セルロースエーテル改質セメントスラリー

セメントスラリーの細孔構造に及ぼす非イオン性セルロースエーテルの異なる分子構造の影響を,性能密度試験と巨視的および微視的細孔構造観察によって研究した。結果は、非イオン性セルロースエーテルがセメントスラリーの空隙率を増加させる可能性があることを示しています。非イオン性セルロースエーテル変性スラリーの粘度が同等の場合、気孔率はヒドロキシエチルセルロースエーテル(HEC) 変性スラリーは、ヒドロキシプロピル メチル セルロース エーテル (HPMC) およびメチル セルロース エーテル (MC) 変性スラリーよりも小さいです。同様の基含量を有するＨＰＭＣセルロースエーテルの粘度／相対分子量が低いほど、その改質セメントスラリーの空隙率は小さくなる。非イオン性セルロースエーテルは液相の表面張力を低下させ、セメントスラリーに気泡を形成しやすくします。非イオン性セルロース エーテル分子は気泡の気液界面に方向性を持って吸着され、これによりセメント スラリー相の粘度が増加し、セメント スラリーが気泡を安定化する能力が高まります。

キーワード:ノニオン性セルロースエーテル；セメントスラリー;細孔構造。分子構造;表面張力;粘度

ノニオン性セルロースエーテル（以下、セルロースエーテル）は、増粘性、保水性に優れ、乾式混合モルタル、自己充填コンクリートなどの新セメント系材料に広く使用されています。セメントベースの材料に使用されるセルロースエーテルには、通常、メチルセルロースエーテル (MC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロースエーテル (HPMC)、ヒドロキシエチルメチルセルロースエーテル (HEMC) およびヒドロキシエチルセルロースエーテル (HEC) が含まれ、その中で HPMC と HEMC が最も一般的な用途です。 。

セルロースエーテルは、セメントスラリーの細孔構造に大きな影響を与える可能性があります。Pourchezらは、見掛け密度試験、細孔径試験（水銀注入法）およびsEM画像解析を通じて、セルロースエーテルは直径約500nmの細孔および直径約50～250μmの細孔の数を増加させることができると結論付けた。セメントスラリー。さらに、硬化セメントスラリーの場合、低分子量 HEC 改質セメントスラリーの細孔径分布は純粋なセメントスラリーの細孔径分布と類似しています。高分子量 HEC 改質セメント スラリーの全細孔容積は、純粋なセメント スラリーの全細孔容積よりも大きいですが、ほぼ同じ粘稠度の HPMC 改質セメント スラリーの全細孔容積よりも小さいです。ZhangらはSEM観察を通じて、らは、HEMC がセメントモルタル内の直径約 0.1 mm の細孔の数を大幅に増加させる可能性があることを発見しました。また、水銀注入試験を通じて、HEMCがセメントスラリーの全細孔容積と平均細孔直径を大幅に増加させ、その結果、直径50nm〜1μmの大きな細孔とそれ以上の直径の大きな細孔の数が大幅に増加することを発見しました。 1μm以上。ただし、直径 50nm 未満の細孔の数は大幅に減少しました。サリック・チョリッチら。セルロースエーテルはセメントスラリーをより多孔質にし、マクロ細孔の増加につながると信じていました。ジェニら。らは性能密度をテストし、HEMC 改質セメントモルタルの細孔容積分率が約 20% であるのに対し、純粋なセメントモルタルには少量の空気しか含まれていないことが判明しました。シルバら。純粋なセメントスラリーとしての3.9nmと40～75nmの2つのピークに加え、水銀圧入試験により100～500nmと100μm以上にも2つのピークがあることが分かりました。馬宝国ら。セルロースエーテルは水銀注入試験によりセメントモルタル中の直径1μm以下の細孔と直径2μm以上の大細孔の数を増加させることを発見しました。セルロースエーテルがセメントスラリーの気孔率を増加させる理由については、通常、セルロースエーテルが界面活性を有し、空気と水の界面に富んで膜を形成し、セメントスラリー中の気泡を安定化させるためと考えられている。

