Vữa xi măng biến tính cellulose ether

Ảnh hưởng của cấu trúc phân tử khác nhau của ete cellulose không ion đến cấu trúc lỗ rỗng của vữa xi măng được nghiên cứu bằng phép thử mật độ hiệu suất và quan sát cấu trúc lỗ chân lông vĩ mô và vi mô. Kết quả cho thấy ete cellulose không ion có thể làm tăng độ xốp của vữa xi măng. Khi độ nhớt của bùn biến tính ete cellulose không ion tương tự nhau, độ xốp củaete hydroxyetyl ​​xenlulozaBùn biến tính (HEC) nhỏ hơn so với bùn biến tính hydroxypropyl metyl cellulose (HPMC) và huyền phùng biến đổi metyl cellulose (MC). Độ nhớt/trọng lượng phân tử tương đối của ete cellulose HPMC có hàm lượng nhóm tương tự càng thấp thì độ xốp của vữa xi măng biến tính càng nhỏ. Ether cellulose không ion có thể làm giảm sức căng bề mặt của pha lỏng và làm cho vữa xi măng dễ tạo thành bong bóng. Các phân tử ete cellulose không ion được hấp phụ định hướng tại bề mặt phân cách khí-lỏng của bong bóng, điều này cũng làm tăng độ nhớt của pha vữa xi măng và tăng cường khả năng ổn định bong bóng của vữa xi măng.

Từ khóa:ete cellulose không ion; Vữa xi măng; Cấu trúc lỗ chân lông; Cấu trúc phân tử; Sức căng bề mặt; độ nhớt

Ether cellulose không ion (sau đây gọi là ether cellulose) có độ dày và khả năng giữ nước tuyệt vời, được sử dụng rộng rãi trong vữa hỗn hợp khô, bê tông tự lèn và các vật liệu gốc xi măng mới khác. Ete xenlulo được sử dụng trong vật liệu gốc xi măng thường bao gồm metyl cellulose ete (MC), hydroxypropyl metyl cellulose ete (HPMC), hydroxyethyl metyl cellulose ete (HEMC) và hydroxyethyl cellulose ete (HEC), trong đó HPMC và HEMC là những ứng dụng phổ biến nhất .

Cellulose ether có thể ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc lỗ rỗng của vữa xi măng. Pourchez và cộng sự, thông qua kiểm tra mật độ biểu kiến, kiểm tra kích thước lỗ chân lông (phương pháp tiêm thủy ngân) và phân tích hình ảnh sEM, đã kết luận rằng ete xenlulo có thể làm tăng số lượng lỗ chân lông có đường kính khoảng 500nm và lỗ chân lông có đường kính khoảng 50-250μm trong vữa xi măng. Hơn nữa, đối với vữa xi măng cứng, sự phân bố kích thước lỗ rỗng của vữa xi măng biến tính HEC trọng lượng phân tử thấp tương tự như vữa xi măng nguyên chất. Tổng thể tích lỗ rỗng của vữa xi măng biến tính HEC trọng lượng phân tử cao cao hơn so với vữa xi măng nguyên chất, nhưng thấp hơn so với vữa xi măng biến tính HPMC có độ đặc gần như nhau. Thông qua quan sát SEM, Zhang et al. nhận thấy HEMC có thể làm tăng đáng kể số lượng lỗ rỗng có đường kính khoảng 0,1mm trong vữa xi măng. Họ cũng phát hiện ra qua thử nghiệm phun thủy ngân rằng HEMC có thể làm tăng đáng kể tổng thể tích lỗ rỗng và đường kính lỗ rỗng trung bình của vữa xi măng, dẫn đến sự gia tăng đáng kể số lượng lỗ chân lông lớn có đường kính 50nm ~ 1μm và lỗ chân lông lớn có đường kính lớn hơn hơn 1μm. Tuy nhiên, số lượng lỗ chân lông có đường kính nhỏ hơn 50nm đã giảm đáng kể. Saric-Coric và cộng sự. tin rằng ete xenlulo sẽ làm cho vữa xi măng xốp hơn và dẫn đến sự gia tăng các lỗ lớn. Jenni và cộng sự. đã kiểm tra mật độ hiệu suất và xác định rằng phần thể tích lỗ rỗng của vữa xi măng biến tính HEMC là khoảng 20%, trong khi vữa xi măng nguyên chất chỉ chứa một lượng nhỏ không khí. Silva và cộng sự. nhận thấy rằng ngoài hai đỉnh ở bước sóng 3,9 nm và 40 ~ 75nm là vữa xi măng nguyên chất, còn có hai đỉnh ở bước sóng 100 ~ 500nm và lớn hơn 100μm thông qua thử nghiệm phun thủy ngân. Mã Bảo Quốc và cộng sự. phát hiện ra rằng ete cellulose làm tăng số lượng lỗ chân lông mịn có đường kính nhỏ hơn 1μm và lỗ chân lông lớn có đường kính lớn hơn 2μm trong vữa xi măng thông qua thử nghiệm phun thủy ngân. Về lý do ete xenlulo làm tăng độ xốp của vữa xi măng, người ta thường tin rằng ete xenlulo có hoạt động bề mặt, sẽ làm giàu trong giao diện không khí và nước, tạo thành một lớp màng, để ổn định các bong bóng trong vữa xi măng.

