In den Bestandteilen handelsüblicher Mörtelprodukte, zementhaltiger Materialien und Zuschlagstoffe werden verschiedene Zusatzstoffe verwendet. Zusatzstoffe sind wesentliche Bestandteile handelsüblicher Mörtelprodukte, die das Mischen und die Herstellung des Mörtels sowie die Qualität der verschiedenen Eigenschaften des Mörtels nach dem Aushärten beeinflussen können. Die Dosierung dieser Zusatzstoffe liegt im Allgemeinen zwischen 0,01 % und 10 % (bezogen auf den Massenanteil der Zusatzstoffe an der Gesamtmenge der Mörtelformel).
Viele Zusatzstoffe, die in Beton verwendet werden, können direkt in handelsüblichen Mörtelprodukten eingesetzt werden, aber es gibt einen großen Unterschied zwischen Mörtel und Beton in der tatsächlichen Anwendung, der sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten zeigt: Manchmal muss er auf einer Styroporplatte, z. B. einer weichen Unterlage, aufgebaut werden; die Konstruktionsdicke ist gering (z. B. Dünnschichtmörtel); die der Luft ausgesetzte Fläche ist enorm; in der Regel müssen verschiedene, schwer zu verbindende Oberflächen miteinander verbunden werden; er kann im frisch gemischten Zustand einige besondere Anforderungen an die Bauleistung erfüllen (z. B. selbstnivellierender Mörtel); nach der Aushärtung des Mörtels muss er neben den Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften und die Haltbarkeit auch die Anforderungen an die Dekoration erfüllen (z. B. Farbverkleidungsmörtel); er muss eine besondere Wasserdichtigkeit aufweisen, um die ursprüngliche Funktion des Mörtels zu erhalten (z. B. Schutz der Tragschicht, Wärmedämmung und Dekoration).
Aufgrund der oben beschriebenen Situation ist es zusätzlich zur Verwendung von redispergierbarem Polymerpulver als zweites Zementierungsmaterial in handelsüblichen Mörtelprodukten notwendig, einige Zusatzmittel zu verwenden, die normalerweise nicht in Beton verwendet werden, wie z. B. Zelluloseether, wasserabweisende Mittel usw. Andere Zusatzmittel zur Anpassung der Leistung von frisch gemischtem und gehärtetem Mörtel umfassen Stärkeether, Anpassungszusatzmittel, Entschäumer, Expansionsmittel und Luftporenmittel.
1. Polymermodifikator für Zementmörtel
Hochmolekulares Polymer oder hochmolekulare Verbindung ist ein allgemeiner Begriff für natürliche hochmolekulare und synthetische hochmolekulare Verbindungen, die eine (Homopolymer) oder mehrere (Copolymer) Struktureinheiten umfassen, die durch kovalente Bindungen verbunden sind. Es handelt sich um eine Verbindung, die aus relativ regelmäßigen, kontinuierlichen Sequenzen besteht.
Hochmolekulare Polymere oder ihre Präpolymere werden als Kunstharze bezeichnet, und hochmolekulare Polymere werden durch Polymerisation hergestellt. Die meisten von ihnen werden durch künstliche Synthese hergestellt, weshalb man sie auch als Polymersyntheseprodukte bezeichnet. Hochmolekulare Polymere können durch Spinnen in synthetische Fasern, hochelastischen synthetischen Kautschuk oder durch Verarbeitung und Formgebung in starre Kunststoffe umgewandelt werden. Dies sind die so genannten drei primären Kunststoffe. Hochmolekulare Polymere können auch als Modifizierungsmittel für Zementmörtel verwendet werden.
Polymermodifizierte zementbasierte Verbundstoffe beziehen sich auf die Zugabe von Polymermaterialien, die in Wasser dispergiert oder dispergiert sind, wenn Zement gemischt wird, einschließlich Zementstein, Mörtel und Beton.
