Mecanismo de acción y factores de influencia del éter de celulosa en el mortero de cemento

Resumen: El éter de celulosa puede mejorar significativamente las propiedades del mortero de cemento en términos de retención de agua, espesamiento, retardo e incorporación de aire. Al presentar la estructura química y las características de rendimiento del éter de celulosa, se discute el mecanismo de acción del éter de celulosa en el mortero de cemento y se analizan algunos problemas en la aplicación práctica.

Palabras clave: Mecanismo del éter de celulosa, factores que influyen

El éter de celulosa es una mezcla de polímeros de uso común en el mortero de cemento para la construcción. Es un derivado de la celulosa que se obtiene utilizando celulosa de madera y algodón, reaccionando con sosa cáustica y luego eterificando con un agente eterificante. El éter de celulosa se dispersa completamente en agua para formar un líquido viscoso transparente. Después de agregar cemento en una pequeña cantidad (menos del 1% en masa), puede mejorar las características de fluidez y coagulación del mortero de cemento, por lo que se usa ampliamente en el campo de los materiales de construcción. Hay muchas variedades y especificaciones de éter de celulosa, y algunos artículos han estudiado los efectos de diferentes tipos y cantidades de éter de celulosa en las propiedades del mortero de cemento. Sin embargo, no existen buenos materiales de referencia sobre cómo elegir éteres de celulosa de diferentes variedades y especificaciones.

1. El papel principal del éter de celulosa en los materiales a base de cemento.

1.1 Como agente de retención de agua y espesante

Dado que el átomo de oxígeno en el grupo hidroxilo y el enlace éter se asocian con la molécula de agua para formar un enlace de hidrógeno, el agua libre se convierte en agua unida, por lo que el éter de celulosa se puede usar como agente de retención de agua. El efecto de retención de agua del éter de celulosa puede evitar que el sustrato absorba demasiada agua demasiado rápido y dificultar la evaporación del agua, para garantizar que haya suficiente agua cuando el cemento esté hidratado. Tomemos como ejemplo la operación de enyesado. Cuando se aplica lechada de cemento ordinaria a la superficie del sustrato, el sustrato seco y poroso absorberá rápidamente una gran cantidad de agua de la lechada, y la capa de lechada de cemento cercana al sustrato perderá fácilmente su hidratación. Por lo tanto, no solo el gel de cemento con fuerza de unión no se puede formar en la superficie del sustrato, sino que también es fácil que se deforme y se filtre agua, por lo que la capa de lechada de cemento de la superficie se cae fácilmente. Cuando la lechada aplicada es delgada, también es fácil que se formen grietas en toda la lechada. Por lo tanto, en la pasada operación de enlucido, el sustrato generalmente se humedecía primero con agua. Pero esta operación no solo requiere mucha mano de obra y tiempo, sino que también la calidad de la operación es difícil de controlar.

En términos generales, la retención de agua de la lechada de cemento aumenta con el aumento del contenido de éter de celulosa. Cuanto mayor sea la viscosidad (peso molecular) del éter de celulosa añadido, mejor será la retención de agua. El éter de celulosa puede aumentar la viscosidad del líquido, por lo que puede usarse como espesante. Ha jugado un papel importante en pinturas, pinturas de látex y lechadas de cemento. De hecho, el éter de celulosa actúa como un coloide protector que supera la floculación de las partículas sólidas. La lechada de cemento añadida con éter de celulosa tiene una mayor viscosidad, la lechada no es fácil de estratificar y el tiempo total y las operaciones de construcción requeridas para el proceso de mezcla son menores, lo que mejora la trabajabilidad y el rendimiento de construcción del mortero. Además, el mortero con éter de celulosa tiene cierto límite elástico cuando fluye, lo que puede mejorar la capacidad anti-pandeo de la lechada, ayudar a reducir el deslizamiento de las losetas adheridas a la pared vertical y reducir la pérdida del adhesivo de las losetas. . Dosis.

