纖維素醚在水泥基干拌砂漿產(chǎn)品中的應(yīng)用0引言纖維素醚是天然材料纖維素的衍生物,可作為添加劑來(lái)改善產(chǎn)品的性能。例如,醚化的纖維素可作為保水劑、增稠劑、粘合劑和分散劑,也可作為保護(hù)膠體、穩(wěn)定劑、懸浮劑、乳化劑和成膜助劑等。纖維素是木材、亞麻或棉花的基本材料,由無(wú)支鏈的長(zhǎng)纖維分子構(gòu)成。一個(gè)單一的纖維素纖維可以由多達(dá)1萬(wàn)個(gè)獨(dú)立的脫水葡萄糖單元構(gòu)成。在纖維素中,纖維分子呈束狀排列,由此形成微小的原纖維,最終得到緊密交織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的纖維素分子。大量的強(qiáng)氫鍵使每個(gè)纖維素纖維之間的結(jié)合十分緊密。

纖維素醚分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)與纖維素非常相似(見(jiàn)圖1、圖2)。在醚化過(guò)程中,一個(gè)獨(dú)立的無(wú)水葡萄糖單元中的3個(gè)自由—OH基團(tuán)被取代(至少部分取代),使得原始纖維素分子之間的緊密結(jié)合被減弱,因此纖維素才變成了水溶性的產(chǎn)品。

1纖維素醚的增稠作用纖維素醚最重要的性能是增加液體黏性的能力,因此可作為增稠劑使用。纖維素醚的增稠作用取決于:聚合度、纖維素醚的濃度、剪切速率、溫度、溶解的鹽的濃度等。在其它參數(shù)不變的情況下,纖維素醚溶液的黏度隨聚合度的提高而增大,這種作用在低聚合度的情況下表現(xiàn)得比在高聚合度下更為明顯。圖3為不同品質(zhì)TyloseMH和TyloseMO的黏度與聚合度的函數(shù)關(guān)系,圖中曲線(xiàn)為10種以上具有不同醚化程度的纖維素醚的平均值[黏度根據(jù)布魯克菲爾德方法測(cè)試,1.9%(絕對(duì)干燥,無(wú)自由水)水溶液,20°C,25°德國(guó)硬度等級(jí)]。

2甲基纖維素醚的保水性不同等級(jí)的甲基纖維素醚(MC)最重要的性能是它們?cè)诮ㄖ牧舷到y(tǒng)中的保水能力。為了獲得良好的工作性,需要在較長(zhǎng)的時(shí)間里保持砂漿中含有足夠的水分。由于水在無(wú)機(jī)組份之間起到了潤(rùn)滑劑和溶劑的作用,因此薄層砂漿才可以進(jìn)行梳理,抹灰砂漿才可以用抹子進(jìn)行攤鋪。易吸水的墻體或瓷磚在使用了添加纖維素醚的砂漿后不需要進(jìn)行預(yù)濕。所以MC可以帶來(lái)快速和經(jīng)濟(jì)的施工效果。為了凝結(jié),膠凝材料如水泥和石膏需要用水進(jìn)行水化。合理?yè)搅康腗C可以在足夠長(zhǎng)的時(shí)間里保持砂漿中的水分,使得凝結(jié)硬化過(guò)程得以持續(xù)進(jìn)行。獲得足夠的保水能力所需要的MC摻量取決于基層的吸收性、砂漿的組成、砂漿層的厚度、砂漿的需水量及膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間等。保水性是通過(guò)測(cè)試某一固定的時(shí)段內(nèi)在攪拌好的砂漿中保留下來(lái)的水量與總用水量之比。為了模擬易吸水的基層,使用濾紙板,或者使用某一特定的真空度。這些試驗(yàn)在DIN18555-7和ASTMC91進(jìn)行了描述。相同的MC摻量下,黏度增加時(shí)保水性也提高。圖4為摻0.2%不同黏度TyloseMH的石膏基抹灰砂漿的保水率(標(biāo)準(zhǔn)醚化,DS=1.7,MS=0.15)。未摻加TyloseMC的砂漿保水率約為75%,增大MC的摻量可以明顯提高砂漿的保水能力。圖5為摻不同量TyloseMH15000P4的石膏基抹灰砂漿的保水率(標(biāo)準(zhǔn)醚化,DS=1.7,MS=0.15;細(xì)顆粒)。

