1. Overzicht van cellulose-ether (HPMC)
Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een veelgebruikte cellulose-etherverbinding, chemisch gemodificeerd uit natuurlijke cellulose. Het heeft uitstekende wateroplosbaarheid, filmvormende, verdikkende en hechtende eigenschappen en wordt daarom veel gebruikt in bouwmaterialen. HPMC wordt voornamelijk gebruikt in cementgebonden materialen om de vloeibaarheid en waterretentie te verbeteren en de uithardingstijd aan te passen.
2. Basisproces van het uitharden van cement
Het proces waarbij cement met water reageert tot hydraten, wordt hydratatiereactie genoemd. Dit proces is onderverdeeld in verschillende fasen:
Inductieperiode: cementdeeltjes beginnen op te lossen, waarbij calciumionen en silicaationen worden gevormd en er een kortdurende vloeitoestand ontstaat.
Versnellingsfase: De hydratatieproducten nemen snel toe en het uithardingsproces begint.
Vertragingsperiode: De hydratatiesnelheid neemt af, het cement begint te harden en er ontstaat een vaste cementsteen.
Stabilisatieperiode: Hydratatieproducten rijpen geleidelijk en de sterkte neemt geleidelijk toe.
De uithardingstijd wordt meestal onderverdeeld in de initiële uithardingstijd en de uiteindelijke uithardingstijd. De initiële uithardingstijd verwijst naar de tijd waarop de cementpasta zijn plasticiteit begint te verliezen, en de uiteindelijke uithardingstijd verwijst naar de tijd waarop de cementpasta zijn plasticiteit volledig verliest en de uithardingsfase ingaat.
3. Mechanisme van de invloed van HPMC op de cementuithardingstijd
3.1 Verdikkingseffect
HPMC heeft een aanzienlijk verdikkingseffect. Het kan de viscositeit van cementpasta verhogen en een hoogviskeus systeem vormen. Dit verdikkingseffect beïnvloedt de dispersie en sedimentatie van cementdeeltjes en daarmee de voortgang van de hydratatiereactie. Het verdikkingseffect vermindert de afzettingssnelheid van hydratatieproducten op het oppervlak van cementdeeltjes, waardoor de uithardingstijd wordt vertraagd.
3.2 Waterretentie
HPMC heeft een goed waterretentievermogen. Het toevoegen van HPMC aan cementpasta kan de waterretentie van de pasta aanzienlijk verbeteren. Een hoge waterretentie voorkomt dat het water op het cementoppervlak te snel verdampt, waardoor het watergehalte in de cementpasta op peil blijft en de hydratatiereactietijd wordt verlengd. Bovendien zorgt waterretentie ervoor dat de cementpasta tijdens het uithardingsproces de juiste vochtigheid behoudt en het risico op scheurvorming door vroegtijdig waterverlies wordt verminderd.
3.3 Hydratatievertraging
HPMC kan een beschermende film vormen die het oppervlak van cementdeeltjes bedekt, waardoor de hydratatiereactie wordt belemmerd. Deze beschermende film voorkomt direct contact tussen cementdeeltjes en water, waardoor het hydratatieproces van cement wordt vertraagd en de uithardingstijd wordt verlengd. Dit vertragende effect is met name merkbaar bij HPMC met een hoog molecuulgewicht.
3.4 Verbeterde thixotropie
De toevoeging van HPMC kan ook de thixotropie van cementbrij verbeteren (d.w.z. de vloeibaarheid neemt toe onder invloed van externe krachten en keert terug naar de oorspronkelijke toestand nadat de externe krachten zijn opgeheven). Deze thixotrope eigenschap draagt bij aan een betere verwerkbaarheid van cementbrij, maar wat betreft de uithardingstijd kan deze verbeterde thixotropie ertoe leiden dat de brij zich onder invloed van schuifkrachten herverdeelt, waardoor de uithardingstijd verder wordt verlengd.
