Wielofunkcyjne zastosowanie hydroksyetylocelulozy (HEMC) w polu budowlanym

1. Charakterystyka i zastosowanie konstrukcji HEMC

Hydroksyetyloceluloza (HEMC) I S A pochodna celulozy uzyskana przez reakcję eteryfikacyjną naturalnego celulozy z tlenkiem etylenowym i chlorkiem metylu po obróbce alkalizacji. Jego struktura molekularna zawiera dwie grupy eteryczne, hydroksyetyl ​​i metyl. Ta specjalna struktura chemiczna daje HEMC serię doskonałych właściwości, dzięki czemu jest szczególnie odpowiednia do zastosowań budowlanych. HEMC jest polimerem niejonowym, co oznacza, że ​​wartość pH nie ma wpływu na jego wydajność i może pozostać stabilna w środowiskach kwaśnych i alkalicznych. Ta funkcja jest szczególnie ważna w przypadku materiałów na bazie cementu, ponieważ proces nawodnienia cementu doświadczy środowiska, które zmienia się z silnego alkalicznego na neutralny.

Rozpuszczalność w wodzie HEMC jest jedną z jego podstawowych cech. W porównaniu ze zwykłą metyloklelulozą (MC), ze względu na wprowadzenie hydroksyetylu, HEMC ma szerszy zakres adaptacji temperatury, jest rozpuszczalny zarówno w zimnej, jak i gorącej wodzie, a roztwór nie spowoduje żelu lub opadów z powodu zmian temperatury. Ta funkcja zapewnia stabilność wydajności materiałów budowlanych w różnych warunkach klimatycznych. Roztwory HEMC mają szeroki zakres lepkości, od niskiej lepkości do ultra-wysokiej lepkości, co zapewnia elastyczne opcje dla różnych zastosowań budowlanych-samoporadzeniowe zaprawy wymagają HEMC o niskiej wartości w celu poprawy płynności, podczas gdy obciążenia tynkową wymagają HEMC o dużej żywotności w celu zwiększenia właściwości przeciw sygnalizacji.

Z perspektywy środowiska HEMC w pełni spełnia wymagania nowoczesnego przemysłu budowlanego dla zielonych materiałów. Wykorzystuje naturalną celulozę jako surowiec, nie ma toksycznych produktów ubocznych w procesie produkcyjnym, a gotowy produkt jest biodegradowalny i przyjazny dla środowiska. Ta funkcja umożliwia utrzymanie konkurencyjności rynkowej w ramach coraz bardziej rygorystycznych przepisów środowiskowych i pomóc branży budowlanej w osiągnięciu celów zrównoważonego rozwoju. Biokompatybilność HEMC eliminuje również zagrożenie dla zdrowia dla pracowników budowlanych i problemy bezpieczeństwa w późniejszym wykorzystaniu konstrukcji, co jest zaletą, że wiele syntetycznych dodatków polimerowych nie może się równać.

Wszechstronność HEMC znajduje odzwierciedlenie w fakcie, że pojedynczy dodatek może jednocześnie osiągnąć wielokrotną poprawę wydajności. W materiałach budowlanych HEMC może nie tylko zagęścić i zatrzymać wodę, ale także porywać powietrze, powolne ustawienie i zwiększenie wiązania. Ta funkcja „jednej dawki, wielu efektów” upraszcza projekt sformułowania i zmniejsza koszty produkcji. Na przykład w klejach z płytek HEMC zapewnia trzy kluczowe funkcje: zatrzymanie wody (zapewniające pełne nawodnienie cementu), pogrubienie (zapobieganie zsuwaniu się płytek) i wydłużony czas otwarcia (ułatwiający regulację pozycji).

HEMC ma dobrą kompatybilność z innymi dodatkami chemicznymi budowlanymi i może być stosowane w połączeniu z różnorodnymi domieszkami, takimi jak reduktory wody, defoamery, proszki lateksowe itp. Bez antagonistycznych skutków. Ten synergiczny efekt umożliwia preparatory materiałów budowlanych precyzyjne kontrolowanie właściwości materiału w celu zaspokojenia różnych potrzeb inżynieryjnych.

2. Podstawowy mechanizm HEMC w materiałach budowlanych

Podstawa fizykochemiczna dla wielu funkcji hydroksyetylometylocelulozy w materiałach budowlanych wynika z jej unikalnej struktury molekularnej i zachowania nawodnienia. Gdy proszek HEMC wchodzi w kontakt z wodą, wiązania hydroksylu (-OH) i eteru (-O-) na łańcuchu molekularnym natychmiast tworzą wiązania wodorowe z cząsteczkami wody. Ta silna siła międzycząsteczkowa jest źródłem wszystkich właściwości zastosowania HEMC. W miarę postępu procesu rozpuszczania łańcuch molekularny HEMC stopniowo rozwija się i tworzy trójwymiarową strukturę sieciową, przekształcając wolną wodę na związaną wodę, co znacznie poprawiając lepkość i zdolność zatrzymywania wody w systemie. Ta zmiana mikrostrukturalna znajduje bezpośrednio odzwierciedlenie w poprawie makroskopowej wydajności materiału budowlanego.

