Nonionic cellulose eter sa polymer cement

Bilang isang kailangang-kailangan na additive sa polymer cement, ang nonionic cellulose ether ay nakatanggap ng malawak na atensyon at pananaliksik. Batay sa mga nauugnay na literatura sa tahanan at sa ibang bansa, ang batas at mekanismo ng non-ionic cellulose ether modified cement mortar ay tinalakay mula sa mga aspeto ng mga uri at pagpili ng non-ionic cellulose ether, ang epekto nito sa mga pisikal na katangian ng polymer cement, epekto nito sa micromorphology at mekanikal na mga katangian, at ang mga pagkukulang ng kasalukuyang pananaliksik ay iniharap. Isusulong ng gawaing ito ang paggamit ng cellulose eter sa polymer cement.

Susing salita: nonionic cellulose eter, polimer na semento, pisikal na katangian, mekanikal na katangian, microstructure

1. Pangkalahatang-ideya

Sa pagtaas ng demand at mga kinakailangan sa pagganap ng polymer cement sa industriya ng konstruksiyon, ang pagdaragdag ng mga additives sa pagbabago nito ay naging isang hotspot ng pananaliksik, bukod sa kung saan, ang cellulose eter ay malawakang ginagamit dahil sa epekto nito sa pagpapanatili ng tubig ng semento mortar, pampalapot, pag-retarding, hangin. at iba pa. Sa papel na ito, ang mga uri ng cellulose eter, ang mga epekto sa pisikal at mekanikal na mga katangian ng polymer cement at ang micromorphology ng polymer cement ay inilarawan, na nagbibigay ng teoretikal na sanggunian para sa aplikasyon ng cellulose eter sa polymer cement.

2. Mga uri ng nonionic cellulose ether

Ang cellulose eter ay isang uri ng polymer compound na may ether structure na ginawa mula sa cellulose. Mayroong maraming mga uri ng cellulose eter, na may malaking impluwensya sa mga katangian ng mga materyales na nakabatay sa semento at mahirap piliin. Ayon sa kemikal na istraktura ng mga substituent, maaari silang nahahati sa anionic, cationic at nonionic ethers. Ang nonionic cellulose eter na may side chain substituent ng H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH at iba pang mga non-dissociable na grupo ay ang pinaka-tinatanggap na ginagamit sa semento, ang mga tipikal na kinatawan ay methyl cellulose eter, hydroxypropyl methyl cellulose eter, hydroxyethyl methyl cellulose eter, hydroxyethyl cellulose eter at iba pa. Ang iba't ibang uri ng cellulose ether ay may iba't ibang epekto sa oras ng pagtatakda ng semento. Ayon sa mga naunang ulat sa literatura, ang HEC ay may pinakamalakas na kakayahan sa pagpapahinto para sa semento, na sinusundan ng HPMc at HEMc, at ang Mc ang may pinakamasama. Para sa parehong uri ng cellulose eter, molecular weight o lagkit, methyl, hydroxyethyl, hydroxypropyl nilalaman ng mga pangkat na ito ay naiiba, ang retarding effect nito ay iba rin. Sa pangkalahatan, mas malaki ang lagkit at mas mataas ang nilalaman ng mga di-dissociable na grupo, mas malala ang kakayahan sa pagkaantala. Samakatuwid, sa aktwal na proseso ng produksyon, ayon sa mga kinakailangan ng komersyal na mortar coagulation, ang naaangkop na functional group na nilalaman ng cellulose eter ay maaaring mapili. O sa paggawa ng cellulose eter sa parehong oras, ayusin ang nilalaman ng mga functional na grupo, gawin itong matugunan ang mga kinakailangan ng iba't ibang mortar.

3、ang impluwensya ng nonionic cellulose ether sa mga pisikal na katangian ng polymer cement

3.1 Mabagal na coagulation

Upang pahabain ang hydration hardening oras ng semento, upang ang bagong halo-halong mortar sa isang mahabang panahon upang manatiling plastic, upang ayusin ang setting ng oras ng bagong halo-halong mortar, mapabuti ang operability nito, karaniwang magdagdag ng retarder sa mortar, non- ionic cellulose eter ay angkop para sa polimer semento ay isang karaniwang retarder.

