Исследование изменения вязкости цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы

Резюме: Загущение является важным модифицирующим эффектом эфира целлюлозы на материалы на основе цемента. Исследовано влияние содержания эфира целлюлозы, скорости вращения вискозиметра и температуры на изменение вязкости цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы. Результаты показывают, что вязкость цементного раствора непрерывно увеличивается с увеличением содержания эфира целлюлозы, а вязкость раствора эфира целлюлозы и цементного раствора имеет «комбинированный эффект наложения»; Псевдопластичность цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, ниже, чем у чистого цементного раствора, а вязкость Чем ниже скорость вращения инструмента, или чем ниже вязкость цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, либо чем ниже содержание эфира целлюлозы, тем более очевидна псевдопластичность цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы; При совместном воздействии гидратации вязкость цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, будет увеличиваться или уменьшаться. Различные виды эфира целлюлозы по-разному изменяют вязкость модифицированного цементного раствора.

Ключевые слова: эфир целлюлозы; цементный раствор; вязкость

0、Предисловие

Эфиры целлюлозы часто используются в качестве водоудерживающих агентов и загустителей для материалов на основе цемента. В зависимости от различных заместителей простые эфиры целлюлозы, используемые в материалах на основе цемента, обычно включают метилцеллюлозу (MC), гидроксиэтилцеллюлозу (HEC), эфир гидроксиэтилметилцеллюлозы (гидроксиэтилметилцеллюлозу, HEMC) и гидроксипропилметилцеллюлозу (гидроксипропилметилцеллюлозу, HPMC). среди которых наиболее часто используются HPMC и HEMC.

Загущение является важным модифицирующим действием эфира целлюлозы на материалы на основе цемента. Эфир целлюлозы может придать влажному раствору превосходную вязкость, значительно увеличить способность сцепления между влажным раствором и базовым слоем и улучшить характеристики раствора против провисания. Он также может повысить однородность и антидисперсионную способность свежесмешанных материалов на основе цемента, а также предотвратить расслоение, сегрегацию и выделение раствора и бетона.

Загущающее действие эфира целлюлозы на материалы на основе цемента можно количественно оценить с помощью реологической модели материалов на основе цемента. Материалы на основе цемента обычно рассматривают как жидкость Бингама, т. е. когда приложенное напряжение сдвига r меньше предела текучести r0, материал сохраняет свою первоначальную форму и не течет; когда напряжение сдвига r превышает предел текучести r0, объект подвергается деформации течения, а напряжение сдвига r имеет линейную зависимость от скорости деформации y, т. е. r=r0+f·y, где f — пластическая деформация. вязкость. Эфиры целлюлозы обычно повышают предел текучести и пластическую вязкость материалов на основе цемента, однако более низкие дозировки приводят к снижению предела текучести и пластической вязкости, в основном из-за воздухововлекающего действия эфиров целлюлозы. Исследования Патураля показывают, что молекулярная масса эфира целлюлозы увеличивается, предел текучести цементного раствора снижается, а консистенция увеличивается.

Вязкость цементного раствора является важным показателем для оценки загущающего действия эфира целлюлозы на материалы на основе цемента. В некоторых источниках изучался закон изменения вязкости раствора эфира целлюлозы, но по-прежнему отсутствуют соответствующие исследования влияния эфира целлюлозы на изменение вязкости цементного раствора. В то же время, по разным типам заместителей существует много типов эфиров целлюлозы. Влияние различных типов и вязкости эфиров целлюлозы на изменение вязкости цементного раствора также является очень важным вопросом при использовании эфиров целлюлозы. В данной работе используется ротационный вискозиметр для изучения изменения вязкости цементных растворов, модифицированных эфиром целлюлозы, различных типов и вязкости при различных соотношениях полизолы, скоростях вращения и температурах.

1. Эксперимент

1.1 Сырье

(1) Эфир целлюлозы. Были выбраны шесть видов простых эфиров целлюлозы, обычно используемых в моей стране, в том числе 1 вид МС, 1 вид ГЭЦ, 2 вида ГПМЦ и 2 вида ГЭМС, среди которых вязкость 2 видов ГПМЦ и 2 видов ГЭМС, очевидно, была другой. Вязкость эфира целлюлозы определяли на ротационном вискозиметре NDJ-1B (Shanghai Changji Company), концентрация испытуемого раствора 1,0 или 2,0 %, температура 20°С, скорость вращения 12 об/мин.

(2) Цемент. Обычный портландцемент производства Wuhan Huaxin Cement Co., Ltd. имеет спецификацию P·O 42,5 (GB 175-2007).

