Multifunkčná aplikácia hydroxyetylmetylcelulózy (HEMC) v stavebnom poli

1. Charakteristiky a uplatniteľnosť konštrukcie HEMC

Hydroxyetylmetyllalóza (HEMC) i S celulózový derivát získaný éterifikačnou reakciou prírodnej celulózy s etylénoxidom a metylchloridom po ošetrení alkalizáciou. Jeho molekulárna štruktúra obsahuje dve éterifikačné skupiny, hydroxyetyl ​​a metyl. Táto špeciálna chemická štruktúra poskytuje HEMC sériu vynikajúcich vlastností, vďaka čomu je obzvlášť vhodná pre konštrukčné aplikácie. HEMC je neionický polymér, čo znamená, že jeho výkon nie je ovplyvnený hodnotou pH a môže zostať stabilný v kyslom a alkalickom prostredí. Táto vlastnosť je obzvlášť dôležitá pre materiály založené na cemente, pretože proces hydratácie cementu zažije prostredie, ktoré sa zmení zo silných alkalických na neutrálne.

Rozpustnosť HEMC je jednou z jej základných charakteristík. V porovnaní s bežnou metylcelulózou (MC), v dôsledku zavedenia hydroxyetylu, má HEMC širší rozsah adaptability teploty, rozpustný v studenej aj horúcej vode a roztok nebude produkovať gél alebo zrážky v dôsledku zmien teploty. Táto vlastnosť zaisťuje stabilitu výkonu stavebných materiálov za rôznych klimatických podmienok. Roztoky HEMC majú širokú škálu viskozít, od nízkej viskozity až po ultra vysokú viskozitu, ktorá poskytuje flexibilné možnosti pre rôzne konštrukčné aplikácie-samosprávne malty vyžadujú HEMC s nízkou viskozitou, aby sa zlepšila plynulosť, zatiaľ čo platné malty vyžadujú HEMC s vysokou viskozitou na zlepšenie antigingových vlastností.

Z hľadiska životného prostredia HEMC plne spĺňa požiadavky moderného stavebného priemyslu pre zelené materiály. Používa prírodnú celulózu ako surovinu, vo výrobnom procese nemá toxické vedľajšie produkty a hotový produkt je biologicky odbúrateľný a šetrný k životnému prostrediu. Táto vlastnosť jej umožňuje udržiavať konkurencieschopnosť trhu v rámci stále prísnejších environmentálnych predpisov a pomáha stavebným priemysle dosiahnuť ciele trvalo udržateľného rozvoja. Biokompatibilita HEMC tiež eliminuje zdravotné riziká pre stavebných robotníkov a problémy s bezpečnosťou pri neskoršom používaní výstavby, čo je výhoda, ktorú mnohí syntetické polymérne prísady nemôžu zhodovať.

Univerzálnosť HEMC sa odráža v skutočnosti, že jedna aditívna môže súčasne dosiahnuť viac zlepšení výkonnosti. V stavebných materiáloch môže HEMC nielen zahusťovať a ponechať vodu, ale tiež zadávať vzduch, pomalé nastavenie a zlepšiť väzbu. Táto funkcia „Jedna dávka, viacnásobné efekty“ zjednodušuje návrh formulácie a znižuje výrobné náklady. Napríklad v lepidlách dlaždíc poskytuje HEMC tri kľúčové funkcie: zadržiavanie vody (zabezpečenie úplnej hydratácie cementu), zahusťovanie (zabránenie skĺznutiu dlaždíc) a predĺžená doba otvorenej časti (uľahčujúce nastavenie polohy).

HEMC má dobrú kompatibilitu s inými stavebnými chemickými prísadami a môže sa použiť v spojení s rôznymi prímesami, ako sú reduktory vody, defoamery, latexové prášky atď. Bez antagonistických účinkov. Tento synergický účinok umožňuje vzorom stavebných materiálov presne riadiť vlastnosti materiálu, aby vyhovovali rôznym inžinierskym potrebám.

2. Základný mechanizmus HEMC v stavebných materiáloch

Fyzikálno -chemický základ pre viacnásobné funkcie hydroxyetylmetylcelulózy v stavebných materiáloch pramení z jej jedinečnej molekulárnej štruktúry a hydratačného správania. Keď sa prášok HEMC dostane do kontaktu s vodou, hydroxyl (-OH) a éterové väzby (-O-) na svojom molekulovom reťazci okamžite tvoria vodíkové väzby s molekulami vody. Táto silná intermolekulárna sila je koreňom všetkých vlastností aplikácie HEMC. Ako proces rozpúšťania prebieha, molekulárny reťazec HEMC sa postupne rozvíja a tvorí trojrozmernú štruktúru siete, čím premieňa voľnú vodu na zviazanú vodu, čím sa výrazne zlepšuje viskozita a kapacita zadržiavania vody v systéme. Táto mikroštrukturálna zmena sa priamo odráža v zlepšovaní výkonnosti makroskopického stavebného materiálu.

