Aplicação multifuncional de hidroxietil metilululose (HEMC) no campo de construção

1. Características e aplicabilidade de construção do HEMC

Hidroxietil metilululose (Hemc) I S a derivada de celulose obtida por reação de etherificação da celulose natural com óxido de etileno e cloreto de metila após o tratamento com alcalização. Sua estrutura molecular contém dois grupos de eterificação, hidroxietil e metil. Essa estrutura química especial oferece à HEMC uma série de propriedades excelentes, tornando -a particularmente adequada para aplicações de construção. O HEMC é um polímero não iônico, o que significa que seu desempenho não é afetado pelo valor do pH e pode permanecer estável em ambientes ácidos e alcalinos. Esse recurso é particularmente importante para materiais baseados em cimento, porque o processo de hidratação do cimento experimentará um ambiente que muda de forte alcalino para neutro.

A solubilidade da água do HEMC é uma de suas características centrais. Comparado com a metillululose comum (MC), devido à introdução de hidroxietil, o HEMC possui uma faixa de adaptabilidade de temperatura mais ampla, é solúvel em água fria e quente e a solução não produzirá gel ou precipitação devido a alterações de temperatura. Esse recurso garante a estabilidade do desempenho dos materiais de construção sob diferentes condições climáticas. As soluções HEMC têm uma ampla gama de viscosidades, da baixa viscosidade a viscosidade ultra-alta, que oferece opções flexíveis para diferentes aplicações de construção-as argamassas de auto-nivelamento requerem HEMC de baixa viscosidade para melhorar a fluidez, enquanto as argamassas de gloas requerem HEMC de alta viscosidade para aumentar as propriedades anti-sagging.

De uma perspectiva ambiental, o HEMC atende totalmente aos requisitos da indústria da construção moderna para materiais verdes. Ele usa celulose natural como matéria -prima, não possui subprodutos tóxicos no processo de produção e o produto acabado é biodegradável e ecológico. Esse recurso permite manter a competitividade do mercado sob regulamentos ambientais cada vez mais rigorosos e ajudar a indústria da construção a alcançar objetivos de desenvolvimento sustentável. A biocompatibilidade da HEMC também elimina os riscos à saúde para os trabalhadores da construção e os problemas de segurança no uso posterior da construção, o que é uma vantagem que muitos aditivos de polímero sintético não podem corresponder.

A versatilidade do HEMC se reflete no fato de que um único aditivo pode obter várias melhorias de desempenho ao mesmo tempo. Nos materiais de construção, o HEMC pode não apenas engrossar e reter água, mas também arrastar o ar, o cenário lento e aumentar a ligação. Essa característica "uma dose, múltiplos efeitos" simplifica o design da formulação e reduz os custos de produção. Por exemplo, em adesivos de ladrilhos, o HEMC fornece três funções principais: retenção de água (garantindo a hidratação completa do cimento), espessamento (impedindo que os ladrilhos deslizem para baixo) e o tempo aberto prolongado (facilitando o ajuste da posição).

O HEMC possui boa compatibilidade com outros aditivos químicos de construção e pode ser usado em conjunto com uma variedade de misturas como redutores de água, infilantes, pós de látex, etc. sem efeitos antagônicos. Esse efeito sinérgico permite que os formuladores de materiais de construção controlem com precisão as propriedades do material para atender a diferentes necessidades de engenharia.

2. O mecanismo central do HEMC em materiais de construção

A base físico -química para as múltiplas funções da hidroxietil metilcelulose em materiais de construção decorre de sua estrutura molecular e comportamento exclusivo de hidratação. Quando o pó HEMC entra em contato com a água, as ligações hidroxil (-OH) e éter (-O-) em sua cadeia molecular formam ligações de hidrogênio imediatamente com moléculas de água. Essa forte força intermolecular é a raiz de todas as propriedades de aplicação do HEMC. À medida que o processo de dissolução prossegue, a cadeia molecular do HEMC se desenrola gradualmente e forma uma estrutura de rede tridimensional, convertendo água livre em água ligada, melhorando significativamente a capacidade de viscosidade e retenção de água do sistema. Essa mudança microestrutural é refletida diretamente na melhoria do desempenho do material de construção macroscópico.

