الخصائص الأساسية للمواد المضافة الشائعة في الملاط الجاف

تتناول هذه الدراسة أنواع المواد المضافة الشائعة الاستخدام في بناء الملاط الجاف، وخصائص أدائها، وآلية عملها، وتأثيرها على أداء منتجات الملاط الجاف. كما تناقش الدراسة بالتفصيل تأثير عوامل الاحتفاظ بالماء، مثل إيثر السليلوز وإيثر النشا، ومسحوق اللاتكس القابل لإعادة التشتت، والمواد الليفية، على تحسين أداء الملاط الجاف.

تلعب الإضافات دورًا محوريًا في تحسين أداء الملاط الجاف المستخدم في البناء، إلا أن إضافة هذه المواد ترفع تكلفة منتجات الملاط الجاف بشكل ملحوظ مقارنةً بالملاط التقليدي، حيث تمثل أكثر من 40% من تكلفة المواد في الملاط الجاف. حاليًا، يتم توريد جزء كبير من هذه الإضافات من قبل مصنعين أجانب، كما يتم تحديد الجرعة المرجعية للمنتج من قبل المورد. ونتيجةً لذلك، تبقى تكلفة منتجات الملاط الجاف مرتفعة، مما يصعب معه تعميم استخدام ملاط ​​البناء والتجصيص العادي بكميات كبيرة وعلى نطاق واسع. وتسيطر الشركات الأجنبية على منتجات السوق الراقية، مما يؤدي إلى انخفاض أرباح مصنعي الملاط الجاف وضعف قدرتهم على تحمل الأسعار. كما يفتقر السوق إلى أبحاث منهجية وموجهة حول استخدام هذه الإضافات، ويتم اتباع الوصفات الأجنبية دون تمحيص.

بناءً على الأسباب المذكورة أعلاه، تقوم هذه الورقة بتحليل ومقارنة بعض الخصائص الأساسية للمواد المضافة شائعة الاستخدام، وعلى هذا الأساس، تدرس أداء منتجات الملاط الجاف باستخدام المواد المضافة.

1- عامل الاحتفاظ بالماء

يُعد عامل الاحتفاظ بالماء مادة مضافة رئيسية لتحسين أداء الاحتفاظ بالماء في الملاط الجاف، كما أنه أحد المواد المضافة الرئيسية لتحديد تكلفة مواد الملاط الجاف.

1. هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز إيثر (HPMC)

هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز مصطلح عام يشير إلى سلسلة من المنتجات الناتجة عن تفاعل السليلوز القلوي مع عامل إيثيري في ظروف معينة. يُستبدل السليلوز القلوي بعوامل إيثيرية مختلفة للحصول على أنواع مختلفة من إيثرات السليلوز. وبناءً على خصائص تأين المستبدلات، تُقسم إيثرات السليلوز إلى فئتين: أيونية (مثل كربوكسي ميثيل سليلوز) وغير أيونية (مثل ميثيل سليلوز). وبحسب نوع المستبدل، تُقسم إيثرات السليلوز إلى إيثر أحادي (مثل ميثيل سليلوز) وإيثر مختلط (مثل هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز). وبحسب الذوبانية، تُقسم إلى إيثرات قابلة للذوبان في الماء (مثل هيدروكسي إيثيل سليلوز) وإيثرات قابلة للذوبان في المذيبات العضوية (مثل إيثيل سليلوز)، وغيرها. يتكون الملاط الجاف المخلوط أساسًا من السليلوز القابل للذوبان في الماء، وينقسم هذا النوع إلى نوعين: فوري الذوبان، ومعالج سطحيًا، ومتأخر الذوبان.

آلية عمل إيثر السليلوز في الملاط هي كما يلي:

(1) يذوب هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بسهولة في الماء البارد، ولكنه يواجه صعوبة في الذوبان في الماء الساخن. مع ذلك، فإن درجة حرارة تجلطه في الماء الساخن أعلى بكثير من درجة حرارة تجلط ميثيل السليلوز. كما أن ذوبانه في الماء البارد أفضل بكثير مقارنةً بميثيل السليلوز.

(2) ترتبط لزوجة هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بوزنه الجزيئي، فكلما زاد الوزن الجزيئي زادت اللزوجة. كما تؤثر درجة الحرارة على لزوجته، فمع ارتفاع درجة الحرارة تنخفض اللزوجة. ومع ذلك، فإن لزوجته العالية تتأثر بدرجة الحرارة بدرجة أقل من ميثيل سلولوز. ويكون محلوله مستقرًا عند تخزينه في درجة حرارة الغرفة.

(3) يعتمد احتفاظ هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بالماء على كمية الإضافة واللزوجة وما إلى ذلك، ويكون معدل احتفاظه بالماء تحت نفس كمية الإضافة أعلى من معدل احتفاظ ميثيل السليلوز.

