Celulozni etri so vrsta organskih polimernih spojin, kemično modificiranih iz naravne celuloze. Običajno se uporabljajo v gradbenih materialih, zlasti v materialih na osnovi cementa. Vpliv celuloznega etra na proces hidratacije cementa se kaže predvsem v naslednjih vidikih: disperzija cementnih delcev, zadrževanje vode, učinek zgoščevanja ter vpliv na morfologijo in razvoj trdnosti produktov hidratacije cementa.
1. Uvod v hidratacijo cementa
Postopek hidratacije cementa je niz zapletenih fizikalnih in kemičnih reakcij med cementom in vodo. Te reakcije povzročijo, da se cementna pasta postopoma strdi in tvori trdno strukturo, sčasoma pa nastanejo produkti hidracije, kot sta kalcijev silikat hidrat (CSH) in kalcijev hidroksid (CH). Med tem postopkom stopnja hidratacijske reakcije cementa, tekočnost in zadrževanje vode v mešanici ter tvorba hidratacijskih produktov neposredno vplivajo na trdnost in vzdržljivost končnega betona.
2. Mehanizem delovanja celuloznih etrov
Celulozni eter ima pomembno fizikalno in kemično regulativno vlogo v procesu hidratacije cementa. Celulozni eter v glavnem vpliva na proces hidratacije cementa na dva načina: eden je tako, da vpliva na porazdelitev in izhlapevanje vode v cementni brozgi; drugi pa vpliva na disperzijo in koagulacijo cementnih delcev.
Kontrola vlage in zadrževanje vode
Celulozni etri lahko močno izboljšajo zadrževanje vode materialov na osnovi cementa. Zaradi močne hidrofilnosti lahko celulozni eter tvori stabilno koloidno raztopino v vodi, ki lahko absorbira in zadržuje vlago. Ta sposobnost zadrževanja vode je pomembna pri zmanjševanju razpok, ki jih povzroča hitra izguba vode v betonu med zgodnjo hidracijo. Zlasti v suhih okoljih ali visokotemperaturnih gradbenih pogojih lahko celulozni eter učinkovito prepreči prehitro izhlapevanje vode in zagotovi, da je količina vode v cementni brozgi zadostna za podporo normalne reakcije hidratacije.
Reologija in zgoščevanje
Celulozni etri lahko tudi izboljšajo reologijo cementne brozge. Po dodajanju celuloznega etra se konsistenca cementne gošče znatno poveča. Ta pojav se pripisuje predvsem strukturi dolge verige, ki jo tvorijo molekule celuloznega etra v vodi. Ta dolgoverižna molekula lahko omeji gibanje delcev cementa in s tem poveča viskoznost in konsistenco brozge. Ta lastnost je še posebej pomembna pri aplikacijah, kot so ometi in lepila za ploščice, saj preprečuje prehitro tečenje cementne malte, obenem pa zagotavlja boljše lastnosti gradnje.
Odložite hidracijo in prilagodite čas strjevanja
Celulozni eter lahko upočasni reakcijo hidratacije cementa in podaljša začetni in končni čas strjevanja cementne brozge. Do tega učinka pride, ker se molekule celuloznega etra adsorbirajo na površini cementnih delcev in tvorijo pregrado, ki preprečuje neposreden stik med vodo in cementnimi delci ter tako upočasni reakcijo hidratacije. Z odložitvijo časa strjevanja lahko celulozni etri izboljšajo uporabnost konstrukcije, kar daje gradbenim delavcem več časa za prilagoditve in popravke.
3. Vpliv na obliko produktov hidratacije cementa
Prisotnost celuloznih etrov vpliva tudi na mikrostrukturo produktov hidratacije cementa. Študije so pokazale, da se bo morfologija gela kalcijevega silikatnega hidrata (CSH) spremenila po dodajanju celuloznega etra. Molekule celuloznega etra lahko vplivajo na kristalno strukturo CSH, zaradi česar postane bolj ohlapna. Ta ohlapna struktura lahko do določene mere zmanjša zgodnjo trdnost, vendar tudi pomaga izboljšati žilavost materiala.
Celulozni etri lahko tudi zmanjšajo nastajanje etringita med postopkom hidratacije. Ker celulozni eter zavira hitrost reakcije hidratacije, se stopnja tvorbe etringita v cementu zmanjša, s čimer se zmanjša notranja napetost, ki jo povzroča povečanje prostornine med postopkom sušenja.
4. Vpliv na razvoj moči
Celulozni etri pomembno vplivajo tudi na razvoj trdnosti materialov na osnovi cementa. Ker celulozni etri zavirajo hitrost hidratacije cementa, je zgodnji razvoj trdnosti cementnih past običajno počasnejši. Ko pa se reakcija hidracije nadaljuje, se lahko postopoma pojavita uravnalni učinek celuloznega etra zadrževanje vode in morfologija produkta hidracije, kar bo pomagalo izboljšati moč v kasnejši fazi.
Upoštevati je treba, da dodana količina in vrsta celuloznega etra dvojno vplivata na moč. Ustrezna količina celuloznega etra lahko izboljša učinkovitost konstrukcije in poveča kasnejšo trdnost, vendar lahko pretirana uporaba povzroči zmanjšanje zgodnje trdnosti materialov na osnovi cementa in vpliva na končne mehanske lastnosti. Zato je treba v praktičnih aplikacijah vrsto in odmerjanje celuloznega etra optimizirati in oblikovati v skladu s posebnimi inženirskimi zahtevami.
Celulozni eter vpliva na proces hidratacije in lastnosti materiala cementa z izboljšanjem zadrževanja vode materialov na osnovi cementa, prilagajanjem stopnje hidratacije in vpliva na obliko hidratacijskih produktov. Čeprav lahko celulozni etri povzročijo izgubo zgodnje trdnosti, lahko dolgoročno izboljšajo vzdržljivost in žilavost betona. Dodatek celuloznega etra lahko tudi znatno izboljša učinkovitost gradnje, zlasti v scenarijih uporabe, ki zahtevajo dolge delovne čase in visoke zahteve za zadrževanje vode. Ima nenadomestljive prednosti. V dejanskih inženirskih aplikacijah lahko razumna izbira vrste in odmerka celuloznega etra uravnoteži trdnost, konstrukcijsko zmogljivost in zahteve glede trajnosti materiala.
Čas objave: 27. september 2024