Polimer çimento içinde noniyonik selüloz eter

Polimer çimentoda vazgeçilmez bir katkı maddesi olarak, noniyonik selüloz eter büyük dikkat ve araştırma almıştır. Yurtiçinde ve yurtdışında ilgili literatüre dayanarak, iyonik olmayan selüloz eter modifiye edilmiş çimento harçının yasası ve mekanizması, polimer çimentoların fiziksel özellikleri üzerindeki etkisi ve etkisi, türleri ve seçimi, etkisi, tartışıldı, Mikromorfoloji ve mekanik özellikler üzerindeki etkisi ve mevcut araştırmanın eksiklikleri ortaya konmuştur. Bu çalışma, polimer çimentoda selüloz eterin uygulanmasını teşvik edecektir.

Anahtar Kelimeler: Noniyonik selüloz eter, Polimer Çimento, Fiziksel Özellikler, Mekanik Özellikler, Mikroyapı

1. Genel Bakış

İnşaat sektöründeki polimer çimentosunun artan talep ve performans gereksinimleri ile, modifikasyonuna katkı maddeleri eklemek, çimento harç su tutma, kalınlaşma, geciktirme, hava üzerindeki etkisi nedeniyle selüloz eterin yaygın olarak kullanıldığı bir araştırma sıcak noktası haline geldi. ve benzeri. Bu yazıda, selüloz eter tipleri, polimer çimentonun fiziksel ve mekanik özellikleri ve polimer çimentonun mikromorfolojisi üzerindeki etkiler tarif edilmiştir, bu da selüloz eterin polimer çimentoya uygulanması için teorik bir referans sağlar.

2. Noniyonik selüloz eter türleri

Selüloz eter, selülozdan yapılmış eter yapısına sahip bir tür polimer bileşiğidir. Çimento bazlı malzemelerin özellikleri üzerinde büyük etkisi olan ve seçilmesi zor olan birçok selüloz eter vardır. Sübstitüentlerin kimyasal yapısına göre, bunlar anyonik, katyonik ve noniyonik eterlere ayrılabilir. H, CH3, C2H5, (CH2CH20) NH, [CH2CH (CH3) 0] NH ve diğer ayrılamaz grupların yan zinciri ikame edicisi olan noniyonik selüloz eter Çimentoda en yaygın olarak kullanılan tipik temsilcilerdir, tipik temsilciler metil selüloz eter, hidroxypropil metildir Selüloz eter, hidroksietil metil selüloz eter, hidroksietil selüloz eter vb. Farklı selüloz eter türlerinin çimentonun ayar süresi üzerinde farklı etkileri vardır. Önceki literatür raporlarına göre, HEC çimento için en güçlü geciktirme yeteneğine sahiptir, ardından HPMC ve HEMC ve MC en kötüsü vardır. Aynı tür selüloz eter, moleküler ağırlık veya viskozite, metil, hidroksietil, hidroksipropil içeriği farklıdır, geciktirme etkisi de farklıdır. Genel olarak, viskozite ne kadar büyük olursa ve ayrılamaz grupların içeriği ne kadar yüksek olursa, gecikme yeteneği o kadar kötü olur. Bu nedenle, gerçek üretim sürecinde, ticari harç pıhtılaşmasının gereksinimlerine göre, selüloz eterinin uygun fonksiyonel grup içeriği seçilebilir. Veya aynı zamanda selüloz eter üretiminde, fonksiyonel grupların içeriğini ayarlayın, farklı harç gereksinimlerini karşılayın.

3、Noniyonik selüloz eterinin polimer çimentonun fiziksel özellikleri üzerindeki etkisi

3.1 Yavaş pıhtılaşma

Çimentonun hidrasyon sertleştirme süresini uzatmak için, yeni karışık harç olarak uzun bir süre içinde yeni karışık harç, yeni karışık harçın ayar süresini ayarlamak için, çalışma süresini iyileştirmek için genellikle harç olmayan, geciktirici ekleyin, geciktirici ekleyin, İyonik selüloz eter, polimer çimento için uygundur, yaygın bir geciktiricidir.