(4) يتميز هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بثباته في الأحماض والقلويات، ومحلوله المائي مستقر للغاية في نطاق الأس الهيدروجيني من 2 إلى 12. لا يؤثر كل من الصودا الكاوية وماء الجير بشكل ملحوظ على أدائه، بينما قد تسرع القلويات من ذوبانه وتزيد من لزوجته. كما يتميز هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بثباته في الأملاح الشائعة، إلا أنه عند ارتفاع تركيز محلول الملح، تميل لزوجة محلول هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز إلى الزيادة.

(5) يمكن مزج هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز مع مركبات بوليمرية قابلة للذوبان في الماء لتكوين محلول متجانس ذي لزوجة أعلى، مثل كحول البولي فينيل، وإيثر النشا، والصمغ النباتي، وما إلى ذلك.

(6) يتمتع هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بمقاومة أفضل للإنزيمات من ميثيل سلولوز، ومن غير المرجح أن يتحلل محلوله بواسطة الإنزيمات مقارنة بميثيل سلولوز.

(7) إن قوة التصاق هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بمونة البناء أعلى من قوة التصاق ميثيل سلولوز.

2. ميثيل السليلوز (MC)

بعد معالجة القطن المكرر بالقلويات، يُنتج إيثر السليلوز من خلال سلسلة من التفاعلات باستخدام كلوريد الميثان كعامل إيثر. عمومًا، تتراوح درجة الاستبدال بين 1.6 و2.0، وتختلف الذوبانية باختلاف درجة الاستبدال. وهو يُصنف ضمن إيثرات السليلوز غير الأيونية.

(1) يذوب ميثيل السليلوز في الماء البارد، ويصعب ذوبانه في الماء الساخن. يتميز محلوله المائي بثباته العالي ضمن نطاق الأس الهيدروجيني من 3 إلى 12. كما أنه يتمتع بتوافق جيد مع النشا، وصمغ الغوار، والعديد من المواد الفعالة سطحياً. وعندما تصل درجة الحرارة إلى درجة حرارة التجلط، يحدث التجلط.

(2) تعتمد قدرة ميثيل السليلوز على الاحتفاظ بالماء على كمية الإضافة، واللزوجة، ونعومة الجسيمات، ومعدل الذوبان. عمومًا، كلما زادت كمية الإضافة، وقلّت النعومة، وزادت اللزوجة، ارتفع معدل الاحتفاظ بالماء. وتُعد كمية الإضافة العامل الأكثر تأثيرًا على معدل الاحتفاظ بالماء، بينما لا تتناسب اللزوجة تناسبًا طرديًا مع معدل الاحتفاظ بالماء. ويعتمد معدل الذوبان بشكل أساسي على درجة تعديل سطح جسيمات السليلوز ونعومة الجسيمات. ومن بين إيثرات السليلوز المذكورة أعلاه، يتميز ميثيل السليلوز وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بأعلى معدلات الاحتفاظ بالماء.

(3) تؤثر التغيرات في درجة الحرارة بشكل كبير على قدرة ميثيل السليلوز على الاحتفاظ بالماء. عمومًا، كلما ارتفعت درجة الحرارة، انخفضت قدرة الاحتفاظ بالماء. إذا تجاوزت درجة حرارة الملاط 40 درجة مئوية، فإن قدرة ميثيل السليلوز على الاحتفاظ بالماء ستنخفض بشكل ملحوظ، مما يؤثر سلبًا على عملية بناء الملاط.

(4) يؤثر ميثيل السليلوز بشكل كبير على بنية وتماسك الملاط. ويُقصد بـ"التماسك" هنا قوة الالتصاق بين أداة التطبيق وسطح الجدار، أي مقاومة القص للملاط. كلما زادت قوة التماسك، زادت مقاومة القص للملاط، وزادت الحاجة إلى قوة تحمل عالية من قِبل العمال أثناء الاستخدام، مما يؤدي إلى ضعف أداء الملاط في البناء. أما في منتجات إيثر السليلوز، فيكون تماسك ميثيل السليلوز متوسطًا.

3. هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC)

يُصنع هذا المنتج من القطن المكرر المعالج بالقلويات، والمتفاعل مع أكسيد الإيثيلين كعامل إيثيري بوجود الأسيتون. تتراوح درجة الاستبدال عادةً بين 1.5 و2.0. يتميز المنتج بخاصية محبة الماء العالية وسهولة امتصاص الرطوبة.

(1) يذوب هيدروكسي إيثيل السليلوز في الماء البارد، ولكنه يصعب إذابته في الماء الساخن. محلوله مستقر عند درجات الحرارة العالية دون أن يتجمد. يمكن استخدامه لفترة طويلة في الملاط تحت درجات حرارة عالية، ولكن قدرته على الاحتفاظ بالماء أقل من قدرة ميثيل السليلوز.

