Investigación del cambio en la viscosidad de una lechada de cemento modificada con éter de celulosa

Resumen: El espesamiento es un importante efecto de modificación del éter de celulosa sobre los materiales a base de cemento. Se estudiaron los efectos del contenido de éter de celulosa, la velocidad de rotación del viscosímetro y la temperatura sobre el cambio de viscosidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa. Los resultados muestran que la viscosidad de la lechada de cemento aumenta continuamente con el aumento del contenido de éter de celulosa, y la viscosidad de la solución de éter de celulosa y la lechada de cemento tiene un "efecto de superposición compuesta"; La pseudoplasticidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa es menor que la de la lechada de cemento puro, y la viscosidad Cuanto menor es la velocidad de rotación del instrumento, o menor es la viscosidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa, o menor es el contenido de éter de celulosa, cuanto más obvia sea la pseudoplasticidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa; Con el efecto combinado de la hidratación, la viscosidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa aumentará o disminuirá. Los diferentes tipos de éter de celulosa tienen diferentes cambios en la viscosidad de la lechada de cemento modificado.

Palabras clave: éter de celulosa; lechada de cemento; viscosidad

0, Prefacio

Los éteres de celulosa se utilizan a menudo como agentes de retención de agua y espesantes para materiales a base de cemento. De acuerdo con los diferentes sustituyentes, los éteres de celulosa utilizados en los materiales a base de cemento generalmente incluyen metilcelulosa (MC), hidroxietilcelulosa (HEC), hidroxietilmetilcelulosa Éter (Hidroxietilmetilcelulosa, HEMC) e hidroxipropilmetilcelulosa (Hidroxipropilmetilcelulosa, HPMC), entre los cuales HPMC y HEMC son los más utilizados.

El espesamiento es un importante efecto de modificación del éter de celulosa en los materiales a base de cemento. El éter de celulosa puede dotar al mortero húmedo con una excelente viscosidad, aumentar significativamente la capacidad de unión entre el mortero húmedo y la capa base y mejorar el rendimiento anti-pandeo del mortero. También puede aumentar la homogeneidad y la capacidad antidispersión de los materiales a base de cemento recién mezclados y evitar la delaminación, la segregación y el sangrado del mortero y el hormigón.

El efecto espesante del éter de celulosa sobre los materiales a base de cemento se puede evaluar cuantitativamente mediante el modelo reológico de los materiales a base de cemento. Los materiales a base de cemento generalmente se consideran fluidos de Bingham, es decir, cuando el esfuerzo cortante aplicado r es menor que el esfuerzo de fluencia r0, el material permanece en su forma original y no fluye; cuando el esfuerzo cortante r excede el esfuerzo de fluencia r0, el objeto sufre deformación por flujo y el esfuerzo cortante El esfuerzo r tiene una relación lineal con la velocidad de deformación y, es decir, r=r0+f·y, donde f es el plástico viscosidad. Los éteres de celulosa generalmente aumentan el límite elástico y la viscosidad plástica de los materiales a base de cemento; sin embargo, las dosis más bajas conducen a un límite elástico y una viscosidad plástica más bajos, principalmente debido al efecto de inclusión de aire de los éteres de celulosa. La investigación de Patural muestra que el peso molecular del éter de celulosa aumenta, el límite elástico de la lechada de cemento disminuye y la consistencia aumenta.

La viscosidad de la lechada de cemento es un índice importante para evaluar el efecto espesante del éter de celulosa en materiales a base de cemento. Algunas publicaciones han explorado la ley de cambio de viscosidad de la solución de éter de celulosa, pero todavía faltan investigaciones relevantes sobre el efecto del éter de celulosa en el cambio de viscosidad de la lechada de cemento. A su vez, según los diferentes tipos de sustituyentes, existen muchos tipos de éteres de celulosa. El impacto de los diferentes tipos y viscosidades de los éteres de celulosa en el cambio de la viscosidad de la lechada de cemento también es un tema muy preocupante en el uso de los éteres de celulosa. Este trabajo utiliza un viscosímetro rotacional para estudiar los cambios de viscosidad de lechadas de cemento modificadas con éter de celulosa de diferentes tipos y viscosidades bajo diferentes relaciones de poli-ceniza, velocidades de rotación y temperaturas.