Noniyonik selüloz eterinin çimento üzerindeki geciktirici etkisi esas olarak kendi tipi, viskozitesi, dozajı, farklı çimento mineralleri ve diğer faktörlerinden etkilenir. Pourchez J ve ark. selüloz eter metilasyonu derecesi ne kadar yüksek olursa, geciktirici etkisi o kadar kötü olurken, selüloz eter ve hidroksipropoksis içeriğinin moleküler ağırlığının çimento hidrasyonunun geciktirilmesi üzerinde zayıf bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Viskozite ve doping miktarının iyonik olmayan selüloz eter artmasıyla, çimento parçacıklarının yüzeyindeki adsorpsiyon tabakası kalınlaşır ve çimentonun başlangıç ​​ve son ayar süresi uzatılır ve geciktirici etkisi daha açıktır. Çalışmalar, farklı HEMC içeriğine sahip çimento bulamaçlarının erken ısı salımının saf çimento bulamaçlarından yaklaşık% 15 daha düşük olduğunu göstermiştir, ancak daha sonraki hidrasyon işleminde anlamlı bir fark yoktur. Singh NK ve ark. HEC doping miktarının artmasıyla, modifiye çimento harçının hidrasyon ısısı salınımının, önce artma ve daha sonra azalma eğilimi gösterdiğini ve maksimum hidrasyon ısı salımına ulaştığında HEC içeriğinin kürleme yaşı ile ilişkili olduğunu gösterdi.

Ek olarak, noniyonik selüloz eterin geciktirici etkisinin çimento bileşimi ile yakından ilişkili olduğu bulunmuştur. Peschard ve ark. Çimentodaki trikalcium alüminat (C3A) içeriği ne kadar düşük olursa, selüloz eterinin geciktirici etkisi o kadar belirgin olur. Schmitz L ve ark. Bunun, tricalcium silikat (C3'ler) ve tricalcium alüminatının (C3A) hidrasyon kinetiğine farklı selüloz eter yollarından kaynaklandığına inanıyordu. Selüloz eter, C3'lerin hızlanma dönemindeki reaksiyon hızını azaltabilirken, C3A için indüksiyon süresini uzatabilir ve son olarak harçın katılaşması ve sertleştirme sürecini geciktirebilir.

