Polimer çimentoda iyonik olmayan selüloz eter

Polimer çimentoda vazgeçilmez bir katkı maddesi olan iyonik olmayan selüloz eter, yoğun ilgi ve araştırma konusu olmuştur. Yurtiçi ve yurtdışındaki ilgili literatür esas alınarak iyonik olmayan selüloz eterle modifiye edilmiş çimento harcının kanunu ve mekanizması, iyonik olmayan selüloz eterin çeşitleri ve seçimi, polimer çimentonun fiziksel özelliklerine etkisi açısından tartışıldı. mikromorfoloji ve mekanik özelliklere etkisi ve mevcut araştırmanın eksiklikleri ortaya konmuştur. Bu çalışma, polimer çimentoda selüloz eterin uygulanmasını teşvik edecektir.

Anahtar kelimeler: iyonik olmayan selüloz eter, polimer çimento, fiziksel özellikler, mekanik özellikler, mikro yapı

1. Genel Bakış

İnşaat sektöründe polimer çimentoya yönelik artan talep ve performans gereklilikleri ile modifikasyonuna katkı maddelerinin eklenmesi bir araştırma sıcak noktası haline geldi; bunların arasında selüloz eter, çimento harcının su tutması, kalınlaşması, geciktirilmesi, hava üzerindeki etkisi nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. ve benzeri. Bu yazıda, selüloz eterin türleri, polimer çimentonun fiziksel ve mekanik özellikleri üzerindeki etkileri ve polimer çimentonun mikromorfolojisi açıklanmakta ve bu, selüloz eterin polimer çimentoda uygulanması için teorik bir referans sağlamaktadır.

2. İyonik olmayan selüloz eter türleri

Selüloz eter, selülozdan yapılmış eter yapısına sahip bir tür polimer bileşiğidir. Çimento esaslı malzemelerin özellikleri üzerinde büyük etkisi olan ve seçimi zor olan selüloz eterin birçok çeşidi bulunmaktadır. İkame edicilerin kimyasal yapısına göre anyonik, katyonik ve iyonik olmayan eterlere ayrılabilirler. H, cH3, c2H5, (cH2cH20)nH, [cH2cH(cH3)0]nH ve diğer ayrışamayan grupların yan zincir ikame edicisine sahip iyonik olmayan selüloz eter, çimentoda en yaygın kullanılanıdır; tipik temsilciler metil selüloz eter, hidroksipropil metildir selüloz eter, hidroksietil metil selüloz eter, hidroksietil selüloz eter vb. Farklı türdeki selüloz eterlerin çimentonun priz süresi üzerinde farklı etkileri vardır. Daha önceki literatür raporlarına göre HEC, çimento için en güçlü geciktirme özelliğine sahip olup onu HPMc ve HEMc takip etmekte, Mc ise en kötü özelliğe sahiptir. Aynı tür selüloz eter için bu grupların molekül ağırlığı veya viskozitesi, metil, hidroksietil, hidroksipropil içerikleri farklıdır, geciktirici etkisi de farklıdır. Genel olarak konuşursak, viskozite ne kadar yüksekse ve ayrışamayan grupların içeriği ne kadar yüksekse, gecikme yeteneği o kadar kötü olur. Bu nedenle, gerçek üretim sürecinde ticari harç pıhtılaşmasının gerekliliklerine göre selüloz eterin uygun fonksiyonel grup içeriği seçilebilir. Veya selüloz eter üretiminde aynı zamanda fonksiyonel grupların içeriğini ayarlayın, farklı harç gereksinimlerini karşılayın.

3、İyonik olmayan selüloz eterin polimer çimentonun fiziksel özelliklerine etkisi

3.1 Yavaş pıhtılaşma

Çimentonun hidrasyon sertleşme süresini uzatmak, böylece yeni karıştırılan harcın uzun süre plastik kalmasını sağlamak, böylece yeni karıştırılan harcın sertleşme süresini ayarlamak, işlenebilirliğini arttırmak için genellikle harca geciktirici eklenir, iyonik selüloz eter polimer çimento için uygundur ve yaygın bir geciktiricidir.

