Multifunkcionalna primjena hidroksietil metilne celuloze (HEMC) u građevinskom polju

1. Karakteristike i primjena konstrukcije HEMC -a

Hidroksietil metil celuloza (HEMC) i S derivat celuloze dobiven reakcijom eterifikacije prirodne celuloze s etilen oksidom i metil kloridom nakon tretmana alkalizacijom. Njegova molekularna struktura sadrži dvije eterifikacijske skupine, hidroksietil i metil. Ova posebna kemijska struktura daje HEMC -u niz izvrsnih svojstava, što ga čini posebno prikladnim za građevinske primjene. HEMC je neionski polimer, što znači da na njegovu performanse ne utječe pH vrijednost i može ostati stabilna u kiselom i alkalnom okruženju. Ova je značajka posebno važna za materijale na bazi cementa jer će postupak hidratacije cementa doživjeti okruženje koje se mijenja od snažnih alkalnih u neutralno.

Topljivost vode HEMC -a jedna je od njegovih osnovnih karakteristika. U usporedbi s uobičajenom metil celulozom (MC), zbog uvođenja hidroksietila, HEMC ima širi raspon prilagodljivosti temperature, topiv je i u hladnoj i vrućoj vodi, a otopina neće stvarati gel ili oborine zbog temperaturnih promjena. Ova značajka osigurava stabilnost performansi građevinskih materijala u različitim klimatskim uvjetima. Otopine HEMC-a imaju širok raspon viskoznosti, od niske viskoznosti do ultra visoke viskoznosti, što pruža fleksibilne mogućnosti za različite građevinske primjene-samozakonski minobacači zahtijevaju HEMC niske viskoznosti za poboljšanje fluidnosti, dok minobacači od gipsa zahtijevaju HEMC visoke viskoznosti kako bi poboljšali svojstva protiv oštećenja.

Iz okolišne perspektive, HEMC u potpunosti ispunjava zahtjeve moderne građevinske industrije za zelene materijale. Koristi prirodnu celulozu kao sirovina, nema toksične nusproizvode u proizvodnom procesu, a gotov proizvod biorazgradiv i ekološki prihvatljiv. Ova značajka omogućuje mu održavanje konkurentnosti na tržištu u skladu s sve strožim propisima o okolišu i pomaže građevinskoj industriji u postizanju ciljeva održivog razvoja. HEMC -ova biokompatibilnost također eliminira zdravstvene rizike za građevinske radnike i pitanja sigurnosti u kasnijoj upotrebi konstrukcije, što je prednost koju mnogi sintetički polimer aditivi ne mogu uskladiti.

Svestranost HEMC -a ogleda se u činjenici da jedan aditiv može istovremeno postići višestruka poboljšanja performansi. U građevinskim materijalima, HEMC ne može samo zgušnjavati i zadržati vodu, već i ugraditi zrak, sporo postavljanje i poboljšati vezivanje. Ova "jedna doza, višestruki efekti" pojednostavljuje dizajn formulacije i smanjuje troškove proizvodnje. Na primjer, u ljepilama s pločicama, HEMC pruža tri ključne funkcije: zadržavanje vode (osiguravajući puni hidrataciju cementa), zadebljanje (sprječavanje klizanja pločica prema dolje) i produženo vrijeme otvorenog (olakšavajuće podešavanje položaja).

HEMC ima dobru kompatibilnost s drugim građevinskim kemijskim aditivima i može se koristiti zajedno s raznim dodacima kao što su reduktori vode, depoameri, lateks prah itd. Bez antagonističkih učinaka. Ovaj sinergistički učinak omogućuje formulatorima građevinskih materijala da precizno kontroliraju svojstva materijala kako bi zadovoljili različite inženjerske potrebe.

2. Temeljni mehanizam HEMC -a u građevinskim materijalima

Fizikalno -kemijska osnova za višestruke funkcije hidroksietil metilceluloze u građevinskim materijalima proizlazi iz njegove jedinstvene molekularne strukture i ponašanja hidratacije. Kad HEMC prah dođe u kontakt s vodom, hidroksil (-OH) i eterske veze (-o-) na njegovom molekularnom lancu odmah tvore vodikove veze s molekulama vode. Ova snažna intermolekularna sila je korijen svih svojstava primjene HEMC -a. Kako se postupak otapanja odvija, molekularni lanac HEMC-a postupno se razvija i formira trodimenzionalnu mrežnu strukturu, pretvarajući slobodnu vodu u vezanu vodu, značajno poboljšavajući viskoznost i kapacitet zadržavanja vode u sustavu. Ova mikrostrukturna promjena izravno se odražava na poboljšanje performansi makroskopskog građevinskog materijala.