Çimento hidrasyonunu geciktiren iyonik olmayan selüloz eter mekanizması hakkında farklı görüşler vardır. Silva ve ark. Liu, selüloz eterin sokulmasının gözenek çözeltisinin viskozitesinin artmasına neden olacağına, böylece iyonların hareketini bloke edeceğine ve yoğuşmayı geciktireceğine inanıyordu. Ancak Pourchez ve ark. Selüloz eterinin çimento hidrasyonuna gecikmesi ile çimento bulamacının viskozitesi arasında bariz bir ilişki olduğuna inanıyordu. Başka bir teori, selüloz eterin geciktirici etkisinin alkali bozulması ile yakından ilişkili olmasıdır. Polisakkaritler, alkalin koşullar altında çimentonun hidrasyonunu geciktirebilen hidroksil karboksilik asit üretmek için kolayca bozulma eğilimindedir. Bununla birlikte, çalışmalar selüloz eterin alkalin koşulları altında çok kararlı olduğunu ve sadece biraz bozulduğunu ve bozulmanın çimento hidrasyonunun gecikmesi üzerinde çok az etkisi olduğunu bulmuştur. Şu anda, daha tutarlı bir görüş, geciktirici etkinin esas olarak adsorpsiyondan kaynaklanmasıdır. Spesifik olarak, selüloz eterin moleküler yüzeyindeki hidroksil grubu asidiktir, hidrasyon çimentosu sistemindeki Ca (0H) ve diğer mineral fazları alkalindir. Hidrojen bağının sinerjistik etkisi altında, kompleks ve hidrofobik, asidik selüloz eter molekülleri alkalin çimento parçacıklarının ve hidrasyon ürünlerinin yüzeyinde adsorbe edilecektir. Ek olarak, yüzeyinde, bu mineral faz kristal çekirdeklerinin daha da büyümesini engelleyen ve çimentonun hidrasyonunu ve ortamını geciktiren ince bir film oluşur. Çimento hidrasyon ürünleri ve selüloz eter arasındaki adsorpsiyon kapasitesi ne kadar güçlü olursa, çimentonun hidrasyon gecikmesi o kadar belirgin olur. Bir yandan, sterik engel boyutu, hidroksil grubunun küçük sterik engelleri, güçlü asitliği, adsorpsiyonu da güçlüdür. Öte yandan, adsorpsiyon kapasitesi ayrıca çimentonun hidrasyon ürünlerinin bileşimine de bağlıdır. Pourchez ve ark. Selüloz eterin, Ca (0H) 2, CSH jeli ve kalsiyum alüminat hidrat gibi hidrasyon ürünlerinin yüzeyine kolayca adsorbe edildiğini buldu, ancak ettringit ve tahripsiz faz tarafından adsorbe edilmesi kolay değil. Mullert'in çalışması ayrıca selüloz eterinin C3S ve hidrasyon ürünleri üzerinde güçlü bir adsorpsiyona sahip olduğunu gösterdi, bu nedenle silikat fazının hidrasyonunun önemli ölçüde geciktiğini gösterdi. Ettringitin adsorpsiyonu düşüktü, ancak ettringit oluşumu önemli ölçüde gecikti. Bunun nedeni, ettringit oluşumundaki gecikmenin çözeltideki Ca2+ dengesinden etkilenmesi, bu da selüloz eterin silikat hidrasyonunda gecikmesinin devamıdır.

3.2 Su Koruma

Çimento harçındaki selüloz eterinin bir başka önemli modifikasyon etkisi, ıslak harçtaki nemin buharlaşmasını veya taban tarafından emilmesini önleyebilen ve çimentonun hidrasyonunu geciktirebilen bir su tutma ajanı olarak görünmektir. Islak harç, ince harçın taranabilmesini sağlamak için, sıvalı harç yayılabilir ve emilmesi kolay harçın önceden ıslatılması gerekmez.

Selüloz eterin su tutma kapasitesi viskozitesi, dozajı, tip ve ortam sıcaklığı ile yakından ilişkilidir. Diğer koşullar aynıdır, selüloz eterin viskozitesi ne kadar büyük olursa, su tutma etkisi ne kadar iyi olursa, az miktarda selüloz eter harç su tutma oranını büyük ölçüde iyileştirebilir; Aynı selüloz eter için, eklenen miktar ne kadar yüksek olursa, modifiye edilmiş harçın su tutma oranı o kadar yüksek olur, ancak su tutma oranının yavaşça arttığı optimal bir değer vardır. Farklı selüloz eter türleri için, MC daha iyi su tutma ile aynı koşullar altında HPMC gibi su tutma konusunda da farklılıklar vardır. Ek olarak, selüloz eterinin su tutma performansı, ortam sıcaklığının artmasıyla azalır.