1.2 Метод измерения вязкости раствора эфира целлюлозы

Возьмите образец эфира целлюлозы определенного качества и добавьте его в стеклянный химический стакан на 250 мл, затем добавьте 250 г горячей воды при температуре около 90°C; полностью перемешайте стеклянной палочкой, чтобы эфир целлюлозы образовал однородную дисперсионную систему в горячей воде, и в то же время поместите стакан Cool на воздух. Когда раствор начнет приобретать вязкость и больше не будет осаждаться, немедленно прекратите перемешивание; когда раствор охлаждают на воздухе до однородного цвета, помещают химический стакан в водяную баню с постоянной температурой и поддерживают температуру до указанной температуры. Погрешность ± 0,1°С; через 2 ч (рассчитывается по времени контакта эфира целлюлозы с горячей водой) измеряют термометром температуру в центре раствора. Производственно) ротор вводят в раствор на заданную глубину, выдерживая в течение 5мин, измеряют его вязкость.

1.3 Измерение вязкости цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы

Перед опытом все сырье выдерживают при заданной температуре, отвешивают указанную массу эфира целлюлозы и цемента, тщательно перемешивают и добавляют в стеклянный стакан вместимостью 250 мл водопроводную воду заданной температуры с водоцементным отношением 0,65; затем добавьте сухой порошок в химический стакан и подождите 3 минуты. Тщательно перемешайте стеклянной палочкой 300 раз, вставьте ротор ротационного вискозиметра (типа NDJ-1B производства Shanghai Changji Geological Instrument Co., Ltd.) в стакан. раствора на заданную глубину и измерить его вязкость после стояния в течение 2 минут. Чтобы максимально избежать влияния тепла гидратации цемента на тест вязкости цементного раствора, вязкость цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, должна быть проверена, когда цемент находится в контакте с водой в течение 5 минут.

2. Результаты и анализ

2.1 Влияние содержания эфира целлюлозы

Количество эфира целлюлозы здесь относится к массовому отношению эфира целлюлозы к цементу, то есть к полизольному отношению. Из влияния трех видов эфиров целлюлозы P2, E2 и H1 на изменение вязкости цементного раствора при различных дозировках (0,1%, 0,3%, 0,6% и 0,9%) видно, что после добавления эфира целлюлозы вязкость увеличивается вязкость цементного раствора; по мере увеличения количества эфира целлюлозы вязкость цементного раствора непрерывно увеличивается, и диапазон увеличения вязкости цементного раствора также становится больше.

При водоцементном отношении 0,65 и содержании эфира целлюлозы 0,6% с учетом расхода воды на начальную гидратацию цемента концентрация эфира целлюлозы по отношению к воде составляет около 1%. При концентрации 1% водные растворы P2, E2 и H1 имеют вязкость 4990 мПа·с, 5070 мПа·с и 5250 мПа·с соответственно; при водоцементном отношении 0,65 вязкость чистого цементного раствора составляет 836 мПа·с. Однако вязкость цементных растворов, модифицированных тремя эфирами целлюлозы Р2, Е2 и Н1, составляет 13800 мПа·с, 12900 мПа·с и 12700 мПа·с соответственно. Очевидно, что вязкость цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, не является вязкостью раствора эфира целлюлозы, и простое сложение вязкости чистого цементного раствора значительно больше, чем сумма двух вязкостей, то есть вязкость раствора эфира целлюлозы. и вязкость цементного раствора имеют «комбинированный эффект суперпозиции». Вязкость раствора эфира целлюлозы обусловлена сильной гидрофильностью гидроксильных групп и эфирных связей в молекулах эфира целлюлозы и трехмерной сетчатой структурой, образованной молекулами эфира целлюлозы в растворе; вязкость чистого цементного раствора обусловлена сеткой, образующейся между структурой продуктов гидратации цемента. Поскольку продукты гидратации полимера и цемента часто образуют взаимопроникающую сетчатую структуру, в цементном растворе, модифицированном эфиром целлюлозы, трехмерная сетчатая структура эфира целлюлозы и сетчатая структура продуктов гидратации цемента переплетаются, а молекулы эфира целлюлозы адсорбируются цементом. продукты гидратации вместе производят «композитный эффект суперпозиции», который значительно увеличивает общую вязкость цементного раствора; так как одна молекула эфира целлюлозы может переплетаться с несколькими молекулами эфира целлюлозы и продуктами гидратации цемента, поэтому с увеличением содержания эфира целлюлозы плотность сетчатой структуры увеличивается больше, чем увеличение молекул эфира целлюлозы, и вязкость цементного раствора увеличивается постоянно; кроме того, для быстрой гидратации цемента необходима вступившая в реакцию часть воды. , что эквивалентно увеличению концентрации эфира целлюлозы, что также является причиной значительного увеличения вязкости цементного раствора.