Mechanizmus zadržiavania vody je jedným z najdôležitejších mechanizmov pôsobenia HEMC. V materiáloch na báze cementu HEMC dosahuje funkciu retencie vody dvoma spôsobmi: jedným z nich je, že molekuly HEMC tvoria vodíkové väzby s molekulami vody na premenu voľnej vody na viazanú vodu; Druhým je, že sieťová štruktúra vytvorená zapletením makromolekulárnych reťazcov HEMC fyzicky blokuje migráciu vody. Štúdie ukázali, že aj keď sa pridá 0,1% -0,3% HEMC (hmotnosť suchého prášku), miera zadržiavania vody v malty sa môže zvýšiť zo 70% na viac ako 95%, čo zaisťuje, že cement môže byť úplne hydratovaný na suchých alebo poréznych podskupinách, aby sa predišlo strate pevnosti v dôsledku nedostatku vody. Účinok zadržiavania vody HEMC je ovplyvnený mnohými faktormi: pri rovnakej dávke, čím vyššia je viskozita HEMC, tým lepšia je zadržiavanie vody; Zvýšenie teploty okolia zníži účinok zadržiavania vody; a vhodná dávka (zvyčajne 0,1%-0,5%) môže dosiahnuť ideálnu mieru zadržiavania vody. Aj keď ďalšie zvýšenie dávky môže zlepšiť udržanie vody, výkon nákladov klesá.

Zahustenie a tixotropné účinky HEMC menia reologické vlastnosti stavebných materiálov. Roztok HEMC má zjavné charakteristiky riedenia šmyku - viskozita klesá pri vysokých šmykových rýchlostiach miešania alebo aplikovania, čo je vhodné pre stavebné operácie; zatiaľ čo získava vysokú viskozitu v statickom alebo nízkom strihovom stave, aby sa zabránilo poklesu materiálu alebo sedimentácie. Vďaka tejto charakteristike inteligentnej reakcie je HEMC obzvlášť vhodná pre sadrový maltu a lepidlo dlaždíc pre vertikálnu povrchovú konštrukciu. Účinok zahusťovania závisí hlavne od molekulovej hmotnosti a koncentrácie HEMC - čím väčšia je molekulová hmotnosť a čím vyššia je koncentrácia, tým výraznejší je zahusťovací účinok. Príliš vysoká viskozita však ovplyvní stavebný výkon, takže je potrebné vybrať produkty HEMC s primeranou viskozitou podľa rôznych aplikácií.

Ako povrchovo aktívna látka vykazuje HEMC duálne charakteristiky v materiáloch založených na cemente: hydrofilné skupiny (hydroxylové skupiny a éterové väzby) a hydrofóbne skupiny (metylové skupiny a glukózové kruhy) v molekulách robia povrchovo aktívne, čo môže znížiť povrchové napätie vody a zaviesť jemné bubliny. Tieto bubliny pôsobia ako „guľôčkové ložiská“ v malty, zlepšujú hladkosť konštrukcie a zvyšujú výťažok materiálu (zvýšenie objemu). Príliš veľa bublín však zníži pevnosť tvrdeného tela, takže je často potrebné ho používať v spojení s defoamerom na dosiahnutie najlepšej štruktúry pórov. Vzduchové strhávanie HEMC je zvyčajne medzi 5% a 15%, čo je veľmi ovplyvnené dávkou, metódou miešania a inými prísadami.

HEMC má významný retardujúci účinok na proces hydratácie cementu, ktorý má výhody aj nevýhody. Molekuly HEMC sú adsorbované na povrchu cementových častíc, bránia kontaktu medzi vodou a minerálmi, spomaľujú rýchlosť hydratačnej reakcie a predlžujú čas nastavenia. Táto retardujúca vlastnosť je veľmi cenná pri výstavbe s vysokými teplotami v lete alebo dlhej prevádzke; Ale môže sa stať nevýhodou v zime, keď je nízka teplota alebo vyžaduje rýchle nastavenie. Úpravou dávky HEMC (zvyčajne 0,05% -0,2% môže predĺžiť čas nastavenia o 1-4 hodiny) alebo jej použitie s koagulantom môže byť čas nastavenia presne ovládaný tak, aby vyhovoval inžinierskym potrebám.

Mechanizmus zvyšovania väzby HEMC zahŕňa fyzikálne aj chemické účinky. HEMC fyzicky zvyšuje viskozitu malty a zvyšuje kontaktnú plochu so substrátom; Chemicky polárne skupiny v molekulách HEMC tvoria vodíkové väzby a sily van der Waals s povrchom anorganických materiálov. V aplikáciách, ako sú lepidlá dlaždíc a sadrové malty, môže HEMC významne zlepšiť silu väzby (zvyčajne o 20%-50%) a znížiť riziko dutie a spadnutia. Tento účinok na zvýšenie väzby je obzvlášť zrejmý na hladkých povrchoch alebo na nízkych substrátoch absorpcie vody (ako sú vitrifikované dlaždice).