Mechanizm zatrzymywania wody jest jednym z najważniejszych mechanizmów działania HEMC. W materiałach na bazie cementu HEMC osiąga funkcję zatrzymywania wody na dwa sposoby: jeden polega na tym, że cząsteczki HEMC tworzą wiązania wodorowe z cząsteczkami wody w celu przekształcenia wolnej wody w związaną wodę; Po drugie, struktura sieci utworzona przez splątanie łańcuchów makrocząsteczkowych HEMC fizycznie blokuje migrację wody. Badania wykazały, że nawet jeśli dodano 0,1% -0,3% HEMC (według wagi suchego proszku), szybkość zatrzymywania wody w moździerze można zwiększyć z 70% do ponad 95%, co zapewnia, że ​​cement można w pełni uwodnić na suchych lub porowatych podłożach, aby uniknąć utraty siły z powodu braku wody. Na efekt zatrzymywania wody na HEMC ma wpływ wiele czynników: przy tej samej dawce im wyższa lepkość HEMC, tym lepsza retencja wody; Wzrost temperatury otoczenia zmniejszy efekt zatrzymywania wody; A odpowiednia dawka (zwykle 0,1%-0,5%) może osiągnąć idealny wskaźnik zatrzymywania wody. Chociaż dalsze zwiększenie dawki może poprawić zatrzymywanie wody, wydajność kosztów zmniejsza się.

Zagęstanie i tiksotropowe działanie HEMC zmieniają właściwości reologiczne materiałów budowlanych. Roztwór HEMC ma oczywiste charakterystykę przerzedzania ścinania - lepkość maleje przy wysokich prędkościach ścinania mieszania lub stosowania, co jest wygodne dla operacji budowlanych; podczas gdy odzyskuje wysoką lepkość w stanie statycznym lub niskim ścinaniem, aby zapobiec zwisie materiału lub sedymentacji. Ta inteligentna charakterystyka reakcji sprawia, że ​​HEMC jest szczególnie odpowiednie dla moździerza gipsowej i kleju do pionowej konstrukcji powierzchni. Efekt pogrubienia zależy głównie od masy cząsteczkowej i stężenia HEMC - im większa masa cząsteczkowa i wyższe stężenie, tym bardziej znaczący efekt pogrubienia. Jednak zbyt wysoka lepkość wpłynie na wydajność budowy, dlatego konieczne jest wybór produktów HEMC o odpowiedniej lepkości zgodnie z różnymi zastosowaniami.

Jako środek powierzchniowo czynny HEMC wykazuje podwójne cechy w materiałach na bazie cementu: grupy hydrofilowe (grupy hydroksylowe i wiązania eterowe) i grupy hydrofobowe (grupy metylowe i pierścienie glukozy) w cząsteczkach czynią na powierzchnię, które mogą zmniejszyć napięcie powierzchniowe wody i wprowadzać drobne pęcherzyki. Te bąbelki działają jako „łożyska kulowe” w moździerzu, poprawiając gładkość konstrukcji i zwiększając wydajność zawiesiny materiału (wzrost objętości). Jednak zbyt wiele pęcherzyków zmniejszy siłę stwardnienia, dlatego często konieczne jest użycie go w połączeniu z defoamerem, aby osiągnąć najlepszą strukturę porów. Przeniesienie powietrza HEMC wynosi zwykle od 5% do 15%, na co ma duży wpływ na dawkę, metodę mieszania i inne dodatki.

HEMC ma znaczący wpływ opóźniający proces nawodnienia cementu, który ma zarówno zalety, jak i wady. Cząsteczki HEMC są adsorbowane na powierzchni cząstek cementu, utrudniając kontakt między wodą i minerałami, spowalniając szybkość reakcji nawodnienia i przedłużając czas ustawienia. Ta opóźniająca właściwość jest bardzo cenna w budownictwie z wysokimi temperaturami w lecie lub długim czasie; Ale może stać się wadą zimą, gdy jest to niskie temperatury lub wymaga szybkiego ustawienia. Dostosowując dawkę HEMC (zwykle 0,05% -0,2% może wydłużyć czas ustawienia o 1-4 godziny) lub używając go z koagulantem, czas ustalania może być precyzyjnie kontrolowany w celu zaspokojenia potrzeb inżynierskich.

Mechanizm wzmocnienia wiązania HEMC obejmuje zarówno efekty fizyczne, jak i chemiczne. Fizycznie HEMC zwiększa lepkość zaprawy i zwiększa obszar kontaktowy z podłożem; Chemicznie grupy polarne w cząsteczkach HEMC tworzą wiązania wodorowe i siły van der Waalsa z powierzchnią materiałów nieorganicznych. W zastosowaniach takich jak kleje płytek i zaprawy gipsowe HEMC może znacznie poprawić siłę wiązania (zwykle o 20–50%) i zmniejszyć ryzyko wydrążenia i upadku. Ten efekt zwiększania wiązania jest szczególnie widoczny na gładkich powierzchniach lub podłożach o niskiej wchłaniania wody (takie jak płytki spoglądane).