上記の文献分析を通じて、セメントベースの材料の細孔構造に対するセルロースエーテルの影響が大きな注目を集めていることがわかります。しかし、セルロースエーテルには多くの種類があり、同じ種類のセルロースエーテルであっても、その相対分子量、基含有量、その他の分子構造パラメータも大きく異なり、セルロースエーテルの選択に関する国内外の研究者はそれぞれの用途にのみ限定されています。分野、表現の欠如、結論は必然的に「過度の一般化」となり、セルロースエーテルのメカニズムの説明は十分に深まりません。本論文では,セメントスラリーの細孔構造に及ぼす異なる分子構造のセルロースエーテルの影響を,見掛け密度試験と巨視的および微視的細孔構造観察によって研究した。

1. テスト

1.1 原材料

セメントは華信セメント株式会社製のＰ・Ｏ４２．５普通ポルトランドセメントであり、化学組成はＡＸＩＯＳ Ａｄ－Ｖａｎｃｅｄ波長分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＰＡＮａ－ｌｙｔｉｃａｌ、オランダ）により測定した。相組成はボーグ法により推定した。

セルロースエーテルは、メチルセルロースエーテル（MC）、ヒドロキシプロピルメチルセルロースエーテル（HPMC1、HPMC2）、ヒドロキシエチルセルロースエーテル（HEC）の4種類の市販セルロースエーテルを選択しました。HPMC1とHPMC2の分子構造は類似していますが、粘度はHPMC2よりもはるかに低いです。 , つまり、HPMC1 の相対分子量は HPMC2 の相対分子量よりもはるかに小さいです。ヒドロキシエチル メチル セルロース エーテル (HEMc) と HPMC は特性が似ているため、この研究では HEMC は選択されませんでした。試験結果への水分含有量の影響を避けるため、すべてのセルロースエーテルは使用前に 98℃で 2 時間ベーキングしました。

セルロースエーテルの粘度は、NDJ-1B 回転粘度計 (Shanghai Changji Company) によって試験されました。試験液濃度（水に対するセルロースエーテルの質量比）は２．０％、温度は２０℃、回転数は１２ｒ／ｍｉｎであった。セルロースエーテルの表面張力はリング法により試験されました。試験装置は JK99A 自動張力計 (Shanghai Zhongchen Company) でした。試験液の濃度は０．０１％、温度は２０℃であった。セルロースエーテル基含有量は製造業者によって提供されます。

セルロースエーテルの粘度、表面張力、基含量より、溶液濃度が2.0%の場合、HECとHPMC2溶液の粘度比は1:1.6、HECとMC溶液の粘度比は1:0.4となりますが、この試験では、水セメント比は 0.35、最大セメント比は 0.6%、セルロース エーテルと水の質量比は約 1.7% で 2.0% 未満、粘度に対するセメント スラリーの相乗効果により、 HEC、HPMC2、MC改質セメントスラリーの粘度差は小さい。

セルロースエーテルの粘度、表面張力、基含量により、各セルロースエーテルの表面張力は異なります。セルロースエーテルは、親水基（水酸基やエーテル基）と疎水基（メチルやグルコース炭素環）の両方を持ち、界面活性剤です。セルロースエーテルが異なり、親水基と疎水基の種類と含有量が異なるため、表面張力が異なります。

1.2 試験方法

純粋なセメントスラリー、セメント比0.60%の4つのセルロースエーテル(MC、HPMC1、HPMC2、およびHEC)改質セメントスラリー、およびセメント比0.05%のHPMC2改質セメントスラリーを含む6種類のセメントスラリーを調製した。参照、MC — 0.60、HPMC1 — 0.60、Hpmc2-0.60。HEC 1-0.60 および hpMC2-0.05 は、水セメント比が両方とも 0.35 であることを示します。

GB/T 17671 1999「セメントモルタル強度試験法（ISO法）」に準拠して、まずセメントスラリーを40mm×40mm×160mmの角柱試験ブロックとし、20℃密閉養生28dの条件下で作製した。重量を測定し、見掛け密度を計算した後、小型ハンマーで割って試験片中央部のマクロな穴の状態をデジタルカメラで観察、写真撮影した。同時に2.5～5.0mmの小片を採取し、光学顕微鏡（HIROX三次元ビデオマイクロスコープ）と走査型電子顕微鏡（JSM-5610LV）で観察しました。