Qua phân tích tài liệu trên, có thể thấy tác dụng của ete xenlulo đến cấu trúc lỗ rỗng của vật liệu gốc xi măng đã nhận được sự quan tâm rất lớn. Tuy nhiên, có nhiều loại ete xenlulo, cùng một loại ete xenlulo, trọng lượng phân tử tương đối, hàm lượng nhóm và các thông số cấu trúc phân tử khác cũng rất khác nhau, và các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước về việc lựa chọn ete xenlulo chỉ giới hạn ở ứng dụng tương ứng của họ. lĩnh vực, thiếu tính trình bày, kết luận tất yếu là “khái quát hóa quá mức”, do đó việc giải thích cơ chế cellulose ether chưa đủ sâu. Trong bài báo này, ảnh hưởng của ete xenlulo có cấu trúc phân tử khác nhau đến cấu trúc lỗ rỗng của vữa xi măng được nghiên cứu bằng phép đo mật độ biểu kiến ​​và quan sát cấu trúc lỗ rỗng ở cấp độ vĩ mô và vi mô.

1. Kiểm tra

1.1 Nguyên liệu thô

Xi măng là loại xi măng Portland thông thường P·O 42,5 do Công ty TNHH Xi măng Huaxin sản xuất, trong đó thành phần hóa học được đo bằng máy quang phổ huỳnh quang tia X loại phân tán bước sóng Ad-Vanced AXIOS (PANa — lytical, Hà Lan), và thành phần pha được ước tính bằng phương pháp Bogue.

Cellulose ether đã chọn bốn loại ete cellulose thương mại, lần lượt là methyl cellulose ether (MC), hydroxypropyl methyl cellulose ether (HPMC1, HPMC2) và hydroxyethyl cellulose ether (HEC), cấu trúc phân tử HPMC1 và HPMC2 tương tự nhau, nhưng độ nhớt nhỏ hơn nhiều so với HPMC2. Nghĩa là khối lượng phân tử tương đối của HPMC1 nhỏ hơn nhiều so với HPMC2. Do đặc tính tương tự của hydroxyethyl methyl cellulose ether (HEMc) và HPMC, HEMC không được chọn trong nghiên cứu này. Để tránh ảnh hưởng của độ ẩm đến kết quả thử nghiệm, tất cả ete xenlulo được nung ở 98oC trong 2 giờ trước khi sử dụng.

