استخدام إيثر السليلوز في المواد القائمة على الأسمنت

1. مقدمة
تُروّج الصين للملاط الجاهز منذ أكثر من عشرين عامًا. وقد أولت الجهات الحكومية المعنية، لا سيما في السنوات الأخيرة، اهتمامًا خاصًا بتطوير هذا النوع من الملاط، وأصدرت سياسات داعمة له. ويوجد حاليًا أكثر من عشر مقاطعات وبلديات في البلاد تستخدم الملاط الجاهز، حيث تُشكل الشركات التي يزيد حجمها عن 800 شركة، أي ما يزيد عن 60% من إجمالي الشركات، بطاقة إنتاجية سنوية تبلغ 274 مليون طن. وفي عام 2021، بلغ الإنتاج السنوي من الملاط الجاهز العادي 62.02 مليون طن.

أثناء عملية البناء، غالبًا ما يفقد الملاط كمية كبيرة من الماء، ولا يتوفر له الوقت الكافي للترطيب، مما يؤدي إلى ضعف قوة عجينة الأسمنت وتشققها بعد التصلب. يُعدّ إيثر السليلوز مادة بوليمرية شائعة الاستخدام في الملاط الجاف، حيث يتميز بقدرته على الاحتفاظ بالماء، وزيادة الكثافة، وإبطاء التصلب، وإدخال الهواء، مما يُحسّن أداء الملاط بشكل ملحوظ.

لتحسين أداء الملاط وجعله متوافقًا مع متطلبات النقل، ومعالجة مشكلات التشقق وضعف التماسك، يُعدّ إضافة إيثر السليلوز إليه أمرًا بالغ الأهمية. تُقدّم هذه المقالة عرضًا موجزًا ​​لخصائص إيثر السليلوز وتأثيره على أداء المواد الأسمنتية، بهدف المساهمة في حلّ المشكلات التقنية المتعلقة بالملاط الجاهز.

2 مقدمة عن إيثر السليلوز
يتم تصنيع إيثر السليلوز (إيثر السليلوز) من السليلوز من خلال تفاعل الأثير لعامل واحد أو أكثر من عوامل الأثير والطحن الجاف.

2.1 تصنيف إيثرات السليلوز
بحسب التركيب الكيميائي لمجموعات الإيثر البديلة، تُصنّف إيثرات السليلوز إلى إيثرات أنيونية، وإيثرات كاتيونية، وإيثرات غير أيونية. تشمل إيثرات السليلوز الأيونية بشكل رئيسي إيثر كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)، بينما تشمل إيثرات السليلوز غير الأيونية بشكل رئيسي إيثر ميثيل السليلوز (MC)، وإيثر هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC)، وإيثر هيدروكسي إيثيل الألياف (HC)، وغيرها. تُقسّم الإيثرات غير الأيونية إلى إيثرات قابلة للذوبان في الماء وإيثرات قابلة للذوبان في الزيت. تُستخدم الإيثرات غير الأيونية القابلة للذوبان في الماء بشكل أساسي في منتجات الملاط. في وجود أيونات الكالسيوم، تكون إيثرات السليلوز الأيونية غير مستقرة، لذا نادرًا ما تُستخدم في منتجات الملاط الجاف التي تستخدم الأسمنت والجير المطفأ، وما إلى ذلك، كمواد رابطة. تُستخدم إيثرات السليلوز غير الأيونية القابلة للذوبان في الماء على نطاق واسع في صناعة مواد البناء نظرًا لثباتها في المعلق وقدرتها على الاحتفاظ بالماء.
وفقًا لعوامل الأثير المختلفة المختارة في عملية الأثير، تشمل منتجات إيثر السليلوز ميثيل السليلوز، وهيدروكسي إيثيل السليلوز، وهيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز، وسيانو إيثيل السليلوز، وكربوكسي ميثيل السليلوز، وإيثيل السليلوز، وبنزيل السليلوز، وكربوكسي ميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز، وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، وبنزيل سيانو إيثيل السليلوز، وفينيل السليلوز.

تشمل إيثرات السليلوز المستخدمة في الملاط عادةً إيثر ميثيل السليلوز (MC) وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) وهيدروكسي إيثيل ميثيل السليلوز إيثر (HEMC) وهيدروكسي إيثيل السليلوز إيثر (HEMC). ومن بينها، يعتبر HPMC وHEMC الأكثر استخدامًا على نطاق واسع.

