Aplicarea multifuncțională a hidroxietilului metil celuloză (HEMC) în câmpul de construcție

1. Caracteristicile și aplicabilitatea de construcție a HEMC

Hidroxietil metilululoză (HEMC) I S Un derivat de celuloză obținut prin reacția de eterificare a celulozei naturale cu oxid de etilen și clorură de metil după tratamentul de alcalcare. Structura sa moleculară conține două grupe de eterificare, hidroxietil și metil. Această structură chimică specială oferă HEMC o serie de proprietăți excelente, ceea ce o face deosebit de potrivită pentru aplicațiile de construcție. HEMC este un polimer non-ionic, ceea ce înseamnă că performanța sa nu este afectată de valoarea pH-ului și poate rămâne stabilă în medii acide și alcaline. Această caracteristică este deosebit de importantă pentru materialele pe bază de ciment, deoarece procesul de hidratare a cimentului va experimenta un mediu care se schimbă de la alcalin puternic la neutru.

Solubilitatea în apă a HEMC este una dintre caracteristicile sale de bază. În comparație cu metilululoza obișnuită (MC), datorită introducerii hidroxietilului, HEMC are un interval de adaptabilitate mai larg a temperaturii, este solubilă atât în ​​apa rece, cât și în cea caldă, iar soluția nu va produce gel sau precipitații din cauza schimbărilor de temperatură. Această caracteristică asigură stabilitatea performanței materialelor de construcție în diferite condiții climatice. Soluțiile HEMC au o gamă largă de vâscozități, de la vâscozitate scăzută până la vâscozitate ultra-înaltă, care oferă opțiuni flexibile pentru diferite aplicații de construcție-mortarii auto-nivelului necesită HEMC cu vâscozitate scăzută pentru a îmbunătăți fluiditatea, în timp ce mortarele de ipsos necesită VEMC-Viscozitate ridicată pentru a îmbunătăți proprietățile anti-sigging.

Din perspectivă de mediu, HEMC îndeplinește pe deplin cerințele industriei construcțiilor moderne pentru materiale verzi. Utilizează celuloză naturală ca materie primă, nu are produse secundare toxice în procesul de producție, iar produsul finit este biodegradabil și ecologic. Această caracteristică îi permite să mențină competitivitatea pieței în conformitate cu reglementările de mediu din ce în ce mai stricte și să ajute industria construcțiilor să atingă obiective de dezvoltare durabilă. Biocompatibilitatea HEMC elimină, de asemenea, riscurile pentru sănătate pentru lucrătorii în construcții și problemele de siguranță în utilizarea ulterioară a construcției, ceea ce este un avantaj pe care mulți aditivi polimer sintetici nu îl pot potrivi.

Versatilitatea HEMC se reflectă în faptul că un singur aditiv poate obține îmbunătățiri multiple ale performanței în același timp. În materialele de construcție, HEMC nu numai că poate îngroșa și reține apa, dar, de asemenea, va antrena aer, setarea lentă și îmbunătățirea legăturii. Această caracteristică „o doză, efecte multiple” simplifică proiectarea formulării și reduce costurile de producție. De exemplu, în adezivii de țiglă, HEMC oferă trei funcții cheie: retenția de apă (asigurând hidratarea completă a cimentului), îngroșarea (prevenirea plăcilor să alunece în jos) și timpul deschis prelungit (facilitarea reglării poziției).

HEMC are o compatibilitate bună cu alți aditivi chimici de construcție și poate fi utilizat împreună cu o varietate de amestecuri, cum ar fi reducătorii de apă, defoamere, pulberi din latex etc., fără efecte antagoniste. Acest efect sinergic permite formulatoarelor de materiale de construcție să controleze cu precizie proprietățile materialelor pentru a răspunde nevoilor de inginerie diferite.

2. Mecanismul de bază al HEMC în materiale de construcție

Baza fizico -chimică pentru multiplele funcții ale hidroxietilului metilceluloză în materialele de construcție provine din structura moleculară unică și comportamentul său de hidratare. Când pulberea HEMC intră în contact cu apa, legăturile hidroxil (-OH) și eter (-o-) de pe lanțul său molecular formează imediat legături de hidrogen cu molecule de apă. Această forță intermoleculară puternică este rădăcina tuturor proprietăților de aplicare ale HEMC. Pe măsură ce procesul de dizolvare se desfășoară, lanțul molecular HEMC se desfășoară treptat și formează o structură de rețea tridimensională, transformând apa liberă în apă legată, îmbunătățind astfel semnificativ vâscozitatea și capacitatea de retenție a apei a sistemului. Această schimbare microstructurală se reflectă direct în îmbunătățirea performanței materialelor de construcție macroscopice.