Noniyonik selüloz eterin çimento üzerindeki geciktirici etkisi esas olarak kendi türünden, viskozitesinden, dozajından, çimento minerallerinin farklı bileşiminden ve diğer faktörlerden etkilenir. Pourchez J ve ark. selüloz eter metilasyonunun derecesi ne kadar yüksekse geciktirici etkinin o kadar kötü olduğunu, selüloz eterin moleküler ağırlığının ve hidroksipropoksi içeriğinin ise çimento hidratasyonunu geciktirici etkisinin zayıf olduğunu gösterdi. İyonik olmayan selüloz eterin viskozitesi ve katkı miktarının artmasıyla, çimento parçacıklarının yüzeyindeki adsorpsiyon tabakası kalınlaşır ve çimentonun ilk ve son prizlenme süresi uzar ve geciktirici etki daha belirgindir. Çalışmalar, farklı HEMC içeriğine sahip çimento çamurlarının erken ısı salınımının, saf çimento çamurlarından yaklaşık %15 daha düşük olduğunu, ancak daha sonraki hidratasyon prosesinde önemli bir fark olmadığını göstermiştir. Singh NK ve ark. HEc katkı miktarının artmasıyla birlikte modifiye çimento harcının hidratasyon ısısı salınımının önce artma sonra azalma eğilimi gösterdiğini, maksimum hidratasyon ısısı salınımına ulaşıldığında HEC içeriğinin kür yaşı ile ilişkili olduğunu göstermiştir.

Ayrıca noniyonik selüloz eterin geciktirici etkisinin çimentonun bileşimi ile yakından ilişkili olduğu tespit edilmiştir. Peschard ve ark. çimentodaki trikalsiyum alüminat (C3A) içeriği ne kadar düşükse, selüloz eterin geciktirici etkisinin o kadar belirgin olduğunu bulmuşlardır. Schmitz L ve ark. bunun, selüloz eterin trikalsiyum silikat (C3S) ve trikalsiyum alüminatın (C3A) hidrasyon kinetiğine göre farklı yollardan kaynaklandığına inanıyordu. Selüloz eter, C3S'nin hızlanma döneminde reaksiyon hızını azaltabilirken, C3A için indüksiyon süresini uzatabilir ve son olarak harcın katılaşma ve sertleşme sürecini geciktirebilir.