Поскольку эфир целлюлозы и цементный раствор имеют «комбинированный эффект суперпозиции» в отношении вязкости, при одинаковом содержании эфира целлюлозы и условиях водоцементного отношения вязкость модифицированного эфиром целлюлозы цементного раствора с очевидной разницей при концентрации составляет 2%. невелика, например, вязкости Р2 и Е2 составляют 48000 мПа·с и 36700 мПа·с соответственно в водном растворе с концентрацией 2%. S, разница не очевидна; вязкости E1 и E2 в 2% водном растворе составляют 12300 мПа·с и 36700 мПа·с соответственно, разница очень большая, но вязкости их модифицированного цементного теста составляют 9800 мПа·с и 12900 мПа·с соответственно, разница очень велика. снижается, поэтому при выборе эфира целлюлозы в технике не следует гнаться за чрезмерно высокой вязкостью эфира целлюлозы. Кроме того, в практических инженерных приложениях концентрация эфира целлюлозы по отношению к воде обычно относительно низка. Например, в обычном штукатурном растворе водоцементное отношение обычно составляет около 0,65, а содержание эфира целлюлозы составляет от 0,2% до 0,6%. Концентрация воды составляет от 0,3% до 1%.

Из результатов испытаний также видно, что разные типы эфиров целлюлозы по-разному влияют на вязкость цементного раствора. Когда концентрация составляет 1%, вязкость трех видов водных растворов эфира целлюлозы P2, E2 и H1 составляет 4990 мПа·с, 5070 мПа·с и 5250 мПа·с соответственно, вязкость раствора H1 является самой высокой, но вязкость P2 , E2 и H1 три вида эфира целлюлозы. Вязкость цементных растворов, модифицированных эфиром, составляла 13800 мПа·с, 12900 мПа·с и 12700 мПа·с соответственно, а вязкость цементных растворов, модифицированных H1, была самой низкой. Это связано с тем, что эфиры целлюлозы обычно замедляют гидратацию цемента. Среди трех видов эфиров целлюлозы, ГЭЦ, ГПМЦ и ГЭМС, ГЭЦ обладает наибольшей способностью задерживать гидратацию цемента. Поэтому в модифицированном цементном растворе Н1 из-за более медленной гидратации цемента сетчатая структура продуктов гидратации цемента развивается медленнее, а вязкость самая низкая.

2.2 Влияние скорости вращения

Из влияния скорости вращения вискозиметра на вязкость чистого цементного раствора и цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, видно, что с увеличением скорости вращения вязкость цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, и чистого цементного раствора уменьшается до различных значений. градусов, то есть все они обладают свойством истончения при сдвиге и относятся к псевдопластической жидкости. Чем меньше скорость вращения, тем больше уменьшение вязкости всего цементного раствора со скоростью вращения, то есть тем более очевидна псевдопластичность цементного раствора. С увеличением скорости вращения кривая снижения вязкости цементного раствора постепенно становится более пологой, а псевдопластичность ослабевает. По сравнению с чистым цементным раствором псевдопластичность цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, слабее, то есть введение эфира целлюлозы снижает псевдопластичность цементного раствора.

Из влияния скорости вращения на вязкость тампонажного раствора при разных типах эфиров целлюлозы и вязкости можно узнать, что цементный раствор, модифицированный разными эфирами целлюлозы, имеет разную псевдопластическую прочность, и чем меньше вязкость эфира целлюлозы, тем выше вязкость. модифицированного цементного раствора. Чем более очевидна псевдопластичность цементного раствора; Псевдопластичность модифицированного тампонажного раствора не имеет явного отличия от разных видов эфиров целлюлозы с аналогичной вязкостью. Из P2, E2 и H1 три вида модифицированного эфиром целлюлозы цементного раствора в различных дозировках (0,1%, 0,3%, 0,6% и 0,9%), может быть известно влияние скорости вращения на вязкость, P2, E2 и H1 три вида волокна Тампонажные растворы, модифицированные простым эфиром, имеют одинаковые результаты испытаний: при различном количестве эфира целлюлозы их псевдопластичность различна. Чем меньше количество эфира целлюлозы, тем сильнее псевдопластичность модифицированного цементного раствора.

После контакта цемента с водой частицы цемента на поверхности быстро гидратируются, а продукты гидратации (особенно гель C-S-H) образуют агломерированную структуру. Когда в растворе присутствует направленная сила сдвига, агломеративная структура раскрывается, так что вдоль направления силы сдвига сопротивление направленному потоку уменьшается, тем самым проявляя свойство истончения при сдвиге. Эфир целлюлозы представляет собой разновидность макромолекулы с асимметричной структурой. Когда раствор неподвижен, молекулы эфира целлюлозы могут иметь различную ориентацию. Когда в растворе есть направленная сдвигающая сила, длинная цепь молекулы будет поворачиваться и двигаться дальше. Направление силы сдвига уменьшается, что приводит к уменьшению сопротивления потоку, а также проявляет свойство истончения при сдвиге. По сравнению с продуктами гидратации цемента молекулы эфира целлюлозы более гибкие и обладают определенной буферной способностью к усилию сдвига. Следовательно, по сравнению с чистым цементным раствором псевдопластичность цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, слабее, и по мере увеличения вязкости или содержания эфира целлюлозы буферное действие молекул эфира целлюлозы на силу сдвига становится более очевидным. Пластичность становится слабой.

