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Expansiver Zement

Expansionszement kann sich während des Hydratationsprozesses auf ein bestimmtes Volumen ausdehnen, während Silikatzement während des Erhärtungsprozesses oft schrumpft, was zu Rissen und Wasserdurchlässigkeit in Zementbauteilen führt. Expansionszement überwindet also die oben genannten Nachteile von Silikatzement und verbessert die Kompaktheit und Integrität von Zementbetonbauteilen.

Wenn Blähzement in Stahlbeton verwendet wird, verursacht die Ausdehnung des Betons eine spezifische Zugspannung auf die Stahlstäbe, und der Beton wird einer entsprechenden Druckspannung ausgesetzt. Diese Druckspannung kann verhindern, dass der Beton innere Mikrorisse bildet. Wenn ihr Wert signifikant ist, kann sie auch einen Teil der durch äußere Faktoren verursachten Zugspannung ausgleichen und so den Fehler der geringen Zugfestigkeit des Betons wirksam verbessern. Diese vorbestehende Druckspannung entsteht durch die Hydratation des Zements selbst und wird als Eigenspannung bezeichnet, und der “Eigenspannungswert” (MPa) wird verwendet, um die Größe der im Beton erzeugten Druckspannung darzustellen.

Expansionszement mit unterschiedlichen Expansionswerten kann durch Anpassung des Anteils der verschiedenen Komponenten erhalten werden. Expansivzement kann je nach Größe der Selbstspannung in zwei Kategorien unterteilt werden. Wenn der Selbstspannungswert ≥2MPa ist, wird er als Selbstspannungszement bezeichnet; wenn der Selbstspannungswert <2MPa ist (normalerweise um 0,5MPa), wird er als Expansionszement bezeichnet.

Expansionszement, ein vielseitiges Material, kann je nach seinen Hauptbestandteilen in vier Kategorien eingeteilt werden: Silikat, Aluminat, Sulfoaluminat und Calciumaluminoferrat. Sein Expansionsmechanismus ist die Ausdehnung des im Zementstein gebildeten Calciumsulfonats. Silikat-Expansionszement bindet langsam ab und härtet langsam aus, während Aluminat-Expansionszement schnell abbindet und aushärtet.

Silikat-Expansionszement besteht aus Silikatzement als Hauptbestandteil, dem Aluminatzement und Gips hinzugefügt werden. Der Expansionswert wird durch Veränderung des Anteils an Tonerdezement und Gips eingestellt. Wird der Aluminatzement im Silikat-Expansionszement durch Alumit ersetzt, wird er als Alumit-Expansionszement bezeichnet. Der Hauptbestandteil von Alumit ist [K₂SO₄-Al₂(SO₄)₃-4Al(OH)₃], der Calciumsulfonat erzeugen kann und derzeit der beste Expansionszement ist. Wenn Aluminat-Expansionsmittel und Aluminat-Expansionsmittel zu Silikatzement hinzugefügt werden, kann die Wirkung von Expansionszement ebenfalls erzielt werden.

Aluminat-Expansivzement wird durch Mischen von Aluminat-Zementklinker und Dihydratgips oder durch getrenntes Mahlen und anschließendes Mischen hergestellt. Er hat die Vorteile eines hohen Selbstspannungswertes, einer guten Dichtigkeit und Luftdichtheit. Sulfoaluminat-Expansionszement besteht aus wasserfreiem Sulfoaluminat und Dicalciumsilikat als Hauptbestandteile sowie Gips.

Calciumferroaluminat-Expansionszement besteht aus einer Eisenphase, wasserfreiem Calciumsulfoaluminat, Dicalciumsilicat und Gips als Hauptbestandteilen.

Die folgenden Arten von Expansionszement mit ihren jeweils einzigartigen Eigenschaften und praktischen Anwendungen werden derzeit üblicherweise verwendet.

1. Alumit-Expansivzement

Als Alumitexpansionszement wird jedes hydraulische Zementmaterial mit expansiven Eigenschaften bezeichnet, das durch Mahlen von natürlichem Aluminat, Gips und granulierter Hochofenschlacke (oder Flugasche) in geeigneten Anteilen mit Silikatzementklinker als Hauptbestandteil hergestellt wird.

Alumitexpansionszement wird in drei Sorten unterteilt: 425, 525 und 625. Seine technischen Leistungsanforderungen sind wie folgt.

(1) Schwefeltrioxid

Der Schwefeltrioxidgehalt im Zement darf 8,0 % nicht überschreiten.

(2) Spezifische Oberfläche

Die spezifische Oberfläche von Zement darf nicht weniger als 420 m²/kg betragen.