3輔助增稠劑對(duì)砂漿稠度和抗垂流性的影響通過(guò)控制TyloseMC的摻量、黏度和改性程度,可以使砂漿達(dá)到適宜的抗垂流性和最佳的稠度。采用輔助增稠劑改性的MC產(chǎn)品可以對(duì)砂漿的施工性能產(chǎn)生如下影響:提高抗垂流性、改善可工作性、增加需水量、增加稠度、降低黏性、提高屈服值、延緩凝結(jié)時(shí)間等。稠度可以通過(guò)改變顆粒尺寸分布和選擇不同程度的改性TyloseMC進(jìn)行調(diào)節(jié)。MC的顆粒尺寸越細(xì),砂漿稠化的速度越快。圖6中的砂漿稠度是通過(guò)測(cè)量砂漿攪拌過(guò)程中對(duì)Hobart攪拌機(jī)的輸入功率確定的,其中的機(jī)械施工抹灰砂漿為摻TyloseMH60017P4(DS=1.7,MS=0.15,細(xì)顆粒,含Tylose輔助增稠劑),瓷磚膠為摻TyloseMB30002P2的瓷磚膠(DS=1.9,MS=0.05,顆粒<180目,含Tylose輔助增稠劑)。

圖7為MC改性程度對(duì)砂漿需水量的影響。按EN1308測(cè)試的瓷磚滑移值保持一定,以此來(lái)控制稠度。MC的改性程度越高,需水量越大。

對(duì)新拌砂漿流變性能的測(cè)試已變得越來(lái)越重要。例如,瓷磚的滑移可以采用蠕變?cè)囼?yàn)進(jìn)行模擬。樣品在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)受到恒定剪切應(yīng)力的作用,然后測(cè)試瓷磚膠產(chǎn)生的變形。變形越小,瓷磚膠越硬。圖8為采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)(板-板)測(cè)得的2種不同強(qiáng)度、不同抗滑移性的水泥基瓷磚膠的蠕變結(jié)果。

1-摻TyloseMB3002P6(DS=1.7,MS=0.15,超細(xì)顆粒<180目,含中等摻量的Tylose輔助增稠劑)的低抗滑移瓷磚膠;2-TyloseMB3003P6(DS=1.7,MS=0.15,超細(xì)顆粒<180目,含較高摻量的Tylose輔助增稠劑)的高抗滑移瓷磚膠4纖維素醚-水泥之間的相互作用纖維素醚除了賦予砂漿上述良好的性能,還會(huì)延緩水泥的水化動(dòng)力學(xué)過(guò)程,這種作用效果在較為寒冷的地區(qū)對(duì)砂漿是不利的。這種緩凝作用主要是由于纖維素醚分子吸附在正在水化的水泥系統(tǒng)中的各種礦物相上,但較一致的看法是,纖維素醚分子主要吸附在C—S—H和氫氧化鈣等水化產(chǎn)物上,很少吸附在熟料原始礦物相上。此外,由于孔溶液黏度的增加,纖維素醚降低了離子(Ca2+、SO42-……)在孔溶液中的活動(dòng)性,從而進(jìn)一步延緩了水化過(guò)程。采用等溫?zé)崃繙y(cè)定法系統(tǒng)研究了纖維素醚的緩凝作用。等溫?zé)崃繙y(cè)定是非常精確的試驗(yàn)方法,常用于礦物膠凝材料系統(tǒng)水化動(dòng)力學(xué)、凝結(jié)時(shí)間的研究,該方法對(duì)研究建筑材料添加劑的緩凝/促凝作用非常有效。在我們進(jìn)行的研究中使用的儀器為T(mén)AMAir(ThermometricAB,瑞典)。觀察纖維素醚引起的水化延遲,可以發(fā)現(xiàn)水泥基系統(tǒng)中的纖維素醚摻量越高,水化延遲作用就越強(qiáng)烈。此外,纖維素醚不僅延緩凝結(jié),而且也會(huì)推遲水泥砂漿系統(tǒng)的硬化過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn),纖維素醚對(duì)水泥熟料礦物相中硅酸三鈣(C3S)和鋁酸三鈣(C3A)水化動(dòng)力學(xué)的影響方式是不同的。纖維素醚主要降低C3S加速期的反應(yīng)速度,而對(duì)于C3A/CaSO4系統(tǒng)則是由于纖維素醚延長(zhǎng)了誘導(dǎo)期[見(jiàn)圖9、圖10,為摻TyloseMH15000P6(DS=1.7,MS=0.15,顆粒<180目)]。以上述方式對(duì)C3S水化的阻礙會(huì)造成砂漿硬化過(guò)程的延遲,而C3A/CaSO4系統(tǒng)誘導(dǎo)期的延長(zhǎng)則會(huì)使砂漿的凝結(jié)推遲。