La retención de agua y el efecto espesante del éter de celulosa dependen principalmente de la viscosidad (es decir, el peso molecular) y la cantidad de adición de éter de celulosa que se agrega a la lechada de cemento. La viscosidad del propio éter de celulosa está representada por la viscosidad de una solución acuosa de éter de celulosa a 20ºC con una fracción de masa del 2% en un viscosímetro Brookfield a 20 revoluciones por minuto. Cuanto mayor sea el grado de polimerización (o mayor sea el peso molecular), mayor será la viscosidad del éter de celulosa.

La viscosidad del mortero recién mezclado con éter de celulosa no solo está relacionada con el peso molecular (viscosidad) y la dosis de éter de celulosa, sino también con las características de solubilidad del éter de celulosa. Debido a que la viscosidad del éter de celulosa se puede expresar completamente solo cuando el éter de celulosa se disuelve por completo, la viscosidad de la solución de éter de celulosa aumenta gradualmente dentro de un período de tiempo después de comenzar a agitar, y el tiempo para alcanzar la viscosidad final aumenta con el velocidad de disolución del éter de celulosa. Y acortado. Esta es también la razón por la cual muchas instrucciones de mortero de mezcla seca requieren que el mortero repose (cure) durante un cierto período de tiempo después de mezclarlo antes de usarlo. La mayoría de los éteres de celulosa vendidos en el mercado están en forma de polvo blanco, y la finura del polvo afectará la velocidad de desarrollo de la viscosidad de la lechada de cemento. Cuanto más pequeñas sean las partículas de polvo, mejor será la solubilidad en agua del éter de celulosa totalmente disperso y menor será el tiempo necesario para alcanzar la viscosidad final, lo que acorta el tiempo de curado en reposo. Además, la temperatura y el valor del pH también tienen cierta influencia en la función del éter de celulosa. El éter de celulosa no es fácilmente soluble en agua caliente pero sí fácilmente soluble en agua fría. En el proceso de aumento de la temperatura del agua, las moléculas de agua se desprenden gradualmente de los grilletes de los grupos hidroxilo; cuando la temperatura alcanza un cierto valor, las moléculas de agua se vuelven muy activas y ya no se estabilizan con el éter de celulosa, por lo que estos últimos interactúan entre sí. Se forma una bobina de enredo de polímero. La temperatura a la que se produce este efecto se denomina punto de gelificación. Cuando la temperatura de la solución acuosa de la mayoría de los éteres de celulosa está por debajo del punto de gelificación, cuanto menor sea la temperatura de la solución, mayor será la viscosidad y más evidente será el efecto de la retención de agua y el aumento de la viscosidad. Algunas variedades no tienen punto de gel, como el éter de carboximetilcelulosa y el éter de hidroxietilcelulosa, que se disuelven tanto en agua fría como caliente. Cuando el valor de pH está en el rango de 3 a 11, debido a sus propiedades no iónicas, la viscosidad del éter de celulosa no fluctúa mucho con el cambio de valor de pH; solo en ácidos fuertes o álcalis fuertes, el ácido y el álcali deshidratarán el éter de celulosa, lo que resultará en una disminución de la viscosidad.

1.2 Otras funciones

Además de la retención de agua y el espesamiento, el éter de celulosa también afecta otras propiedades del mortero de cemento, como retardar, incorporar aire y aumentar la fuerza de unión.

El éter de celulosa retarda el proceso de fraguado y endurecimiento del cemento, prolongando así el tiempo de trabajo. Por lo tanto, a veces se usa como coagulante. El efecto de retardo tiene poco que ver con el peso molecular del éter de celulosa, pero más con el grado de sustitución del grupo alquilo. Cuanto menor sea el grado de sustitución de alquilo, mayor será el contenido de hidroxilo y más evidente el efecto retardador. Esta regla existe en los tres éteres de celulosa más utilizados: HEC, MHEC y MHPC.

El efecto de aumentar la fuerza de unión se refleja en la mejora de la capacidad de unión de la lechada de cemento añadida con éter de celulosa a sustratos no absorbentes tales como mallas de acero y vidrio. Esto proviene principalmente del efecto de unión proporcionado por la viscosidad del éter de celulosa, una sustancia polimérica de cadena larga.