3. Wydajność zastosowania HEMC w moździerzu ze szlifowanymi suchymi

Zarunkowana zaprawa jest ważną częścią nowoczesnej branży budowlanej, a jej wydajność jest bezpośrednio związana z wydajnością budowy i jakości projektu. Hydroksyetylo-metyloceluloza, jako kluczowy dodatek w zaprawie z miksowanym suchym, jest obecny w prawie wszystkich specjalnych formułach zaprawy i odgrywa niezastąpioną rolę.

Klej płytek jest jednym z najbardziej typowych obszarów zastosowania HEMC. W procesie tradycyjnych płytek do wklejania zaprawy cementowej problemy takie jak puste i upadki są powszechne, a kleje płytek o 0,3% -0,7% HEMC mogą całkowicie rozwiązać te problemy. HEMC tworzy trójwymiarową strukturę sieci w klejie płytek, dając mokre zaprawę doskonałych właściwości przeciwpoślizgowych. Nawet duże płytki nie ześlizgną się na ścianę, znacznie poprawiając efektywność budowy i bezpieczeństwo. Jednocześnie HEMC zapewnia, że ​​cement jest w pełni nawodniony poprzez zatrzymanie wody. Nawet jeśli jest skonstruowany w wysokiej temperaturze, wietrznym środowisku lub na wysoce chłonnym podłożu, może tworzyć strukturę kamienia cementowego o wysokiej wytrzymałości, aby uniknąć spadku siły wiązania z powodu niewystarczającego nawodnienia. HEMC może również wydłużyć czas otwarcia klejów z płytek (zwykle do ponad 30 minut), dając pracownikom budowlanym wystarczająco dużo czasu na dostosowanie pozycji płytek, co jest szczególnie ważne w dużych projektach.

Zewnętrzne systemy izolacji termicznej (ETICS) to kolejny ważny obszar zastosowania dla HEMC. W tych systemach HEMC jest wykorzystywany głównie do wiązania zapraw i moździerzy gipsowych, a ilość dodania wynosi zwykle 0,2%-0,5%. Funkcja zatrzymywania wody HEMC jest tutaj szczególnie krytyczna, ponieważ materiały izolacyjne (takie jak płyty EPS lub wełna skalna) zwykle mają bardzo niskie wchłanianie wody. Woda w tradycyjnych moździerzach szybko odparuje lub migruje, co powoduje niewystarczające nawodnienie cementu. Po dodaniu HEMC zaprawa może również zatrzymać wystarczającą ilość wody na podłożu o niskim absorpcji wody, aby zakończyć reakcję nawodnienia i zapewnić siłę wiązania. Jednocześnie zwiększona elastyczność przyniesiona przez porywanie HEMC w powietrzu pomaga buforować naprężenie termiczne systemu izolacyjnego i zmniejszyć ryzyko pękania.

Wymagania dotyczące wydajności HEMC dla samopoziomującej zaprawy są bardzo różne od wymagań powyższych aplikacji. Materiały samopoziomowe wymagają doskonałej płynności i zdolności do samopoziomowania, ale nie mogą one rozwarstwiać i krwawić, co wymaga użycia niskiej żywotności, ale dobrego HEMC związanego z wodą. W tym zastosowaniu dawka HEMC jest zwykle niska (0,02%-0,1%) i odgrywa głównie rolę stabilizacji układu, aby zapobiec osiadaniu cząstek stałych i unoszenia się wody. Synergistyczne działanie HEMC i Reduktora wody jest tutaj szczególnie widoczne - Reduktor wody zapewnia płynność, a HEMC utrzymuje układ jednolity i stabilny. Połączenie tych dwóch może uzyskać wysokowydajny materiał samopoziomowy o płynności ponad 130 mm i 28-dniowej wytrzymałości na ściskanie ponad 30 MPa.

Moździerz naprawczy to kolejny obszar zastosowania HEMC, którego nie można zignorować. Projekty naprawcze zwykle stoją przed wyzwaniami, takimi jak suszenie podłoża, złożone kształty i rozwój szybkiej wytrzymałości, a wszechstronność HEMC jest tutaj w pełni odzwierciedlona. W naprawie uszkodzeń betonu dodanie 0,3%-0,8%HEMC może znacznie poprawić siłę wiązania między zaprawą a starym betonem (zwiększyć 40-100%) i zmniejszyć wady interfejsu. Zatrzymanie wody HEMC zapewnia, że ​​woda nie zostanie zbyt szybko utracona podczas budowy pionowych i górnych powierzchni, a jego powolne ustawienie daje materiał naprawy wystarczającego czasu pracy. W przypadku szybkich napraw czasu ustawienia można skrócić, dostosowując dawkę HEMC (do 0,05%-0,1%) lub używając go z koagulantem. Praktyka konserwacji budynków pokazuje, że żywotność zaprawy naprawczej zmodyfikowana HEMC jest 3-5 razy dłuższa niż w przypadku tradycyjnych materiałów, znacznie zmniejszając koszty konserwacji.