Độ nhớt của ete xenlulo được kiểm tra bằng máy đo độ nhớt quay NDJ-1B (Công ty Changji Thượng Hải). Nồng độ dung dịch thử nghiệm (tỷ lệ khối lượng của ete xenlulo với nước) là 2,0%, nhiệt độ là 20oC và tốc độ quay là 12 vòng/phút. Sức căng bề mặt của ete xenlulo được kiểm tra bằng phương pháp vòng. Dụng cụ thử nghiệm là máy đo độ căng tự động JK99A (Công ty Zhongchen Thượng Hải). Nồng độ của dung dịch thử là 0,01% và nhiệt độ là 20oC. Hàm lượng nhóm cellulose ether được cung cấp bởi nhà sản xuất.

Theo độ nhớt, sức căng bề mặt và hàm lượng nhóm của ete cellulose, khi nồng độ dung dịch là 2,0%, tỷ lệ độ nhớt của dung dịch HEC và HPMC2 là 1:1,6 và tỷ lệ độ nhớt của dung dịch HEC và MC là 1: 0,4, nhưng trong thử nghiệm này, tỷ lệ nước-xi măng là 0,35, tỷ lệ xi măng tối đa là 0,6%, tỷ lệ khối lượng của ete xenlulo với nước là khoảng 1,7%, nhỏ hơn 2,0% và tác dụng hiệp đồng của vữa xi măng đối với độ nhớt, do đó, chênh lệch độ nhớt của vữa xi măng biến tính HEC, HPMC2 hoặc MC là nhỏ.

Theo độ nhớt, sức căng bề mặt và hàm lượng nhóm của ete xenlulo, sức căng bề mặt của mỗi ete xenlulo là khác nhau. Cellulose ether có cả nhóm ưa nước (nhóm hydroxyl và ether) và nhóm kỵ nước (vòng methyl và glucose carbon), là chất hoạt động bề mặt. Cellulose ether là khác nhau, loại và hàm lượng các nhóm ưa nước và kỵ nước khác nhau, dẫn đến sức căng bề mặt khác nhau.

1.2 Phương pháp thử

Sáu loại vữa xi măng đã được chuẩn bị, bao gồm vữa xi măng nguyên chất, bốn loại vữa xi măng ete xenlulo (MC, HPMCl, HPMC2 và HEC) vữa xi măng biến tính với tỷ lệ xi măng 0,60% và vữa xi măng biến tính HPMC2 với tỷ lệ xi măng 0,05%. Tham chiếu, MC — 0,60, HPMCl — 0,60, Hpmc2-0,60. HEC 1-0,60 và hpMC2-0,05 chỉ ra rằng tỷ lệ nước-xi măng đều là 0,35.

Vữa xi măng đầu tiên theo GB/T 17671 1999 “phương pháp kiểm tra cường độ vữa xi măng (phương pháp ISO)” được chế tạo thành khối thử nghiệm lăng kính 40mm × 40mm × 160mm, trong điều kiện bảo dưỡng kín 20oC 28d. Sau khi cân và tính toán mật độ biểu kiến ​​của nó, nó được mở ra bằng một chiếc búa nhỏ, đồng thời quan sát và chụp ảnh trạng thái lỗ vĩ mô của phần trung tâm của khối thử nghiệm bằng máy ảnh kỹ thuật số. Đồng thời, các mảnh nhỏ có kích thước 2,5 ~ 5,0mm được lấy để quan sát bằng kính hiển vi quang học (kính hiển vi video ba chiều HIROX) và kính hiển vi điện tử quét (JSM-5610LV).

