1. Огляд ефіру целюлози (HPMC)
Гідроксипропілметилцелюлоза (HPMC) — це широко використовувана ефірна сполука целюлози, хімічно модифікована з природної целюлози. Має відмінну водорозчинність, плівкоутворювальні, загущувальні та адгезійні властивості, тому широко використовується в будівельних матеріалах. Застосування HPMC у матеріалах на основі цементу в основному призначене для покращення їх плинності, утримання води та регулювання часу схоплювання.
2. Основний процес схоплювання цементу
Процес взаємодії цементу з водою з утворенням гідратів називається реакцією гідратації. Цей процес ділиться на кілька етапів:
Період індукції: частинки цементу починають розчинятися, утворюючи іони кальцію та іони силікатів, демонструючи короткочасний стан текучості.
Період прискорення: Продукти гідратації швидко посилюються, і починається процес схоплювання.
Період уповільнення: Швидкість гідратації зменшується, цемент починає твердіти і утворюється твердий цементний камінь.
Період стабілізації: Продукти гідратації поступово дозрівають і міцність поступово зростає.
Час схоплювання зазвичай поділяють на час початкового схоплювання та час остаточного схоплювання. Час початкового схоплювання відноситься до часу, коли цементне тісто починає втрачати пластичність, а час остаточного схоплювання відноситься до часу, коли цементне тісто повністю втрачає пластичність і переходить у стадію твердіння.
3. Механізм впливу ГПМЦ на час схоплювання цементу
3.1 Ефект згущення
HPMC має значний ефект загущення. Це може збільшити в'язкість цементного тіста та утворити систему високої в'язкості. Цей ефект згущення вплине на дисперсію та осідання частинок цементу, а отже, на хід реакції гідратації. Ефект згущення зменшує швидкість осадження продуктів гідратації на поверхні частинок цементу, тим самим затримуючи час схоплювання.
3.2 Затримка води
HPMC має хорошу здатність утримувати воду. Додавання HPMC до цементного тіста може значно покращити водоутримання пасти. Високий рівень утримання води може запобігти надто швидкому випаровуванню води на поверхні цементу, щоб підтримувати вміст води в цементній пасті та подовжувати час реакції гідратації. Крім того, утримання води допомагає цементному тісту підтримувати належну вологість під час процесу затвердіння та зменшує ризик розтріскування, викликаного ранньою втратою води.
3.3 Уповільнення гідратації
HPMC може утворювати захисну плівку, що покриває поверхню частинок цементу, що перешкоджатиме реакції гідратації. Ця захисна плівка запобігає прямому контакту між частинками цементу та водою, тим самим затримуючи процес гідратації цементу та подовжуючи час схоплювання. Цей ефект затримки особливо очевидний у високомолекулярних ГПМЦ.
3.4 Підвищена тиксотропія
Додавання HPMC також може посилити тиксотропію цементного розчину (тобто плинність збільшується під дією зовнішньої сили та повертається до початкового стану після усунення зовнішньої сили). Ця тиксотропна властивість допомагає покращити працездатність цементного розчину, але з точки зору часу схоплювання, ця підвищена тиксотропія може призвести до перерозподілу розчину під дією сили зсуву, що ще більше подовжує час схоплювання.
4. Практичне застосування ГПМЦ, що впливає на час схоплювання цементу
4.1 Наливні підлогові матеріали
У самовирівнювальних матеріалах для підлоги цемент потребує більш тривалого початкового часу для вирівнювання та стяжки. Додавання HPMC може подовжити початковий час схоплювання цементу, дозволяючи самовирівнювальним матеріалам мати довший час експлуатації під час будівництва, уникаючи проблеми, викликаної передчасним схоплюванням цементного розчину під час будівництва.
4.2 Попередньо змішаний розчин
У попередньо змішаних розчинах HPMC не тільки покращує водоутримання розчину, але й подовжує час схоплювання. Це особливо важливо для випадків тривалого транспортування та будівництва, що гарантує, що будівельний розчин збереже хорошу працездатність перед використанням і уникне труднощів при будівництві, спричинених занадто коротким часом схоплювання.
4.3 Сухий розчин
HPMC часто додають до сухого розчину для покращення його будівельних характеристик. Ефект згущення HPMC збільшує в’язкість розчину, полегшуючи його нанесення та вирівнювання під час будівництва, а також подовжує час схоплювання, даючи будівельникам достатньо часу для внесення коригувань.
5. Фактори, що впливають на час схоплювання цементу ГПМЦ
5.1 Додана кількість HPMC
Кількість доданої HPMC є ключовим фактором, що впливає на час схоплювання цементу. Як правило, чим більша кількість доданого HPMC, тим більш очевидним є подовження часу схоплювання цементу. Це пояснюється тим, що більше молекул HPMC може покривати більше поверхонь частинок цементу та перешкоджати реакціям гідратації.
5.2 Молекулярна маса HPMC
HPMC різної молекулярної маси по-різному впливає на час схоплювання цементу. HPMC з високою молекулярною масою зазвичай має сильніший ефект загущення та здатність утримувати воду, тому він може значно подовжити час схоплювання. Хоча HPMC з низькою молекулярною масою також може подовжити час схоплювання, ефект відносно слабкий.
5.3 Екологічні умови
Температура навколишнього середовища та вологість також впливатимуть на вплив HPMC на час схоплювання цементу. У високотемпературному середовищі реакція гідратації цементу прискорюється, але водоутримуюча властивість HPMC уповільнює цей ефект. У середовищі з низькою температурою сама реакція гідратації відбувається повільно, а ефект загустіння та утримання води HPMC може призвести до значного подовження часу схоплювання цементу.
5.4 Водоцементний коефіцієнт
Зміни у водоцементному співвідношенні також впливатимуть на вплив HPMC на час схоплювання цементу. При більш високому водоцементному співвідношенні в цементній пасті більше води, і ефект утримування води HPMC може мати менший вплив на час схоплювання. При нижчому водоцементному відношенні ефект загущення HPMC буде більш очевидним, а ефект подовження часу схоплювання буде більш значним.
Будучи важливою добавкою до цементу, HPMC значно впливає на час схоплювання цементу через різні механізми, такі як загущення, утримання води та уповільнення реакції гідратації. Застосування HPMC може подовжити початковий і кінцевий час схоплювання цементу, забезпечити більш тривалий час експлуатації конструкції та покращити експлуатаційні характеристики матеріалів на основі цементу. У практичному застосуванні такі фактори, як кількість доданої ГПМЦ, молекулярна маса та умови навколишнього середовища спільно визначають її конкретний вплив на час схоплювання цементу. Завдяки раціональному регулюванню цих факторів можна досягти точного контролю часу схоплювання цементу для задоволення потреб різних будівельних проектів.
Час публікації: 21 червня 2024 р