Mehanizam zadržavanja vode jedan je od najvažnijih mehanizama djelovanja HEMC -a. Kod materijala na bazi cementa, HEMC postiže funkciju zadržavanja vode na dva načina: jedan je da molekule HEMC-a formiraju vodikove veze s molekulama vode kako bi se slobodna voda pretvorila u vezanu vodu; Drugi je da mrežna struktura nastala zapletom HEMC makromolekularnih lanaca fizički blokira migraciju vode. Studije su pokazale da se čak i ako se doda 0,1% -0,3% HEMC (po težini suhog praha), stopa zadržavanja vode u minobacanju može se povećati sa 70% na više od 95%, što osigurava da se cement može u potpunosti hidratizirati na suhim ili poroznim supstratima kako bi se izbjegao gubitak snage zbog nedostatka vode. Na efekt zadržavanja vode utječu mnogi čimbenici: pri istoj dozi, što je veća viskoznost HEMC -a, to je bolje zadržavanje vode; Povećanje temperature okoline smanjit će učinak zadržavanja vode; a odgovarajuća doza (obično 0,1%-0,5%) može postići idealnu stopu zadržavanja vode. Iako dodatno povećanje doze može poboljšati zadržavanje vode, učinak troškova smanjuje se.

Zadebljavanje i tiksotropni učinci HEMC -a mijenjaju reološka svojstva građevinskih materijala. Otopina HEMC -a ima očite karakteristike stanjivanja smicanja - viskoznost se smanjuje pri visokim brzinama miješanja ili nanošenja, što je prikladno za građevinske operacije; Dok se oporavlja visoka viskoznost u statičkom ili niskom stanju smicanja kako bi se spriječilo da materijal odđe ili sedimentaciju. Ova karakteristika inteligentnog odgovora čini HEMC posebno prikladnim za žbukoviti malter i ljepilo za pločice za vertikalnu konstrukciju površine. Učinak zadebljanja uglavnom ovisi o molekulskoj težini i koncentraciji HEMC -a - što je veća molekularna masa i veća je koncentracija, to je značajniji učinak zadebljanja. Međutim, previsoka viskoznost će utjecati na performanse konstrukcije, pa je potrebno odabrati HEMC proizvode s odgovarajućom viskoznošću prema različitim primjenama.

Kao površinski aktivan, HEMC pokazuje dvostruke karakteristike u materijalima na bazi cementa: hidrofilne skupine (hidroksilne skupine i eterske veze) i hidrofobne skupine (metilne skupine i prstenovi glukoze) u molekulama čine ga površinom aktivnim, što može smanjiti površinsku napetost vode i unositi fine mjehuriće. Ovi mjehurići djeluju kao "kuglični ležajevi" u minobacaču, poboljšavajući glatkoću konstrukcije i povećavajući prinos suspenzije materijala (povećanje volumena). Međutim, previše mjehurića smanjit će snagu otvrdnutog tijela, tako da je često potrebno koristiti u kombinaciji s depoamerom kako bi se postigla najbolja struktura pora. Uključivanje zraka HEMC -a obično je između 5% i 15%, na što uvelike utječu doziranje, metodu miješanja i drugi aditivi.

HEMC ima značajan utjecaj retardiranja na proces hidratacije cementa, koji ima i prednosti i nedostatke. Molekule HEMC -a adsorbiraju se na površini čestica cementa, ometajući kontakt između vode i minerala, usporavajući brzinu reakcije hidratacije i produžujući vrijeme postavljanja. Ova imovina retardiranja vrlo je vrijedna u izgradnji s visokim temperaturama u ljetnom ili dugom vremenu rada; Ali zimi može postati nedostatak kada je niska temperatura ili zahtijeva brzo postavljanje. Podešavanjem doze HEMC-a (obično 0,05% -0,2% može produžiti vrijeme postavljanja za 1-4 sata) ili ga koristiti koagulantom, vrijeme postavljanja može se precizno kontrolirati kako bi se zadovoljile inženjerske potrebe.

Mehanizam poboljšanja vezanja HEMC uključuje i fizičke i kemijske učinke. Fizički, HEMC povećava viskoznost maltera i povećava kontaktno područje s supstratom; Kemijski, polarne skupine u molekulama HEMC tvore vodikove veze i van der Waals sile s površinom anorganskih materijala. U aplikacijama kao što su ljepila za pločice i minobacači od gipsa, HEMC može značajno poboljšati čvrstoću veze (obično za 20%-50%) i smanjiti rizik od šuplje i pada. Ovaj učinak poboljšanja veze posebno je vidljiv na glatkim površinama ili supstratima za apsorpciju niske vode (poput vitrificiranih pločica).