(3) Abbindezeit

Die Anfangshärtung darf nicht früher als 45 Minuten und die Endhärtung nicht später als 6 Stunden erfolgen.

(4) Festigkeit

Die Zementfestigkeit jeder Sorte muss bei jedem Alter dem Wert in Tabelle 2-19 entsprechen.

(5) Ausdehnungsrate

Die freie Ausdehnungsrate von Zementsteinproben, die in Wasser in verschiedenen Altersstufen ausgehärtet sind, muss den folgenden Anforderungen entsprechen: 1d darf nicht weniger als 0,15% betragen; 28d darf nicht weniger als 0,35% aber nicht mehr als 1,20% betragen.

(6) Wasserdichtheit

1:3 Nachdem die Weichmörtelprobe 3 Tage lang in Wasser ausgehärtet ist, muss sie unter einem konstanten Druck von 1,0 MPa 8 Stunden lang undurchlässig sein (Anmerkung: Optionaler Indikator, anwendbar auf Anti-Sicker-Projekte. Wenn der Zement nicht in Anti-Sicker-Projekten verwendet wird, kann die Wasserdurchlässigkeitsprüfung nicht durchgeführt werden).

2. Mikroexpansionszement mit niedriger Wärmeentwicklung

Jedes hydraulische Zementmaterial mit niedriger Hydratationswärme und Mikroausdehnungsleistung, das durch Zugabe einer angemessenen Menge von Silikatzementklinker und Gips zu granulierter Hochofenschlacke als Hauptkomponente hergestellt wird, wird als Niedrigwärme-Mikroausdehnungszement mit dem Codenamen LHEC bezeichnet.

3. Selbstbeanspruchbarer Ferroaluminatzement

Selbstbeanspruchungs-Ferroaluminatzement ist ein starkes, expansives hydraulisches Zementmaterial, das durch Zugabe einer angemessenen Menge Gips zum Klinker hergestellt wird, der durch Kalzinieren von Rohstoffen mit einer geeigneten Zusammensetzung, wasserfreiem Kalziumsulfoaluminat, Eisenphase und Dikalziumsilikat als den wichtigsten mineralischen Bestandteilen gewonnen wird, und das die Bezeichnung SFAC erhält. Das Produkt wird nach dem 28d-Eigenspannungswert in drei Klassen unterteilt: 30, 40 und 50.

4. Selbstgespannter Silikatzement

Selbstgespannter Silikatzement oder Silikatexpansionszement ist ein dehnbares hydraulisches Zementmaterial, das durch Mahlen von gewöhnlichem Silikatzement, Tonerdezement und natürlichem Wassergips in geeigneten Anteilen hergestellt wird.

Selbstgespannter Silikatzementbeton schrumpft, wenn er an der Luft eingebaut wird, aber die Schwindungsrate beträgt nur 0,03 % bis 0,06 %. Nach erneuter Befeuchtung und Aushärtung können die durch das Schwinden verloren gegangenen Ausdehnungs- und Selbstspannungswerte wiederhergestellt werden. Selbstgespannter Silikatzement hat eine gute Frostbeständigkeit. Nach 150 Frost-Tau-Zyklen ist der Ausdehnungsgrad von 1:1 selbstgespanntem Zementmörtel derselbe wie bei Langzeithärtung in normal temperiertem Wasser, aber die Festigkeit kann während des Frost-Tau-Prozesses kontinuierlich verbessert werden.

Hydroxypropylmethylcellulose

Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) ist ein nichtionischer Cellulosealkylhydroxyalkyl-Mischether, der durch Alkalisierung, Veretherung, Neutralisierung und Waschen von Cellulose gewonnen wird.

Als nichtionischer Cellulosemischether mit hervorragender Leistung hat HPMC gute Dispergier-, Emulgier-, Verdickungs-, Bindungs-, Wasserrückhalte- und Kleberückhalteeigenschaften wie andere Celluloseether wie CMC, MC, HEC, CMHEC, HEMC und HBMC. Es ist wasserlöslich und löst sich in Ethanol und Aceton zu weniger als 70 % auf. HPMC kann in großem Umfang als Filmüberzug, Mittel zur verzögerten Freisetzung und Klebstoff für pharmazeutische Präparate verwendet werden. Seine verdickenden, dispergierenden und emulgierenden filmbildenden Eigenschaften können auch in der Petrochemie, bei Baumaterialien, Keramik, Textilien, Lebensmitteln, täglichen Chemikalien, synthetischen Harzen, Medizin, Beschichtungen und in der Elektronikindustrie eingesetzt werden.