Genellikle selüloz eterin su tutma işlevine sahip olmasının nedeninin esas olarak molekül üzerindeki 0H ve eter bağındaki 0 ​​atomunun hidrojen bağı sentezlemek için su molekülleri ile ilişkili olacağına inanılmaktadır, böylece serbest su bağlayıcı hale gelir. Su, su tutmanın iyi bir rolünü oynamak için; Selüloz eter makromoleküler zincirin, su buharlaşmasını etkili bir şekilde kontrol etmek için su moleküllerinin difüzyonunda kısıtlayıcı bir rol oynadığına inanılmaktadır; Pourchez J, selüloz eterin, yeni karışık çimento bulamasının reolojik özelliklerini, gözenekli ağın yapısını ve suyun difüzyonunu engelleyen selüloz eter filminin oluşumunu geliştirerek su tutma etkisine ulaştığını savundu. Laetitia P ve ark. Ayrıca harçın reolojik özelliğinin önemli bir faktör olduğuna inanmak, aynı zamanda viskozitenin harçın mükemmel su tutma performansını belirleyen tek faktör olmadığına da inanmaktadır. Selüloz eterinin iyi su tutma performansına sahip olmasına rağmen, değiştirilmiş sertleştirilmiş çimento harç suyu emiliminin azaltılacağını belirtmek gerekir, bunun nedeni harç filminde ve harçta çok sayıda küçük kapalı gözeneke olduğunu, kılcalın içindeki harç.

3.3 kalınlaşma

Harçın tutarlılığı, çalışma performansını ölçmek için önemli endekslerden biridir. Tutarlılığı artırmak için genellikle selüloz eter sokulur. “Tutarlılık”, taze karışık harçların yerçekimi veya dış kuvvetlerin etkisi altında akma ve deforme olma yeteneğini temsil eder. Kalınlaşma ve su tutmanın iki özelliği birbirini tamamlar. Uygun miktarda selüloz eter eklenmesi, sadece harçın su tutma performansını iyileştirmekle kalmaz, pürüzsüz yapıyı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda harç tutarlılığını arttırabilir, çimentonun anti-dağılım yeteneğini önemli ölçüde artırabilir, harç ve matris arasındaki bağ performansını artırabilir, Harçın sarkma fenomenini azaltın.

Selüloz eterinin kalınlaşma etkisi esas olarak kendi viskozitesinden gelir, viskozite ne kadar büyük olursa, kalınlaşma etkisi o kadar iyi olur, ancak viskozite çok büyükse, yapıyı etkileyen harç akışkanlığını azaltacaktır. Moleküler ağırlık (veya polimerizasyon derecesi) ve selüloz eterin konsantrasyonu, çözelti sıcaklığı, kesme hızı gibi viskozite değişimini etkileyen faktörler nihai kalınlaşma etkisini etkileyecektir.

Selüloz eterin kalınlaşma mekanizması esas olarak moleküller arasındaki hidrasyon ve dolaşmadan gelir. Bir yandan, selüloz eterin polimer zincirinin suda su ile hidrojen bağı oluşturmak kolaydır, hidrojen bağı yüksek hidrasyona sahip olur; Öte yandan, harça selüloz eter eklendiğinde, çok fazla suyu emecektir, böylece kendi hacmi büyük ölçüde genişletilir, partiküllerin serbest boşluğunu azaltır, aynı zamanda selüloz eter moleküler zincirler birbiriyle iç içe geçer. Üç boyutlu bir ağ yapısı oluşturmak için, harç parçacıkları, serbest akış değil, çevrilidir. Başka bir deyişle, bu iki eylem altında, sistemin viskozitesi iyileştirilir, böylece istenen kalınlaşma etkisine ulaşır.