O mecanismo de retenção de água é um dos mecanismos de ação mais importantes do HEMC. Em materiais à base de cimento, o HEMC atinge a função de retenção de água de duas maneiras: uma é que as moléculas do HEMC formam ligações de hidrogênio com moléculas de água para converter a água livre em água ligada; O outro é que a estrutura da rede formada pelo emaranhamento de cadeias macromoleculares HEMC bloqueia fisicamente a migração da água. Estudos mostraram que, mesmo que 0,1% -0,3% HEMC (em peso de pó seco) seja adicionado, a taxa de retenção de água de argamassa pode ser aumentada de 70% para mais de 95%, o que garante que o cimento possa ser totalmente hidratado em substratos secos ou porosos para evitar a perda de força devido à falta de água. O efeito de retenção de água do HEMC é afetado por muitos fatores: na mesma dose, quanto maior a viscosidade do HEMC, melhor a retenção de água; O aumento da temperatura ambiente reduzirá o efeito de retenção de água; e a dosagem apropriada (geralmente 0,1%-0,5%) pode atingir a taxa de retenção de água ideal. Embora o aumento da dose possa melhorar a retenção de água, o desempenho dos custos diminui.

Os efeitos espessantes e tixotrópicos do HEMC mudam as propriedades reológicas dos materiais de construção. A solução HEMC possui características óbvias de desbaste de cisalhamento - a viscosidade diminui a altas taxas de cisalhamento de agitação ou aplicação, o que é conveniente para operações de construção; enquanto recupera alta viscosidade em um estado de cisalhamento estático ou baixo para impedir que o material camba ou sedimentação. Essa característica de resposta inteligente torna o HEMC particularmente adequado para argamassa de gesso e adesivo de ladrilhos para a construção vertical da superfície. O efeito espessante depende principalmente do peso molecular e da concentração do HEMC - quanto maior o peso molecular e maior a concentração, mais significativo o efeito espessante. No entanto, a viscosidade muito alta afetará o desempenho da construção; portanto, é necessário selecionar produtos HEMC com viscosidade apropriada de acordo com diferentes aplicações.

Como surfactante, o HEMC exibe características duplas em materiais à base de cimento: os grupos hidrofílicos (grupos hidroxila e ligações éter) e grupos hidrofóbicos (grupos metil e anéis de glicose) nas moléculas o tornam ativa na superfície, o que pode reduzir a tensão superficial da água e introduzir bolhas finas. Essas bolhas atuam como "rolamentos de esferas" na argamassa, melhorando a suavidade da construção e aumentando o rendimento da pasta do material (aumento do volume). No entanto, muitas bolhas reduzirão a força do corpo endurecido; portanto, geralmente é necessário usá -lo em conjunto com um devoso para alcançar a melhor estrutura de poros. O arrastamento de ar do HEMC é geralmente entre 5% e 15%, o que é bastante afetado pela dosagem, método de mistura e outros aditivos.

O HEMC tem um efeito de retardamento significativo no processo de hidratação do cimento, que tem vantagens e desvantagens. As moléculas de HEMC são adsorvidas na superfície das partículas de cimento, impedindo o contato entre água e minerais, diminuindo a velocidade da reação de hidratação e prolongando o tempo de configuração. Esta propriedade retardadora é muito valiosa na construção, com altas temperaturas no verão ou longo tempo de operação; Mas pode se tornar uma desvantagem no inverno, quando está a baixa temperatura ou requer uma configuração rápida. Ao ajustar a dosagem do HEMC (geralmente 0,05% -0,2% pode estender o tempo de configuração em 1-4 horas) ou usá-lo com um coagulante, o tempo de configuração pode ser controlado com precisão para atender às necessidades de engenharia.

O mecanismo de aprimoramento da ligação do HEMC envolve efeitos físicos e químicos. Fisicamente, o HEMC aumenta a viscosidade da argamassa e aumenta a área de contato com o substrato; Quimicamente, os grupos polares nas moléculas HEMC formam ligações de hidrogênio e as forças de van der Waals com a superfície de materiais inorgânicos. Em aplicações como adesivos de ladrilhos e argamassas de gesso, o HEMC pode melhorar significativamente a força da união (geralmente em 20%a 50%) e reduzir o risco de oco e cair. Esse efeito de aprimoramento da ligação é particularmente evidente em superfícies lisas ou substratos de absorção de água baixa (como ladrilhos vitrificados).