Die Veretherungsreaktion von HPMC ist ein komplexer, aber faszinierender Prozess. Dabei wird die Hydroxylgruppe (-OH) der Cellulose durch Hydroxypropyl (-OCH₂CHOHCH₃) ersetzt, gefolgt von einer kontinuierlichen Kettenpolymerisation mit Propylenoxid. Theoretisch kann die Hydroxylgruppe der Hydroxypropylgruppe in der Seitenkette kontinuierlich mit Propylenoxid reagieren. Die Reaktion ist jedoch nicht auf die Hydroxylgruppe am Glucosering der Cellulose beschränkt. Methylchlorid kann auch mit der Hydroxylgruppe an der angehängten Hydroxypropylgruppe reagieren, wodurch die Seitenkette und die Hydroxypropylierung beendet werden. Diese Komplexität macht das Herstellungsverfahren von HPMC noch interessanter.

1. Kontrolle des Methoxy- und Hydroxypropylgehalts von Hydroxypropylmethylcellulose
   Der Methoxy- und Hydroxypropylgehalt und das Verhältnis von HPMC beeinflussen die Wasserlöslichkeit, das Wasserrückhaltevermögen, die Oberflächenaktivität und die Geliertemperatur des Produkts.
   HPMC mit hohem Methoxygehalt und niedrigem Hydroxypropylgehalt hat in der Regel eine gute Wasserlöslichkeit, Oberflächenaktivität und eine niedrige Geliertemperatur. Eine Anpassung des Hydroxypropyl-Gehalts und eine Verringerung des Methoxy-Gehalts kann jedoch die Geliertemperatur erhöhen. Es ist wichtig zu beachten, dass ein zu hoher Hydroxypropylgehalt die Geliertemperatur senken, die Wasserlöslichkeit und Oberflächenaktivität verschlechtern und die Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln verbessern kann.

Der Methoxy- und Hydroxypropyl-Gehalt lässt sich vor allem wie folgt kontrollieren und einstellen.
① Änderung der Menge des im Reaktionssystem verwendeten Alkalis. Die Menge an Alkali, die bei der Alkalisierung von Cellulose verwendet wird, wirkt sich direkt auf die Veretherungseffizienz und das Verhältnis der Gruppengehalte des Produkts aus. Generell gilt: Eine hohe Alkalikonzentration oder eine erhöhte Menge an zugesetztem festem Alkali erhöht den Methoxidgehalt des Produkts; eine niedrige Alkalikonzentration oder eine geringere Menge an zugesetztem festem Alkali kann unter den gleichen Prozessbedingungen den Hydroxypropylgehalt des Produkts entsprechend erhöhen. Mit anderen Worten: Der Hydroxypropylgehalt ist umgekehrt proportional zur Alkalikonzentration, und der Methoxidgehalt ist proportional zur Alkalikonzentration.
② Anpassung der Temperaturänderung im Produktionsprozess. In der Veretherungsphase des HPMC-Herstellungsverfahrens sind die wichtigsten Reaktionen die Methylierung und die Hydroxypropylierung. Die für diese beiden Reaktionen erforderlichen Reaktionsbedingungen sind unterschiedlich, und die positiven und negativen Reaktionsgeschwindigkeiten der beiden Reaktionen sind ebenfalls recht unterschiedlich. Diese unterschiedlichen Reaktionsbedingungen und die schwierige Koordination machen die Kontrolle des HPMC-Produktionsprozesses und die Produktstruktur komplexer und unvorhersehbarer. In Verbindung mit den Anforderungen an den Produktindex, der vollständigen Berücksichtigung der strukturellen Eigenschaften der Ausrüstung und der quantitativen Analyse und Prüfung auf der Grundlage einer großen Anzahl von praktischen Erfahrungen ist es möglich, den Prozess vernünftig zu steuern, die Formel anzupassen und die gewünschte Wirkung zu erzielen.
Im Allgemeinen kann die Hydroxypropylierungsreaktion bei etwa 30°C durchgeführt werden, und die Reaktionsgeschwindigkeit ist bei 50°C stark beschleunigt; die Methylierungsreaktion ist bei 60°C langsam und bei unter 50°C noch schwächer. Entsprechend dem Unterschied in der Reaktionstemperatur der beiden wird normalerweise eine bestimmte Temperatur gesteuert, um eine bestimmte Reaktion zur Hauptreaktion zu machen, wie z.B. das Halten einer konstanten Temperatur bei 50-60°C für einige Zeit, hauptsächlich für die Hydroxypropylierungsreaktion. Dann wird die Erhitzungsgeschwindigkeit so gesteuert, dass die zweite Veretherungsreaktion, die von der Methylierungsreaktion dominiert wird, innerhalb eines bestimmten Zeitraums abläuft, und die Reaktionszeit wird so gesteuert, dass ein Gleichgewicht zwischen der Methoxylgruppe und der Hydroxypropylgruppe erreicht wird und ein Produkt mit einer angemessenen Struktur entsteht. Diese mehrstufige Steuerungstechnologie trägt auch zur Verringerung von Nebenreaktionen und Nachbearbeitungen bei.
③ Die Menge des zugesetzten Veretherungsmittels Unter den festgelegten Prozessbedingungen haben die Menge der Veretherungsmittel Methylchlorid und Propylenoxid sowie das Verhältnis der beiden einen direkten und spürbaren Einfluss auf die Methoxy- und Hydroxypropylwerte des Produkts. Konstante Reaktionsbedingungen, unverändertes Verhältnis, Erhöhung des Gehalts an Veretherungsmittel, Verbesserung des Gehalts an Substituentengruppen, Methoxy- und Hydroxypropylwerte sind innerhalb eines bestimmten Bereichs konstant; Änderung des Verhältnisses, Erhöhung des Gehalts an einem Veretherungsmittel, der entsprechende Gehalt an Substituentengruppen steigt, und der Gehalt der anderen Substituentengruppe sinkt.
Unsere Forschungsergebnisse unterstreichen die Bedeutung der zugesetzten Mengen an Methylchlorid und Propylenoxid. Sie ermöglichen es uns, den Methoxy- und Hydroxypropylgehalt des Produkts in einem Bereich von 4 % bis 12 % zu steuern, was wertvolle Erkenntnisse für den Produktionsprozess liefert.