1. In modifiziertem Zement verwendete Polymere
Vier Arten von Polymeren werden zur Modifizierung von Zementbeton und Zementmörtel verwendet:
- wasserlösliche Polymere
- Polymer-Emulsionen (oder -Dispersionen)
- Redispergierbares Polymerpulver
- Flüssigpolymere
2. Wasserlösliches Polymer
Es gibt viele verschiedene wasserlösliche Polymere, die in drei Kategorien unterteilt werden können: natürliche wasserlösliche Polymere, halbsynthetische wasserlösliche Polymere und synthetische wasserlösliche Polymere.
Wasserlösliche Polymere können die Viskosität der Wasserphase erhöhen. Beton mit hoher Fließfähigkeit kann seine Konsistenz erhöhen und die Entmischung und das Ausbluten der Zuschlagstoffe vermeiden oder verringern, aber seine Fließfähigkeit wird dadurch nicht beeinträchtigt. Darüber hinaus bilden wasserlösliche Polymere einen zerbrechlichen Film, der das Wasserrückhaltevermögen von Mörtel oder Beton verbessert. Im Allgemeinen ist die Menge des wasserlöslichen Polymers minimal, in der Regel unter 0,5 % der Zementmasse, und hat keinen nennenswerten Einfluss auf die Festigkeit von erhärtetem Mörtel und Beton.
Wasserlösliche Polymere werden vor allem zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften von Zementmörtel und Zementbeton eingesetzt, insbesondere bei nicht trennendem Unterwasserbeton, pumpfähigem Beton mit hoher Fließfähigkeit und selbstverdichtendem Beton. Wasserlösliche Polymere sind ein wesentlicher Bestandteil geworden. Wasserlösliche Polymere werden manchmal auch als Klebrigmacher bezeichnet.
Wasserlösliche Polymere können in Form von Pulver oder wässriger Lösung verwendet werden. Wenn sie in Pulverform verwendet werden, werden sie in der Regel zunächst trocken mit Zement und Zuschlagstoffen und dann nass mit Wasser gemischt.
1. Flüssigpolymer
Zu den Flüssigpolymeren, die zur Modifizierung von Zementmörtel und Zementbeton verwendet werden, gehören Epoxidharze und ungesättigte Polyester, und beim Mischen mit Zement wird ein Aushärtemittel hinzugefügt. Bei der Verwendung von Flüssigpolymeren zur Modifizierung von Zementmörtel und Beton müssen Systeme verwendet werden, die in Gegenwart von Wasser aushärten. Nach dem Mischen des Polymers mit Zementmörtel und Beton sollten die Aushärtungsreaktion des Polymers und die Hydratation des Zements gleichzeitig ablaufen, so dass eine sich gegenseitig durchdringende Netzwerkstruktur aus dem Polymer und dem Zementgel entsteht. Diese Struktur kann die Zuschlagstoffe fester verbinden und die Leistung von Zementmörtel und Zementbeton verbessern.
2. Polymer-Emulsion
Polymeremulsionen, Dispersionspulver und andere Polymere sind die üblichen Polymere, die als Modifikatoren in handelsüblichem Mörtel verwendet werden. Ein Stabilisatorsystem, das durch gleichmäßiges Dispergieren einer Substanz in einer anderen Flüssigkeit mit feinen Teilchen gebildet wird, wird als Emulsion bezeichnet, die als Modifizierungsmittel in handelsüblichem Mörtel verwendet wird, in der Regel durch Zugabe eines polymerisierbaren Monomers in einem Emulgator (in Anwesenheit von oberflächenaktiven Substanzen), der durch Dispergieren feiner Teilchen in Wasser gewonnen wird. Je nach Art der Ladung der Polymerteilchen in der Polymeremulsion wird sie im Allgemeinen in drei Kategorien eingeteilt, nämlich in kationische Emulsion (Teilchen sind positiv geladen), anionische Emulsion (Teilchen sind negativ geladen) und nichtionische Emulsion (Teilchen sind nicht geladen). ). Die Ladung der Polymerteilchen wird durch den bei der Herstellung der Emulsion verwendeten Emulgator bestimmt. Bei der Emulsion, die zur Modifizierung von Beton (Mörtel) verwendet wird, werden während der Polymerisation hauptsächlich nichtionische Emulgatoren eingesetzt. Normalerweise beträgt der Feststoffgehalt der Polymeremulsion 40 bis 50 %, einschließlich Polymer, Emulgator, Stabilisator usw.