2. 試験結果

2.1 見掛け密度

異なるセルロースエーテルで改質されたセメントスラリーの見掛け密度によると、(1) 純粋なセメントスラリーの見掛け密度が最も高く、2044 kg/m3 です。セメント比率0.60%の4種類のセルロースエーテル改質スラリーの見掛け密度は純セメントスラリーの74%~88%であり、セルロースエーテルがセメントスラリーの気孔率の増加を引き起こしていることを示した。(2) セメント対セメントの比率が 0.60% の場合、セメント スラリーの空隙率に対するセルロース エーテルの違いの影響は大きく異なります。HEC、HPMC2、および MC 改質セメント スラリーの粘度は類似していますが、HEC 改質セメント スラリーの見掛け密度が最も高く、HEC 改質セメント スラリーの気孔率が同様の粘度の HPMc2 および MC 改質セメント スラリーの気孔率よりも小さいことを示しています。 。ＨＰＭｃ１とＨＰＭＣ２は同様の基含有量を有​​するが、ＨＰＭＣ１の粘度はＨＰＭＣ２の粘度よりもはるかに低く、ＨＰＭＣ１改質セメントスラリーの見掛け密度はＨＰＭＣ２改質セメントスラリーの見かけ密度よりも著しく高い。これは、基含有量が類似している場合に、セルロースエーテルの粘度が低いほど、改質セメントスラリーの空隙率は低くなります。(3) セメント対セメント比が非常に小さい (0.05%) 場合、HPMC2 改質セメント スラリーの見掛け密度は基本的に純粋なセメント スラリーの見掛け密度に近く、セメントの空隙率に対するセルロース エーテルの影響を示しています。スラリーは非常に少ないです。

2.2 肉眼的細孔

デジタルカメラで撮影したセルロースエーテル改質セメントスラリーの断面写真によると、純粋なセメントスラリーは非常に緻密で、目に見える細孔はほとんどありません。セメント比0.60％の4種類のセルロースエーテル改質スラリーはすべて、より巨視的な細孔を有しており、セルロースエーテルがセメントスラリーの細孔率の増加につながることを示しています。見掛け密度試験の結果と同様に、セルロースエーテルの種類と含有量がセメントスラリーの気孔率に及ぼす影響はまったく異なります。ＨＥＣ、ＨＰＭＣ２およびＭＣ変性スラリーの粘度は同様であるが、ＨＥＣ変性スラリーの気孔率はＨＰＭＣ２およびＭＣ変性スラリーよりも小さい。HPMC1 と HPMC2 は同様の基含有量を持っていますが、粘度が低い HPMC1 改質スラリーの気孔率は小さくなります。HPMc2 改質スラリーのセメント対セメント比が非常に小さい (0.05%) 場合、巨視的細孔の数は純粋なセメント スラリーよりわずかに増加しますが、セメント対 0.60% の HPMC2 改質スラリーよりは大幅に減少します。 -セメント比率。

2.3 微細孔

4. 結論

(1) セルロースエーテルはセメントスラリーの気孔率を増加させることができます。

(2) 分子構造パラメータが異なるセメントスラリーの気孔率に及ぼすセルロースエーテルの影響は異なります。セルロースエーテル改質セメントスラリーの粘度が同等の場合、HEC 改質セメントスラリーの気孔率は HPMC および MC 改質セメントスラリーの気孔率よりも小さくなります。セメントスラリー。同様の基含量を有するＨＰＭＣセルロースエーテルの粘度／相対分子量が低いほど、その改質セメントスラリーの多孔度は低くなる。

（3）セルロースエーテルをセメントスラリーに添加すると、液相の表面張力が低下し、セメントスラリーに気泡が形成されやすくなります。気泡の気液界面でセルロースエーテル分子が方向性吸着し、セメントスラリーの強度と靭性が向上します。気泡の気液界面における気泡液膜の吸着により、気泡液膜の強度が向上し、強靭な泥が気泡を安定させる能力が強化されます。