1. Обзор эфира целлюлозы (ГПМЦ)
Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ) — это часто используемое соединение эфира целлюлозы, которое химически модифицировано из натуральной целлюлозы. Оно обладает превосходной растворимостью в воде, пленкообразующими, загущающими и адгезионными свойствами, поэтому широко используется в строительных материалах. Применение ГПМЦ в цементных материалах в основном направлено на улучшение текучести, водоудержания и регулировку времени схватывания.
2.Основной процесс схватывания цемента
Процесс взаимодействия цемента с водой с образованием гидратов называется реакцией гидратации. Этот процесс делится на несколько стадий:
Период индукции: частицы цемента начинают растворяться, образуя ионы кальция и силикат-ионы, демонстрируя кратковременное состояние текучести.
Период ускорения: Продукты гидратации быстро увеличиваются и начинается процесс схватывания.
Период замедления: Скорость гидратации снижается, цемент начинает затвердевать, образуется прочный цементный камень.
Период стабилизации: Продукты гидратации постепенно созревают, а прочность постепенно увеличивается.
Время схватывания обычно делится на начальное время схватывания и конечное время схватывания. Начальное время схватывания относится к моменту, когда цементное тесто начинает терять пластичность, а конечное время схватывания относится к моменту, когда цементное тесто полностью теряет пластичность и переходит в стадию твердения.
3. Механизм влияния ГПМЦ на время схватывания цемента
3.1 Эффект загущения
ГПМЦ обладает значительным загущающим эффектом. Он может увеличить вязкость цементного теста и образовать высоковязкую систему. Этот загущающий эффект повлияет на дисперсию и осаждение частиц цемента и, таким образом, на ход реакции гидратации. Загущающий эффект снижает скорость осаждения продуктов гидратации на поверхности частиц цемента, тем самым задерживая время схватывания.
3.2 Задержка воды
HPMC обладает хорошей водоудерживающей способностью. Добавление HPMC в цементное тесто может значительно улучшить водоудерживание теста. Высокое водоудерживание может предотвратить слишком быстрое испарение воды на поверхности цемента, чтобы сохранить содержание воды в цементном тесте и продлить время реакции гидратации. Кроме того, водоудерживание помогает цементному тесту поддерживать надлежащую влажность в процессе отверждения и снизить риск растрескивания, вызванного ранней потерей воды.
3.3 Задержка гидратации
HPMC может образовывать защитную пленку, покрывающую поверхность частиц цемента, что будет препятствовать реакции гидратации. Эта защитная пленка предотвращает прямой контакт частиц цемента с водой, тем самым задерживая процесс гидратации цемента и продлевая время схватывания. Этот эффект задержки особенно очевиден в HPMC с высокой молекулярной массой.
3.4 Повышенная тиксотропность
Добавление HPMC также может усилить тиксотропность цементного раствора (т. е. текучесть увеличивается под действием внешней силы и возвращается к исходному состоянию после снятия внешней силы). Это тиксотропное свойство помогает улучшить обрабатываемость цементного раствора, но с точки зрения времени схватывания эта усиленная тиксотропия может привести к перераспределению раствора под действием силы сдвига, что еще больше продлит время схватывания.
4. Практическое применение ГПМЦ, влияющее на время схватывания цемента
4.1 Наливные напольные материалы
В самовыравнивающихся напольных материалах цемент требует более длительного начального времени схватывания для выравнивания и стяжки. Добавление HPMC может продлить начальное время схватывания цемента, позволяя самовыравнивающимся материалам иметь более длительное время эксплуатации во время строительства, избегая проблемы, вызванной преждевременным схватыванием цементного раствора во время строительства.
4.2 Готовый раствор
В предварительно смешанном растворе HPMC не только улучшает водоудержание раствора, но и продлевает время схватывания. Это особенно важно в случаях с длительной транспортировкой и длительным временем строительства, гарантируя, что раствор сохранит хорошую работоспособность перед использованием и избежит трудностей при строительстве, вызванных слишком коротким временем схватывания.
4.3 Сухая строительная смесь
HPMC часто добавляют в сухую строительную смесь для улучшения ее строительных характеристик. Загущающий эффект HPMC увеличивает вязкость раствора, что облегчает его нанесение и выравнивание во время строительства, а также продлевает время схватывания, давая строителям достаточно времени для внесения корректировок.
5. Факторы, влияющие на время схватывания цемента с ГПМЦ
5.1 Количество добавляемого ГПМЦ
Количество добавленного HPMC является ключевым фактором, влияющим на время схватывания цемента. Как правило, чем больше добавлено HPMC, тем более очевидным становится увеличение времени схватывания цемента. Это происходит потому, что больше молекул HPMC могут покрыть больше поверхностей частиц цемента и затруднить реакции гидратации.
5.2 Молекулярная масса ГПМЦ
HPMC с разной молекулярной массой по-разному влияет на время схватывания цемента. HPMC с высокой молекулярной массой обычно имеет более сильный загущающий эффект и водоудерживающую способность, поэтому он может продлить время схватывания более значительно. Хотя HPMC с низкой молекулярной массой также может продлить время схватывания, эффект относительно слабый.
5.3 Условия окружающей среды
Температура и влажность окружающей среды также влияют на влияние HPMC на время схватывания цемента. В условиях высокой температуры реакция гидратации цемента ускоряется, но свойство HPMC удерживать воду замедляет этот эффект. В условиях низкой температуры сама реакция гидратации протекает медленно, а эффект загустевания и удерживания воды HPMC может привести к значительному увеличению времени схватывания цемента.
5.4 Водоцементное отношение
Изменения в соотношении вода-цемент также повлияют на влияние HPMC на время схватывания цемента. При более высоком соотношении вода-цемент в цементном тесте больше воды, и эффект удержания воды HPMC может иметь меньшее влияние на время схватывания. При более низком соотношении вода-цемент эффект загущения HPMC будет более очевидным, а эффект увеличения времени схватывания будет более значительным.
Как важная добавка к цементу, ГПМЦ существенно влияет на время схватывания цемента посредством различных механизмов, таких как загустевание, удержание воды и замедление реакции гидратации. Применение ГПМЦ может продлить начальное и конечное время схватывания цемента, обеспечить более длительное время эксплуатации конструкции и улучшить эксплуатационные характеристики материалов на основе цемента. В практических применениях такие факторы, как количество добавленного ГПМЦ, молекулярный вес и условия окружающей среды, совместно определяют его специфическое влияние на время схватывания цемента. Рационально регулируя эти факторы, можно добиться точного контроля времени схватывания цемента для удовлетворения потребностей различных строительных проектов.
Время публикации: 21 июня 2024 г.