Forschung und Fortschritt von modifizierter Cellulose in Mörtel

Trockenmörtel wie gewöhnlicher Trockenmörtel, Außenwandisoliermörtel, selbstnivellierender Mörtel und wasserdichter Mörtel sind zu einem wichtigen Bestandteil zementbasierter Baumaterialien geworden. Celluloseether ist ein Derivat des natürlichen Celluloseethers und ein wichtiger modifizierter Zusatzstoff für verschiedene Arten von Trockenmörtel. Es erfüllt die Funktionen des Verzögerns, der Wasserretention, der Verdickung, des Luftporens und der Bindung.

Die Rolle der Zellulose im Mörtel spiegelt sich hauptsächlich in der Verbesserung der Verarbeitbarkeit des Mörtels und der Sicherstellung der Hydratation des Zements im Mörtel wider. Die Verbesserung der Verarbeitbarkeit des Mörtels spiegelt sich hauptsächlich in Aspekten wie Wasserretention, Standfestigkeit und Öffnungszeit wider. Es hat wichtige soziale und wirtschaftliche Vorteile, insbesondere durch die Sicherstellung einer dünnschichtigen Mörtelkardierung, das Verputzen von Mörtelpflaster und die Erhöhung der Baugeschwindigkeit von Spezialmörtel.

Obwohl zahlreiche Forschungsarbeiten zu Zellulose in Mörtel durchgeführt wurden und bedeutende Ergebnisse bei zellulosemodifiziertem Mörtel erzielt wurden, gibt es immer noch einige Mängel bei der Wechselwirkung zwischen Zelluloseethern und Zement, Zuschlagstoffen und Matrix in speziellen Umgebungen. Zu diesem Zweck untersucht dieser Artikel auf der Grundlage einer Zusammenfassung relevanter Forschungsergebnisse die Temperatur und Kompatibilität von modifiziertem Celluloseether mit anderen Additiven weiter.

Types of cellulose ethers

Es gibt viele Arten von Celluloseethern, und zwar fast alle. Im Allgemeinen können sie entsprechend ihren Ionisierungseigenschaften in zwei Kategorien eingeteilt werden: ionische und nichtionische. In zementbasierten Materialien fallen ionische Celluloseether wie Carboxymethylcellulose (CMC) mit Ca2+ aus und werden instabil, weshalb sie selten verwendet werden. Nichtionische Celluloseether können nach (1) Viskosität der wässrigen Standardlösung, (2) Art des Substituenten, (3) Substitutionsgrad, (4) physikalischer Struktur, (5) Löslichkeitseigenschaften usw. klassifiziert werden.

Die Eigenschaften von Celluloseethern hängen hauptsächlich von der Art, Anzahl und Verteilung der Substituenten ab, daher werden Celluloseether üblicherweise nach der Art der Substituenten unterteilt. Beispielsweise ist Methylcelluloseether (MC) ein Produkt, bei dem die Hydroxylgruppe an der Glucoseeinheit natürlicher Cellulose durch eine Methoxygruppe ersetzt ist, und Hydroxypropylmethylcelluloseether (HPMC) ist ein Produkt, bei dem die Hydroxylgruppe durch eine Methoxygruppe bzw. eine Hydroxypropylgruppe ersetzt ist. Mehr als 90 % der derzeit verwendeten Celluloseether sind hauptsächlich Methylhydroxypropylcelluloseether (HPMC) und Methylhydroxyethylcelluloseether (MHEC).

Die Rolle von Zellulose im Mörtel

Die Rolle der Cellulose im Mörtel spiegelt sich vor allem in den folgenden drei Aspekten wider: ausgezeichnetes Wasserrückhaltevermögen, Einfluss auf Mörtelkonsistenz und Thixotropie sowie Einstellung der Rheologie.