Ang retarding effect ng nonionic cellulose ether sa semento ay pangunahing apektado ng sarili nitong uri, lagkit, dosis, iba't ibang komposisyon ng mga mineral ng semento at iba pang mga kadahilanan. Pourchez J et al. ay nagpakita na ang mas mataas na antas ng cellulose eter methylation, mas malala ang retarding effect, habang ang molecular weight ng cellulose eter at hydroxypropoxy content ay may mahinang epekto sa retarding ng semento hydration. Sa pagtaas ng lagkit at dami ng doping ng non-ionic cellulose ether, ang layer ng adsorption sa ibabaw ng mga particle ng semento ay lumapot, at ang paunang at panghuling oras ng pagtatakda ng semento ay pinahaba, at ang epekto ng pagpapahinto ay mas malinaw. Ipinakita ng mga pag-aaral na ang maagang paglabas ng init ng mga slurries ng semento na may iba't ibang nilalaman ng HEMC ay humigit-kumulang 15% na mas mababa kaysa sa mga purong slurries ng semento, ngunit walang makabuluhang pagkakaiba sa proseso ng hydration sa ibang pagkakataon. Singh NK et al. ay nagpakita na sa pagtaas ng halaga ng HEc doping, ang hydration heat release ng modified cement mortar ay nagpakita ng trend ng unang pagtaas at pagkatapos ay bumababa, at ang HEC content kapag naabot ang maximum hydration heat release ay nauugnay sa curing age.

Bilang karagdagan, natagpuan na ang retarding effect ng nonionic cellulose ether ay malapit na nauugnay sa komposisyon ng semento. Peschard et al. nalaman na mas mababa ang nilalaman ng tricalcium aluminate (C3A) sa semento, mas malinaw ang retarding effect ng cellulose eter. schmitz L et al. naniniwala na ito ay sanhi ng iba't ibang paraan ng cellulose eter sa hydration kinetics ng tricalcium silicate (C3S) at tricalcium aluminate (C3A). Maaaring bawasan ng cellulose ether ang rate ng reaksyon sa panahon ng acceleration ng C3S, habang para sa C3A, maaari nitong pahabain ang panahon ng induction, at sa wakas ay maantala ang proseso ng solidification at hardening ng mortar.

Mayroong iba't ibang mga opinyon sa mekanismo ng non-ionic cellulose eter na nagpapaantala sa hydration ng semento. Silva et al. Naniniwala si Liu na ang pagpapakilala ng cellulose ether ay magiging sanhi ng pagtaas ng lagkit ng pore solution, kaya hinaharangan ang paggalaw ng mga ions at naantala ang condensation. Gayunpaman, Pourchez et al. naniniwala na may malinaw na kaugnayan sa pagitan ng pagkaantala ng cellulose eter sa hydration ng semento at ang lagkit ng slurry ng semento. Ang isa pang teorya ay ang retarding effect ng cellulose ether ay malapit na nauugnay sa alkali degradation. Ang mga polysaccharides ay may posibilidad na madaling masira upang makagawa ng hydroxyl carboxylic acid na maaaring maantala ang hydration ng semento sa ilalim ng alkaline na mga kondisyon. Gayunpaman, natuklasan ng mga pag-aaral na ang cellulose eter ay napaka-stable sa ilalim ng alkaline na mga kondisyon at bahagyang bumababa, at ang pagkasira ay may maliit na epekto sa pagkaantala ng hydration ng semento. Sa kasalukuyan, ang mas pare-parehong pananaw ay ang retarding effect ay pangunahing sanhi ng adsorption. Sa partikular, ang hydroxyl group sa molecular surface ng cellulose ether ay acidic, ang ca(0H) sa hydration cement system, at iba pang mineral phase ay alkaline. Sa ilalim ng synergistic action ng hydrogen bonding, complexing at hydrophobic, acidic cellulose ether molecules ay i-adsorbed sa ibabaw ng alkaline cement particles at hydration products. Bilang karagdagan, ang isang manipis na pelikula ay nabuo sa ibabaw nito, na humahadlang sa karagdagang paglaki ng mga mineral phase na kristal na nuclei at naantala ang hydration at setting ng semento. Ang mas malakas na kapasidad ng adsorption sa pagitan ng mga produkto ng hydration ng semento at cellulose eter, mas malinaw ang pagkaantala ng hydration ng semento. Sa isang banda, ang laki ng steric hindrance ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa adsorption capacity, tulad ng maliit na steric hindrance ng hydroxyl group, ang malakas na kaasiman nito, ang adsorption ay malakas din. Sa kabilang banda, ang kapasidad ng adsorption ay nakasalalay din sa komposisyon ng mga produkto ng hydration ng semento. Pourchez et al. natagpuan na ang cellulose eter ay madaling ma-adsorbed sa ibabaw ng mga produkto ng hydration tulad ng ca(0H)2, csH gel at calcium aluminate hydrate, ngunit hindi madaling ma-adsorbed ng ettringite at unhydrated phase. Ipinakita din ng pag-aaral ni Mullert na ang cellulose ether ay may malakas na adsorption sa mga c3 at mga produkto ng hydration nito, kaya ang hydration ng silicate phase ay makabuluhang naantala. Ang adsorption ng ettringite ay mababa, ngunit ang pagbuo ng ettringite ay makabuluhang naantala. Ito ay dahil ang pagkaantala sa pagbuo ng ettringite ay naapektuhan ng balanse ng ca2+ sa solusyon, na siyang pagpapatuloy ng pagkaantala ng cellulose ether sa silicate hydration.