1. Experimento

1.1 Materias primas

(1) Éter de celulosa. Se seleccionaron seis tipos de éteres de celulosa comúnmente usados en mi país, incluyendo 1 tipo de MC, 1 tipo de HEC, 2 tipos de HPMC y 2 tipos de HEMC, entre los cuales las viscosidades de 2 tipos de HPMC y 2 tipos de HEMC eran obviamente diferente. La viscosidad del éter de celulosa se probó con un viscosímetro rotacional NDJ-1B (Shanghai Changji Company), la concentración de la solución de prueba fue 1,0% o 2,0%, la temperatura fue 20°C y la velocidad rotacional fue 12r/min.

(2) Cemento. El cemento Portland ordinario producido por Wuhan Huaxin Cement Co., Ltd. tiene una especificación de P·O 42.5 (GB 175-2007).

1.2 Método de medición de la viscosidad de la solución de éter de celulosa

Tome una muestra de éter de celulosa de la calidad especificada y agréguela a un vaso de precipitados de vidrio de 250 ml, luego agregue 250 g de agua caliente a unos 90 °C; agitar completamente con una varilla de vidrio para hacer que el éter de celulosa forme un sistema de dispersión uniforme en el agua caliente, y al mismo tiempo poner el vaso de precipitados frío en el aire. Cuando la solución comience a generar viscosidad y no vuelva a precipitar, deje de agitar inmediatamente; cuando la solución se enfríe en el aire hasta que el color sea uniforme, coloque el vaso de precipitados en un baño de agua a temperatura constante y mantenga la temperatura a la temperatura especificada. El error es de ± 0,1 °C; después de 2 h (calculadas a partir del tiempo de contacto del éter de celulosa con agua caliente), medir la temperatura del centro de la solución con un termómetro. Producción) rotor insertado en la solución a la profundidad especificada, después de reposar durante 5 minutos, medir su viscosidad.

1.3 Medición de la viscosidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa

Antes del experimento, mantenga todas las materias primas a la temperatura especificada, pese la masa especificada de éter de celulosa y cemento, mézclelos bien y agregue agua del grifo a la temperatura especificada en un vaso de precipitados de vidrio de 250 ml con una relación agua-cemento de 0,65; luego agregue el polvo seco en el vaso de precipitados y espere 3 minutos Revuelva bien con una varilla de vidrio 300 veces, inserte el rotor de un viscosímetro rotacional (tipo NDJ-1B, producido por Shanghai Changji Geological Instrument Co., Ltd.) en el solución a una profundidad específica y mida su viscosidad después de reposar durante 2 minutos. Para evitar la influencia del calor de hidratación del cemento en la prueba de viscosidad de la lechada de cemento tanto como sea posible, la viscosidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa debe probarse cuando el cemento está en contacto con agua durante 5 minutos.

2. Resultados y análisis

2.1 Efecto del contenido de éter de celulosa

La cantidad de éter de celulosa aquí se refiere a la proporción de masa de éter de celulosa a cemento, es decir, la proporción de poliash. A partir de la influencia de los tres tipos de éteres de celulosa P2, E2 y H1 en el cambio de viscosidad de la lechada de cemento en diferentes dosis (0,1 %, 0,3 %, 0,6 % y 0,9 %), se puede ver que después de agregar éter de celulosa, la viscosidad de la lechada de cemento Aumenta la viscosidad; a medida que aumenta la cantidad de éter de celulosa, la viscosidad de la lechada de cemento aumenta continuamente y el rango de aumento de la viscosidad de la lechada de cemento también aumenta.