Polyacrylat-Emulsionen (PAE), Vinylacetat-Copolymer-Emulsionen (EVA), Styrol-Acryl-Emulsionen (SAE), Styrol-Butadien-Latex (SBR) und Neopren-Latex (CR) sind die gebräuchlichsten Polymer-Emulsionen für die Modifizierung von Beton (Mörtel).
3. Leistung und Bewertung der Emulsion
Zu den gängigen Leistungsindikatoren von Emulsionen gehören Feststoffgehalt, Restmonomergehalt, Mindestfilmbildner, Glasübergangstemperatur, Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung, Verträglichkeit, Stabilität, pH-Wert, Viskosität usw.
1. Fester Inhalt
Der Feststoffgehalt wird auch als nichtflüchtiger Anteil bezeichnet, der die Berechnung der Polymermenge und des Wasser-Zement-Verhältnisses beinhaltet. Die Methode zur Bestimmung des nichtflüchtigen Anteils besteht in der Regel darin, eine bestimmte Emulsionsqualität zu nehmen, sie unter einer bestimmten Temperaturumgebung zu trocknen und sie dann als Prozentsatz der getrockneten Emulsionsmasse im Verhältnis zur ursprünglichen Emulsionsmasse auszudrücken. Der Gehalt an nichtflüchtigen Bestandteilen kann jedoch auch andere Bestandteile als das Polymer umfassen; normalerweise wird der Gehalt an nichtflüchtigen Bestandteilen als der Polymergehalt berechnet. Der flüchtige Anteil wird jedoch als das Wasser in der Emulsion verwendet, und das Wasser in der Emulsion muss bei der Berechnung des Wasserverbrauchs von Zement berücksichtigt werden.
2. Restmonomergehalt
Der Restmonomergehalt in der Polymeremulsion, der nicht an der Polymerisationsreaktion teilgenommen hat, ist eine der wesentlichen Eigenschaften der Polymeremulsion. Ist der Restmonomergehalt zu hoch, erhöht er nicht nur die Produktkosten und den Monomerverbrauch, sondern beeinträchtigt auch die Stabilität der Emulsion. Die Hydrolyse einiger Monomere kann den pH-Wert des Emulsionssystems verändern, wodurch sich die Lagerstabilität der Emulsion verschlechtert. Darüber hinaus können einige Monomere einen unerträglichen Geruch aufweisen, der die Gesundheit der Bauarbeiter beeinträchtigt. Daher sollte der Restmonomergehalt in der Polymeremulsion unter 1 % gehalten werden.
3. Glasübergangstemperatur
Die Glasübergangstemperatur bezeichnet die Temperatur, bei der ein Polymer vom elastischen Zustand in den Glaszustand übergeht, was ein wichtiger Leistungsindikator für ein Polymer ist. Oberhalb dieser Temperatur ist das Polymer elastisch, unterhalb dieser Temperatur ist das Polymer spröde.