3. Performanse primjene HEMC-a u suho miješanom maltera

Suho miješani malter važan je dio moderne građevinske industrije, a njegovi su performanse izravno povezani s učinkovitošću građevine i kvalitetom projekata. Hidroksietil metilceluloza, kao ključni aditiv u suho miješanom maltera, prisutan je u gotovo svim posebnim formulama minobacača i igra nezamjenjivu ulogu.

Adheziva s pločicama jedno je od najtipičnijih područja primjene HEMC -a. U procesu tradicionalnih pločica za lijepljenje cementnog minobacača, problemi poput šupljine i pada uobičajeni su, a ljepila s pločicama s 0,3% -0,7% HEMC-a mogu u potpunosti riješiti ove probleme. HEMC tvori trodimenzionalnu mrežnu strukturu u ljepljivom pločicama, dajući mokro malter izvrsnim anti-klizanim svojstvima. Čak ni pločice velike veličine neće kliznuti prema zidu, uvelike poboljšavajući učinkovitost i sigurnost konstrukcije. Istodobno, HEMC osigurava da se cement u potpunosti hidrira zadržavanjem vode. Čak i ako je izgrađen u visokoj temperaturi, vjetrovitom okolišu ili na visoko apsorbiranom supstratu, može tvoriti strukturu cementa visoke čvrstoće kako bi se izbjeglo smanjenje sile veza zbog nedovoljne hidratacije. HEMC također može produžiti vrijeme otvorenog ljepila za pločice (obično na više od 30 minuta), dajući građevinskim radnicima dovoljno vremena da prilagode položaj pločica, što je posebno važno u velikim projektima.

Vanjski sustavi toplinske izolacije (ETICS) još su jedno važno područje primjene za HEMC. U tim se sustavima HEMC uglavnom koristi za vezanje maltera i žbukanja maltera, a količina dodavanja obično je 0,2%-0,5%. Funkcija zadržavanja vode HEMC -a ovdje je osobito kritična, jer izolacijski materijali (poput EPS ploče ili stijena) obično imaju vrlo nisku apsorpciju vode. Voda u tradicionalnim minobacačima će brzo ispariti ili migrirati, što rezultira nedovoljnom hidratacijom cementa. Nakon dodavanja HEMC -a, minobacač također može zadržati dovoljno vode na supstratu s niskom apsorpcijom vode kako bi se dovršila reakcija hidratacije i osigurala čvrstoću vezanja. Istodobno, povećana fleksibilnost donesena zrakom HEMC -a pomaže u sprečavanju toplinskog naprezanja izolacijskog sustava i smanjenju rizika od pucanja.

Zahtjevi za izvedbu HEMC-a za samolivelirajući minobacač vrlo su različiti od onih iz gore navedenih primjena. Materijali koji se samozaluđuju trebaju izvrsnu fluidnost i samoliveling sposobnost, ali ne mogu odvajati i krvariti, što zahtijeva upotrebu niske viskoznosti, ali dobrog HEMC-a koji se vraća na vodu. U ovoj primjeni, doziranje HEMC-a obično je niska (0,02%-0,1%), a uglavnom igra ulogu stabilizacije sustava kako bi se spriječilo da se čvrste čestice naleti i vode pluta. Sinergistički učinak HEMC -a i reduktora vode ovdje je posebno istaknut - reduktor vode pruža fluidnost, a HEMC sustav održava ujednačenom i stabilnom. Kombinacija njih dvojice može dobiti materijal s visokim performansama samootkrivanja s fluidnošću veće od 130 mm i 28-dnevnom tlačnom čvrstoćom veće od 30MPa.

Popravak minobacača još je jedno područje primjene HEMC -a koje se ne može zanemariti. Projekti popravka obično se suočavaju s izazovima kao što su sušenje supstrata, složeni oblici i brzi razvoj čvrstoće, a svestranost HEMC -a ovdje se u potpunosti odražava. U popravku oštećenja od betona, dodavanje 0,3%-0,8%HEMC može značajno poboljšati čvrstoću veze između maltera i starog betona (povećati 40-100%) i smanjiti nedostatke sučelja. Zadržavanje vode HEMC -a osigurava da se voda neće prebrzo izgubiti tijekom izgradnje na okomitim i gornjim površinama, a njegov spor efekt postavljanja daje materijal za popravak dovoljno radnog vremena. Za brze popravke vrijeme postavljanja može se skratiti podešavanjem doze HEMC-a (do 0,05%-0,1%) ili ga pomoću koagulansa. Praksa održavanja zgrade pokazuje da je vijek trajanja popravka modificiranog HEMC-om 3-5 puta duži od tradicionalnog materijala, što uvelike smanjuje troškove održavanja.