В статье рассматриваются типы добавок, обычно используемых в строительных сухих растворах, их эксплуатационные характеристики, механизм действия и влияние на эксплуатационные свойства сухих растворов. Особое внимание уделяется улучшающему эффекту водоудерживающих агентов, таких как эфир целлюлозы и эфир крахмала, редиспергируемый латексный порошок и волокнистые материалы, на эксплуатационные характеристики сухих растворов.
Добавки играют ключевую роль в улучшении характеристик строительных сухих растворов, однако их добавление значительно увеличивает стоимость материалов по сравнению с традиционными растворами, составляя более 40% от общей стоимости материалов в сухих растворах. В настоящее время значительная часть добавок поставляется зарубежными производителями, а рекомендуемая дозировка продукта также указывается поставщиком. В результате стоимость сухих растворов остается высокой, и трудно обеспечить массовое распространение обычных строительных и штукатурных растворов в больших объемах и на больших площадях; высококачественная продукция контролируется зарубежными компаниями, а производители сухих растворов имеют низкую прибыль и низкую ценовую терпимость; отсутствует систематическое и целенаправленное исследование применения фармацевтических препаратов, и зарубежные формулы слепо следуют заимствованиям.
Исходя из вышеизложенных причин, в данной работе анализируются и сравниваются некоторые основные свойства широко используемых добавок, и на этой основе изучаются эксплуатационные характеристики сухих строительных смесей с добавлением добавок.
1. влагоудерживающий агент
Водоудерживающая добавка является ключевым компонентом, улучшающим влагоудерживающие свойства сухих строительных смесей, а также одной из ключевых добавок, определяющих стоимость строительных материалов.
1. Гидроксипропилметилцеллюлозный эфир (ГПМЦ)
Гидроксипропилметилцеллюлоза — это общее название ряда продуктов, образующихся в результате реакции щелочной целлюлозы с этерифицирующим агентом при определенных условиях. Щелочная целлюлоза заменяется различными этерифицирующими агентами для получения различных эфиров целлюлозы. В зависимости от ионизационных свойств заместителей эфиры целлюлозы можно разделить на две категории: ионные (например, карбоксиметилцеллюлоза) и неионные (например, метилцеллюлоза). В зависимости от типа заместителя эфиры целлюлозы можно разделить на моноэфиры (например, метилцеллюлоза) и смешанные эфиры (например, гидроксипропилметилцеллюлоза). В зависимости от растворимости их можно разделить на водорастворимые (например, гидроксиэтилцеллюлоза) и растворимые в органических растворителях (например, этилцеллюлоза) и т. д. Сухие смеси в основном состоят из водорастворимой целлюлозы, а водорастворимая целлюлоза делится на быстрорастворимую и поверхностно обработанную с замедленным растворением.
Механизм действия эфира целлюлозы в строительном растворе следующий:
(1) Гидроксипропилметилцеллюлоза легко растворяется в холодной воде, но с трудом растворяется в горячей воде. Однако температура ее гелеобразования в горячей воде значительно выше, чем у метилцеллюлозы. Растворимость в холодной воде также значительно улучшена по сравнению с метилцеллюлозой.
(2) Вязкость гидроксипропилметилцеллюлозы связана с ее молекулярной массой, и чем больше молекулярная масса, тем выше вязкость. Температура также влияет на ее вязкость: с повышением температуры вязкость уменьшается. Однако ее высокая вязкость имеет меньшее температурное воздействие, чем метилцеллюлоза. Ее раствор стабилен при хранении при комнатной температуре.
(3) Водоудерживающая способность гидроксипропилметилцеллюлозы зависит от количества ее добавления, вязкости и т. д., и ее водоудерживающая способность при одинаковом количестве добавления выше, чем у метилцеллюлозы.
(4) Гидроксипропилметилцеллюлоза устойчива к кислотам и щелочам, а ее водный раствор очень стабилен в диапазоне pH=2–12. Каустическая сода и известковая вода мало влияют на ее свойства, но щелочи могут ускорить ее растворение и увеличить вязкость. Гидроксипропилметилцеллюлоза устойчива к обычным солям, но при высокой концентрации солевого раствора вязкость раствора гидроксипропилметилцеллюлозы имеет тенденцию к увеличению.
(5) Гидроксипропилметилцеллюлозу можно смешивать с водорастворимыми полимерными соединениями для образования однородного раствора с более высокой вязкостью. Например, поливиниловый спирт, эфир крахмала, растительная камедь и т. д.
