom att minska ytspänningen i vätskefasen och bubbla diffusion kan hämmas av öka vätskeviskositeten; I området 30nm ~ 60nm kan antalet porer i regionen påverkas genom att hämma sammanslagningen av mindre bubblor.

5. Påverkan av nonjonisk cellulosaeter på mekaniska egenskaper hos polymercement

De mekaniska egenskaperna hos polymercement är nära besläktade med dess morfologi. Med tillsats av nonjonisk cellulosaeter ökar porositeten, som kommer att ha en negativ inverkan på dess styrka, särskilt tryckhållfastheten och böjhållfastheten. Minskningen av tryckhållfastheten hos cementmortel är betydligt större än böjhållfastheten. Ou zhihua et al. studerade påverkan av olika typer av icke-jonisk cellulosaeter på de mekaniska egenskaperna hos cementmortel, och fann att styrkan hos cellulosaeter modifierad cementmortel var lägre än för ren cementmortel, och den lägsta 28D-tryckstyrkan var endast 44,3% av det för ren cementuppslamning. Kompressionsstyrkan och böjhållfastheten hos HPMC-, HEMC- och MC -cellulosa -eter -modifierade är likartade, medan tryckhållfastheten och böjhållfastheten hos HEC -modifierade cementuppslamning i varje ålder är betydligt högre. Detta är nära besläktat med deras viskositet eller molekylvikt, desto högre viskositet eller molekylvikt för cellulosaeter, eller desto större ytaktivitet, desto lägre styrkan hos dess modifierade cementmortel.

Det har emellertid också visats att nonjonisk cellulosaeter kan förbättra draghållfastheten, flexibiliteten och sammanhållningen av cementmortel. Huang Liangen et al. fann att, i motsats till förändringslagen för tryckhållfasthet, ökade skjuvhållfastheten och draghållfastheten hos uppslamningen med ökningen av innehållet i cellulosaeter i cementmortel. Analys av orsaken, efter tillsatsen av cellulosaeter och polymeremulsion tillsammans för att bilda ett stort antal täta polymerfilmer, förbättrar kraftigt flexibiliteten hos uppslamningen och cementhydreringsprodukter, ohydratiserad cement, fyllmedel och andra material fyllda i denna film , för att säkerställa beläggningssystemets draghållfasthet.

För att förbättra prestanda för icke-jonisk cellulosa etermodifierad polymercement, förbättra de fysiska egenskaperna hos cementmortel samtidigt, minskar inte dess mekaniska egenskaper signifikant, den vanliga praxis är att matcha cellulosa eter och andra blandningar, tillagda till till Cementmortel. Li Tao-Wen et al. fann att det sammansatta tillsatsen som består av cellulosaeter och polymerlimpulver inte bara förbättrade böjningsstyrkan och tryckhållfastheten hos murbruk, så att cementmortelens sammanhållning och viskositet är mer lämpade för beläggningskonstruktionen, utan också förbättrade vattenretenten avsevärt vattenhållningen Murbrukens kapacitet jämfört med enstaka cellulosaeter. Xu Qi et al. Tillsatt slaggpulver, vattenreducerande medel och HEMC, och fann att vattenreducerande medel och mineralpulver kan öka murbrukens densitet, minska antalet hål för att förbättra murbrukens styrka och elastiska modul. HEMC kan öka murbrukens dragbindningsstyrka, men det är inte bra för tryckhållfastheten och elastisk modul av murbruk. Yang Xiaojie et al. fann att plastkrympning av cementmortel kan minskas avsevärt efter blandning av HEMC och PP -fiber.

6. Slutsats

Nonjonisk cellulosa eter spelar en viktig roll i polymercement, vilket kan förbättra de fysiska egenskaperna avsevärt (inklusive retarderingskoagulering, vattenretention, förtjockning), mikroskopisk morfologi och mekaniska egenskaper hos cementmortel. Mycket arbete har gjorts med modifiering av cementbaserade material av cellulosaeter, men det finns fortfarande några problem som behöver ytterligare studier. Till exempel, i praktiska tekniska tillämpningar ägnas liten uppmärksamhet åt reologin, deformationsegenskaper, volymstabilitet och hållbarhet hos modifierade cementbaserade material, och ett regelbundet motsvarande förhållande har inte fastställts med tillsatt cellulosaeter. Forskningen om migrationsmekanismen för cellulosaeterpolymer och cementhydreringsprodukter vid hydratiseringsreaktion är fortfarande otillräcklig. Handlingsprocessen och mekanismen för föreningstillsatserna som består av cellulosaeter och andra blandningar är inte tillräckligt tydliga. Den sammansatta tillsatsen av cellulosaeter och oorganiska armerade material såsom glasfiber har inte perfekterats. Alla dessa kommer att vara i fokus för framtida forskning för att ge teoretisk vägledning för att ytterligare förbättra prestandan för polymercement.