4. Noniyonik selüloz eterinin polimer çimentonun morfolojisi ve gözenek yapısı üzerindeki etkisi

Yukarıdakilerden görülebileceği gibi, iyonik olmayan selüloz eter, polimer çimenterinde hayati bir rol oynar ve ilavesi kesinlikle tüm çimento harçının mikroyapısını etkileyecektir. Sonuçlar, iyonik olmayan selüloz eterin genellikle çimento harçının gözenekliliğini arttırdığını ve 100nm ~ 500nm aralığındaki gözenek sayısının en fazla arttığını 3nm ~ 350um boyutundaki gözenek sayısının artar. Çimento harçının gözenek yapısı üzerindeki etkisi, ilave edilen iyonik olmayan selüloz eterin tipi ve viskozitesi ile yakından ilişkilidir. Ou Zhihua ve ark. Viskozite aynı olduğunda, HEC tarafından değiştirilen çimento harçının gözenekliliğinin, HPMC ve MC'nin değiştiricileri olarak eklendiğinden daha küçük olduğuna inanmaktadır. Aynı selüloz eter için viskozite ne kadar küçük olursa, modifiye edilmiş çimento harçının gözenekliliği o kadar küçük olur. HPMC'nin köpüklü çimento yalıtım panosunun açıklığı üzerindeki etkisini inceleyerek Wang Yanru ve ark. HPMC eklenmesinin gözenekliliği önemli ölçüde değiştirmediğini, ancak diyaframı önemli ölçüde azaltabileceğini bulmuştur. Ancak Zhang Guodian ve ark. HEMC içeriği ne kadar büyük olursa, çimento bulamacının gözenek yapısı üzerindeki etkisinin o kadar belirgin olduğunu bulmuştur. HEMC ilavesi, gözenekliliği, toplam gözenek hacmini ve ortalama gözenek yarıçapını çimento bulamacının önemli ölçüde artırabilir, ancak gözenekin spesifik yüzey alanı azalır ve çapı 50nm'den büyük büyük kılcal gözeneklerin sayısı önemli ölçüde artar ve tanıtılan gözenekler esas olarak kapalı gözeneklerdir.

Noniyonik selüloz eterinin çimento bulamaç gözenek yapısının oluşum süreci üzerindeki etkisi analiz edildi. Selüloz eter ilavesinin esas olarak sıvı fazının özelliklerini değiştirdiği bulunmuştur. Bir yandan, sıvı faz yüzey gerilimi azalır, çimento harçında kabarcıklar oluşturmayı kolaylaştırır ve sıvı faz drenajını ve kabarcık difüzyonunu yavaşlatır, böylece küçük kabarcıkların büyük kabarcıklara ve deşarj halinde toplanması zordur, böylece boşluk büyük ölçüde artar; Öte yandan, drenaj, kabarcık difüzyonu ve kabarcık birleşmesini de engelleyen ve kabarcıkları stabilize etme yeteneğini arttıran sıvı fazın viskozitesi artar. Bu nedenle, çimento harçının gözenek boyutu dağılımı üzerindeki selüloz eterinin etki modu elde edilebilir: 100nm'den fazla gözenek boyutu aralığında, sıvı fazının yüzey gerginliğini azaltarak kabarcıklar sokulabilir ve kabarcık difüzyonu engellenebilir. sıvı viskozitesinin arttırılması; 30nm ~ 60nm bölgede, bölgedeki gözeneklerin sayısı daha küçük kabarcıkların birleşmesini engellemekten etkilenebilir.

5. Noniyonik selüloz eterinin polimer çimentonun mekanik özellikleri üzerindeki etkisi

Polimer çimentonun mekanik özellikleri morfolojisi ile yakından ilişkilidir. Noniyonik selüloz eterin ilavesiyle, gücü, özellikle basınç mukavemeti ve eğilme mukavemeti üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olması gereken gözeneklilik artar. Çimento harçının basınç mukavemetinin azaltılması, eğilme mukavemetinden önemli ölçüde daha yüksektir. Ou Zhihua ve ark. farklı tipte olmayan selüloz eterinin çimento harçının mekanik özellikleri üzerindeki etkisini inceledi ve selüloz eter modifiye edilmiş çimento harçının gücünün saf çimento harçından daha düşük olduğunu ve en düşük 28D sıkıştırma mukavemetinin sadece% 44.3 olduğunu buldu. saf çimento bulamacından. HPMC, HEMC ve MC selüloz eter modifiye edilmiş basınç mukavemeti ve bükülme mukavemeti benzerken, her yaştaki HEC modifiye edilmiş çimento bulamaçlarının basınç mukavemeti ve bükülme mukavemeti önemli ölçüde daha yüksektir. Bu, viskoziteleri veya moleküler ağırlıkları ile yakından ilişkilidir, selüloz eterinin viskozitesi veya moleküler ağırlığı veya yüzey aktivitesi ne kadar büyük olursa, modifiye edilmiş çimento harçının mukavemeti o kadar düşük olur.