3. Výkon aplikácie HEMC v suchej malty

Malta zmiešaná suchou látkou je dôležitou súčasťou moderného stavebného priemyslu a jej výkon priamo súvisí s efektívnosťou výstavby a kvalitou projektu. Hydroxyetylmetylcelulóza, ako kľúčová prísadňa v suchej malty, je prítomná takmer vo všetkých špeciálnych malty a hrá nenahraditeľnú úlohu.

Dlaždice je jednou z najtypickejších oblastí aplikácie HEMC. V procese tradičnej cementovej malty vkladajú dlaždice, problémy, ako je duté a pádu, sú bežné a dlaždice s 0,3% -0,7% HEMC môžu tieto problémy úplne vyriešiť. HEMC tvorí trojrozmernú sieťovú štruktúru v lepiacom dlaždiciach, čo dáva mokrou maltou vynikajúce vlastnosti proti sklzu. Dokonca aj veľké dlaždice nebudú skĺznuť nadol na stenu, čo výrazne zlepší stavebnú efektívnosť a bezpečnosť. HEMC zároveň zaisťuje, že cement je úplne hydratovaný zadržiavaním vody. Aj keď je skonštruovaný vo vysokej teplote, veternom prostredí alebo na vysoko absorpčnom substráte, môže tvoriť vysokopevnostnú cementovú kamennú štruktúru, aby sa zabránilo zníženiu lepiacej sily v dôsledku nedostatočnej hydratácie. HEMC môže tiež predĺžiť čas otvorenia lepidiel dlaždíc (zvyčajne na viac ako 30 minút), čo dáva stavebným pracovníkom dostatok času na úpravu polohy dlaždíc, čo je obzvlášť dôležité vo veľkých projektoch.

Vonkajšie tepelné izolačné systémy (ETICS) sú ďalšou dôležitou oblasťou aplikácie pre HEMC. V týchto systémoch sa HEMC používa hlavne na spájanie malty a omietnutia malty a množstvo pridania je zvyčajne 0,2%-0,5%. Funkcia retencie vody HEMC je tu obzvlášť kritická, pretože izolačné materiály (napríklad dosky EPS alebo skalná vlna) majú zvyčajne veľmi nízku absorpciu vody. Voda v tradičných maltách sa rýchlo odparuje alebo migruje, čo bude mať za následok nedostatočnú hydratáciu cementu. Po pridaní HEMC môže malta tiež udržať dostatok vody na nízkom substráte absorpcie vody, aby sa dokončila hydratačná reakcia a zabezpečila pevnosť viazania. Zároveň zvýšená flexibilita, ktorá prináša vzduchové strhávanie HEMC, pomáha tlmiť tepelné napätie v izolačnom systéme a znižuje riziko praskania.

Požiadavky na výkon HEMC pre samostatnú maltu sa veľmi líšia od požiadaviek vyššie uvedených aplikácií. Samostatné materiály si vyžadujú vynikajúcu plynulosť a samodaveľné schopnosti, ale nemôžu delaminovať a krvácať, čo si vyžaduje použitie nízko viskozity, ale dobrého HEMC zadržania vody. V tejto aplikácii je dávka HEMC zvyčajne nízka (0,02%-0,1%) a hlavne hrá úlohu stabilizácie systému, aby sa zabránilo tomu, aby sa tuhé častice usadzovali a voda. Synergický účinok redukcie HEMC a redukcie vody je tu obzvlášť výrazný - redukcia vody poskytuje plynulosť a HEMC udržuje systém rovnomerný a stabilný. Kombinácia oboch môže získať vysoko výkonný samofútelový materiál s plynulosťou viac ako 130 mm a 28-dňovú pevnosť v tlaku viac ako 30 MPa.

Oprava malty je ďalšou oblasťou aplikácie HEMC, ktorú nemožno ignorovať. Projekty opravy zvyčajne čelia výzvam, ako sú sušenie substrátu, komplexné tvary a rýchly vývoj sily a všestrannosť HEMC sa tu úplne odráža. Pri oprave poškodenia betónu môže pridanie 0,3%-0,8%HEMC významne zlepšiť pevnosť väzby medzi maltou a starým betónom (zvýšenie 40-100%) a znížiť defekty rozhrania. Udržiavanie vody v HEMC zaisťuje, že voda sa počas výstavby na zvislých a horných povrchoch nestratí príliš rýchlo a jej pomalý efekt nastavenia poskytuje opravnému materiálu dostatočný prevádzkový čas. Na rýchle opravy sa čas nastavenia môže skrátiť nastavením dávky HEMC (až na 0,05%-0,1%) alebo jeho použitím s koagulantom. Prax údržby budov ukazuje, že životnosť malty opravy modifikovaná pomocou HEMC je 3-5-krát dlhšia ako v prípade tradičných materiálov, čo výrazne znižuje náklady na údržbu.