2. Kontrolle der Viskosität und Reinheit von Hydroxypropylmethylcellulose
   Je nach den Anwendungsanforderungen an das Produkt werden an HPMC in der Regel hohe Anforderungen an Viskosität und Reinheit gestellt.Bei gleichem Substitutionsgrad hat die Viskosität einen besonderen Einfluss auf die Geltemperatur: niedrige Viskosität bedeutet hohe Geltemperatur, hohe Viskosität bedeutet niedrige Geltemperatur. Wenn die anderen Indikatoren gleich sind, hat auch die Reinheit des Produkts einen besonderen Einfluss auf die Geltemperatur. Ist der Salzgehalt hoch, sinkt die Geltemperatur des Produkts.Die Einstellung der Reinheit von HPMC durch den Waschprozess ist ein kritischer Schritt im Produktionsprozess. Um die Viskosität zu erhöhen, können hochpolymerisierte Zellulose-Rohstoffe verwendet, Antioxidantien zugesetzt, die Luft evakuiert und Stickstoff zum Schutz eingefüllt werden. Die Viskosität des Produkts kann auch durch Mikrovernetzung des Endprodukts erhöht werden. Um die Viskosität des Produkts zu verringern, können Cellulose-Rohstoffe mit niedriger Polymerisation verwendet werden, während des Alkalisierungs- oder Veretherungsprozesses können Oxidationsmittel zugesetzt werden, und die Viskosität kann auch durch Bestrahlung verringert werden.

Tonerdezement

Jeder Aluminatzementklinker, der hauptsächlich aus Kalziumaluminat besteht, wird zu einem hydraulischen Zementmaterial gemahlen, das Aluminatzement genannt wird und dessen Codename CA ist. Je nach Bedarf kann beim Mahlen von Zement mit einem Al₂O₃-Gehalt von mehr als 68 % eine angemessene Menge an αAl₂O₃-Pulver hinzugefügt werden. Aluminatzement kann je nach Gehalt in vier Kategorien eingeteilt werden.

CA-50 50%≤Al₂O₃ <60%

CA-60 60%≤Al₂O₃<68%

CA-70 68%≤Al₂O₃<77%

CA-80 77%≤Al₂O₃

Die physikalischen Eigenschaften von Tonerdezement sind wie folgt.

(1) Feinheit

Die spezifische Oberfläche darf nicht weniger als 300 m²/kg betragen, oder der Rückstand des 0,045-mm-Siebes darf nicht mehr als 20 % betragen, je nach Vereinbarung zwischen der anbietenden und der nachfragenden Partei. Im Falle von Streitigkeiten ohne Einigung ist die spezifische Oberfläche ausschlaggebend, um ein faires Lösungsverfahren zu gewährleisten.

(2) Abbindezeit (Mörtel)

Sie muss die folgenden Anforderungen erfüllen: Die Anfangshärtezeit von CA-50, CA-70 und CA-80 darf nicht früher als 30 Minuten und die Endhärtezeit nicht später als 6 Stunden betragen; die Anfangshärtezeit von CA-60 darf nicht früher als 60 Minuten und die Endhärtezeit nicht später als 18 Stunden betragen.