(6) Гидроксипропилметилцеллюлоза обладает лучшей устойчивостью к ферментам, чем метилцеллюлоза, и ее раствор менее подвержен разложению ферментами, чем метилцеллюлоза.
(7) Адгезия гидроксипропилметилцеллюлозы к строительному раствору выше, чем у метилцеллюлозы.
2. Метилцеллюлоза (МС)
После обработки очищенного хлопка щелочью, в результате ряда реакций с хлоридом метана в качестве этерифицирующего агента получают эфир целлюлозы. Как правило, степень замещения составляет 1,6–2,0, а растворимость также различается в зависимости от степени замещения. Он относится к неионогенным эфирам целлюлозы.
(1) Метилцеллюлоза растворима в холодной воде, но трудно растворяется в горячей воде. Ее водный раствор очень стабилен в диапазоне pH = 3–12. Она обладает хорошей совместимостью с крахмалом, гуаровой камедью и многими поверхностно-активными веществами. Когда температура достигает температуры гелеобразования, происходит гелеобразование.
(2) Водоудерживающая способность метилцеллюлозы зависит от количества добавленного вещества, вязкости, тонкости частиц и скорости растворения. Как правило, если количество добавленного вещества велико, тонкость частиц мала, а вязкость высока, то водоудерживающая способность высока. При этом количество добавленного вещества оказывает наибольшее влияние на водоудерживающую способность, а уровень вязкости не прямо пропорционален уровню водоудерживающей способности. Скорость растворения в основном зависит от степени модификации поверхности частиц целлюлозы и тонкости частиц. Среди вышеупомянутых эфиров целлюлозы метилцеллюлоза и гидроксипропилметилцеллюлоза обладают более высокими показателями водоудерживающей способности.
(3) Изменения температуры серьезно повлияют на способность метилцеллюлозы удерживать воду. Как правило, чем выше температура, тем хуже удерживание воды. Если температура раствора превышает 40 °C, удерживание воды метилцеллюлозой значительно снизится, что серьезно повлияет на качество строительства.
(4) Метилцеллюлоза оказывает существенное влияние на конструктивные свойства и адгезию раствора. Под «адгезией» здесь понимается сила сцепления, ощущаемая между инструментом, используемым рабочим, и основанием стены, то есть сопротивление сдвигу раствора. При высокой адгезии сопротивление сдвигу раствора велико, а требуемая от рабочих прочность в процессе использования также велика, что приводит к низкой эффективности строительства. Адгезия метилцеллюлозы в продуктах на основе эфиров целлюлозы находится на умеренном уровне.
3. Гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭК)
Он изготавливается из очищенного хлопка, обработанного щелочью, и реагирует с этиленоксидом в качестве этерифицирующего агента в присутствии ацетона. Степень замещения обычно составляет 1,5–2,0. Он обладает сильной гидрофильностью и легко впитывает влагу.
(1) Гидроксиэтилцеллюлоза растворима в холодной воде, но плохо растворяется в горячей воде. Ее раствор стабилен при высоких температурах, не образуя геля. Ее можно использовать длительное время при высоких температурах в растворе, но ее влагоудержание ниже, чем у метилцеллюлозы.
(2) Гидроксиэтилцеллюлоза устойчива к общим кислотам и щелочам. Щелочи могут ускорить ее растворение и незначительно увеличить ее вязкость. Ее диспергируемость в воде несколько хуже, чем у метилцеллюлозы и гидроксипропилметилцеллюлозы.
(3) Гидроксиэтилцеллюлоза обладает хорошими противоскользящими свойствами для строительного раствора, но имеет более длительное время замедления для цемента.
(4) Характеристики гидроксиэтилцеллюлозы, производимой некоторыми отечественными предприятиями, заметно ниже, чем у метилцеллюлозы, из-за высокого содержания воды и высокого содержания золы.
Крахмальный эфир
Эфиры крахмала, используемые в строительных растворах, получают путем модификации природных полимеров некоторых полисахаридов, таких как картофель, кукуруза, маниока, гуаровая камедь и т. д.
1. Модифицированный крахмал
Крахмальный эфир, модифицированный из картофеля, кукурузы, маниоки и др., обладает значительно меньшей влагоудерживающей способностью, чем целлюлозный эфир. Из-за различной степени модификации, его устойчивость к кислотам и щелочам также различна. Некоторые продукты подходят для использования в гипсовых растворах, другие — в цементных. Применение крахмального эфира в растворах в основном осуществляется в качестве загустителя для улучшения противостекающих свойств раствора, снижения адгезии влажного раствора и увеличения времени схватывания.