Da das Polymer in der Emulsion seine Beschaffenheit beibehält, hat die Emulsion auch eine Glasübergangstemperatur, die einen Index für die Härte des durch die Polymeremulsion gebildeten Beschichtungsfilms darstellt. Die Emulsion mit hoher Glasübergangstemperatur hat eine hohe Härte, einen hohen Glanz, eine gute Fleckenbeständigkeit und ist nicht leicht zu verschmutzen. Andere mechanische Eigenschaften sind ebenfalls besser. Allerdings sind die Glasübergangstemperatur und die minimale Filmbildungstemperatur ebenfalls hoch, was bei der Verwendung bei niedrigen Temperaturen zu Problemen führt. Dies ist ein Widerspruch, und viele der Eigenschaften ändern sich, wenn die Polymeremulsion eine bestimmte Glasübergangstemperatur erreicht. Es treten erhebliche Veränderungen auf, daher muss die richtige Glasübergangstemperatur kontrolliert werden. Für polymermodifizierte Mörtel gilt: Je höher die Glasübergangstemperatur ist, desto höher ist die Druckfestigkeit des modifizierten Mörtels, und je niedriger die Glasübergangstemperatur ist, desto besser ist die Tieftemperaturleistung des modifizierten Mörtels.
4. Minimale Filmbildungstemperatur
Die Mindestfilmbildungstemperatur bezieht sich auf die Mindesttemperatur, bei der die Polymerteilchen in der Emulsion ausreichend beweglich sind, um miteinander zu koagulieren und einen kontinuierlichen Film zu bilden. Die Polymerteilchen müssen bei der Bildung eines konstanten Beschichtungsfilms in der Polymeremulsion eine dicht gepackte Konfiguration bilden. Zu den Bedingungen für die Bildung eines kontinuierlichen Films gehört daher neben der hervorragenden Dispersion der Emulsion auch die Verformung der Polymerteilchen, d. h. der Kapillardruck des Wassers kann die dispergierten Polymerteilchen zusammenziehen. Wenn sich das Wasser verflüchtigt, werden die kugelförmigen Polymerteilchen enger angeordnet, wodurch ein erheblicher Druck zwischen den kugelförmigen Teilchen entsteht. Je näher die kugelförmigen Teilchen beieinander liegen, desto dichter sind sie angeordnet, und der Druck nimmt noch weiter zu. Wenn die Teilchen miteinander in Berührung kommen, zwingt der durch die Verflüchtigung des Wassers erzeugte Druck die Teilchen dazu, gequetscht und verformt zu werden, um sich zu einem Beschichtungsfilm zu verbinden. Komplexere Polymerteilchen lassen sich unter äußerem Druck nicht so leicht verformen, während weichere Polymerteilchen leicht verformt werden. Handelt es sich bei den meisten Polymerteilchen der als Modifizierungsmittel in Baumörtel verwendeten Emulsion um thermoplastische Harze, so ist die Härte umso größer und die Verformung umso schwieriger, je niedriger die Temperatur ist, so dass das Problem der Mindesttemperatur für die Filmbildung besteht. Das heißt, unter einer bestimmten Temperaturbedingung, nachdem sich das Wasser in der Emulsion verflüchtigt hat, befinden sich die Polymerteilchen immer noch in einem diskreten Zustand und können nicht integriert werden, so dass die Emulsion aufgrund der Verdunstung von Wasser keinen kontinuierlichen einheitlichen Beschichtungsfilm bilden kann. Liegt die Temperatur über dieser spezifischen Temperatur, wenn das Wasser verdunstet, werden die Moleküle in jedem Polymerteilchen durchdringen, diffundieren, sich verformen und sich zu einem durchgehenden transparenten Film zusammenschließen. Die untere Grenze der Filmbildungstemperatur wird als Mindestfilmbildungstemperatur bezeichnet.
Die minimale Filmbildungstemperatur ist ein wesentlicher Indikator für Polymeremulsionen, und es ist notwendig, Emulsionen in der kalten Jahreszeit zu verwenden. Durch geeignete Maßnahmen kann die Polymeremulsion eine Mindestfilmbildetemperatur erreichen, die den Verwendungsanforderungen entspricht. Beispielsweise kann durch Zugabe eines Weichmachers zur Emulsion das Polymer weicher gemacht werden, so dass die Mindestfilmbildetemperatur der Emulsion deutlich gesenkt wird, oder es können Additive für Polymeremulsionen mit einer höheren Mindestfilmbildetemperatur verwendet werden.