Mecanismul de retenție a apei este unul dintre cele mai importante mecanisme de acțiune ale HEMC. În materialele pe bază de ciment, HEMC atinge funcția de retenție a apei în două moduri: unul este că moleculele HEMC formează legături de hidrogen cu molecule de apă pentru a transforma apa liberă în apă legată; Cealaltă este aceea că structura de rețea formată prin înțelegerea lanțurilor macromoleculare HEMC blochează fizic migrația apei. Studiile au arătat că, chiar dacă se adaugă 0,1% -0,3% HEMC (în greutate de pulbere uscată), rata de retenție a apei de mortar poate fi crescută de la 70% la mai mult de 95%, ceea ce asigură că cimentul poate fi complet hidratat pe substraturi uscate sau poroase pentru a evita pierderea de forță din cauza lipsei de apă. Efectul de retenție de apă a HEMC este afectat de mulți factori: în aceeași doză, cu cât vâscozitatea HEMC este mai mare, cu atât retenția de apă este mai bună; Creșterea temperaturii ambientale va reduce efectul de retenție a apei; iar doza adecvată (de obicei 0,1%-0,5%) poate atinge rata ideală de retenție a apei. Deși creșterea în continuare a dozei poate îmbunătăți retenția de apă, performanța costurilor scade.

Efectele de îngroșare și tixotrope ale HEMC schimbă proprietățile reologice ale materialelor de construcție. Soluția HEMC are caracteristici evidente de subțiere a forfecării - vâscozitatea scade la rate mari de forfecare de agitare sau aplicare, ceea ce este convenabil pentru operațiunile de construcție; în timp ce recuperează vâscozitatea ridicată într -o stare de forfecare statică sau scăzută pentru a împiedica materialul sau sedimentarea. Această caracteristică de răspuns inteligentă face ca HeMC să fie deosebit de potrivită pentru mortarul de ipsos și adezivul de țiglă pentru construcția verticală a suprafeței. Efectul de îngroșare depinde în principal de greutatea moleculară și de concentrația HEMC - cu cât este mai mare greutatea moleculară și cu cât concentrația este mai mare, cu atât este mai semnificativ efectul de îngroșare. Cu toate acestea, vâscozitatea prea mare va afecta performanța construcției, astfel încât este necesară selectarea produselor HEMC cu vâscozitate adecvată în funcție de diferite aplicații.

Ca agent tensioactiv, HEMC prezintă caracteristici duble în materialele pe bază de ciment: grupele hidrofile (grupe hidroxil și legături eter) și grupe hidrofobe (grupe metilice și inele de glucoză) în molecule o fac activă la suprafață, ceea ce poate reduce tensiunea de suprafață a apei și introduce bule fine. Aceste bule acționează ca „rulmenți cu bile” în mortar, îmbunătățind netezimea construcției și crescând randamentul suspensiei materialului (creșterea volumului). Cu toate acestea, prea multe bule vor reduce puterea corpului întărit, astfel încât este adesea necesar să -l utilizați împreună cu un defoamer pentru a obține cea mai bună structură de pori. Antrenarea aerului HEMC este de obicei între 5% și 15%, ceea ce este foarte afectat de doza, metoda de amestecare și alți aditivi.

HEMC are un efect semnificativ de întârziere asupra procesului de hidratare a cimentului, care are atât avantaje, cât și dezavantaje. Moleculele HEMC sunt adsorbite pe suprafața particulelor de ciment, împiedicând contactul dintre apă și minerale, încetinind rata de reacție de hidratare și prelungind timpul de stabilire. Această proprietate de întârziere este foarte valoroasă în construcții, cu temperaturi ridicate vara sau timp de funcționare îndelungată; Dar poate deveni un dezavantaj în timpul iernii atunci când este o temperatură scăzută sau necesită o setare rapidă. Prin reglarea dozei HEMC (de obicei 0,05% -0,2% poate prelungi timpul de setare cu 1-4 ore) sau utilizarea acesteia cu un coagulant, timpul de setare poate fi controlat precis pentru a răspunde nevoilor de inginerie.

Mecanismul de îmbunătățire a legăturii HEMC implică atât efecte fizice, cât și chimice. Fizic, HEMC crește vâscozitatea mortarului și crește zona de contact cu substratul; Din punct de vedere chimic, grupurile polare din moleculele HEMC formează legături de hidrogen și forțele van der Waals cu suprafața materialelor anorganice. În aplicații precum adezivii din gresie și mortarele din ipsos, HEMC poate îmbunătăți semnificativ rezistența legăturii (de obicei cu 20%-50%) și poate reduce riscul de a scăpa și de a scădea. Acest efect de îmbunătățire a obligațiunilor este deosebit de evident asupra suprafețelor netede sau a substraturilor scăzute de absorbție a apei (cum ar fi plăcile vitrificate).