3.2 Pagpapanatili ng Tubig

Ang isa pang mahalagang pagbabago sa epekto ng cellulose eter sa cement mortar ay ang paglitaw bilang isang water-retaining agent, na maaaring pigilan ang moisture sa wet mortar mula sa pag-evaporate nang maaga o masipsip ng base, at maantala ang hydration ng semento habang pinahaba ang oras ng pagpapatakbo ng basang mortar, upang matiyak na ang manipis na mortar ay maaaring suklayin, ang nakaplaster na mortar ay maaaring ikalat, at madaling sumipsip ng mortar ay hindi kailangang maging pre-wet.

Ang kapasidad ng paghawak ng tubig ng cellulose ether ay malapit na nauugnay sa lagkit, dosis, uri at temperatura ng kapaligiran nito. Ang iba pang mga kondisyon ay pareho, mas malaki ang lagkit ng selulusa eter, mas mahusay ang epekto ng pagpapanatili ng tubig, ang isang maliit na halaga ng selulusa eter ay maaaring gumawa ng tubig pagpapanatili rate ng mortar lubhang pinabuting; Para sa parehong cellulose eter, mas mataas ang idinagdag na halaga, mas mataas ang rate ng pagpapanatili ng tubig ng binagong mortar, ngunit mayroong pinakamainam na halaga, kung saan dahan-dahang tumataas ang rate ng pagpapanatili ng tubig. Para sa iba't ibang uri ng cellulose eter, mayroon ding mga pagkakaiba sa pagpapanatili ng tubig, tulad ng HPMc sa ilalim ng parehong mga kondisyon kaysa sa Mc better water retention. Bilang karagdagan, ang pagganap ng pagpapanatili ng tubig ng cellulose eter ay bumababa sa pagtaas ng ambient temperature.

Karaniwang pinaniniwalaan na ang dahilan kung bakit ang cellulose eter ay may function ng pagpapanatili ng tubig ay higit sa lahat ay dahil sa 0H sa molekula at ang 0 atom sa eter bond ay iuugnay sa mga molekula ng tubig upang synthesize ang hydrogen bond, upang ang libreng tubig ay maging binding. tubig, upang maglaro ng isang mahusay na papel ng pagpapanatili ng tubig; Ito rin ay pinaniniwalaan na ang cellulose eter macromolecular chain ay gumaganap ng isang mahigpit na papel sa pagsasabog ng mga molekula ng tubig, upang epektibong makontrol ang pagsingaw ng tubig, upang makamit ang mataas na pagpapanatili ng tubig; Nagtalo si Pourchez J na ang cellulose ether ay nakamit ang epekto ng pagpapanatili ng tubig sa pamamagitan ng pagpapabuti ng mga rheological na katangian ng bagong halo-halong semento na slurry, ang istraktura ng porous na network at ang pagbuo ng cellulose ether film na humahadlang sa pagsasabog ng tubig. Laetitia P et al. naniniwala din na ang rheological na ari-arian ng mortar ay isang pangunahing kadahilanan, ngunit naniniwala din na ang lagkit ay hindi lamang ang kadahilanan na tumutukoy sa mahusay na pagganap ng pagpapanatili ng tubig ng mortar. Ito ay nagkakahalaga ng noting na kahit na ang cellulose eter ay may mahusay na pagganap ng pagpapanatili ng tubig, ngunit ang binagong hardened cement mortar na pagsipsip ng tubig ay mababawasan, ang dahilan ay ang cellulose eter sa mortar film, at sa mortar ang isang malaking bilang ng mga maliliit na saradong pores, na humaharang. ang mortar sa loob ng capillary.