Bununla birlikte, noniyonik selüloz eterinin çimento harçının gerilme mukavemetini, esnekliğini ve yapılabilirliğini artırabileceği de gösterilmiştir. Huang Liangen ve ark. Sıkıştırma mukavemetinin değişim yasasının aksine, çimento harçındaki selüloz eterin içeriğinin artmasıyla bulamaç kesme mukavemeti ve gerilme mukavemeti arttı. Sebebin analizi, çok sayıda yoğun polimer film oluşturmak için selüloz eterin ve polimer emülsiyonunun ilave edilmesinden sonra, bulamaç esnekliğini büyük ölçüde iyileştirin ve çimento hidrasyon ürünleri, soyulmamış çimento, dolgu ve diğer malzemeler bu filmde doldurulmuş diğer malzemeler , kaplama sisteminin gerilme mukavemetini sağlamak için.

İyonik olmayan selüloz eter modifiye edilmiş polimer çimentonun performansını iyileştirmek, çimento harçının fiziksel özelliklerini aynı anda iyileştirmek için, mekanik özelliklerini önemli ölçüde azaltmaz, olağan uygulama, selüloz eter ve diğer katkılarla eşleşmektir, Çimento harcı. Li Tao-Wen ve ark. Selüloz eter ve polimer tutkal tozundan oluşan kompozit katkı maddesinin, harçın bükülme mukavemetini ve basınç dayanımını sadece biraz iyileştirmekle kalmadığını, böylece çimento harçının bağluluğu ve viskozitesinin kaplama yapısı için daha uygun olduğunu, ancak su tutma için önemli ölçüde iyileştirdiğini buldu. tek selüloz eter ile karşılaştırıldığında harç kapasitesi. Xu Qi ve ark. Eklenen cüruf tozu, su indirgeme maddesi ve HEMC ve su indirgeme maddesi ve mineral tozunun harç yoğunluğunu artırabileceğini, harçın mukavemetini ve elastik modülünü iyileştirmek için delik sayısını azaltabileceğini buldu. HEMC harçın gerilme bağı mukavemetini artırabilir, ancak harçın basınç mukavemeti ve elastik modülü için iyi değildir. Yang Xiaojie ve ark. çimento harçının plastik büzülme çatlamasının, HEMC ve PP lifini karıştırdıktan sonra önemli ölçüde azaltılabileceğini bulmuştur.

6. Sonuç

Noniyonik selüloz eter, polimer çimenterinde önemli bir rol oynar, bu da fiziksel özellikleri (geciktirme pıhtılaşması, su tutma, kalınlaşma dahil), mikroskobik morfoloji ve çimento harçının mekanik özelliklerini önemli ölçüde iyileştirebilir. Çimento bazlı malzemelerin selüloz eter ile modifikasyonu üzerinde çok fazla çalışma yapılmıştır, ancak daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyan bazı problemler vardır. Örneğin, pratik mühendislik uygulamalarında, reolojiye, deformasyon özelliklerine, hacim stabilitesi ve modifiye çimento bazlı malzemelerin dayanıklılığına çok az dikkat edilir ve ilave selüloz eter ile düzenli bir ilişki kurulmamıştır. Hidrasyon reaksiyonunda selüloz eter polimeri ve çimento hidrasyon ürünlerinin göç mekanizması üzerine yapılan araştırma hala yetersizdir. Selüloz eter ve diğer katkılardan oluşan bileşik katkı maddelerinin eylem süreci ve mekanizması yeterince net değildir. Cam fiber gibi selüloz eter ve inorganik takviyeli malzemelerin kompozit ilavesi mükemmelleştirilmemiştir. Tüm bunlar, polimer çimentosunun performansını daha da geliştirmek için teorik rehberlik sağlamak için gelecekteki araştırmaların odak noktası olacaktır.