2.3 Влияние температуры

Из влияния изменения температуры (20°С, 27°С и 35°С) на вязкость цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, видно, что при содержании эфира целлюлозы 0,6 % при повышении температуры чистый цементный раствор и M1. Вязкость модифицированного цементного раствора увеличилась, а вязкость другого цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, уменьшилась, но снижение было небольшим, и вязкость модифицированного цементного раствора H1 снизилась больше всего. Что касается модифицированного цементного раствора Е2, то при полизольности 0,6 % вязкость цементного раствора снижается с повышением температуры, а при полизольности 0,3 % вязкость цементного раствора увеличивается с повышением температуры. повышение температуры.

Вообще говоря, из-за уменьшения силы межмолекулярного взаимодействия вязкость жидкости будет уменьшаться с повышением температуры, что имеет место для раствора эфира целлюлозы. Однако по мере повышения температуры и увеличения времени контакта между цементом и водой скорость гидратации цемента будет значительно увеличена, а степень гидратации будет увеличиваться, поэтому вместо этого будет увеличиваться вязкость чистого цементного раствора.

В цементном растворе, модифицированном эфиром целлюлозы, эфир целлюлозы будет адсорбироваться на поверхности продуктов гидратации цемента, тем самым ингибируя гидратацию цемента, но разные типы и количества эфиров целлюлозы обладают различной способностью ингибировать гидратацию цемента, MC (например, M1) имеет слабую способность ингибировать гидратацию цемента, а по мере повышения температуры скорость гидратации цементного раствора еще выше, поэтому при повышении температуры вязкость обычно увеличивается; ГЭЦ, ГПМЦ и ГЭМС могут значительно ингибировать гидратацию цемента, поскольку при повышении температуры скорость гидратации цементного раствора снижается, поэтому при повышении температуры ГЭЦ, ГПМЦ и ГЭМС модифицированный цемент. Вязкость цементного раствора (соотношение полизолы 0,6%) обычно уменьшается, а поскольку способность ГЭЦ задерживать гидратацию цемента выше, чем у ГПМЦ и ГЭМС, изменение эфира целлюлозы при изменении температуры (20°С, 27°С и 35°С) Вязкость модифицированного Н1 цементного раствора уменьшилась наиболее с повышением температуры. Однако гидратация цемента все еще существует при более высокой температуре, поэтому степень уменьшения цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, с повышением температуры не очевидна. Что касается цементного раствора, модифицированного Е2, то при высокой дозировке (зольность 0,6%) очевиден эффект ингибирования гидратации цемента, а вязкость снижается с повышением температуры; при низкой дозировке (зольность 0,3%) эффект ингибирования гидратации цемента не очевиден, а вязкость увеличивается с повышением температуры.

3. Заключение

(1) При постоянном увеличении содержания эфира целлюлозы вязкость и скорость увеличения вязкости цементного раствора продолжают увеличиваться. Молекулярная сетчатая структура эфира целлюлозы и сетчатая структура продуктов гидратации цемента переплетаются, и начальная гидратация цемента косвенно увеличивает концентрацию эфира целлюлозы, так что вязкость раствора эфира целлюлозы и цементного раствора имеет «комбинированный эффект суперпозиции». , то есть эфир целлюлозы. Вязкость модифицированного цементного раствора намного больше, чем сумма их соответствующих вязкостей. По сравнению с цементными растворами, модифицированными ГПМЦ и ГЭМС, цементные растворы, модифицированные ГЭЦ, имеют более низкие тестовые значения вязкости из-за более медленного развития гидратации.

(2) Как цементный раствор, модифицированный эфиром целлюлозы, так и чистый цементный раствор обладают свойством истончения при сдвиге или псевдопластичности; псевдопластичность цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы, ниже, чем у чистого цементного раствора; чем ниже скорость вращения, или целлюлоза. Чем ниже вязкость цементного раствора, модифицированного эфиром, или чем ниже содержание эфира целлюлозы, тем более очевидна псевдопластичность цементного раствора, модифицированного эфиром целлюлозы.

(3) По мере того, как температура продолжает расти, скорость и степень гидратации цемента увеличиваются, так что вязкость чистого цементного раствора постепенно увеличивается. Из-за того, что разные типы и количества эфиров целлюлозы обладают разной способностью ингибировать гидратацию цемента, вязкость модифицированного цементного теста меняется в зависимости от температуры.