Цементний розчин, модифікований ефіром целюлози

Вплив різної молекулярної структури неіонного ефіру целюлози на структуру пор цементного розчину вивчали за допомогою випробування на щільність і макроскопічного та мікроскопічного спостереження структури пор. Результати показують, що неіонний ефір целюлози може збільшити пористість цементного розчину. Коли в’язкість суспензії, модифікованої неіонним ефіром целюлози, є подібною, пористістьефір гідроксиетилцелюлози(HEC) модифікована суспензія менша, ніж суспензія, модифікована гідроксипропілметилцелюлозним ефіром (HPMC) і метилцелюлозним ефіром (MC). Чим нижча в’язкість/відносна молекулярна маса ефіру целюлози HPMC з подібним вмістом груп, тим менша пористість його модифікованого цементного розчину. Неіонний ефір целюлози може зменшити поверхневий натяг рідкої фази та зробити цементний розчин легким для утворення бульбашок. Неіонні молекули ефіру целюлози направлено адсорбуються на межі розділу газ-рідина бульбашок, що також збільшує в’язкість фази цементного розчину та покращує здатність цементного розчину стабілізувати бульбашки.

Ключові слова:неіонний ефір целюлози; Цементний розчин; структура пор; Молекулярна структура; поверхневий натяг; в'язкість

Неіоногенний ефір целюлози (надалі ефір целюлози) має чудове згущення та утримання води, і широко використовується в сухих розчинах, самоущільнювальному бетоні та інших нових матеріалах на основі цементу. Прості ефіри целюлози, що використовуються в матеріалах на основі цементу, зазвичай включають метиловий ефір (MC), гідроксипропілметиловий ефір целюлози (HPMC), гідроксіетилметилцелюлозний ефір (HEMC) і гідроксиетилцелюлозний ефір (HEC), серед яких HPMC і HEMC є найпоширенішими застосуваннями. .

Ефір целюлози може істотно впливати на структуру пор цементного розчину. Пурчез та ін. за допомогою тесту на видиму щільність, тесту на розмір пор (метод ін’єкції ртуті) та аналізу зображень СЕМ дійшли висновку, що ефір целюлози може збільшити кількість пор діаметром приблизно 500 нм і пор діаметром приблизно 50-250 мкм у цементний розчин. Більше того, для затверділого цементного розчину розподіл розмірів пор цементного розчину, модифікованого HEC з низькою молекулярною вагою, подібний до розподілу чистого цементного розчину. Загальний об’єм пор цементного розчину з високою молекулярною масою, модифікованого HEC, вищий, ніж у чистого цементного розчину, але менший, ніж у цементного розчину, модифікованого HPMC, приблизно з такою ж консистенцією. За допомогою SEM спостереження Zhang et al. виявили, що HEMC може значно збільшити кількість пор діаметром приблизно 0,1 мм у цементному розчині. Вони також виявили за допомогою ін’єкційного випробування ртуті, що HEMC може значно збільшити загальний об’єм пор і середній діаметр пор цементного розчину, що призведе до значного збільшення кількості великих пор діаметром 50 нм ~ 1 мкм і великих пор діаметром більше ніж 1 мкм. Однак кількість пор з діаметром менше 50 нм була значно зменшена. Saric-Coric та ін. вважали, що ефір целюлози зробить цементний розчин більш пористим і призведе до збільшення макропор. Дженні та ін. перевірив щільність продуктивності та визначив, що об’ємна частка пор модифікованого цементного розчину HEMC становила приблизно 20%, тоді як чистий цементний розчин містив лише невелику кількість повітря. Сільва та ін. виявили, що на додаток до двох піків при 3,9 нм і 40 ~ 75 нм у вигляді чистого цементного розчину, існували також два піки при 100 ~ 500 нм і більше 100 мкм під час випробування на введення ртуті. Ма Баогуо та ін. виявили, що целюлозний ефір збільшив кількість дрібних пор з діаметром менше 1 мкм і великих пор з діаметром більше 2 мкм у цементному розчині за допомогою тесту з ін’єкцією ртуті. Що стосується того, що ефір целюлози збільшує пористість цементного розчину, зазвичай вважають, що ефір целюлози має поверхневу активність, збагачує повітря та воду, утворюючи плівку, щоб стабілізувати бульбашки в цементному розчині.