Tonerdezement ist ein frühfester Zement. Seine 1d-Festigkeit kann mehr als 80 % der 3d-Festigkeit erreichen, was dem Niveau von 28d gewöhnlichem Portlandzement entspricht. Der spätere Festigkeitszuwachs ist nicht signifikant. Er wird hauptsächlich für Projekte mit dringenden Bauzeiten (z. B. Straßen- und Brückenbau), Notreparaturen (z. B. Abdichten von Lecks) und Winterbauprojekte verwendet.

Im Gegensatz zu gewöhnlichem Festzement enthält Tonerdeschmelzzement kein Tricalciumaluminat oder ausfällungsfreies Calciumhydroxid. Diese einzigartige Zusammensetzung führt zu einem dichten Gefüge nach der Erhärtung, was ihn sehr widerstandsfähig gegen die Erosion durch Mineralwasser macht, ein entscheidender Vorteil bei verschiedenen Bauprojekten.

Hydratation und Erhärtung von Tonerdezement

Die Hydratation von Tonerdezement, insbesondere der Hydratationsprozess von Calciumaluminat, ist ein faszinierendes Forschungsgebiet. Es ist interessant festzustellen, dass die Hydratationsreaktion in Abhängigkeit von der Temperatur stark variiert. In verschiedenen Temperaturbereichen beobachten wir die Bildung unterschiedlicher Hydratationsprodukte, von denen jedes seine eigenen Eigenschaften und Auswirkungen hat.

Die Hydratation von CA₂ in Tonerdezement ist die gleiche wie die von CA, aber die Hydratationsgeschwindigkeit ist langsamer. Die Hydratationsreaktion von C₁₂A₇ ist schnell und erzeugt ebenfalls C₂AHg. Die Reaktion zwischen C₂AS und Wasser ist jedoch schwach und kann als inertes Mineral betrachtet werden. Eine kleine Menge C₂S erzeugt hydratisiertes Calciumsilikatgel.

Hydrate CaHiO oder C₂AHg sind nadelförmige oder schuppenförmige Kristalle, die eine feste Kristallbindung bilden, um ein Kristallskelett zu schaffen. Gleichzeitig füllt das entstehende Aluminiumhydroxidgel den Raum des Skeletts aus und bildet eine relativ dichte Struktur, so dass die Anfangsfestigkeit des Zements schnell erhöht werden kann, während die spätere Festigkeitssteigerung nicht signifikant ist.

CaH₁O und C₂AHg wandeln sich mit der Zeit in relativ stabile C₃AHs um. Dieser Umwandlungsprozess beschleunigt sich mit dem Anstieg der Umgebungstemperatur. Infolge der Kristallumwandlung scheidet sich freies Wasser aus dem Zementstein aus, wodurch sich die Poren vergrößern. Gleichzeitig ist die Festigkeit des Umwandlungsprodukts C₃AH₆ selbst relativ gering, und die Bindung zwischen den Kristallen ist schlecht, so dass die Festigkeit des Zementsteins erheblich reduziert wird. Die Umwandlung der Kristalle führt zu einer langfristigen Abnahme der Festigkeit, insbesondere in einer heißen und feuchten Umgebung, in der die Festigkeit erheblich abnimmt (die spätere Festigkeit kann um mehr als 40 % im Vergleich zum maximalen Festigkeitswert abnehmen). Bei richtiger Verwendung, vorsichtiger Behandlung und gezielten Maßnahmen können die unerwünschten Eigenschaften jedoch etwas verbessert werden. Dazu gehören die Zugabe von Gips oder wasserfreiem Gips zum Zement, die Verringerung des Wasser-Zement-Verhältnisses, die Senkung der Erhärtungstemperatur und andere Maßnahmen.

3. Anwendungsbereich und Vorkehrungen für Tonerdezement in Zementmörtel

Tonerdezement wird hauptsächlich in Trockenmörteln verwendet, die eine schnelle Erhärtung oder hohe Temperaturbeständigkeit erfordern, wie z. B. selbstnivellierende Trockenmörtel. Dies liegt daran, dass der Zementstein aus Tonerdezement unter normalen Erhärtungsbedingungen kein Tricalciumaluminat und kein Calciumhydroxid enthält und seine Dichte relativ hoch ist, so dass er eine hohe Beständigkeit gegen die Erosion durch Mineralwasser und Sulfat aufweist. Aufgrund seiner Säurebeständigkeit eignet sich Aluminatzement für die Herstellung von Trockenmörteln mit hohen Anforderungen an die Säurekorrosionsbeständigkeit.