Эфиры крахмала часто используются вместе с целлюлозой, так что свойства и преимущества этих двух продуктов дополняют друг друга. Поскольку продукты на основе эфиров крахмала значительно дешевле эфиров целлюлозы, применение эфиров крахмала в растворе приведет к существенному снижению стоимости составов растворов.
2. Эфир гуаровой камеди
Эфир гуаровой камеди — это разновидность крахмального эфира со специальными свойствами, полученный путем модификации натуральных бобов гуара. В основном, в результате реакции этерификации гуаровой камеди и акриловой функциональной группы образуется структура, содержащая 2-гидроксипропильную функциональную группу, представляющая собой полигалактоманнозную структуру.
(1) По сравнению с эфиром целлюлозы, эфир гуаровой камеди более растворим в воде. Свойства гуаровых эфиров по pH практически не изменяются.
(2) В условиях низкой вязкости и низкой дозировки гуаровая камедь может заменить эфир целлюлозы в равном количестве и обладает аналогичными влагоудерживающими свойствами. Однако консистенция, устойчивость к стеканию, тиксотропность и т.д. значительно улучшаются.
(3) В условиях высокой вязкости и большой дозировки гуаровая камедь не может заменить эфир целлюлозы, а смешанное использование обоих обеспечит лучшие результаты.
(4) Применение гуаровой камеди в гипсовом растворе может значительно снизить адгезию во время строительства и сделать строительство более гладким. Это не оказывает негативного влияния на время схватывания и прочность гипсового раствора.
3. Модифицированный минеральный водоудерживающий загуститель
В Китае применяется водоудерживающий загуститель, изготовленный из природных минералов путем модификации и компаундирования. Основные минералы, используемые для приготовления водоудерживающих загустителей, включают: сепиолит, бентонит, монтмориллонит, каолин и др. Эти минералы приобретают определенные водоудерживающие и загущающие свойства благодаря модификации, например, с помощью связующих агентов. Такой водоудерживающий загуститель, применяемый в строительном растворе, обладает следующими характеристиками.
(1) Это может значительно улучшить характеристики обычного раствора и решить проблемы плохой удобоукладываемости цементного раствора, низкой прочности смешанного раствора и плохой водостойкости.
(2) Можно разработать растворные материалы с различными уровнями прочности для общего промышленного и гражданского строительства.
(3) Стоимость материалов значительно ниже, чем у эфира целлюлозы и эфира крахмала.
(4) Водоудержание ниже, чем у органического водоудерживающего агента, значение усадки при высыхании приготовленного раствора больше, а когезия снижена.
Редиспергируемый полимерный каучуковый порошок
Диспергируемый резиновый порошок получают методом распылительной сушки специальной полимерной эмульсии. В процессе обработки незаменимыми добавками становятся защитный коллоид, антислеживающий агент и т.д. Высушенный резиновый порошок представляет собой совокупность сферических частиц размером 80–100 мм. Эти частицы растворимы в воде и образуют стабильную дисперсию, немного превышающую по размеру частицы исходной эмульсии. После обезвоживания и сушки эта дисперсия образует пленку. Эта пленка является необратимой, как и образование обычной эмульсионной пленки, и не диспергируется повторно при контакте с водой.
Диспергируемый каучуковый порошок можно разделить на следующие типы: сополимер стирола и бутадиена, сополимер третичной угольной кислоты и этилена, сополимер этилена и ацетата уксусной кислоты и др., и на его основе для улучшения характеристик в него вносят прививки силикона, виниллаурата и др. Различные методы модификации позволяют получить различные свойства диспергируемого каучукового порошка, такие как водостойкость, щелочестойкость, атмосферостойкость и гибкость. Содержит виниллаурат и силикон, которые обеспечивают каучуковому порошку хорошую гидрофобность. Высокоразветвленный винилтретичный карбонат обладает низким значением Tg и хорошей гибкостью.
При добавлении таких резиновых порошков в раствор все они оказывают замедляющее воздействие на время схватывания цемента, но это замедление меньше, чем при непосредственном нанесении аналогичных эмульсий. В сравнении с ними, стирол-бутадиеновый порошок оказывает наибольшее замедляющее воздействие, а этилен-винилацетатный – наименьшее. При слишком малой дозировке эффект улучшения характеристик раствора не очевиден.
Дата публикации: 03.04.2023