Завдяки наведеному вище аналізу літератури можна побачити, що вплив ефіру целюлози на структуру пор матеріалів на основі цементу приділяв велику увагу. Однак існує багато видів ефіру целюлози, той самий вид ефіру целюлози, його відносна молекулярна маса, вміст групи та інші параметри молекулярної структури також дуже різні, і вітчизняні та зарубіжні дослідники з вибору ефіру целюлози обмежуються лише їх відповідним застосуванням поле, відсутність представлення, висновок неминуче «надмірне узагальнення», так що пояснення механізму ефіру целюлози недостатньо глибоке. У цій статті було вивчено вплив ефіру целюлози з різною молекулярною структурою на структуру пор цементного розчину за допомогою тесту на видиму щільність і макроскопічного та мікроскопічного спостереження структури пор.

1. Тест

1.1 Сировина

Цементом був звичайний портландцемент P·O 42,5 виробництва Huaxin Cement Co., LTD., хімічний склад якого вимірювали за допомогою рентгенівського флуоресцентного спектрометра дисперсійного типу AXIOS Ad-Vanced (PANa — lytical, Нідерланди), а фазовий склад оцінено методом Богу.

Ефір целюлози вибрав чотири види комерційного ефіру целюлози, відповідно метиловий ефір (MC), гідроксипропілметиловий ефір целюлози (HPMC1, HPMC2) і гідроксіетилцелюлозний ефір (HEC), молекулярна структура HPMC1 і HPMC2 подібні, але в'язкість набагато менша, ніж HPMC2 , Тобто відносна молекулярна маса HPMC1 набагато менша, ніж у HPMC2. Через подібні властивості ефіру гідроксиетилметилцелюлози (HEMc) і HPMC, HEMCs не були обрані в цьому дослідженні. Щоб уникнути впливу вмісту вологи на результати тесту, усі ефіри целюлози перед використанням випікали при 98 ℃ протягом 2 годин.

В'язкість ефіру целюлози перевіряли ротаційним віскозиметром NDJ-1B (Shanghai Changji Company). Концентрація досліджуваного розчину (масове відношення ефіру целюлози до води) становила 2,0%, температура становила 20 ℃, а швидкість обертання становила 12 об/хв. Поверхневий натяг ефіру целюлози досліджували кільцевим методом. Тестовим приладом був автоматичний тензіометр JK99A (Shanghai Zhongchen Company). Концентрація досліджуваного розчину становила 0,01%, а температура була 20 ℃. Вміст ефірної групи целюлози надається виробником.

Відповідно до в'язкості, поверхневого натягу та групового вмісту ефіру целюлози, коли концентрація розчину становить 2,0%, співвідношення в'язкості розчину HEC і HPMC2 становить 1: 1,6, а співвідношення в'язкості розчину HEC і MC становить 1: 0,4, але у цьому тесті водоцементне співвідношення становить 0,35, максимальне цементне співвідношення становить 0,6%, масове співвідношення ефіру целюлози до води становить близько 1,7%, менше 2,0%, а синергетичний ефект цементного розчину на в'язкість, тому різниця в'язкості цементного розчину, модифікованого HEC, HPMC2 або MC, невелика.

Відповідно до в'язкості, поверхневого натягу та групового вмісту ефіру целюлози поверхневий натяг кожного ефіру целюлози різний. Ефір целюлози має як гідрофільні групи (гідроксильні та ефірні групи), так і гідрофобні групи (метильне та вуглецеве кільце глюкози), є поверхнево-активною речовиною. Ефір целюлози різний, тип і вміст гідрофільних і гідрофобних груп різні, що призводить до різного поверхневого натягу.

1.2 Методи випробувань

Було виготовлено шість типів цементного розчину, включаючи чистий цементний розчин, чотири цементні розчини, модифіковані ефірами целюлози (MC, HPMCl, HPMC2 і HEC), з вмістом цементу 0,60% і цементний розчин, модифікований HPMC2, з вмістом цементу 0,05%. Ref, MC — 0,60, HPMCl — 0,60, Hpmc2-0,60. HEC 1-0,60 і hpMC2-0,05 вказують на те, що водоцементне співвідношення дорівнює 0,35.