Die Standardkonsistenz von Tonerdeschmelzzement erfordert nicht viel Wasser, aber während der Hydratation benötigt er mehr gebundenes Wasser, das etwa 50 % der Zementmasse ausmacht und damit fast doppelt so hoch ist wie bei Silikatzement. Dies ist ein wichtiger Grund dafür, dass Tonerdeschmelzzement nach der Erhärtung eine höhere Dichte und Dichtheit aufweist. Die hohe Dichte und Undurchlässigkeit von Tonerdezement kann auch für die Herstellung von starren Verschlüssen und wasserdichten Trockenmörteln genutzt werden.

Da Aluminatzement bei der Hydratation eine große Wärmemenge freisetzt, muss bei der Herstellung von dickem Mörtel, wie z. B. selbstnivellierendem Mörtel, auf die Dosierung und die Auftragsdicke geachtet werden; entsprechend der Temperaturreaktionsfähigkeit von Aluminatzement sollte nicht nur die Verarbeitungstemperatur der Produkte, sondern auch die Zubereitung berücksichtigt werden; Aluminatzement hat eine schlechte Alkalibeständigkeit, und bei der Festlegung des Anwendungsbereichs von Trockenmörtel auf der Basis von Aluminatzement ist es notwendig, die Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung aufzulisten und geeignete Schutzmaßnahmen zu ergreifen; Produkte, die mit Aluminatzement hergestellt werden, sind nicht für langfristig tragende Strukturen und in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit geeignet; Aluminatzement reagiert schnell, wenn er mit Wasser in Berührung kommt, und mit ihm hergestellter Trockenmörtel sollte mehr auf Feuchtigkeitsfestigkeit achten als Trockenmörtel, der mit Silikatzement hergestellt wird.

Einige Trockenmörtelprodukte, wie z. B. selbstnivellierende Mörtel, neigen aufgrund der Kristallumwandlung von Aluminatzement zu Weißfärbung und Pulverisierung an der Oberfläche. Zur Verbesserung der Produktleistung werden Aluminatzement bei der Herstellung handelsüblicher Mörtel Dihydratgips, Zeolith und andere Materialien zugesetzt. Das modifizierte Produkt härtet schneller aus, schrumpft nicht nach und hat eine stabile Kristallform unter hydrothermalen Bedingungen. Das 28d-Druckfestigkeitsverhältnis und die Alkalinität können die Anpassungsfähigkeit der Mörtelformel bestimmen.

4. Sulfoaluminatzement

Sulfoaluminatzement ist eine Art hydraulischer Zement, der durch Kalzinieren von Rohstoffen mit geeigneter Zusammensetzung und Mischen von Zementklinker mit wasserfreiem Calciumsulfoaluminat und Dicalciumsilicat als den wichtigsten mineralischen Bestandteilen mit unterschiedlichen Mengen an Kalkstein und der richtigen Menge an Gips gewonnen wird. Zu den Sulfoaluminatzementen gehören der schnell härtende Sulfoaluminatzement mit niedriger Alkalität und der selbstspannende Sulfoaluminatzement.

Eine Art von hydraulischem Zementmaterial mit hoher Frühfestigkeit, das durch Mahlen von Sulfoaluminatzementklinker mit geeigneter Zusammensetzung, einer kleinen Menge Kalkstein (die zugegebene Menge sollte 15 % der Zementmasse nicht überschreiten) und einer angemessenen Menge Gips hergestellt wird, wird als schnellhärtender Sulfoaluminatzement bezeichnet, und sein Codename ist R-SAC. Er wird in vier Festigkeitsklassen von 42,5, 52,5, 62,5 und 72,5 entsprechend der 3d-Druckfestigkeit eingeteilt.

Eine Art von hydraulischem Zementmaterial mit niedriger Alkalität, das durch das Zusammenmahlen von geeignetem Sulfoaluminat-Zementklinker, einer großen Menge Kalkstein (seine Zugabemenge sollte nicht weniger als 15 % der Zementmasse und nicht mehr als 35 % der Zementmasse betragen) und einer angemessenen Menge Gips hergestellt wird, wird Sulfoaluminat-Zement mit niedriger Alkalität genannt, und sein Codename ist L-SAS. Er wird in drei Festigkeitsklassen von 32,5, 42,5 und 52,5 nach der 7d-Druckfestigkeit eingeteilt. Sulfoaluminatzement mit niedriger Alkalität wird hauptsächlich zur Herstellung von glasfaserverstärkten Zementprodukten verwendet. Bei der Herstellung von Betonprodukten und -konstruktionen mit Stahlfasern, -stäben, -matten und eingebetteten Teilen sollte rostfreier Stahl verwendet werden.