纖維素醚的緩凝作用不僅取決于它在礦物膠凝材料系統(tǒng)中的濃度,而且取決于它的化學(xué)結(jié)構(gòu)。對(duì)HEMC來(lái)說(shuō),甲基化的程度越高,纖維素醚的緩凝作用就越小。此外,親水取代(如對(duì)HEC的取代)較憎水取代(如對(duì)MH、HEMC、HMPC的取代)的緩凝作用更強(qiáng)。這種作用如圖11所示,試驗(yàn)用纖維素醚為T(mén)ylose實(shí)驗(yàn)室級(jí),MHEC的DS=1.5～1.9、MS=0.15;HEC的MS=2.1,用于研究的瓷磚膠含有45%的OPC(CEMI42.5R)。

黏度是表現(xiàn)纖維素醚化學(xué)特性的另一個(gè)重要參數(shù)。如上所述,黏度主要影響保水能力,對(duì)新拌砂漿的工作性也有顯著影響。但是,試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),纖維素醚的黏度對(duì)水泥水化動(dòng)力學(xué)幾乎沒(méi)有任何影響,這種效果是有好處的,至少在一定程度上可以簡(jiǎn)化十分復(fù)雜的砂漿配方。高度改進(jìn)和創(chuàng)新的纖維素醚通過(guò)加入不同的輔助增稠劑進(jìn)行改性。這些添加劑與大部分水泥相之間有強(qiáng)烈的相互作用,從而對(duì)水泥的水化動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生顯著的影響。這些添加劑由天然聚合物(如淀粉醚)以及各種合成聚合物組成。一般的規(guī)則是輔助增稠劑對(duì)水化過(guò)程的延遲程度要比纖維素醚大得多[見(jiàn)圖12,試驗(yàn)用纖維素醚為T(mén)yloseMH15000P6(DS=1.7,MS=0.15,顆粒<180目),用于研究的瓷磚膠含有45%的OPC(CEMI42.5R)]。但是,水泥水化的主要影響是否來(lái)自天然或合成輔助增稠劑,還無(wú)法得到一個(gè)一般性的結(jié)論。

纖維素醚的等級(jí)取決于醚化程度和用于醚化的化學(xué)取代物的種類(lèi)(—CH3、—C2H4OH、—C3H6OH……)。纖維素醚的緩凝效果主要受這兩個(gè)參數(shù)的影響,也就是說(shuō)有些纖維素醚表現(xiàn)出較強(qiáng)的緩凝作用,特別適用于炎熱地區(qū),另外一些纖維素醚幾乎沒(méi)有任何緩凝作用,因此可以很好地用在寒冷地區(qū)。此外,也有各種促凝劑如甲酸鈣可以補(bǔ)償纖維素醚的緩凝作用。

5結(jié)語(yǔ)纖維素醚特別是甲基纖維素醚如HEMC和HPMC,在許多干拌HYPERLINK"/cpro/ui/uijs.php?c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=11&jk=afc8b2af49cde2db&k=%C9%B0%BD%AC&k0=%C9%B0%BD%AC&kdi0=0&luki=3&n=10&p=baidu&q=20039089_cpr&rb=0&rs=1&seller_id=1&sid=dbe2cd49afb2c8af&ssp2=1&stid=0&t=tpclick