La introducción de grupos alquilo reduce la energía superficial de la solución acuosa que contiene éter de celulosa, por lo que el éter de celulosa tiene un efecto inclusor de aire en el mortero de cemento. Después de agregar éter de celulosa, el líquido no solo es fácil de introducir burbujas, sino que también la dureza de la película de burbujas es mayor que la de las burbujas de agua pura, y el efecto de drenaje se reduce, por lo que las burbujas introducidas no se pueden romper, y el Las burbujas no son fáciles de descargar. El efecto de incorporación de aire del éter de celulosa es negativo para la resistencia mecánica, ya que puede introducir burbujas de aire dañinas y reducir la resistencia a la compresión; pero cuando se usa como estabilizador de espuma para preparar hormigón celular, puede mejorar la estabilidad de la espuma. Si necesita eliminar las burbujas de aire, puede agregar un antiespumante.

2. Factores que influyen

El éter de celulosa se utiliza como aditivo de los morteros de cemento, y la dosis no suele superar el 2% de la masa de cemento. La investigación sobre el éter de celulosa tiene una larga historia en países extranjeros. Por ejemplo, Dow Company lo desarrolló con éxito y lo introdujo en el mercado ya en 1938. Sin embargo, la vida productiva de varias empresas de producción importantes en el territorio es relativamente corta y la investigación básica es relativamente débil. Ya sea un cliente o un fabricante, la mayor parte de la comprensión del éter de celulosa proviene del resumen de la experiencia en el proceso de construcción real.

2.1 Selección de variedades

Los indicadores de rendimiento del éter de celulosa proporcionados por los proveedores generalmente incluyen apariencia, viscosidad, grado de sustitución de grupo, finura, pureza, contenido de humedad y valor de pH, etc., y campos de aplicación y dosis recomendados. Sin embargo, todavía existen grandes diferencias entre los diferentes éteres de celulosa utilizados en el mismo campo. La prueba de resistencia al impacto de Li Yuhai en diferentes tipos de éter de celulosa y dos tipos de mortero modificado compuesto con polvo de látex mostró que la resistencia al impacto de los tres diferentes morteros modificados con éter de celulosa con una viscosidad nominal de 20000 mPa s era muy diferente. También hay algunas diferencias en las leyes de diferentes éteres de celulosa y diferentes polvos de látex mezclados con mortero modificado. Sin embargo, la estructura y las propiedades relacionadas de estos éteres de celulosa no se informan en este documento, por lo que no se pueden analizar las razones de estas diferencias.

Otro fenómeno es que una empresa tiene una variedad de productos de éter de celulosa y, a menudo, se recomienda un producto para múltiples propósitos. Por el contrario, a menudo se recomiendan múltiples productos para el mismo propósito, pero las razones de su recomendación no lo son. No hay introducción.

2.2 Viscosidad

En primer lugar, cuanto mayor sea la viscosidad del éter de celulosa, menor será la concentración de masa requerida para que su solución acuosa alcance la misma viscosidad. Por ejemplo, si la viscosidad de la solución acuosa es de 10000 mPa·s, la dosificación de éter de celulosa con una viscosidad de 20000 es sólo del 1,6% aproximadamente; cuando la viscosidad es 12000, la dosificación es de aproximadamente 1,8%; Como 5%. Es decir, utilizando éter de celulosa de alta viscosidad, la cantidad necesaria para conseguir la misma viscosidad final es menor que con éter de celulosa de baja viscosidad. Sin embargo, si la viscosidad no aumenta mucho, entonces su dosificación no disminuye mucho. Por ejemplo, la viscosidad aumenta de 12 000 a 20 000 y la viscosidad aumenta en un 80 %. La cantidad para alcanzar una viscosidad de 10.000 se reduce del 1,8 % al 1,6 %, que es solo el 11 %.

Por otro lado, el éter de celulosa con mayor viscosidad (o peso molecular) tardará más en su solución acuosa para alcanzar la viscosidad final debido a la disolución más lenta. De esta forma, el mortero preparado con éter de celulosa de mayor viscosidad tarda más en alcanzar la viscosidad final, es decir, tarda más en reposar (o madurar) después de agitado el mortero. Por ejemplo, para una solución acuosa de metil hidroxipropil celulosa éter (MHPC) con una viscosidad de 20.000 mPa·s, se necesitan 40 minutos para alcanzar la viscosidad final. Sin embargo, no hay datos experimentales sobre si la viscosidad se desarrolla más rápido en el mortero de cemento.