3. Desempenho da aplicação do HEMC em argamassa misturada a seco

A argamassa de mixada a seco é uma parte importante da indústria da construção moderna, e seu desempenho está diretamente relacionado à eficiência da construção e à qualidade do projeto. A hidroxietil-metilcelulose, como um aditivo-chave em argamassa seco, está presente em quase todas as fórmulas de argamassa especial e desempenha um papel insubstituível.

O adesivo de ladrilhos é uma das áreas mais típicas da aplicação do HEMC. No processo de ladrilhos tradicionais de colagem de argamassa de cimento, problemas como oco e cair são comuns, e os adesivos de ladrilhos com 0,3% a 0,7% de HEMC podem resolver completamente esses problemas. O HEMC forma uma estrutura de rede tridimensional no adesivo de ladrilhos, dando argamassa úmida excelentes propriedades anti-deslizamento. Mesmo ladrilhos de tamanho grande não deslizam para baixo na parede, melhorando bastante a eficiência e a segurança da construção. Ao mesmo tempo, o HEMC garante que o cimento seja totalmente hidratado através da retenção de água. Mesmo que seja construído em alta temperatura, ambiente vento ou em um substrato altamente absorvente, ele pode formar uma estrutura de pedra de cimento de alta resistência para evitar a diminuição da força de ligação devido à hidratação insuficiente. O HEMC também pode estender o tempo aberto dos adesivos de ladrilhos (geralmente para mais de 30 minutos), dando aos trabalhadores da construção tempo suficiente para ajustar a posição dos ladrilhos, o que é particularmente importante em grandes projetos.

Os sistemas de isolamento térmico externo (ETICS) são outra área de aplicação importante para o HEMC. Nesses sistemas, o HEMC é usado principalmente para morteiros de ligação e argamassa de gesso, e a quantidade de adição é geralmente de 0,2%a 0,5%. A função de retenção de água da HEMC é particularmente crítica aqui, porque os materiais de isolamento (como placas de EPS ou lã de rocha) geralmente têm absorção de água muito baixa. A água nas argamassas tradicionais evaporará ou migrará rapidamente, resultando em hidratação insuficiente do cimento. Após a adição do HEMC, a argamassa também pode reter água suficiente no substrato de absorção de água baixa para concluir a reação de hidratação e garantir a força de ligação. Ao mesmo tempo, o aumento da flexibilidade trazido pelo arrastamento de ar do HEMC ajuda a amortecer a tensão térmica do sistema de isolamento e reduzir o risco de rachadura.

Os requisitos de desempenho do HEMC para argamassa de autonivelamento são muito diferentes dos das aplicações acima. Os materiais auto-níveis precisam de excelente fluidez e capacidade de autonivelamento, mas não podem delaminar e sangrar, o que requer o uso de baixa viscosidade, mas um bom HEMC de retenção de água. Nesta aplicação, a dose de HEMC é geralmente baixa (0,02%-0,1%) e desempenha principalmente o papel de estabilizar o sistema para impedir que partículas sólidas se estabeleçam e a água flutue. O efeito sinérgico do redutor de hemc e água é particularmente proeminente aqui - o redutor de água fornece fluidez e o HEMC mantém o sistema uniforme e estável. A combinação dos dois pode obter um material de autonivelamento de alto desempenho com uma fluidez de mais de 130 mm e uma resistência à compressão de 28 dias de mais de 30MPa.

A argamassa de reparo é outra área de aplicação do HEMC que não pode ser ignorada. Os projetos de reparo geralmente enfrentam desafios, como secagem de substratos, formas complexas e desenvolvimento rápido de força, e a versatilidade do HEMC é totalmente refletida aqui. No reparo de danos ao concreto, a adição de 0,3%a 0,8%de HEMC pode melhorar significativamente a resistência à união entre a argamassa e o concreto antigo (aumenta 40-100%) e reduzir os defeitos da interface. A retenção de água do HEMC garante que a água não seja perdida muito rapidamente durante a construção em superfícies verticais e superiores, e seu efeito de configuração lento fornece ao material de reparo o tempo de operação suficiente. Para reparos rápidos, o tempo de configuração pode ser reduzido ajustando a dosagem do HEMC (até 0,05%-0,1%) ou usando-a com um coagulante. A prática de manutenção de construção mostra que a vida útil da argamassa de reparo modificada com Hemc é 3-5 vezes mais que a dos materiais tradicionais, reduzindo bastante os custos de manutenção.