İyonik olmayan selüloz eterin çimento hidratasyonunu geciktirme mekanizması hakkında farklı görüşler bulunmaktadır. Silva ve ark. Liu, selüloz eterin eklenmesinin gözenek çözeltisinin viskozitesinin artmasına neden olacağına, dolayısıyla iyonların hareketini engelleyeceğine ve yoğunlaşmayı geciktireceğine inanıyordu. Ancak Pourchez ve ark. Selüloz eterin çimento hidratasyonunu geciktirmesi ile çimento bulamacının viskozitesi arasında açık bir ilişki olduğuna inanıyorlardı. Diğer bir teori ise selüloz eterin geciktirici etkisinin alkali bozunumuyla yakından ilişkili olduğudur. Polisakaritler, alkali koşullar altında çimentonun hidrasyonunu geciktirebilen hidroksil karboksilik asit üretmek üzere kolayca bozunma eğilimindedir. Ancak çalışmalar, selüloz eterin alkali koşullar altında çok stabil olduğunu ve yalnızca çok az bozunduğunu ve bozunmanın çimento hidratasyonunun gecikmesi üzerinde çok az etkisi olduğunu bulmuştur. Şu anda daha tutarlı olan görüş, geciktirme etkisinin esas olarak adsorpsiyondan kaynaklandığı yönündedir. Spesifik olarak, selüloz eterin moleküler yüzeyindeki hidroksil grubu asidiktir, hidratasyon çimento sistemindeki ca(0H) ve diğer mineral fazlar alkalindir. Hidrojen bağının, kompleks oluşturmanın ve hidrofobikliğin sinerjik etkisi altında, asidik selüloz eter molekülleri, alkali çimento parçacıklarının ve hidrasyon ürünlerinin yüzeyine adsorbe edilecektir. Ek olarak yüzeyinde ince bir film oluşur, bu da mineral fazındaki kristal çekirdeklerin daha fazla büyümesini engeller ve çimentonun hidrasyonunu ve sertleşmesini geciktirir. Çimento hidratasyon ürünleri ile selüloz eter arasındaki adsorpsiyon kapasitesi ne kadar güçlü olursa, çimentonun hidratasyon gecikmesi de o kadar belirgin olur. Bir yandan, sterik engelin boyutu, hidroksil grubunun küçük sterik engeli, güçlü asitliği ve adsorpsiyonun da güçlü olması gibi adsorpsiyon kapasitesinde belirleyici bir rol oynar. Öte yandan adsorpsiyon kapasitesi çimentonun hidratasyon ürünlerinin bileşimine de bağlıdır. Pourchez ve ark. Selüloz eterin ca(0H)2, csH jel ve kalsiyum alüminat hidrat gibi hidrasyon ürünlerinin yüzeyine kolayca adsorbe edildiğini, ancak etrenjit ve hidratlanmamış faz tarafından adsorbe edilmesinin kolay olmadığını bulmuşlardır. Mullert'in çalışması ayrıca selüloz eterin c3'ler ve onun hidrasyon ürünleri üzerinde güçlü bir adsorpsiyona sahip olduğunu, dolayısıyla silikat fazının hidrasyonunun önemli ölçüde geciktiğini gösterdi. Etrenjitin adsorpsiyonu düşüktü ancak etrenjitin oluşumu önemli ölçüde gecikti. Bunun nedeni, etrenjit oluşumundaki gecikmenin, silikat hidrasyonunda selüloz eterin gecikmesinin devamı olan çözeltideki ca2+ dengesinden etkilenmesidir.

3.2 Suyun Korunması

Selüloz eterin çimento harcındaki bir diğer önemli modifikasyon etkisi, ıslak harçtaki nemin erken buharlaşmasını veya baz tarafından emilmesini önleyebilen ve çimentonun hidratasyonunu geciktirerek çalışma süresini uzatabilen su tutucu bir madde olarak görünmesidir. ince harcın taranabilmesini, sıvalı harcın yayılabilmesini ve kolay emilebilen harcın önceden ıslatılmasına gerek kalmamasını sağlamak için ıslak harç.

Selüloz eterin su tutma kapasitesi viskozitesi, dozajı, türü ve ortam sıcaklığı ile yakından ilgilidir. Diğer koşullar aynıdır; selüloz eterin viskozitesi ne kadar yüksek olursa, su tutma etkisi o kadar iyi olur; az miktarda selüloz eter, harcın su tutma oranını büyük ölçüde geliştirebilir; Aynı selüloz eter için eklenen miktar ne kadar yüksek olursa, modifiye harcın su tutma oranı da o kadar yüksek olur, ancak su tutma oranının yavaş yavaş arttığı bir optimal değer vardır. Farklı selüloz eter türleri için, aynı koşullar altında HPMc'nin Mc'den daha iyi su tutması gibi su tutma açısından da farklılıklar vardır. Ayrıca selüloz eterin su tutma performansı ortam sıcaklığının artmasıyla azalmaktadır.