3.3 Pagpapakapal

Ang pagkakapare-pareho ng mortar ay isa sa mga mahalagang index upang masukat ang pagganap nito sa pagtatrabaho. Ang cellulose eter ay madalas na ipinakilala upang madagdagan ang pagkakapare-pareho. Ang “consistency” ay kumakatawan sa kakayahan ng bagong halo-halong mortar na dumaloy at mag-deform sa ilalim ng pagkilos ng gravity o panlabas na puwersa. Ang dalawang katangian ng pampalapot at pagpapanatili ng tubig ay umaakma sa isa't isa. Ang pagdaragdag ng isang naaangkop na halaga ng cellulose eter ay hindi lamang maaaring mapabuti ang pagganap ng pagpapanatili ng tubig ng mortar, matiyak ang maayos na konstruksyon, ngunit din dagdagan ang pagkakapare-pareho ng mortar, makabuluhang taasan ang anti-dispersion na kakayahan ng semento, mapabuti ang pagganap ng bono sa pagitan ng mortar at matrix, at bawasan ang sagging phenomenon ng mortar.

Ang pampalapot na epekto ng cellulose eter ay higit sa lahat ay nagmumula sa sarili nitong lagkit, mas malaki ang lagkit, mas mabuti ang pampalapot na epekto, ngunit kung ang lagkit ay masyadong malaki, ito ay magbabawas sa pagkalikido ng mortar, na nakakaapekto sa konstruksiyon. Ang mga salik na nakakaapekto sa pagbabago ng lagkit, tulad ng molecular weight (o antas ng polymerization) at konsentrasyon ng cellulose eter, temperatura ng solusyon, shear rate, ay makakaapekto sa panghuling epekto ng pampalapot.

Ang mekanismo ng pampalapot ng cellulose eter ay higit sa lahat ay nagmumula sa hydration at gusot sa pagitan ng mga molekula. Sa isang banda, ang polymer chain ng cellulose eter ay madaling bumuo ng hydrogen bond na may tubig sa tubig, ang hydrogen bond ay ginagawa itong may mataas na hydration; Sa kabilang banda, kapag ang cellulose eter ay idinagdag sa mortar, ito ay sumisipsip ng maraming tubig, upang ang sarili nitong dami ay lubos na pinalawak, na binabawasan ang libreng espasyo ng mga particle, sa parehong oras ang cellulose eter molecular chain ay magkakaugnay sa isa't isa upang bumuo ng isang three-dimensional na istraktura ng network, ang mga particle ng mortar ay napapalibutan kung saan, hindi libreng daloy. Sa madaling salita, sa ilalim ng dalawang pagkilos na ito, ang lagkit ng system ay napabuti, kaya nakakamit ang nais na epekto ng pampalapot.

