Модифицирующее воздействие эфира целлюлозы на свежезамешанные цементные материалы включает в себя, главным образом, загущение, водоудержание, воздухововлечение и замедление. С широким применением эфира целлюлозы в цементных материалах взаимодействие между эфиром целлюлозы и цементной пастой постепенно становится актуальной темой исследований. Основное внимание уделяется влиянию молекулярной структуры эфира целлюлозы на микроструктуру и макроскопические свойства цементной пасты, а также выяснению механизма взаимодействия между эфиром целлюлозы и цементной пастой.
Теплота гидратации
Согласно кривой высвобождения теплоты гидратации с течением времени, процесс гидратации цемента обычно делится на пять стадий, т.е. начальный период гидратации (0~15 мин), индукционный период (15 мин~4 ч), период ускорения и схватывания (4 ч~8 ч), период замедления и твердения (8 ч~24 ч) и период твердения (1 д~28 д).
Результаты испытаний показали, что в доиндукционный период (т.е. начальный период гидратации), по сравнению с пустой цементной пастой, первый экзотермический пик пасты был продвинут и пиковое значение значительно увеличилось при дозировке HEMC 0,1%, а при увеличении дозировки HEMC до более чем 0,3%, первый экзотермический пик пасты был задержан, и пиковое значение постепенно уменьшалось с увеличением дозировки HEMC; HEMC значительно задерживает индукционный и ускоренный периоды цементной пасты, и дозировка HEMC постепенно уменьшается; HEMC значительно задерживает индукционный и ускоренный периоды цементной пасты, и дозировка также была увеличена. HEMC значительно задерживает период индукции и период ускорения, и чем больше дозировка, тем дольше период индукции, тем больше период ускорения отодвигается, тем меньше экзотермический пик; изменение дозировки эфира целлюлозы на продолжительность периода замедления и периода стабилизации суспензии не оказывает значительного влияния, как показано на рисунке 3(a); эфир целлюлозы также уменьшает количество экзотерм гидратации суспензии в цементном теле в течение 72 часов, но время экзотермы гидратации составляет более 36 часов, изменение дозировки эфира целлюлозы на количество экзотерм гидратации суспензии оказывает очень незначительное влияние. Однако, когда время экзотермы гидратации превышает 36 ч, изменение дозировки эфира целлюлозы оказывает незначительное влияние на количество экзотермы гидратации цементной пасты.
Механические свойства
В результате исследования двух видов эфиров целлюлозы с вязкостью 60 000 Па-с и 100 000 Па-с было установлено, что прочность на сжатие модифицированного раствора, легированного только метиловым эфиром целлюлозы, постепенно снижается с увеличением его дозировки. Прочность на сжатие модифицированного раствора, допированного гидроксипропилметилцеллюлозным эфиром вязкостью 100000 Па-с, сначала увеличивалась, а затем уменьшалась с увеличением его дозировки. Это показывает, что допирование метилцеллюлозного эфира значительно снижает прочность цементного раствора на сжатие, чем больше допирование, тем меньше прочность; чем меньше вязкость, тем больше влияние на потерю прочности раствора на сжатие; гидроксипропилметилцеллюлозный эфир в допировании менее 0,1% может быть целесообразным для улучшения прочности раствора на сжатие, допирование более 0,1% прочность раствора на сжатие будет снижаться с увеличением количества допирования, поэтому желательно контролировать дозировку на уровне 0,1%.
Время схватывания
Посредством определения вязкости 100000 Па-с гидроксипропилметилцеллюлозного эфира в различных дозировках времени схватывания цементной пасты, было установлено, что с увеличением дозировки HPMC, время начального схватывания цементного раствора и время окончательного схватывания увеличивается, при дозировке 1%, время начального схватывания достигает 510 минут, время окончательного схватывания достигает 850 минут, по сравнению с пустыми образцами, время начального схватывания увеличивается на 210 минут, время окончательного схватывания увеличивается на 470 минут. Независимо от того, какова вязкость HPMC — 50000Па-с, 100000Па-с или 200000Па-с, она может задерживать схватывание цемента, но по сравнению с тремя видами эфиров целлюлозы, начальное время схватывания и конечное время схватывания увеличиваются с увеличением вязкости, как показано на рис. 6. Это связано с тем, что эфир целлюлозы адсорбируется на поверхности частиц цемента, препятствуя контакту воды с частицами цемента, тем самым задерживая гидратацию цемента. Чем больше вязкость эфира целлюлозы, тем толще адсорбционный слой на поверхности частиц цемента, тем значительнее замедляющий эффект.
Метиловый эфир целлюлозы и гидроксипропилметилцеллюлозный эфир значительно увеличивают время схватывания цементной пасты, что позволяет обеспечить цементной пасте достаточно времени и воды для реакции гидратации, а также решить проблемы низкой прочности после затвердевания цементной пасты и последующего растрескивания.
Скорость удержания воды
С увеличением дозировки эфира целлюлозы увеличивается водоудерживающая способность раствора, а когда дозировка целлюлозы составляет более 0,6%, водоудерживающая способность становится стабильной. Однако при сравнении трех видов эфира целлюлозы (50000 Па-с (MC-5), 100000 Па-с (MC-10) и 200000 Па-с (MC-20) вязкости HPMC), существуют различия во влиянии вязкости на водоудержание, и размер водоудержания при одинаковой дозировке выглядит следующим образом: MC-5<MC-10<MC-20.