3. Aplicarea performanței HEMC în mortarul amestecat uscat

Mortarul amestecat la uscat este o parte importantă a industriei construcțiilor moderne, iar performanțele sale sunt direct legate de eficiența construcțiilor și de calitatea proiectului. Hidroxietil metilceluloza, ca aditiv cheie în mortarul amestecat uscat, este prezent în aproape toate formulele de mortar speciale și joacă un rol de neînlocuit.

Adezivul de gresie este unul dintre cele mai tipice zone ale aplicării HEMC. În procesul de plăci de lipire a mortarului tradițional de ciment, probleme precum scobirea și căderea sunt frecvente, iar adezivii de țiglă cu 0,3% -0,7% HEMC pot rezolva complet aceste probleme. HEMC formează o structură de rețea tridimensională în adezivul de țiglă, oferind mortar umed proprietăți anti-alunecare excelente. Chiar și plăcile de dimensiuni mari nu vor aluneca pe perete, îmbunătățind considerabil eficiența și siguranța construcțiilor. În același timp, HEMC se asigură că cimentul este complet hidratat prin retenția de apă. Chiar dacă este construit la temperatură ridicată, mediu vânt sau pe un substrat extrem de absorbant, poate forma o structură de piatră de ciment de înaltă rezistență pentru a evita scăderea forței de lipire din cauza hidratării insuficiente. De asemenea, HEMC poate prelungi timpul deschis al adezivilor de țiglă (de obicei la mai mult de 30 de minute), oferind lucrătorilor construcțiilor suficient timp pentru a ajusta poziția plăcilor, ceea ce este deosebit de important în proiectele mari.

Sistemele de izolare termică externă (ETICS) sunt o altă zonă de aplicare importantă pentru HEMC. În aceste sisteme, HEMC este utilizat în principal pentru mortierele de legare și mortarele de tencuială, iar cantitatea de adăugare este de obicei 0,2%-0,5%. Funcția de retenție a apei HEMC este deosebit de critică aici, deoarece materialele de izolare (cum ar fi plăcile EPS sau lâna de rocă) au de obicei o absorbție foarte mică a apei. Apa din mortarele tradiționale se va evapora sau va migra rapid, ceea ce duce la o hidratare insuficientă a cimentului. După adăugarea HEMC, mortarul poate reține, de asemenea, suficientă apă pe substratul scăzut de absorbție a apei pentru a finaliza reacția de hidratare și pentru a asigura rezistența la lipire. În același timp, flexibilitatea crescută adusă de antrenarea aerului HEMC ajută la tamponarea stresului termic al sistemului de izolație și la reducerea riscului de fisurare.

Cerințele de performanță ale HEMC pentru mortarul auto-nivelată sunt foarte diferite de cele ale aplicațiilor de mai sus. Materialele de auto-nivelare au nevoie de o fluiditate excelentă și capacitate de auto-nivel, dar nu pot delemin și sângerare, ceea ce necesită utilizarea vâscozității scăzute, dar bună de reținere a apei. În această aplicație, doza de HEMC este de obicei scăzută (0,02%-0,1%) și joacă în principal rolul de stabilizare a sistemului pentru a preveni așezarea particulelor solide și a pluti. Efectul sinergic al Reducătorului de apă și al apei este deosebit de proeminent aici - reductorul de apă oferă fluiditate, iar HEMC menține sistemul uniform și stabil. Combinația dintre cei doi poate obține un material de auto-nivelare de înaltă performanță, cu o fluiditate de peste 130 mm și o rezistență la compresiune de 28 de zile de peste 30MPa.

Repararea mortarului este o altă zonă de aplicare a HEMC care nu poate fi ignorată. Proiectele de reparații se confruntă, de obicei, provocări precum uscarea substratului, forme complexe și dezvoltarea rapidă a rezistenței, iar versatilitatea HEMC este complet reflectată aici. În reparația daunelor concrete, adăugarea de 0,3%-0,8%HEMC poate îmbunătăți semnificativ rezistența legăturii dintre mortar și beton vechi (creștere cu 40-100%) și poate reduce defectele de interfață. Retenția de apă a HEMC se asigură că apa nu se va pierde prea repede în timpul construcției pe suprafețe verticale și superioare, iar efectul său de setare lent oferă materialului de reparație suficient timp de funcționare. Pentru reparații rapide, timpul de setare poate fi scurtat prin reglarea dozei HEMC (până la 0,05%-0,1%) sau utilizarea acesteia cu un coagulant. Practica de întreținere a clădirilor arată că durata de viață a mortarului de reparații modificată cu HEMC este de 3-5 ori mai lungă decât cea a materialelor tradiționale, reducând foarte mult costurile de întreținere.