2. Kết quả kiểm tra

2.1 Mật độ biểu kiến

Theo mật độ biểu kiến ​​của vữa xi măng được biến đổi bởi các ete xenlulo khác nhau, (1) mật độ biểu kiến ​​của vữa xi măng nguyên chất là cao nhất, là 2044 kg/m³; Mật độ biểu kiến ​​của bốn loại bùn biến tính ete xenlulo với tỷ lệ xi măng là 0,60% là 74% ~ 88% so với vữa xi măng nguyên chất, cho thấy rằng ete xenlulo làm tăng độ xốp của vữa xi măng. (2) Khi tỷ lệ xi măng và xi măng là 0,60% thì ảnh hưởng của các ete xenlulo khác nhau đến độ xốp của vữa xi măng là rất khác nhau. Độ nhớt của vữa xi măng biến tính HEC, HPMC2 và MC là tương tự nhau, nhưng mật độ biểu kiến ​​của vữa xi măng biến tính HEC là cao nhất, cho thấy độ xốp của vữa xi măng biến tính HEC nhỏ hơn so với vữa xi măng biến tính HPMc2 và Mc có độ nhớt tương tự . HPMc1 và HPMC2 có hàm lượng nhóm tương tự nhau, nhưng độ nhớt của HPMCl thấp hơn nhiều so với HPMC2 và mật độ biểu kiến ​​của vữa xi măng biến tính HPMCl cao hơn đáng kể so với vữa xi măng biến tính HPMC2, điều này cho thấy rằng khi hàm lượng nhóm tương tự nhau , độ nhớt của ete cellulose càng thấp thì độ xốp của vữa xi măng biến tính càng thấp. (3) Khi tỷ lệ xi măng-xi măng rất nhỏ (0,05%), mật độ biểu kiến ​​của vữa xi măng biến tính HPMC2 về cơ bản gần giống với vữa xi măng nguyên chất, cho thấy ảnh hưởng của ete xenlulo đến độ xốp của xi măng bùn rất nhỏ.

2.2 Lỗ chân lông vĩ mô

Theo ảnh chụp phần vữa xi măng biến tính cellulose ete được chụp bằng máy ảnh kỹ thuật số, vữa xi măng nguyên chất rất đặc, hầu như không nhìn thấy lỗ chân lông; Bốn loại vữa biến tính ete xenlulo với tỷ lệ xi măng 0,60% đều có lỗ chân lông vĩ mô hơn, cho thấy ete xenlulo dẫn đến sự gia tăng độ xốp của vữa xi măng. Tương tự như kết quả kiểm tra mật độ biểu kiến, ảnh hưởng của các loại và hàm lượng ete xenlulo khác nhau đến độ xốp của vữa xi măng là khá khác nhau. Độ nhớt của bùn biến tính HEC, HPMC2 và MC là tương tự nhau, nhưng độ xốp của bùn biến tính HEC nhỏ hơn so với bùn biến tính HPMC2 và MC. Mặc dù HPMC1 và HPMC2 có hàm lượng nhóm tương tự nhau, nhưng bùn biến tính HPMC1 có độ nhớt thấp hơn có độ xốp nhỏ hơn. Khi tỷ lệ xi măng/xi măng của vữa biến tính HPMc2 rất nhỏ (0,05%), số lượng lỗ rỗng vĩ mô tăng nhẹ so với vữa xi măng nguyên chất, nhưng giảm rất nhiều so với vữa biến tính HPMC2 với tỷ lệ xi măng trên 0,60%. -tỉ lệ xi măng

2.3 Lỗ chân lông siêu nhỏ

4. Kết luận

(1) Cellulose ether có thể làm tăng độ xốp của vữa xi măng.

(2) Ảnh hưởng của ete xenlulo đến độ xốp của vữa xi măng với các thông số cấu trúc phân tử khác nhau là khác nhau: khi độ nhớt của vữa xi măng biến tính cellulose ete tương tự nhau thì độ xốp của vữa xi măng biến tính HEC nhỏ hơn so với HPMC và MC biến tính vữa xi măng; Độ nhớt/trọng lượng phân tử tương đối của ete cellulose HPMC có hàm lượng nhóm tương tự càng thấp thì độ xốp của vữa xi măng biến tính càng thấp.

(3) Sau khi thêm ete xenlulo vào vữa xi măng, độ căng bề mặt của pha lỏng giảm, do đó vữa xi măng dễ hình thành bong bóng. Các phân tử ete xenluloza hấp phụ định hướng trong giao diện khí-lỏng bong bóng, cải thiện độ bền và độ dẻo dai của sự hấp phụ màng chất lỏng bong bóng trong giao diện khí-lỏng bong bóng, cải thiện độ bền của màng chất lỏng bong bóng và tăng cường khả năng ổn định bong bóng của bùn cứng.