Aplikasi multifungsi hidroksietil metil selulosa (HEMC) di bidang konstruksi

1. Karakteristik dan penerapan konstruksi HEMC

Hydroxyethyl methyl cellulose (HEMC) I S turunan selulosa yang diperoleh dengan reaksi eterifikasi selulosa alami dengan etilen oksida dan metil klorida setelah pengobatan alkalisasi. Struktur molekulnya mengandung dua kelompok eterifikasi, hidroksietil dan metil. Struktur kimia khusus ini memberi HEMC serangkaian sifat yang sangat baik, membuatnya sangat cocok untuk aplikasi konstruksi. HEMC adalah polimer non-ionik, yang berarti kinerjanya tidak terpengaruh oleh nilai pH dan dapat tetap stabil di lingkungan asam dan alkali. Fitur ini sangat penting untuk bahan berbasis semen karena proses hidrasi semen akan mengalami lingkungan yang berubah dari alkali yang kuat menjadi netral.

Kelarutan air HEMC adalah salah satu karakteristik intinya. Dibandingkan dengan metil selulosa biasa (MC), karena pengenalan hidroksietil, HEMC memiliki kisaran adaptasi suhu yang lebih luas, larut dalam air dingin dan panas, dan larutan tidak akan menghasilkan gel atau presipitasi karena perubahan suhu. Fitur ini memastikan stabilitas kinerja bahan bangunan dalam kondisi iklim yang berbeda. Larutan HEMC memiliki berbagai viskositas, dari viskositas rendah hingga viskositas yang sangat tinggi, yang menyediakan opsi fleksibel untuk aplikasi konstruksi yang berbeda-mortir level-mandiri membutuhkan HEMC viskositas rendah untuk meningkatkan fluiditas, sementara mortir plester membutuhkan HEMC viskositas tinggi untuk meningkatkan sifat anti-pengasuhan.

Dari perspektif lingkungan, HEMC sepenuhnya memenuhi persyaratan industri konstruksi modern untuk bahan hijau. Ini menggunakan selulosa alami sebagai bahan baku, tidak memiliki produk sampingan beracun dalam proses produksi, dan produk jadi dapat terurai secara hayati dan ramah lingkungan. Fitur ini memungkinkannya untuk mempertahankan daya saing pasar di bawah peraturan lingkungan yang semakin ketat dan membantu industri konstruksi mencapai tujuan pembangunan berkelanjutan. Biokompatibilitas HEMC juga menghilangkan risiko kesehatan bagi pekerja konstruksi dan masalah keselamatan dalam penggunaan konstruksi di kemudian hari, yang merupakan keuntungan yang tidak dapat ditandingi oleh banyak aditif polimer sintetis.

Fleksibilitas HEMC tercermin dalam fakta bahwa aditif tunggal dapat mencapai beberapa peningkatan kinerja secara bersamaan. Dalam bahan bangunan, HEMC tidak hanya dapat menebal dan menahan air, tetapi juga masuk ke udara, pengaturan lambat dan meningkatkan ikatan. Fitur "satu dosis, beberapa efek" ini menyederhanakan desain formulasi dan mengurangi biaya produksi. Misalnya, dalam perekat ubin, HEMC menyediakan tiga fungsi utama: retensi air (memastikan hidrasi penuh semen), penebalan (mencegah ubin meluncur ke bawah), dan waktu terbuka yang diperpanjang (memfasilitasi penyesuaian posisi).

HEMC memiliki kompatibilitas yang baik dengan aditif kimia bangunan lainnya dan dapat digunakan bersama dengan berbagai campuran seperti peredam air, defoamer, bubuk lateks, dll. Tanpa efek antagonis. Efek sinergis ini memungkinkan formulator bahan bangunan untuk secara tepat mengontrol sifat material untuk memenuhi kebutuhan rekayasa yang berbeda.

2. Mekanisme inti HEMC dalam bahan bangunan

Dasar fisikokimia untuk berbagai fungsi hidroksietil metilselulosa dalam bahan bangunan berasal dari struktur molekulnya yang unik dan perilaku hidrasi. Ketika bubuk HEMC bersentuhan dengan air, ikatan hidroksil (-OH) dan eter (-o-) pada rantai molekulnya segera membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air. Gaya antarmolekul yang kuat ini adalah akar dari semua sifat aplikasi HEMC. Ketika proses pembubaran berlangsung, rantai molekul HEMC secara bertahap membuka dan membentuk struktur jaringan tiga dimensi, mengubah air bebas menjadi air terikat, sehingga secara signifikan meningkatkan viskositas dan kapasitas retensi air sistem. Perubahan mikrostruktur ini secara langsung tercermin dalam peningkatan kinerja bahan bangunan makroskopis.