Finalmente, en el caso de los éteres de celulosa no modificados, la viscosidad máxima depende del grado de polimerización de la pulpa de celulosa utilizada para preparar el éter de celulosa. Por ejemplo, el grado de polimerización de la celulosa de abeto es 600-1700 y el de haya es 800-1100. Entre todas las pulpas de celulosa, el grado de polimerización de la pulpa de algodón es el mayor, generalmente entre 450 y 2650. Con base en el grado máximo de polimerización de 2650, con base en los datos existentes sobre la viscosidad y el grado de polimerización del éter de metilcelulosa, el la viscosidad máxima posible correspondiente del éter de metilcelulosa no debe exceder de 150.000. Por lo tanto, el autor es escéptico sobre la afirmación en algunos materiales promocionales corporativos de que se puede producir éter de celulosa con una viscosidad superior a 180.000 según los requisitos del usuario.

2.3 Fluctuación de calidad

En la prueba, las propiedades de diferentes lotes de la misma marca de éter de celulosa son bastante diferentes. En el ensayo de consistencia del mortero con éter de celulosa al 0,6% en cemento, diferentes lotes de éter de celulosa pueden cambiar la consistencia del mortero con la misma proporción en más de 12 mm. Por un lado, este tipo de fluctuación de calidad puede deberse al ajuste intencional de la fórmula por parte del fabricante, pero no notificado al usuario; por otro lado, puede ser un problema en el control de calidad de la producción. Para la mayoría de los usuarios de éter de celulosa, sin importar cuál sea el motivo, las pruebas previas antes y después de la compra siguen siendo esenciales. Entre los indicadores de calidad del éter de celulosa, los más utilizados son la viscosidad y la finura. Medir la viscosidad del éter de celulosa no es una tarea fácil. En primer lugar, debido a que la mayor parte del éter de celulosa utilizado en los materiales a base de cemento es de solubilidad instantánea, es fácil de aglomerar cuando se prepara una solución acuosa, lo que da como resultado una disolución lenta; en segundo lugar, se requieren un viscosímetro y un viscosímetro. Un dispositivo de temperatura constante puede determinar con precisión su viscosidad estándar; por lo tanto, muchas pequeñas y medianas empresas que utilizan éter de celulosa no tienen forma de realizar una inspección entrante del éter de celulosa. Además, la finura afectará la velocidad de disolución del éter de celulosa, lo que también afectará el desarrollo de la viscosidad de la solución. Cuanto menor sea la finura, más rápido se disuelve el éter de celulosa, y las diferencias antes mencionadas entre diferentes lotes de éter de celulosa incluyen la diferencia de finura. Es relativamente fácil monitorear la finura y se recomienda que todas las empresas de aplicaciones realicen pruebas.

3. Resumen

Con el desarrollo del mortero de mezcla seca, el éter de celulosa se ha convertido en un importante aditivo para morteros de cemento. Sin embargo, hay muchas variedades y especificaciones de éter de celulosa, y la calidad entre lotes todavía fluctúa. Al usarlo, es necesario prestar atención a: (1) Las características de rendimiento del mortero modificado están estrechamente relacionadas con el desarrollo de la viscosidad del éter de celulosa, aunque el nominal Para productos con alta viscosidad, la viscosidad final es relativamente grande, pero debido a la disolución lenta, lleva mucho tiempo obtener la viscosidad final; además, el éter de celulosa con partículas gruesas tarda mucho en obtener la viscosidad final, por lo que no es probable que los productos con mayor viscosidad tengan mejores características de trabajo. (2) Debido a la limitación del grado de polimerización de las materias primas del éter de celulosa, la viscosidad máxima del éter de celulosa también está limitada. (3) Es necesario verificar la compra, el proceso de producción y la inspección de fábrica para evitar fluctuaciones de calidad.