Cuando la relación agua-cemento es de 0,65 y el contenido de éter de celulosa es de 0,6%, considerando el agua consumida por la hidratación inicial del cemento, la concentración de éter de celulosa con respecto al agua es del orden del 1%. Cuando la concentración es del 1%, las soluciones acuosas de P2, E2 y H1 Las viscosidades son 4990mPa·S, 5070mPa·S y 5250mPa·s respectivamente; cuando la relación agua-cemento es 0,65, la viscosidad de la lechada de cemento puro es 836 mPa·S. Sin embargo, las viscosidades de las tres lechadas de cemento modificadas con éter de celulosa P2, E2 y H1 son 13800 mPa·S, 12900 mPa·S y 12700 mPa·s respectivamente. Obviamente, la viscosidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa no es la viscosidad de la solución de éter de celulosa y la simple adición de la viscosidad de la lechada de cemento puro es significativamente mayor que la suma de las dos viscosidades, es decir, la viscosidad de la solución de éter de celulosa. y la viscosidad de la lechada de cemento tienen un "efecto de superposición compuesta". La viscosidad de la solución de éter de celulosa proviene de la fuerte hidrofilia de los grupos hidroxilo y los enlaces de éter en las moléculas de éter de celulosa y la estructura de red tridimensional formada por las moléculas de éter de celulosa en la solución; la viscosidad de la lechada de cemento puro proviene de la red formada entre la estructura de los productos de hidratación del cemento. Dado que los productos de hidratación de polímero y cemento a menudo forman una estructura de red interpenetrante, en la lechada de cemento modificada con éter de celulosa, la estructura de red tridimensional del éter de celulosa y la estructura de red de los productos de hidratación de cemento están entrelazadas, y las moléculas de éter de celulosa Adsorción con cemento los productos de hidratación juntos producen un "efecto de superposición compuesta", que aumenta significativamente la viscosidad general de la lechada de cemento; dado que una molécula de éter de celulosa puede entretejerse con múltiples moléculas de éter de celulosa y productos de hidratación de cemento, por lo tanto, con el aumento del contenido de éter de celulosa, la densidad de la estructura de la red aumenta más que el aumento de las moléculas de éter de celulosa, y la viscosidad de la lechada de cemento aumenta continuamente; además, la rápida hidratación del cemento necesita que reaccione parte del agua. , lo que equivale a aumentar la concentración de éter de celulosa, lo que también es una razón para el aumento significativo de la viscosidad de la lechada de cemento.

Dado que el éter de celulosa y la lechada de cemento tienen un "efecto de superposición compuesta" en la viscosidad, bajo las mismas condiciones de contenido de éter de celulosa y relación agua-cemento, la viscosidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa tiene una diferencia obvia cuando la concentración es del 2%. La diferencia de viscosidad es no grande, por ejemplo, las viscosidades de P2 y E2 son 48000mPa·s y 36700mPa·s respectivamente en la solución acuosa con una concentración del 2%. S, la diferencia no es obvia; las viscosidades de E1 y E2 en solución acuosa al 2% son 12300mPa·S y 36700mPa·s respectivamente, la diferencia es muy grande, pero las viscosidades de su pasta de cemento modificada son 9800mPa·S y 12900mPa·S respectivamente, la diferencia ha sido grande reducido, por lo que al elegir el éter de celulosa en ingeniería, no es necesario buscar una viscosidad del éter de celulosa excesivamente alta. Además, en aplicaciones prácticas de ingeniería, la concentración de éter de celulosa en relación con el agua suele ser relativamente baja. Por ejemplo, en el mortero de enlucido ordinario, la relación agua-cemento suele ser de alrededor de 0,65 y el contenido de éter de celulosa es de 0,2% a 0,6%. La concentración de agua está entre 0,3% y 1%.

También se puede ver a partir de los resultados de las pruebas que los diferentes tipos de éteres de celulosa tienen diferentes efectos sobre la viscosidad de la lechada de cemento. Cuando la concentración es del 1%, las viscosidades de P2, E2 y H1 tres tipos de soluciones acuosas de éter de celulosa son 4990mPa·s, 5070mPa·S y 5250mPa·S respectivamente, la viscosidad de la solución H1 es la más alta, pero la viscosidad de P2 , E2 y H1 tres tipos de éter de celulosa Las viscosidades de las lechadas de cemento modificadas con éter fueron 13800mPa·S, 12900mPa·S y 12700mPa·S respectivamente, y la viscosidad de las lechadas de cemento modificadas con H1 fue la más baja. Esto se debe a que los éteres de celulosa suelen tener el efecto de retrasar la hidratación del cemento. Entre los tres tipos de éteres de celulosa, HEC, HPMC y HEMC, HEC tiene la mayor capacidad para retrasar la hidratación del cemento. Por lo tanto, en la lechada de cemento modificado H1, debido a la hidratación más lenta del cemento, la estructura de red de los productos de hidratación del cemento se desarrolla más lentamente y la viscosidad es la más baja.