Цементний розчин спочатку відповідно до GB/T 17671 1999 «Метод випробування міцності цементного розчину (метод ISO)», зроблений у тестовий блок із призмами розміром 40 мм × 40 мм × 160 мм, за умови герметичної твердості 20 ℃ 28d. Після зважування та обчислення його видимої щільності його розбили невеликим молотком, а стан макроотвору в центральній частині тестового блоку спостерігали та сфотографували цифровою камерою. У той же час маленькі шматочки розміром 2,5 ~ 5,0 мм були взяті для спостереження за допомогою оптичного мікроскопа (тривимірний відеомікроскоп HIROX) і скануючого електронного мікроскопа (JSM-5610LV).

2. Результати тестування

2.1 Видима щільність

Відповідно до уявної щільності цементного розчину, модифікованого різними ефірами целюлози, (1) уявна щільність чистого цементного розчину є найвищою, яка становить 2044 кг/м³; Уявна щільність чотирьох типів суспензії, модифікованої ефіром целюлози, із співвідношенням цементу 0,60% становила 74% ~ 88% від густини чистого цементного розчину, що вказує на те, що ефір целюлози спричинив збільшення пористості цементного розчину. (2) Коли співвідношення цементу до цементу становить 0,60%, вплив різних ефірів целюлози на пористість цементного розчину дуже різний. В’язкість цементного розчину, модифікованого HEC, HPMC2 та MC, подібна, але видима щільність цементного розчину, модифікованого HEC, є найвищою, що вказує на те, що пористість цементного розчину, модифікованого HEC, менша, ніж пористість цементного розчину, модифікованого HPMc2 та Mc, з аналогічною в’язкістю. . HPMC1 і HPMC2 мають подібний вміст групи, але в’язкість HPMCl набагато нижча, ніж у HPMC2, а видима щільність модифікованого цементного розчину HPMCl значно вища, ніж у модифікованого цементного розчину HPMC2, що вказує на те, що коли вміст групи подібний , чим менша в'язкість ефіру целюлози, тим менша пористість модифікованого цементного розчину. (3) Коли співвідношення цементу до цементу дуже мале (0,05%), видима щільність цементного розчину, модифікованого HPMC2, в основному близька до густини чистого цементного розчину, що вказує на те, що вплив ефіру целюлози на пористість цементу гною дуже мало.

2.2 Макроскопічна пора

Відповідно до фотографій розділу цементного розчину, модифікованого ефіром целюлози, зробленого цифровою камерою, чистий цементний розчин дуже щільний, майже без видимих ​​пор; Чотири види суспензії, модифікованої ефіром целюлози з коефіцієнтом цементу 0,60%, мають більше макроскопічних пор, що вказує на те, що ефір целюлози призводить до збільшення пористості цементної суспензії. Подібно до результатів тесту на уявну щільність, вплив різних типів ефіру целюлози та вмісту на пористість цементного розчину є досить різним. В’язкість суспензії, модифікованої HEC, HPMC2 та MC, подібна, але пористість суспензії, модифікованої HEC, менша, ніж пористість суспензії, модифікованої HPMC2 та MC. Хоча HPMC1 і HPMC2 мають подібний груповий вміст, модифікована суспензія HPMC1 з меншою в'язкістю має меншу пористість. Коли співвідношення цементу до цементу в суспензії, модифікованій HPMC2, дуже мале (0,05%), кількість макроскопічних пор дещо збільшується, ніж у чистому цементному розчині, але значно зменшується, ніж у суспензії, модифікованій HPMC2 з 0,60% цементу. - цементний коефіцієнт.

2.3 Мікроскопічні пори

4. Висновок

(1) Ефір целюлози може збільшити пористість цементного розчину.

(2) Вплив ефіру целюлози на пористість цементного розчину з різними параметрами молекулярної структури є різним: коли в’язкість цементного розчину, модифікованого ефіром целюлози, однакова, пористість цементного розчину, модифікованого HEC, є меншою, ніж у HPMC та модифікованого MC цементний розчин; Чим нижча в'язкість/відносна молекулярна маса ефіру целюлози HPMC з подібним вмістом груп, тим нижча пористість його модифікованого цементного розчину.

(3) Після додавання ефіру целюлози до цементного розчину, поверхневий натяг рідкої фази зменшується, так що цементний розчин легко утворює бульбашки і спрямовану адсорбцію молекул ефіру целюлози на межі розділу бульбашок газ-рідина, покращує міцність і в’язкість адсорбція бульбашкової рідкої плівки на межі бульбашок газ-рідина, покращує міцність рідкої плівки бульбашок і зміцнює здатність міцного шламу стабілізувати бульбашку.