Cellulose-ethers zijn een soort organische polymeerverbindingen die chemisch zijn gemodificeerd uit natuurlijke cellulose. Ze worden vaak gebruikt in bouwmaterialen, vooral in materialen op cementbasis. De invloed van cellulose-ether op het cementhydratatieproces komt vooral tot uiting in de volgende aspecten: de verspreiding van cementdeeltjes, waterretentie, verdikkingseffect en de invloed op de morfologie en sterkteontwikkeling van cementhydratatieproducten.
1. Inleiding tot cementhydratatie
Het hydratatieproces van cement is een reeks complexe fysische en chemische reacties tussen cement en water. Deze reacties zorgen ervoor dat de cementpasta geleidelijk uithardt en een vaste structuur vormt, waardoor uiteindelijk hydratatieproducten ontstaan, zoals calciumsilicaathydraat (CSH) en calciumhydroxide (CH). Tijdens dit proces hebben de hydratatiereactiesnelheid van het cement, de vloeibaarheid en het vasthouden van water van de slurry en de vorming van hydratatieproducten rechtstreeks invloed op de sterkte en duurzaamheid van het uiteindelijke beton.
2. Het werkingsmechanisme van cellulose-ethers
Cellulose-ether speelt een belangrijke fysische en chemische regulerende rol in het cementhydratatieproces. Cellulose-ether beïnvloedt voornamelijk het hydratatieproces van cement op twee manieren: ten eerste door de verdeling en verdamping van water in de cementslurry te beïnvloeden; de andere is door de verspreiding en coagulatie van cementdeeltjes te beïnvloeden.
Vochtbeheersing en waterretentie
Cellulose-ethers kunnen de waterretentie van materialen op cementbasis aanzienlijk verbeteren. Door zijn sterke hydrofiliciteit kan cellulose-ether een stabiele colloïdale oplossing in water vormen, die vocht kan opnemen en vasthouden. Dit waterhoudend vermogen is belangrijk bij het verminderen van scheuren veroorzaakt door snel waterverlies in beton tijdens vroege hydratatie. Vooral in droge omgevingen of bouwomstandigheden bij hoge temperaturen kan cellulose-ether effectief voorkomen dat water te snel verdampt en ervoor zorgen dat de hoeveelheid water in de cementslurry voldoende is om de normale hydratatiereactie te ondersteunen.
Reologie en verdikking
Cellulose-ethers kunnen ook de reologie van cementslurries verbeteren. Na toevoeging van cellulose-ether zal de consistentie van cementslurry aanzienlijk toenemen. Dit fenomeen wordt voornamelijk toegeschreven aan de lange ketenstructuur gevormd door cellulose-ethermoleculen in water. Dit molecuul met lange keten kan de beweging van cementdeeltjes beperken, waardoor de viscositeit en consistentie van de slurry toenemen. Deze eigenschap is vooral belangrijk bij toepassingen zoals pleisterwerk en tegellijmen, omdat het voorkomt dat cementmortel te snel vloeit en tegelijkertijd betere constructieprestaties oplevert.
Stel de hydratatie uit en pas de uithardingstijd aan
Cellulose-ether kan de hydratatiereactie van cement vertragen en de initiële en uiteindelijke hardingstijd van cementslurry verlengen. Dit effect treedt op omdat de moleculen van cellulose-ether worden geadsorbeerd op het oppervlak van cementdeeltjes, waardoor een barrière wordt gevormd die direct contact tussen water en cementdeeltjes voorkomt, waardoor de hydratatiereactie wordt vertraagd. Door de uithardingstijd te vertragen, kunnen cellulose-ethers de bruikbaarheid van de constructie verbeteren, waardoor bouwvakkers meer tijd krijgen om aanpassingen en correcties aan te brengen.
3. Effect op de vorm van cementhydratatieproducten
De aanwezigheid van cellulose-ethers beïnvloedt ook de microstructuur van cementhydratatieproducten. Studies hebben aangetoond dat de morfologie van calciumsilicaathydraat (CSH) gel zal veranderen na toevoeging van cellulose-ether. Cellulose-ethermoleculen kunnen de kristalstructuur van CSH beïnvloeden, waardoor deze losser wordt. Deze losse structuur kan de vroege sterkte tot op zekere hoogte verminderen, maar helpt ook de taaiheid van het materiaal te verbeteren.
Cellulose-ethers kunnen ook de vorming van ettringiet tijdens het hydratatieproces verminderen. Omdat cellulose-ether de snelheid van de hydratatiereactie vertraagt, wordt de vormingssnelheid van ettringiet in het cement verlaagd, waardoor de interne spanning wordt verminderd die wordt veroorzaakt door volume-expansie tijdens het uithardingsproces.
4. Effect op krachtontwikkeling
Cellulose-ethers hebben ook een aanzienlijke invloed op de sterkteontwikkeling van materialen op cementbasis. Omdat cellulose-ethers de hydratatiesnelheid van cement vertragen, verloopt de vroege sterkteontwikkeling van cementpasta's doorgaans langzamer. Naarmate de hydratatiereactie voortduurt, kan echter geleidelijk het regulerende effect van de waterretentie van cellulose-ether en de morfologie van het hydratatieproduct naar voren komen, wat zal helpen de sterkte in een later stadium te verbeteren.
Opgemerkt moet worden dat de toegevoegde hoeveelheid en het type cellulose-ether een dubbele invloed hebben op de sterkte. Een geschikte hoeveelheid cellulose-ether kan de constructieprestaties verbeteren en de latere sterkte vergroten, maar overmatig gebruik kan leiden tot een afname van de vroege sterkte van materialen op cementbasis en de uiteindelijke mechanische eigenschappen beïnvloeden. Daarom moeten in praktische toepassingen het type en de dosering van cellulose-ether worden geoptimaliseerd en ontworpen volgens specifieke technische vereisten.
Cellulose-ether beïnvloedt het hydratatieproces en de materiaaleigenschappen van cement door de waterretentie van materialen op cementbasis te verbeteren, de hydratatiesnelheid aan te passen en de vorm van hydratatieproducten te beïnvloeden. Hoewel cellulose-ethers een verlies aan vroege sterkte kunnen veroorzaken, kunnen ze op de lange termijn de duurzaamheid en taaiheid van beton verbeteren. De toevoeging van cellulose-ether kan ook de constructieprestaties aanzienlijk verbeteren, vooral in toepassingsscenario's die lange werktijden en hoge waterretentie-eisen vereisen. Het heeft onvervangbare voordelen. Bij feitelijke technische toepassingen kan een redelijke keuze van het type en de dosering van cellulose-ether de sterkte, constructieprestaties en duurzaamheidseisen van het materiaal in evenwicht brengen.
Posttijd: 27 september 2024