2.2 Efecto de la tasa de rotación

A partir de la influencia de la velocidad de rotación del viscosímetro en la viscosidad de la lechada de cemento puro y la lechada de cemento modificada con éter de celulosa, se puede observar que a medida que aumenta la velocidad de rotación, la viscosidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa y la lechada de cemento puro disminuye hasta variar grados, es decir, todos tienen la propiedad de adelgazamiento por cizallamiento y pertenecen al fluido pseudoplástico. Cuanto menor sea la tasa de rotación, mayor será la disminución de la viscosidad de toda la lechada de cemento con la tasa de rotación, es decir, más evidente será la pseudoplasticidad de la lechada de cemento. Con el aumento de la velocidad de rotación, la curva de disminución de la viscosidad de la lechada de cemento se vuelve gradualmente más plana y la pseudoplasticidad se debilita. En comparación con la lechada de cemento puro, la pseudoplasticidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa es más débil, es decir, la incorporación de éter de celulosa reduce la pseudoplasticidad de la lechada de cemento.

A partir de la influencia de la velocidad de rotación en la viscosidad de la lechada de cemento bajo diferentes tipos y viscosidades de éter de celulosa, se puede saber que la lechada de cemento modificada con diferentes éteres de celulosa tiene diferente resistencia pseudoplástica, y cuanto menor sea la viscosidad del éter de celulosa, mayor será la viscosidad. de la lechada de cemento modificada. Cuanto más obvia sea la pseudoplasticidad de la lechada de cemento; la pseudoplasticidad de la lechada de cemento modificada no tiene una diferencia obvia con diferentes tipos de éteres de celulosa con viscosidades similares. A partir de P2, E2 y H1, tres tipos de lechada de cemento modificada con éter de celulosa en diferentes dosis (0,1%, 0,3%, 0,6% y 0,9%), se puede conocer la influencia de la velocidad de rotación en la viscosidad, P2, E2 y H1 tres tipos de fibra Las lechadas de cemento modificadas con éter simple tienen los mismos resultados de ensayo: cuando la cantidad de éter de celulosa es diferente, su pseudoplasticidad es diferente. Cuanto menor sea la cantidad de éter de celulosa, mayor será la pseudoplasticidad de la lechada de cemento modificado.

Después de que el cemento entra en contacto con el agua, las partículas de cemento en la superficie se hidratan rápidamente y los productos de hidratación (especialmente el gel C-S-H) forman una estructura de aglomeración. Cuando hay una fuerza de corte direccional en la solución, la estructura de aglomeración se abrirá, de modo que a lo largo de la dirección de la fuerza de corte se reduce la resistencia al flujo direccional, exhibiendo así la propiedad de adelgazamiento por corte. El éter de celulosa es un tipo de macromolécula con una estructura asimétrica. Cuando la solución está quieta, las moléculas de éter de celulosa pueden tener varias orientaciones. Cuando hay una fuerza de corte direccional en la solución, la cadena larga de la molécula girará y seguirá adelante. La dirección de la fuerza de corte se reduce, dando como resultado una disminución en la resistencia al flujo, y también exhibe la propiedad de adelgazamiento por corte. En comparación con los productos de hidratación del cemento, las moléculas de éter de celulosa son más flexibles y tienen cierta capacidad amortiguadora de la fuerza de corte. Por lo tanto, en comparación con la lechada de cemento puro, la pseudoplasticidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa es más débil y, a medida que aumenta la viscosidad o el contenido de éter de celulosa, el efecto amortiguador de las moléculas de éter de celulosa sobre la fuerza de corte es más evidente. La plasticidad se debilita.

2.3 La influencia de la temperatura

Del efecto de los cambios de temperatura (20°C, 27°C y 35°C) sobre la viscosidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa, se puede ver que cuando el contenido de éter de celulosa es 0.6%, a medida que aumenta la temperatura, la lechada de cemento puro y M1 La viscosidad de la lechada de cemento modificada aumentó, y la viscosidad de otra lechada de cemento modificada con éter de celulosa disminuyó, pero la disminución no fue grande, y la viscosidad de la lechada de cemento modificada H1 disminuyó más. En lo que respecta a la lechada de cemento modificada E2, cuando la relación de poliashes es de 0,6%, la viscosidad de la lechada de cemento disminuye con el aumento de la temperatura, y cuando la relación de poliashes es de 0,3%, la viscosidad de la lechada de cemento aumenta con el aumento de la temperatura. aumento de temperatura.