Eine Art von hydraulischem Zementmaterial mit Ausdehnungseigenschaften, das durch Mahlen von Sulfoaluminatzementklinker mit geeigneten Zutaten und Hinzufügen der richtigen Menge Gips hergestellt wird, wird als selbstgespannter Sulfoaluminatzement bezeichnet, und sein Codename ist S-SAC. Selbstgespannter Sulfoaluminatzement wird in vier Selbstspannungsgrade von 3,0, 3,5, 4,0 und 4,5 entsprechend der Selbstspannung von 28d unterteilt.

Sulphoaluminatzement ist mit seinen einzigartigen Eigenschaften ein vielseitiges Material, das in einer Vielzahl von Zementmörteln verwendet werden kann. Er ist besonders vorteilhaft für Anwendungen, die eine schnelle Erhärtung und frühe Festigkeit erfordern, wie z. B. schnell abbindender Trockenmörtel für technische Reparaturen, Trockenmörtel für den Winterbau, Trockenmörtel für den Erdbau und Mörtel, der sich für Verstopfungsarbeiten eignet.

Sulfoaluminatzement ist ein faszinierendes Material mit einzigartigen Eigenschaften. Dank des Fehlens von C₃A-Mineralien und der hohen Dichte des Zementleims kann er normalerweise bei 5℃ aushärten. Dies führt zu einer guten Sulfatbeständigkeit, einem minimalen Schwinden an der Luft und hervorragenden Frostschutz- und Anti-Sicker-Eigenschaften. Der pH-Wert der flüssigen Phase des Zementleims liegt bei 9,8-10,2, was ihn zu einem alkaliarmen Zement macht. Aufgrund dieser einzigartigen Eigenschaft kann er mit Fasern mit geringer Alkalibeständigkeit, wie z. B. Glasfasern, gemischt werden.

Die Frühfestigkeit von Sulfoaluminatzement entwickelt sich schnell, die spätere Festigkeit entwickelt sich langsam, schrumpft aber nicht. Für den Trockenmörtel, der mit Sulfataluminatzement hergestellt wird, gilt die gleiche Regel. Die Abbindezeit von Sulfoaluminatzement ist relativ schnell, und die Zeitspanne zwischen der Anfangs- und der Endfestigkeit ist ebenfalls relativ kurz.

Anwendung von Methylcellulose：

Synthetische Harze und Kunststoffe

Da Methylcellulose eine ausgezeichnete Dispergierbarkeit aufweist, wird sie seit den späten 1950er Jahren bei der Suspensionspolymerisation von Vinylchlorid verwendet, wodurch ein kleines und gleichmäßiges Polyvinylchloridgranulat gewonnen werden kann. Wenn zum Beispiel eine wasserlösliche MC mit einer Viskosität von 500 mPa-s bei der Polymerisation von Vinylchlorid verwendet wird, kann ein Polyvinylchloridprodukt mit einer Schüttdichte von 714 kg/m³ erhalten werden; wenn eine MC mit einer Viskosität von 100 mPa-s verwendet wird, kann ein Produkt mit einer Dichte von 600 kg/m³ erhalten werden; wenn ein anionisches Tensid hinzugefügt und ein geeigneter Peroxidkatalysator ausgewählt wird, wird die Wirkung besser sein. In der Suspensionspolymerisationsflüssigkeit von Vinylchlorid wird ein gemischtes Suspensionsmittel, das aus 1%~99,9% wasserlöslichem MC und 99%~1% Hydroxyethylcellulose besteht, in einer Menge von 0,04%~0,25% hinzugefügt, und das erhaltene einheitliche körnige Produkt hat keine “Fischaugen”. MC (15mPa-s) und Polyvinylalkohol können ebenfalls gemischt und verwendet werden. Das resultierende Polyvinylchlorid hat eine gleichmäßige Partikelgrößenverteilung, 46,8% gehen durch ein Sieb mit 50-100 Maschen, und die scheinbare Schüttdichte beträgt 10kg/m³.