Die Wasserretention von Celluloseether kann nicht nur die Öffnungszeit und den Koagulationsprozess des Mörtelsystems und damit die Betriebszeit des Systems anpassen, sondern auch verhindern, dass das Grundmaterial zu schnell zu viel Wasser aufnimmt und die Verdunstung von Wasser behindert, um so die allmähliche Wasserabgabe bei der Hydratisierung des Zements sicherzustellen. Die Wasserretention von Zellulose hängt hauptsächlich von der Menge der zugesetzten Zellulose, der Viskosität, der Feinheit und der Umgebungstemperatur bei der Verwendung ab. Die Wasserrückhaltewirkung von modifizierter Zellulose hängt von der Wasseraufnahme der Tragschicht, der Zusammensetzungsschichtdicke des Mörtels, dem Wasserbedarf und der Abbindezeit des zementären Materials ab.

Der Wasserbedarf des Mörtelsystems ist ein wichtiger Parameter. Der Grundwasserbedarf und die damit verbundene Mörtelleistung hängen von der Mörtelformulierung ab und durch die Einarbeitung von Zellulose können der Wasserbedarf und die Mörtelleistung effektiv angepasst werden. In vielen Baustoffsystemen wird Zellulose als Verdickungsmittel eingesetzt, um die Konsistenz des Systems anzupassen. Die Verdickungswirkung von Cellulose hängt vom Polymerisationsgrad der Cellulose, der Lösungskonzentration, der Schergeschwindigkeit, der Temperatur und anderen Bedingungen ab. Hochviskose wässrige Celluloselösungen weisen eine hohe Thixotropie auf. Wenn die Temperatur erhöht wird, bildet sich ein Strukturgel und es kommt zu einem hohen thixotropen Fließen.

Durch den Zusatz von Zellulose lässt sich die Rheologie des Baustoffsystems effektiv anpassen, wodurch die Verarbeitungsleistung verbessert wird und der Mörtel eine bessere Verarbeitbarkeit und bessere Standfestigkeit erhält. Diese Eigenschaften erleichtern die Nivellierung des Mörtels und erleichtern die Aushärtung.

Modifizierte Zellulose verleiht dem Mörtel nicht nur eine gute Verarbeitungsleistung, sondern kann auch die frühe Hydratationswärme von Zement reduzieren und den Hydratationsdynamikprozess von Zement verzögern. Aufgrund der unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten von Mörtel gibt es auch Unterschiede in den Methoden zur Leistungsbewertung.

Kompatibilität von modifizierter Cellulose mit anderen Zusatzstoffen im Mörtel

Zellulose wird üblicherweise zusammen mit anderen Zusatzmitteln in Trockenmörtel verwendet, wie z. B. Entschäumer, wasserreduzierendes Mittel, Gummimehl usw. Jede dieser Komponenten spielt im Mörtel eine andere Rolle. Die Untersuchung der Verträglichkeit modifizierter Cellulose mit anderen Zusatzstoffen ist eine Voraussetzung für eine effiziente Nutzung dieser Komponenten.

Die wichtigsten wasserreduzierenden Mittel, die in Trockenmörtel verwendet werden, sind: Kasein, wasserreduzierende Mittel auf Ligninbasis, wasserreduzierende Mittel auf Naphthalinbasis, Melamin-Formaldehyd-Kondensat und wasserreduzierende Polycarbonsäuremittel. Polycarboxylat-Superplastifizierer (PCE) ist die neueste entwickelte Technologie mit hoher Effizienz und ohne Formaldehydemission. Da Celluloseether in Kombination mit üblicherweise verwendeten wasserreduzierenden Mitteln auf Naphthalinbasis agglomerieren und die Betonmischung an Verarbeitbarkeit verliert, ist es im Maschinenbau erforderlich, hochwirksame wasserreduzierende Mittel auf Nichtnaphthalinbasis zu verwenden. Obwohl es Studien zur Verbundwirkung von modifizierter Cellulose und unterschiedlichen Zusatzstoffen gibt, kommt es aufgrund der großen Zahl unterschiedlicher Zusatzstoffe und Cellulosetypen und der geringen Erforschung des Wechselwirkungsmechanismus immer noch zu vielen Missverständnissen bei der Anwendung und es sind zahlreiche Experimente zu deren Optimierung erforderlich.