4. Epekto ng nonionic cellulose ether sa morphology at pore structure ng polymer cement

Tulad ng makikita mula sa itaas, ang non-ionic cellulose ether ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa polymer cement, at ang karagdagan nito ay tiyak na makakaapekto sa microstructure ng buong cement mortar. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang non-ionic cellulose ether ay karaniwang nagpapataas ng porosity ng cement mortar, at ang bilang ng mga pores sa laki ng 3nm ~ 350um ay tumataas, kung saan ang bilang ng mga pores sa hanay ng 100nm ~ 500nm ay tumataas nang higit. Ang impluwensya sa pore structure ng cement mortar ay malapit na nauugnay sa uri at lagkit ng non-ionic cellulose ether na idinagdag. Ou Zhihua et al. naniniwala na kapag ang lagkit ay pareho, ang porosity ng cement mortar na binago ng HEC ay mas maliit kaysa sa HPMc at Mc na idinagdag bilang mga modifier. Para sa parehong cellulose eter, mas maliit ang lagkit, mas maliit ang porosity ng binagong semento mortar. Sa pamamagitan ng pag-aaral ng epekto ng HPMc sa aperture ng foamed cement insulation board, Wang Yanru et al. natagpuan na ang pagdaragdag ng HPMC ay hindi makabuluhang nagbabago sa porosity, ngunit maaaring makabuluhang bawasan ang aperture. Gayunpaman, si Zhang Guodian et al. natagpuan na mas malaki ang nilalaman ng HEMc, mas malinaw ang impluwensya sa istraktura ng butas ng semento ng slurry. Ang pagdaragdag ng HEMc ay maaaring makabuluhang taasan ang porosity, kabuuang dami ng pore at average na pore radius ng slurry ng semento, ngunit ang tiyak na lugar sa ibabaw ng pore ay bumababa, at ang bilang ng mga malalaking capillary pores na mas malaki kaysa sa 50nm sa diameter ay tumataas nang malaki, at ang mga ipinakilala na pores ay higit sa lahat sarado pores.

Nasuri ang epekto ng nonionic cellulose ether sa proseso ng pagbuo ng cement slurry pore structure. Napag-alaman na ang pagdaragdag ng cellulose eter ay pangunahing nagbago ng mga katangian ng likidong bahagi. Sa isang banda, ang pag-igting ng ibabaw ng likidong bahagi ay bumababa, na ginagawang madali ang pagbuo ng mga bula sa mortar ng semento, at pabagalin ang pag-alis ng bahagi ng likido at pagsasabog ng bula, kaya't ang maliliit na bula ay mahirap na magtipon sa malalaking mga bula at naglalabas, kaya ang voidage ay lubhang nadagdagan; Sa kabilang banda, tumataas ang lagkit ng bahagi ng likido, na pumipigil din sa pagpapatuyo, pagsasabog ng bula at pagsasama-sama ng bula, at pinahuhusay ang kakayahang patatagin ang mga bula. Samakatuwid, ang mode ng impluwensya ng cellulose eter sa pamamahagi ng laki ng butas ng semento mortar ay maaaring makuha: sa hanay ng laki ng butas na higit sa 100nm, ang mga bula ay maaaring ipakilala sa pamamagitan ng pagbabawas ng pag-igting sa ibabaw ng likidong bahagi, at ang pagsasabog ng bula ay maaaring mapigilan ng pagtaas ng lagkit ng likido; sa rehiyon na 30nm ~ 60nm, ang bilang ng mga pores sa rehiyon ay maaaring maapektuhan sa pamamagitan ng pagpigil sa pagsasama ng mas maliliit na bula.

5. Impluwensiya ng nonionic cellulose ether sa mga mekanikal na katangian ng polymer cement

Ang mga mekanikal na katangian ng polimer na semento ay malapit na nauugnay sa morpolohiya nito. Sa pagdaragdag ng nonionic cellulose eter, tumataas ang porosity, na tiyak na magkakaroon ng masamang epekto sa lakas nito, lalo na ang compressive strength at flexural strength. Ang pagbawas ng compressive strength ng cement mortar ay makabuluhang mas malaki kaysa sa flexural strength. Ou Zhihua et al. pinag-aralan ang impluwensya ng iba't ibang uri ng non-ionic cellulose ether sa mga mekanikal na katangian ng cement mortar, at nalaman na ang lakas ng cellulose ether modified cement mortar ay mas mababa kaysa sa purong cement mortar, at ang pinakamababang 28d compressive strength ay 44.3% lamang ng purong semento slurry. Ang compressive strength at flexural strength ng HPMc, HEMC at MC cellulose ether na binago ay magkatulad, habang ang compressive strength at flexural strength ng HEc modified cement slurry sa bawat edad ay mas mataas. Ito ay malapit na nauugnay sa kanilang lagkit o molekular na timbang, mas mataas ang lagkit o molekular na timbang ng cellulose eter, o mas malaki ang aktibidad sa ibabaw, mas mababa ang lakas ng binagong mortar ng semento nito.