4. Praktische toepassing van HPMC die de cementuithardingstijd beïnvloedt
4.1 Zelfnivellerende vloermaterialen
Bij zelfnivellerende vloermaterialen heeft cement een langere initiële uithardingstijd nodig voor egalisatie- en afreiwerkzaamheden. Door HPMC toe te voegen, kan de initiële uithardingstijd van cement worden verlengd, waardoor zelfnivellerende materialen tijdens de bouw langer kunnen worden gebruikt. Het probleem van voortijdige uitharding van cementslurry tijdens de bouw wordt hiermee vermeden.
4.2 Voorgemengde mortel
In voorgemengde mortel verbetert HPMC niet alleen de waterretentie van de mortel, maar verlengt het ook de uithardingstijd. Dit is vooral belangrijk in situaties met lange transport- en bouwtijden, omdat het ervoor zorgt dat de mortel goed verwerkbaar blijft vóór gebruik en bouwproblemen door een te korte uithardingstijd worden voorkomen.
4.3 Drooggemengde mortel
HPMC wordt vaak toegevoegd aan droog gemengde mortel om de bouwprestaties te verbeteren. De verdikkende werking van HPMC verhoogt de viscositeit van de mortel, waardoor deze gemakkelijk aan te brengen en te egaliseren is tijdens de bouw. Bovendien verlengt het de uithardingstijd, waardoor bouwvakkers voldoende tijd hebben om aanpassingen te doen.
5. Factoren die de uithardingstijd van cement door HPMC beïnvloeden
5.1 HPMC-toevoegingshoeveelheid
De toegevoegde hoeveelheid HPMC is een belangrijke factor die de uithardingstijd van cement beïnvloedt. Over het algemeen geldt: hoe meer HPMC er wordt toegevoegd, hoe langer de uithardingstijd van cement zal zijn. Dit komt doordat meer HPMC-moleculen meer cementdeeltjesoppervlakken kunnen bedekken en hydratatiereacties kunnen belemmeren.
5.2 Moleculair gewicht van HPMC
HPMC met verschillende molecuulgewichten heeft verschillende effecten op de bindingstijd van cement. HPMC met een hoog molecuulgewicht heeft doorgaans een sterker verdikkingseffect en een groter waterretentievermogen, waardoor het de bindingstijd aanzienlijk kan verlengen. Hoewel HPMC met een laag molecuulgewicht de bindingstijd ook kan verlengen, is het effect relatief zwak.
5.3 Omgevingsomstandigheden
De omgevingstemperatuur en luchtvochtigheid hebben ook invloed op het effect van HPMC op de cementuithardingstijd. Bij hoge temperaturen wordt de cementhydratatiereactie versneld, maar de waterretentie van HPMC vertraagt dit effect. Bij lage temperaturen verloopt de hydratatiereactie zelf traag, en het verdikkings- en waterretentie-effect van HPMC kan de cementuithardingstijd aanzienlijk verlengen.
5.4 Water-cementverhouding
Veranderingen in de water-cementverhouding hebben ook invloed op het effect van HPMC op de cementuithardingstijd. Bij een hogere water-cementverhouding bevindt zich meer water in de cementpasta en heeft het waterretentie-effect van HPMC mogelijk minder effect op de uithardingstijd. Bij een lagere water-cementverhouding zal het verdikkingseffect van HPMC duidelijker zijn en zal het effect van een langere uithardingstijd groter zijn.
Als belangrijk cementadditief heeft HPMC een significante invloed op de verhardingstijd van cement via verschillende mechanismen, zoals verdikking, waterretentie en vertraging van de hydratatiereactie. De toepassing van HPMC kan de initiële en uiteindelijke verhardingstijd van cement verlengen, de bouwtijd verlengen en de prestaties van cementgebaseerde materialen verbeteren. In praktische toepassingen bepalen factoren zoals de toegevoegde hoeveelheid HPMC, het molecuulgewicht en de omgevingsomstandigheden samen het specifieke effect ervan op de verhardingstijd van cement. Door deze factoren rationeel aan te passen, kan een nauwkeurige controle over de verhardingstijd van cement worden bereikt om te voldoen aan de behoeften van verschillende bouwprojecten.
Plaatsingstijd: 21-06-2024