Selüloz eterin su tutma işlevine sahip olmasının nedeninin esas olarak molekül üzerindeki 0H'den kaynaklandığı ve eter bağındaki 0 ​​atomunun, hidrojen bağını sentezlemek için su molekülleri ile ilişkilendirileceği, böylece serbest suyun bağlayıcı hale geleceği genel olarak inanılmaktadır. su tutma konusunda iyi bir rol oynayacak şekilde su; Ayrıca selüloz eter makromoleküler zincirinin, su moleküllerinin difüzyonunda kısıtlayıcı bir rol oynadığına, böylece suyun buharlaşmasını etkili bir şekilde kontrol ederek yüksek su tutma elde edildiğine inanılmaktadır; Pourchez J, selüloz eterin, yeni karıştırılmış çimento bulamacının reolojik özelliklerini, gözenekli ağ yapısını ve suyun difüzyonunu engelleyen selüloz eter filmi oluşumunu iyileştirerek su tutma etkisine ulaştığını savundu. Laetitia P ve ark. Ayrıca harcın reolojik özelliğinin önemli bir faktör olduğuna inanıyorlar ancak aynı zamanda harcın mükemmel su tutma performansını belirleyen tek faktörün viskozite olmadığına da inanıyorlar. Selüloz eterin iyi su tutma performansına sahip olmasına rağmen, modifiye edilmiş sertleştirilmiş çimento harcı su emiliminin azalacağını belirtmekte fayda var; bunun nedeni, harç filminde ve harçta çok sayıda küçük kapalı gözeneklerin tıkanması ve selüloz eterin bloke olmasıdır. kılcal içindeki harç.

3.3 Kalınlaştırma

Harcın kıvamı, çalışma performansını ölçen önemli endekslerden biridir. Kıvamı arttırmak için sıklıkla selüloz eter eklenir. “Kıvamlılık”, taze karıştırılmış harcın yerçekimi veya dış kuvvetlerin etkisi altında akma ve deforme olma yeteneğini temsil eder. Yoğunlaşma ve su tutma gibi iki özellik birbirini tamamlar. Uygun miktarda selüloz eter eklemek, yalnızca harcın su tutma performansını arttırmakla kalmaz, düzgün bir yapı sağlar, aynı zamanda harcın kıvamını da arttırır, çimentonun dağılma önleyici özelliğini önemli ölçüde artırır, harç ve matris arasındaki bağ performansını artırır ve harcın sarkma olgusunu azaltır.

Selüloz eterin kalınlaştırıcı etkisi esas olarak kendi viskozitesinden gelir; viskozite ne kadar büyük olursa, kalınlaştırma etkisi o kadar iyi olur, ancak viskozite çok büyükse, harcın akışkanlığını azaltarak yapıyı etkiler. Molekül ağırlığı (veya polimerizasyon derecesi) ve selüloz eter konsantrasyonu, çözelti sıcaklığı, kayma hızı gibi viskozite değişimini etkileyen faktörler, nihai koyulaştırma etkisini etkileyecektir.

Selüloz eterin kalınlaşma mekanizması esas olarak hidrasyondan ve moleküller arasındaki dolaşmadan kaynaklanır. Bir yandan, selüloz eterin polimer zincirinin sudaki suyla hidrojen bağı oluşturması kolaydır, hidrojen bağı yüksek hidrasyona sahip olmasını sağlar; Öte yandan, harca selüloz eter eklendiğinde çok fazla su emecek, böylece kendi hacmi büyük ölçüde genişleyecek, parçacıkların boş alanı azalacak, aynı zamanda selüloz eter moleküler zincirleri birbiriyle iç içe geçecektir. Üç boyutlu bir ağ yapısı oluşturmak için harç parçacıkları serbestçe akmayacak şekilde çevrelenir. Başka bir deyişle, bu iki eylem altında sistemin viskozitesi iyileştirilir ve böylece istenilen koyulaştırma etkisi elde edilir.

4. İyonik olmayan selüloz eterin polimer çimentonun morfolojisi ve gözenek yapısına etkisi

