Celulózové étery sú typom organických polymérnych zlúčenín chemicky modifikovaných z prírodnej celulózy. Bežne sa používajú v stavebných materiáloch, najmä v materiáloch založených na cemente. Vplyv celulózového éteru na proces hydratácie cementu sa odráža hlavne v nasledujúcich aspektoch: disperzia cementových častíc, zadržiavanie vody, zahusťovací účinok a vplyv na rozvoj morfológie a sily produktov hydratácie cementu.
1. Úvod do hydratácie cementu
Proces hydratácie cementu je séria komplexných fyzikálnych a chemických reakcií medzi cementom a vodou. Tieto reakcie spôsobujú, že cementová pasta postupne stvrdne, čím tvorí pevnú štruktúru, čo nakoniec produkuje hydratačné produkty, ako je hydrát kremičitanu vápenatého (CSH) a hydroxid vápenatý (CH). Počas tohto procesu rýchlosť hydratačnej reakcie cementu, plynulosť a zadržiavanie vody v kalu a tvorba hydratačných produktov priamo ovplyvňujú pevnosť a trvanlivosť konečného betónu.
2. Mechanizmus pôsobenia celulózových éter
Celulózový éter hrá významnú fyzikálnu a chemickú regulačnú úlohu v procese hydratácie cementu. Celulózový éter ovplyvňuje hlavne proces hydratácie cementu dvoma spôsobmi: jedným je ovplyvnenie distribúcie a odparovania vody v cementovej kalu; Druhým je ovplyvnenie disperzie a koagulácie cementových častíc.
Kontrola vlhkosti a zadržiavanie vody
Celulózové étery môžu výrazne zlepšiť retenciu vody materiálov na báze cementu. Vďaka svojej silnej hydrofilnosti môže celulózový éter tvoriť stabilný koloidný roztok vo vode, ktorý môže absorbovať a udržať vlhkosť. Táto kapacita na držanie vody je dôležitá pri znižovaní trhlín spôsobených rýchlou stratou vody v betóne počas skorej hydratácie. Najmä v suchých prostrediach alebo v podmienkach vysokej teploty môže celulóza éteru účinne zabrániť príliš rýchlemu odparovaniu vody a zabezpečiť, aby množstvo vody v cementovej kalu postačovalo na podporu normálnej hydratačnej reakcie.
Reológia a zahusťovanie
Celulózové étery môžu tiež zlepšiť reológiu cementových kalov. Po pridaní éteru celulózy sa výrazne zvýši konzistentnosť cementovej kalu. Tento jav sa pripisuje hlavne štruktúre dlhého reťazca vytvorenej molekulami éteru celulózy vo vode. Táto molekula s dlhým reťazcom môže obmedziť pohyb cementových častíc, čím sa zvýši viskozita a konzistentnosť suspenzie. Táto vlastnosť je obzvlášť dôležitá v aplikáciách, ako sú omietky a lepidlá dlaždíc, pretože zabraňuje príliš rýchlemu tečúcim mínometom cementu a zároveň poskytuje lepšiu stavebnú výkonnosť.
Oddialiť hydratáciu a upraviť čas nastavenia
Celulózový éter môže oddialiť hydratačnú reakciu cementu a zvýšiť počiatočné nastavenie a konečný čas nastavenia cementovej kalu. Tento účinok sa vyskytuje, pretože molekuly celulózového éteru sú adsorbované na povrchu cementových častíc, čím tvoria bariéru, ktorá zabraňuje priamemu kontaktu medzi vodnou a cementovou časticami, čím sa spomaľuje hydratačná reakcia. Odložením času na stanovenie môžu étery celulózy zlepšiť stavebnú prevádzku, čím poskytujú stavebným pracovníkom viac času na vykonanie úprav a opráv.
3. Vplyv na formu výrobkov z hydratácie cementu
Prítomnosť éterov celulózy tiež ovplyvňuje mikroštruktúru produktov hydratácie cementu. Štúdie ukázali, že morfológia gélu hydrátu z vápenatého kremičitanu (CSH) sa po pridaní celulózového éteru zmení. Molekuly éteru celulózy môžu ovplyvniť kryštálovú štruktúru CSH, čím sa uvoľňuje. Táto voľná štruktúra môže do istej miery znížiť včasnú pevnosť, ale tiež pomáha zlepšovať húževnatosť materiálu.
Celulózové étery môžu tiež znížiť tvorbu ettringitu počas procesu hydratácie. Pretože celulóza éteru retarduje rýchlosť hydratačnej reakcie, rýchlosť tvorby ettringitu v cemente sa znižuje, čím sa znižuje vnútorné napätie spôsobené expanziou objemu počas procesu vytvrdzovania.
4. Vplyv na vývoj sily
Celulózové étery majú tiež významný vplyv na vývoj materiálov na báze cementu. Pretože étery celulózy spomaľujú rýchlosť hydratácie cementu, vývoj cementových pastov je zvyčajne pomalší. Ako však pokračuje hydratačná reakcia, môže sa postupne objaviť regulačný účinok retencie celulózovej vody a hydratačnej morfológie, čo pomôže zlepšiť silu v neskoršej fáze.
Je potrebné poznamenať, že pridané množstvo a typ celulózového éteru majú dvojaký vplyv na pevnosť. Primerané množstvo éteru celulózy môže zlepšiť výkonnosť stavebníctva a zvýšiť neskoršiu pevnosť, ale nadmerné použitie môže viesť k zníženiu včasnej pevnosti materiálov na báze cementu a ovplyvniť konečné mechanické vlastnosti. Preto je v praktických aplikáciách typ a dávkovanie celulózového éteru optimalizovať a navrhnúť podľa konkrétnych inžinierskych požiadaviek.
Celulózový éter ovplyvňuje hydratačný proces a materiálové vlastnosti cementu zlepšením zadržiavania vody materiálov na báze cementu, úpravou rýchlosti hydratácie a ovplyvňovaním formy hydratačných produktov. Aj keď étery celulózy môžu spôsobiť stratu včasnej sily, môžu z dlhodobého hľadiska zlepšiť trvanlivosť a húževnatosť betónu. Pridanie celulózového éteru môže tiež významne zlepšiť výkonnosť konštrukcie, najmä v scenároch aplikácií, ktoré si vyžadujú dlhé pracovné časy a vysoké požiadavky na udržanie vody. Má nenahraditeľné výhody. V skutočných inžinierskych aplikáciách môže primeraný výber typu a dávkovania celulózového éteru vyvážiť silu, výkonnosť konštrukcie a požiadavky na trvanlivosť materiálu.
Čas príspevku: 2. septembra 2024