5. Partikelgröße und -verteilung
Die Teilchengröße der Polymeremulsion bezieht sich auf die Größe der Teilchen in der Polymeremulsion. Je nach Einheitlichkeit der Teilchengröße der Polymeremulsion kann diese in monodisperse und polydisperse Emulsionen unterteilt werden. Die in der Industrie hergestellten Polymeremulsionen sind im Allgemeinen polydispers. Bei polydispersen Emulsionen muss neben der durchschnittlichen Teilchengröße, die zur Darstellung der Teilchengröße verwendet werden kann, auch die Teilchengrößenverteilung, d. h. die Verteilung der Teilchen mit unterschiedlichen Teilchengrößen, berücksichtigt werden. Die Teilchengröße und -verteilung der Polymeremulsion haben großen Einfluss auf die Viskosität der Emulsion, die filmbildenden Eigenschaften und die Leistung des Beschichtungsfilms. Wenn die Teilchengröße der Polymeremulsion klein ist, sind ihre Teilchen leicht beweglich, und es ist einfach, in den Spalt zwischen den Zement- und Zuschlagstoffteilchen einzudringen und einen engen Kontakt zwischen den Zement- und Zuschlagstoffteilchen herzustellen. Darüber hinaus hat die Emulsion mit einer kleineren Teilchengröße eine bessere Durchlässigkeit und eignet sich für die Beschichtung poröser Substrate.
6. Stabilität
Die Stabilität einer Polymeremulsion bezieht sich auf die Fähigkeit der Emulsion, nicht zu brechen und zu koagulieren, wenn sie einer mechanischen Einwirkung, einem chemischen Medium und einer Temperaturänderung ausgesetzt ist. Die Stabilität der Polymeremulsion umfasst mechanische Stabilität, chemische Stabilität (Kompatibilität) und Ähnliches.
- Mechanische Stabilität
Die mechanische Stabilität von Polymeremulsionen spiegelt vor allem ihre Empfindlichkeit gegenüber Scherspannungen wider. Sie neigt zur Koaleszenz (Demulgierung) während der Mörtelherstellung, wenn ihre Leistung schlecht ist.
(2) Chemische Stabilität
Die chemische Stabilität von Polymeremulsionen bezieht sich auf ihre Verträglichkeit. Bei der Herstellung von handelsüblichem Mörtel müssen verschiedene chemische Substanzen wie Pigmente, Füllstoffe und Zusatzstoffe hinzugefügt werden, und die Emulsion sollte mit diesen Substanzen kompatibel sein; andernfalls beeinträchtigt eine milde Emulsion die Leistung der Emulsion, und eine starke Emulsion führt zur Demulgierung. Daher muss bei der Herstellung von Mörtel eine Polymeremulsion gewählt werden, die mit den Bestandteilen des Mörtels verträglich ist.
7. pH-Wert
Der pH-Wert der Polymeremulsion ändert sich mit der Sorte der Emulsion. Der pH-Wert der Styrol-Butadien-Emulsion, die für die Zementmodifikation verwendet wird, beträgt beispielsweise 10-11; der pH-Wert der Acrylat-Emulsion liegt bei 7-9.
8. Viskosität
Die Viskosität ist ein Index, der die Fließfähigkeit einer Flüssigkeit charakterisiert. Die Viskosität von Polymeremulsionen kann mit verschiedenen Methoden gemessen werden, wobei die gebräuchlichste Methode die Verwendung eines Rotationsviskosimeters ist. Da die Viskosität von Polymeren jedoch von der Schergeschwindigkeit abhängt, sind die mit verschiedenen Rotoren und Drehgeschwindigkeiten gemessenen Viskositätswerte unterschiedlich. Darüber hinaus hat auch die Temperatur einen erheblichen Einfluss auf die Viskosität, und der Feststoffgehalt hat ebenfalls einen besonderen Einfluss auf die Viskosität. Bei der gleichen Emulsion ist die Viskosität umso größer, je höher der Feststoffgehalt ist.