Yukarıda görülebileceği gibi iyonik olmayan selüloz eter, polimer çimentoda hayati bir rol oynar ve eklenmesi kesinlikle tüm çimento harcının mikro yapısını etkileyecektir. Sonuçlar, iyonik olmayan selüloz eterin genellikle çimento harcının gözenekliliğini arttırdığını ve 3nm ~ 350um boyutundaki gözenek sayısının arttığını, bunların arasında en fazla 100nm ~ 500nm aralığındaki gözenek sayısının arttığını göstermektedir. Çimento harcının gözenek yapısı üzerindeki etkisi, eklenen iyonik olmayan selüloz eterin türü ve viskozitesi ile yakından ilgilidir. Ou Zhihua ve ark. Viskozite aynı olduğunda, HEC ile modifiye edilmiş çimento harcının gözenekliliğinin, modifiye edici olarak eklenen HPMc ve Mc'den daha küçük olduğuna inanılmaktadır. Aynı selüloz eter için, viskozite ne kadar küçükse, modifiye çimento harcının gözenekliliği de o kadar küçük olur. HPMc'nin köpüklü çimento yalıtım levhasının açıklığı üzerindeki etkisini inceleyen Wang Yanru ve ark. HPMC ilavesinin gözenekliliği önemli ölçüde değiştirmediğini ancak açıklığı önemli ölçüde azaltabildiğini buldu. Ancak Zhang Guodian ve ark. HEMc içeriği ne kadar yüksek olursa, çimento bulamacının gözenek yapısı üzerindeki etkinin de o kadar belirgin olduğunu bulmuşlardır. HEMc'nin eklenmesi, çimento bulamacının gözenekliliğini, toplam gözenek hacmini ve ortalama gözenek yarıçapını önemli ölçüde artırabilir, ancak gözeneğin spesifik yüzey alanı azalır ve çapı 50 nm'den büyük olan büyük kılcal gözeneklerin sayısı önemli ölçüde artar ve eklenen gözenekler esas olarak kapalı gözeneklerdir.

İyonik olmayan selüloz eterin çimento bulamacı gözenek yapısının oluşum süreci üzerindeki etkisi analiz edildi. Selüloz eter ilavesinin esas olarak sıvı fazın özelliklerini değiştirdiği bulunmuştur. Bir yandan, sıvı faz yüzey gerilimi azalır, çimento harcında kabarcık oluşumunu kolaylaştırır ve sıvı faz drenajını ve kabarcık difüzyonunu yavaşlatır, böylece küçük kabarcıkların büyük kabarcıklar halinde toplanması ve boşaltılması zorlaşır, dolayısıyla boşluk oluşur. büyük ölçüde arttı; Öte yandan, sıvı fazın viskozitesi artar, bu da drenajı, kabarcık difüzyonunu ve kabarcık birleşmesini engeller ve kabarcıkları stabilize etme yeteneğini artırır. Bu nedenle, selüloz eterin çimento harcının gözenek boyutu dağılımı üzerindeki etki modu elde edilebilir: 100 nm'den daha büyük gözenek boyutu aralığında, sıvı fazın yüzey gerilimini azaltarak kabarcıklar oluşturulabilir ve kabarcık difüzyonu şu şekilde engellenebilir: sıvı viskozitesinin arttırılması; 30nm ~ 60nm bölgesinde, daha küçük kabarcıkların birleşmesinin engellenmesiyle bölgedeki gözenek sayısı etkilenebilmektedir.

5. Noniyonik selüloz eterin polimer çimentonun mekanik özelliklerine etkisi

Polimer çimentonun mekanik özellikleri morfolojisi ile yakından ilişkilidir. İyonik olmayan selüloz eter ilavesiyle gözeneklilik artar ve bu da mukavemeti, özellikle de basınç mukavemeti ve bükülme mukavemeti üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olur. Çimento harcının basınç dayanımındaki azalma, eğilme dayanımından önemli ölçüde daha fazladır. Ou Zhihua ve ark. Farklı iyonik olmayan selüloz eter türlerinin çimento harcının mekanik özellikleri üzerindeki etkisini araştırmış ve selüloz eterle modifiye edilmiş çimento harcının mukavemetinin saf çimento harcından daha düşük olduğunu ve en düşük 28d basınç mukavemetinin sadece %44,3 olduğunu bulmuştur. saf çimento bulamacından. HPMc, HEMC ve MC selüloz eter ile modifiye edilmiş çimentonun basınç dayanımı ve eğilme dayanımı benzer iken, HEc ile modifiye edilmiş çimento harcının basınç dayanımı ve eğilme dayanımı her yaşta önemli ölçüde daha yüksektir. Bu onların viskozitesi veya moleküler ağırlığı ile yakından ilgilidir; selüloz eterin viskozitesi veya moleküler ağırlığı ne kadar yüksekse veya yüzey aktivitesi ne kadar büyükse, modifiye çimento harcının mukavemeti o kadar düşük olur.