En términos generales, debido a la disminución de la fuerza de interacción intermolecular, la viscosidad del fluido disminuirá con el aumento de la temperatura, como es el caso de la solución de éter de celulosa. Sin embargo, a medida que aumenta la temperatura y aumenta el tiempo de contacto entre el cemento y el agua, la velocidad de hidratación del cemento se acelerará significativamente y el grado de hidratación aumentará, por lo que aumentará la viscosidad de la lechada de cemento puro.

En la lechada de cemento modificada con éter de celulosa, el éter de celulosa se adsorbe a la superficie de los productos de hidratación del cemento, lo que inhibe la hidratación del cemento, pero los diferentes tipos y cantidades de éteres de celulosa tienen diferentes capacidades para inhibir la hidratación del cemento, MC (como M1) tiene una débil capacidad para inhibir la hidratación del cemento, y a medida que aumenta la temperatura, la tasa de hidratación de la lechada de cemento es aún más rápida, por lo que a medida que aumenta la temperatura, la viscosidad generalmente aumenta; HEC, HPMC y HEMC pueden inhibir significativamente la hidratación del cemento, a medida que aumenta la temperatura, la tasa de hidratación de la lechada de cemento es más lenta, por lo que a medida que aumenta la temperatura, el cemento modificado con HEC, HPMC y HEMC La viscosidad de la lechada (proporción de poliash del 0,6 %) es generalmente reducido, y debido a que la capacidad de HEC para retrasar la hidratación del cemento es mayor que la de HPMC y HEMC, el cambio de éter de celulosa en los cambios de temperatura (20°C, 27°C y 35°C) La viscosidad de la lechada de cemento modificado con H1 disminuyó más con el aumento de la temperatura. Sin embargo, la hidratación del cemento todavía existe cuando la temperatura es más alta, por lo que el grado de reducción de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa con el aumento de la temperatura no es evidente. En lo que respecta a la lechada de cemento modificado E2, cuando la dosificación es alta (la proporción de cenizas es del 0,6 %), el efecto de inhibición de la hidratación del cemento es evidente y la viscosidad disminuye con el aumento de la temperatura; cuando la dosificación es baja (la relación de cenizas es del 0,3 %), el efecto de inhibición de la hidratación del cemento no es evidente y la viscosidad aumenta con el aumento de la temperatura.

3. Conclusión

(1) Con el aumento continuo del contenido de éter de celulosa, la viscosidad y la tasa de aumento de la viscosidad de la lechada de cemento continúan aumentando. La estructura de la red molecular del éter de celulosa y la estructura de la red de los productos de hidratación del cemento están entrelazadas, y la hidratación inicial del cemento aumenta indirectamente la concentración del éter de celulosa, de modo que la viscosidad de la solución de éter de celulosa y la lechada de cemento tienen un "efecto de superposición compuesta". , es decir, éter de celulosa La viscosidad de la lechada de cemento modificado es mucho mayor que la suma de sus respectivas viscosidades. En comparación con las lechadas de cemento modificadas con HPMC y HEMC, las lechadas de cemento modificadas con HEC tienen valores de prueba de viscosidad más bajos debido a un desarrollo de hidratación más lento.

(2) Tanto la lechada de cemento modificada con éter de celulosa como la lechada de cemento puro tienen la propiedad de adelgazamiento por cizallamiento o pseudoplasticidad; la pseudoplasticidad de la lechada de cemento modificada con éter de celulosa es menor que la de la lechada de cemento puro; cuanto menor sea la velocidad de rotación o la celulosa. Cuanto menor sea la viscosidad de la lechada de cemento modificado con éter, o cuanto menor sea el contenido de éter de celulosa, más evidente será la pseudoplasticidad de la lechada de cemento modificado con éter de celulosa.

(3) A medida que la temperatura continúa aumentando, la velocidad y el grado de hidratación del cemento aumentan, de modo que la viscosidad de la lechada de cemento puro aumenta gradualmente. Debido a que los diferentes tipos y cantidades de éteres de celulosa tienen diferentes capacidades para inhibir la hidratación del cemento, la viscosidad de la pasta de cemento modificada varía con la temperatura.