Gayunpaman, ipinakita rin na ang nonionic cellulose ether ay maaaring mapahusay ang lakas ng makunat, kakayahang umangkop at pagkakaisa ng mortar ng semento. Huang Liangen et al. natagpuan na, salungat sa pagbabago ng batas ng compressive strength, ang lakas ng paggugupit at lakas ng makunat ng slurry ay tumaas sa pagtaas ng nilalaman ng selulusa eter sa semento mortar. Pagsusuri ng dahilan, pagkatapos ng pagdaragdag ng selulusa eter, at polymer emulsion magkasama upang bumuo ng isang malaking bilang ng mga siksik na polymer film, lubos na mapabuti ang flexibility ng slurry, at semento hydration produkto, unhydrated semento, fillers at iba pang mga materyales na puno sa film na ito , upang matiyak ang makunat na lakas ng sistema ng patong.

Upang mapabuti ang pagganap ng non-ionic cellulose ether modified polymer cement, pagbutihin ang pisikal na katangian ng cement mortar sa parehong oras, hindi makabuluhang bawasan ang mga mekanikal na katangian nito, ang karaniwang kasanayan ay upang tumugma sa cellulose eter at iba pang admixtures, idinagdag sa ang mortar ng semento. Li Tao-wen et al. natagpuan na ang composite additive na binubuo ng cellulose eter at polymer glue powder ay hindi lamang bahagyang napabuti ang baluktot na lakas at compressive strength ng mortar, upang ang cohesiveness at lagkit ng cement mortar ay mas angkop para sa konstruksiyon ng patong, ngunit makabuluhang napabuti din ang pagpapanatili ng tubig kapasidad ng mortar kumpara sa single cellulose eter. Xu Qi et al. Nagdagdag ng slag powder, water reducing agent at HEMc, at natagpuan na ang water reducing agent at mineral powder ay maaaring tumaas ang density ng mortar, bawasan ang bilang ng mga butas, upang mapabuti ang lakas at nababanat na modulus ng mortar. Maaaring pataasin ng HEMc ang lakas ng tensile bond ng mortar, ngunit hindi ito maganda para sa compressive strength at elastic modulus ng mortar. Yang Xiaojie et al. natagpuan na ang plastic shrinkage crack ng cement mortar ay maaaring makabuluhang bawasan pagkatapos ng paghahalo ng HEMc at PP fiber.

6. Konklusyon

Ang nonionic cellulose ether ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa polymer cement, na maaaring makabuluhang mapabuti ang mga pisikal na katangian (kabilang ang retarding coagulation, water retention, thickening), microscopic morphology at mechanical properties ng cement mortar. Maraming trabaho ang ginawa sa pagbabago ng mga materyales na nakabatay sa semento sa pamamagitan ng cellulose eter, ngunit mayroon pa ring ilang mga problema na nangangailangan ng karagdagang pag-aaral. Halimbawa, sa mga praktikal na aplikasyon ng inhinyero, maliit na pansin ang binabayaran sa rheology, mga katangian ng pagpapapangit, katatagan ng volume at tibay ng mga binagong materyales na nakabatay sa semento, at ang isang regular na kaukulang relasyon ay hindi naitatag na may idinagdag na cellulose eter. Ang pananaliksik sa mekanismo ng paglipat ng cellulose eter polymer at mga produkto ng hydration ng semento sa reaksyon ng hydration ay hindi pa rin sapat. Ang proseso ng pagkilos at mekanismo ng mga compound additives na binubuo ng cellulose eter at iba pang mga admixture ay hindi sapat na malinaw. Ang pinagsama-samang pagdaragdag ng cellulose ether at inorganic na reinforced na materyales tulad ng glass fiber ay hindi pa naperpekto. Ang lahat ng ito ay magiging pokus ng pananaliksik sa hinaharap upang magbigay ng teoretikal na patnubay para sa higit pang pagpapabuti ng pagganap ng polymer na semento.