Bununla birlikte, iyonik olmayan selüloz eterin çimento harcının çekme mukavemetini, esnekliğini ve yapışkanlığını artırabildiği de gösterilmiştir. Huang Liangen ve ark. basınç dayanımının değişim yasasının aksine, çimento harcındaki selüloz eter içeriğinin artmasıyla bulamacın kayma dayanımı ve çekme dayanımının arttığını buldu. Sebebinin analizi, çok sayıda yoğun polimer film oluşturmak için selüloz eter ve polimer emülsiyonunun birlikte eklenmesinden sonra, bulamacın esnekliğini ve çimento hidrasyon ürünlerini, hidratlanmamış çimentoyu, dolgu maddelerini ve bu filmde doldurulmuş diğer malzemeleri büyük ölçüde artırır. Kaplama sisteminin çekme mukavemetini sağlamak için.

İyonik olmayan selüloz eterle modifiye edilmiş polimer çimentonun performansını arttırmak, aynı zamanda çimento harcının fiziksel özelliklerini iyileştirmek, mekanik özelliklerini önemli ölçüde azaltmamak için, genel uygulama, eklenen selüloz eter ve diğer katkı maddelerinin eşleştirilmesidir. çimento harcı. Li Tao-wen ve diğerleri. Selüloz eter ve polimer tutkal tozundan oluşan kompozit katkı maddesinin, harcın bükülme mukavemetini ve basınç mukavemetini biraz arttırmakla kalmayıp, böylece çimento harcının yapışkanlığı ve viskozitesinin kaplama yapısı için daha uygun olmasını sağlamakla kalmayıp, aynı zamanda su tutma özelliğini de önemli ölçüde iyileştirdiğini buldu. Tek selüloz eter ile karşılaştırıldığında harcın kapasitesi. Xu Qi ve diğerleri. cüruf tozu, su azaltıcı madde ve HEMc eklendi ve su azaltıcı madde ve mineral tozunun harcın yoğunluğunu artırabildiğini, delik sayısını azaltabildiğini, böylece harcın mukavemetini ve elastik modülünü artırabildiğini buldu. HEMc, harcın çekme bağ mukavemetini artırabilir, ancak harcın basınç mukavemeti ve elastik modülü için iyi değildir. Yang Xiaojie ve diğerleri. HEMc ve PP elyafın karıştırılmasından sonra çimento harcındaki plastik büzülme çatlağının önemli ölçüde azaltılabileceğini buldu.

6. Sonuç

Noniyonik selüloz eter, polimer çimentoda önemli bir rol oynar; bu, çimento harcının fiziksel özelliklerini (pıhtılaşmayı geciktirme, su tutma, kalınlaşma dahil), mikroskobik morfolojiyi ve mekanik özelliklerini önemli ölçüde geliştirebilir. Çimento esaslı malzemelerin selüloz eter ile modifikasyonu üzerine pek çok çalışma yapılmıştır ancak hala daha fazla çalışılması gereken bazı problemler bulunmaktadır. Örneğin, pratik mühendislik uygulamalarında, modifiye edilmiş çimento bazlı malzemelerin reolojisine, deformasyon özelliklerine, hacim stabilitesine ve dayanıklılığına çok az önem verilmektedir ve eklenen selüloz eter ile buna karşılık gelen düzenli bir ilişki kurulmamıştır. Selüloz eter polimeri ve çimento hidratasyon ürünlerinin hidratasyon reaksiyonundaki göç mekanizması üzerine yapılan araştırmalar halen yetersizdir. Selüloz eter ve diğer katkılardan oluşan bileşik katkı maddelerinin etki süreci ve mekanizması yeterince açık değildir. Selüloz eter ve cam elyafı gibi inorganik takviyeli malzemelerin kompozit ilavesi mükemmel değildir. Bütün bunlar, polimer çimentonun performansının daha da geliştirilmesi için teorik rehberlik sağlamak üzere gelecekteki araştırmaların odak noktası olacaktır.