Mekanisme retensi air adalah salah satu mekanisme aksi HEMC yang paling penting. Dalam bahan berbasis semen, HEMC mencapai fungsi retensi air dalam dua cara: satu adalah bahwa molekul HEMC membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air untuk mengubah air bebas menjadi air terikat; Yang lainnya adalah bahwa struktur jaringan yang dibentuk oleh keterjeratan rantai makromolekul HEMC secara fisik menghalangi migrasi air. Studi telah menunjukkan bahwa bahkan jika 0,1% -0,3% HEMC (dengan berat bubuk kering) ditambahkan, laju retensi air mortar dapat meningkat dari 70% menjadi lebih dari 95%, yang memastikan bahwa semen dapat sepenuhnya terhidrasi pada substrat kering atau berpori untuk menghindari kehilangan kekuatan karena kekurangan air. Efek retensi air HEMC dipengaruhi oleh banyak faktor: pada dosis yang sama, semakin tinggi viskositas HEMC, semakin baik retensi air; Peningkatan suhu sekitar akan mengurangi efek retensi air; dan dosis yang tepat (biasanya 0,1%-0,5%) dapat mencapai tingkat retensi air yang ideal. Meskipun lebih lanjut meningkatkan dosis dapat meningkatkan retensi air, kinerja biaya menurun.

Efek penebalan dan thixotropic dari HEMC mengubah sifat reologi bahan bangunan. Larutan HEMC memiliki karakteristik penipisan geser yang jelas - viskositas berkurang pada laju geser yang tinggi dari pengadukan atau penerapan, yang nyaman untuk operasi konstruksi; sementara itu memulihkan viskositas tinggi dalam keadaan geser statis atau rendah untuk mencegah material dari SAG atau sedimentasi. Karakteristik respons cerdas ini membuat HEMC sangat cocok untuk mortar plester dan perekat ubin untuk konstruksi permukaan vertikal. Efek penebalan terutama tergantung pada berat molekul dan konsentrasi HEMC - semakin besar berat molekul dan semakin tinggi konsentrasi, semakin signifikan efek penebalan. Namun, viskositas yang terlalu tinggi akan mempengaruhi kinerja konstruksi, sehingga perlu untuk memilih produk HEMC dengan viskositas yang sesuai sesuai dengan aplikasi yang berbeda.

Sebagai surfaktan, HEMC menunjukkan karakteristik ganda dalam bahan berbasis semen: gugus hidrofilik (gugus hidroksil dan ikatan eter) dan gugus hidrofobik (gugus metil dan cincin glukosa) dalam molekul membuat permukaannya aktif, yang dapat mengurangi tegangan permukaan air dan memperkenalkan gelembung halus. Gelembung -gelembung ini bertindak sebagai "bantalan bola" di mortir, meningkatkan kehalusan konstruksi dan meningkatkan hasil bubur material (peningkatan volume). Namun, terlalu banyak gelembung akan mengurangi kekuatan tubuh yang keras, sehingga sering kali perlu menggunakannya bersamaan dengan defoamer untuk mencapai struktur pori terbaik. Entrainment udara HEMC biasanya antara 5% dan 15%, yang sangat dipengaruhi oleh dosis, metode pencampuran dan aditif lainnya.

HEMC memiliki efek perlambatan yang signifikan pada proses hidrasi semen, yang memiliki kelebihan dan kekurangan. Molekul HEMC diadsorpsi pada permukaan partikel semen, menghambat kontak antara air dan mineral, memperlambat laju reaksi hidrasi, dan memperpanjang waktu pengaturan. Properti retarding ini sangat berharga dalam konstruksi dengan suhu tinggi di musim panas atau waktu operasi yang lama; tetapi mungkin menjadi kerugian di musim dingin ketika suhu rendah atau membutuhkan pengaturan yang cepat. Dengan menyesuaikan dosis HEMC (biasanya 0,05% -0,2% dapat memperpanjang waktu pengaturan 1-4 jam) atau menggunakannya dengan koagulan, waktu pengaturan dapat dikontrol secara tepat untuk memenuhi kebutuhan teknik.

Mekanisme peningkatan ikatan HEMC melibatkan efek fisik dan kimia. Secara fisik, HEMC meningkatkan viskositas mortir dan meningkatkan area kontak dengan substrat; Secara kimia, gugus kutub dalam molekul HEMC membentuk ikatan hidrogen dan gaya van der Waals dengan permukaan bahan anorganik. Dalam aplikasi seperti perekat ubin dan mortir plester, HEMC dapat secara signifikan meningkatkan kekuatan ikatan (biasanya sebesar 20%-50%) dan mengurangi risiko pembukaan dan jatuh. Efek peningkatan ikatan ini sangat jelas pada permukaan halus atau substrat penyerapan air rendah (seperti ubin vitrifikasi).