Die Verwendung von MC in der Suspensionspolymerisationsflüssigkeit von Vinylchlorid verbessert die Weichmacherabsorption des resultierenden Polyvinylchlorids erheblich. Wenn beispielsweise MC mit einer Viskosität von ≤100 mPa-s und ≥400 mPa-s in einem Verhältnis von 1:1 gemischt und in der Suspensionspolymerisationsflüssigkeit von Vinylchlorid verwendet wird, beträgt die Weichmacherabsorption des resultierenden Polyvinylchlorids 30 %, bei einer Absorptionszeit von 10 Minuten, und 100 % gehen durch ein 0,25-mm-Sieb. Wenn jedoch nur MC mit höherer Viskosität verwendet wird, liegt die Absorption unter 42,3 %. Wenn MC mit einer Viskosität von ≤100 mPa-s und ≥400 mPa-s im Verhältnis 75:25 gemischt und in der Suspensionspolymerisationsflüssigkeit von Vinylchlorid verwendet wird, liegt die Ausbeute bei 100 % (>60 mesh), die Weichmacherabsorption bei 31,9 % und die Gelierzeit bei 16 Minuten. Wenn nur 15 mPa-s MC verwendet wird, beträgt die Ausbeute 56,5 % und die Weichmacherabsorption 18,5 %.

Wenn bei der Suspensionspolymerisation von Vinylchlorid MC und Copolymere aus Maleinsäureanhydrid und α-Olefin (C₆~Czo) als gemischte Suspensionsmittel verwendet werden, beträgt die Trocknungszeit des erhaltenen Polyvinylchlorids nur 144 Sekunden, und 99 % bzw. 31 % können durch 0,177 mm bzw. 0,105 mm große Siebe hindurchgehen. Im Vergleich dazu beträgt die Trocknungszeit bei ausschließlicher Verwendung von Polyvinylalkohol als Suspensionsmittel 234 Sekunden.

Die Zugabe von 0,0001%~1% MC kann die thermische Stabilität bei der Synthese von Polyvinylidenfluorid verbessern. Der durch Modellguss oder Beschichtungsvorbereitung gebildete Beschichtungsfilm ändert nach dem Einbrennen seine Farbe nicht.

Die Vielseitigkeit von MC geht über spezifische Polymere hinaus. Es kann effektiv bei der Polymerisation oder Copolymerisation verschiedener Harze eingesetzt werden. Wenn beispielsweise eine kleine Menge MC und Piperidin (Aza-Cyclohexan) der Polyacrylaldehyd-Polymerisationslösung zugesetzt wird, entsteht farbloses und einheitlich kugelförmiges Polyacrylaldehyd. In ähnlicher Weise führt bei dem Suspensionscopolymer aus Vinylchlorid und Vinylacetat die Zugabe einer kleinen Menge MC als Suspensionsmittel zur Herstellung eines Copolymers mit ausgezeichneter Lichtbeständigkeit und Transparenz. Bei dem Suspensionscopolymer aus Vinylacetat und Crotonsäure führt die Zugabe einer geringen Menge MC (<500mPa-s) zur Herstellung eines stabilen 0,5-1mm großen körnigen Copolymers.

MC, eine vielseitige Verbindung, kann mit einer Vielzahl von anderen Monomeren gepfropft werden. In einer wässrigen Lösung, die Ammoniumpersulfat enthält, kann MC zum Beispiel mit Vinylacetat gepfropft werden. Das resultierende Produkt kann dann mit Aceton oder Dimethylformamid extrahiert und in Wasser ausgefällt werden, was die Anpassungsfähigkeit von MC in verschiedenen chemischen Prozessen verdeutlicht.

MC hat gute filmbildende Eigenschaften. Alkalilösliches MC (DS=0,2~0,7) kann in einer alkalischen Lösung mit einem Harzweichmacher aufgelöst werden, um eine Basis oder einen Film herzustellen. Zum Beispiel werden 100 Teile MC-Lauge und 7,5 Teile Polyethylenglykol mit Molekulargewichten von 4000 und 200 gemischt. Nach dem Filtrieren erhält man eine Aufschlämmung mit einer Viskosität von 5140mPa-s bei 20°C. Nach der Extrusion wird sie durch ein 11,4 %iges Schwefelsäurebad geleitet und anschließend mit einer 7 %igen wässrigen NaHCO₃-Lösung bei 60 °C gespült, auf eine Trommel gewickelt und 40 Minuten lang bei 150 °C getrocknet, um eine feste und flexible Folie zu erhalten.

MC kann den Bestandteilen verschiedener Kunstharzschaumstoffe zugesetzt werden. So kann beispielsweise durch Zugabe von MC zu einer wässrigen Polyvinylalkohollösung und Formaldehyd zur Verfestigung in einem sauren Katalysator ein poröser Schaumstoff mit hervorragenden physikalischen und mechanischen Eigenschaften hergestellt werden. Eine kleine Menge MC und Azodicarbonamid wird in eine Polyethylen-Schaumkomponente eingearbeitet und in einem Extruder zu einem Schaumstoff extrudiert, der Kupferdrähte einkapseln kann. Jede Komponente wird gleichmäßig auf die Extruderwand aufgetragen, und die Dicke des gebildeten Films unterscheidet sich nicht wesentlich.