2.2 الخواص الكيميائية لإيثر السليلوز
يتكون كل إيثر سليلوزي من بنية أساسية من السليلوز-أنهيدروجلوكوز. في عملية إنتاج إيثر السليلوز، تُسخّن ألياف السليلوز أولاً في محلول قلوي، ثم تُعالج بعامل مُؤَثِّر. يُنقّى ناتج التفاعل الليفي ويُطحن لتكوين مسحوق متجانس ذي نعومة معينة.

في إنتاج MC، يُستخدم كلوريد الميثيل فقط كعامل إيثيري؛ بالإضافة إلى كلوريد الميثيل، يُستخدم أكسيد البروبيلين أيضًا للحصول على بدائل هيدروكسي بروبيل في إنتاج HPMC. تختلف نسب استبدال الميثيل والهيدروكسي بروبيل في إيثرات السليلوز المختلفة، مما يؤثر على التوافق العضوي ودرجة حرارة التصلب الحراري لمحلول إيثر السليلوز.

2.3 خصائص ذوبان إيثر السليلوز

تؤثر خصائص ذوبان إيثر السليلوز بشكل كبير على قابلية تشغيل ملاط ​​الأسمنت. يُمكن استخدام إيثر السليلوز لتحسين تماسك ملاط ​​الأسمنت وقدرته على الاحتفاظ بالماء، ولكن ذلك يعتمد على ذوبانه الكامل في الماء. وتشمل العوامل الرئيسية المؤثرة على ذوبان إيثر السليلوز: مدة الذوبان، وسرعة التحريك، ونعومة المسحوق.

2.4 دور الغرق في ملاط ​​الأسمنت

باعتباره مادة مضافة مهمة لملاط الأسمنت، فإن مادة Destroy لها تأثيرها في الجوانب التالية.
(1) تحسين قابلية تشغيل الملاط وزيادة لزوجة الملاط.
يمكن أن يمنع استخدام اللهب النفاث انفصال الملاط ويضمن الحصول على قوام متجانس ومرن. على سبيل المثال، تُعدّ الأكشاك التي تحتوي على مواد مثل HEMC وHPMC مناسبةً لطبقات الملاط الرقيقة والتجصيص. وتؤثر عوامل أخرى على معدل القص، ودرجة الحرارة، وتركيز الانهيار، وتركيز الأملاح الذائبة.
(2) له تأثير في إدخال الهواء.
بسبب الشوائب، يُقلل إدخال المجموعات في الجزيئات من طاقة سطحها، مما يُسهّل إدخال جزيئات مستقرة ومتجانسة ودقيقة في الملاط الممزوج بسطح التقليب أثناء العملية. تُحسّن "كفاءة الكرات" من أداء الملاط في البناء، وتُقلل من رطوبته، وتُخفض من موصليته الحرارية. أظهرت الاختبارات أن محتوى الغاز في الملاط يكون في أعلى مستوياته عند مزج 0.5% من HEMC وHPMC، حيث يبلغ حوالي 55%. وعندما تتجاوز نسبة المزج 0.5%، يتجه محتوى الغاز في الملاط تدريجيًا نحو التناسب مع زيادة النسبة.
(3) أبقِه دون تغيير.

يُمكن للشمع أن يذوب ويُليّن ويُحرّك الملاط، مما يُسهّل تسوية طبقة الملاط ومسحوق التجصيص الرقيقة. ولا يحتاج إلى ترطيب مسبق. بعد البناء، يُمكن ترك المادة الأسمنتية لتتفاعل مع الماء لفترة طويلة على طول السطح لتحسين التماسك بين الملاط والركيزة.

تشمل تأثيرات تعديل إيثر السليلوز على المواد الأسمنتية الطازجة بشكل رئيسي زيادة السماكة، والاحتفاظ بالماء، وتهوية الخرسانة، وإبطاء عملية التصلب. ومع الانتشار الواسع لاستخدام إيثر السليلوز في المواد الأسمنتية، أصبح التفاعل بين إيثر السليلوز وملاط الأسمنت محورًا رئيسيًا للبحث العلمي.