3. Kinerja aplikasi HEMC dalam mortar campuran kering

Mortar Dry-Mixed adalah bagian penting dari industri konstruksi modern, dan kinerjanya secara langsung terkait dengan efisiensi konstruksi dan kualitas proyek. Hydroxyethyl methylcellulose, sebagai aditif utama dalam mortar yang digabungkan kering, hadir di hampir semua formula mortir khusus dan memainkan peran yang tak tergantikan.

Perekat ubin adalah salah satu bidang aplikasi HEMC yang paling khas. Dalam proses ubin pasting mortar semen tradisional, masalah seperti pelindung dan jatuh adalah umum, dan perekat ubin dengan 0,3% -0,7% HEMC dapat sepenuhnya menyelesaikan masalah ini. HEMC membentuk struktur jaringan tiga dimensi dalam perekat ubin, memberikan sifat anti-selip mortir yang sangat baik. Bahkan ubin berukuran besar tidak akan meluncur ke bawah di dinding, sangat meningkatkan efisiensi dan keamanan konstruksi. Pada saat yang sama, HEMC memastikan bahwa semen sepenuhnya terhidrasi melalui retensi air. Bahkan jika dibangun dalam suhu tinggi, lingkungan berangin atau pada substrat yang sangat menyerap, ia dapat membentuk struktur batu semen berkekuatan tinggi untuk menghindari penurunan gaya ikatan karena hidrasi yang tidak mencukupi. HEMC juga dapat memperpanjang waktu terbuka perekat ubin (biasanya hingga lebih dari 30 menit), memberi pekerja konstruksi cukup waktu untuk menyesuaikan posisi ubin, yang sangat penting dalam proyek besar.

Sistem isolasi termal eksternal (ETIC) adalah area aplikasi penting lainnya untuk HEMC. Dalam sistem ini, HEMC terutama digunakan untuk mortir ikatan dan mortir plester, dan jumlah penambahan biasanya 0,2%-0,5%. Fungsi retensi air HEMC sangat penting di sini, karena bahan isolasi (seperti papan EPS atau wol batu) biasanya memiliki penyerapan air yang sangat rendah. Air dalam mortir tradisional akan menguap atau bermigrasi dengan cepat, menghasilkan hidrasi semen yang tidak mencukupi. Setelah menambahkan HEMC, mortar juga dapat menahan air yang cukup pada substrat penyerapan air rendah untuk menyelesaikan reaksi hidrasi dan memastikan kekuatan ikatan. Pada saat yang sama, peningkatan fleksibilitas yang dibawa oleh entrainment udara HEMC membantu buffer tekanan termal dari sistem isolasi dan mengurangi risiko retak.

Persyaratan kinerja HEMC untuk mortar level sendiri sangat berbeda dari aplikasi di atas. Bahan-bahan level-diri membutuhkan fluiditas yang sangat baik dan kemampuan level diri, tetapi mereka tidak dapat mendelaminasi dan berdarah, yang membutuhkan penggunaan hemc yang tidak beralasan tetapi penghasil air yang baik. Dalam aplikasi ini, dosis HEMC biasanya rendah (0,02%-0,1%), dan terutama memainkan peran menstabilkan sistem untuk mencegah partikel padat dari mengendap dan air mengambang. Efek sinergis dari HEMC dan pereduksi air sangat menonjol di sini - peredam air memberikan fluiditas, dan HEMC membuat sistem tetap seragam dan stabil. Kombinasi keduanya dapat memperoleh bahan level mandiri berkinerja tinggi dengan fluiditas lebih dari 130mm dan kekuatan tekan 28 hari lebih dari 30MPA.

Perbaikan Mortar adalah area aplikasi lain dari HEMC yang tidak dapat diabaikan. Proyek perbaikan biasanya menghadapi tantangan seperti pengeringan substrat, bentuk kompleks dan pengembangan kekuatan yang cepat, dan keserbagunaan HEMC sepenuhnya tercermin di sini. Dalam perbaikan kerusakan beton, menambahkan 0,3%-0,8%HEMC dapat secara signifikan meningkatkan kekuatan ikatan antara mortar dan beton lama (meningkat 40-100%) dan mengurangi cacat antarmuka. Retensi air HEMC memastikan bahwa air tidak akan hilang terlalu cepat selama konstruksi pada permukaan vertikal dan atas, dan efek pengaturannya yang lambat memberikan bahan operasi yang cukup. Untuk perbaikan cepat, waktu pengaturan dapat dipersingkat dengan menyesuaikan dosis HEMC (turun menjadi 0,05%-0,1%) atau menggunakannya dengan koagulan. Praktik pemeliharaan bangunan menunjukkan bahwa umur perbaikan mortir yang dimodifikasi dengan HEMC adalah 3-5 kali lebih lama dari bahan tradisional, sangat mengurangi biaya perawatan.