(2) يتميز هيدروكسي إيثيل السليلوز بثباته في وجود الأحماض والقلويات العامة. يمكن للقلويات تسريع ذوبانه وزيادة لزوجته قليلاً. تكون قابليته للتشتت في الماء أقل قليلاً من قابلية ميثيل السليلوز وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز.

(3) يتمتع هيدروكسي إيثيل السليلوز بأداء جيد في منع الترهل في الملاط، ولكنه يحتاج إلى وقت تأخير أطول في الأسمنت.

(4) إن أداء هيدروكسي إيثيل السليلوز الذي تنتجه بعض الشركات المحلية أقل بشكل واضح من أداء ميثيل السليلوز بسبب محتواه العالي من الماء ومحتواه العالي من الرماد.

إيثر النشا

تُصنع إيثرات النشا المستخدمة في الهاون من بوليمرات طبيعية لبعض السكريات المتعددة، مثل البطاطس والذرة والكسافا وحبوب الغوار وغيرها.

1. النشا المعدل

يتميز إيثر النشا المُعدَّل من البطاطا والذرة والكسافا وغيرها بقدرة أقل بكثير على الاحتفاظ بالماء مقارنةً بإيثر السليلوز. ونظرًا لاختلاف درجة التعديل، تختلف درجة ثباته في مواجهة الأحماض والقلويات. بعض هذه المنتجات مناسب للاستخدام في الملاط الجبسي، بينما يُستخدم البعض الآخر في الملاط الأسمنتي. يُستخدم إيثر النشا في الملاط بشكل أساسي كمُكثِّف لتحسين خاصية مقاومة الترهل، وتقليل التصاق الملاط الرطب، وإطالة فترة صلاحيته.

تُستخدم إيثرات النشا غالبًا مع السليلوز، بحيث تتكامل خصائص ومزايا هذين المنتجين. ونظرًا لأن منتجات إيثرات النشا أرخص بكثير من إيثرات السليلوز، فإن استخدام إيثرات النشا في الملاط سيؤدي إلى انخفاض ملحوظ في تكلفة تركيبات الملاط.

2. إيثر صمغ الغوار

إيثر صمغ الغوار هو نوع من إيثرات النشا يتميز بخصائص خاصة، ويتم تعديله من حبوب الغوار الطبيعية. ويتكون أساسًا من خلال تفاعل الإيثرة بين صمغ الغوار ومجموعة الأكريليك الوظيفية، مما ينتج عنه بنية تحتوي على مجموعة 2-هيدروكسي بروبيل الوظيفية، وهي بنية بولي جالاكتومانوز.

(1) بالمقارنة مع إيثر السليلوز، فإن إيثر صمغ الغوار أكثر قابلية للذوبان في الماء. ولا تتأثر خصائص إيثرات الغوار ذات الرقم الهيدروجيني بشكل ملحوظ.

(2) في ظل ظروف اللزوجة المنخفضة والجرعة المنخفضة، يمكن استبدال إيثر السليلوز بصمغ الغوار بكمية مماثلة، مع احتفاظ مماثل بالماء. ولكن القوام، ومقاومة الترهل، والانسيابية، وغيرها، تتحسن بشكل ملحوظ.

(3) في ظل ظروف اللزوجة العالية والجرعات الكبيرة، لا يمكن لصمغ الغوار أن يحل محل إيثر السليلوز، وسيؤدي الاستخدام المختلط للاثنين إلى أداء أفضل.

(4) يمكن أن يؤدي استخدام صمغ الغوار في الملاط الجبسي إلى تقليل الالتصاق بشكل ملحوظ أثناء البناء، مما يجعل عملية البناء أكثر سلاسة. ولا يؤثر ذلك سلبًا على زمن التصلب أو قوة الملاط الجبسي.

3. مُكثِّف مُعدَّل يحتفظ بالماء المعدني

يُستخدم في الصين مُكثِّفٌ مُحتفظٌ بالماء مصنوعٌ من معادن طبيعية عبر التعديل والتركيب. ومن أهم المعادن المستخدمة في تحضير هذه المُكثِّفات: السيبيوليت، والبنتونيت، والمونتوموريلونيت، والكاولين، وغيرها. وتكتسب هذه المعادن خصائص مُعينة في الاحتفاظ بالماء وزيادة القوام من خلال تعديلها باستخدام عوامل الربط. ويتميز هذا النوع من المُكثِّفات المُحتفظة بالماء، والمُستخدم في الملاط، بالخصائص التالية.

(1) يمكن أن يحسن بشكل كبير أداء الملاط العادي، ويحل مشاكل ضعف قابلية تشغيل ملاط ​​الأسمنت، وانخفاض قوة الملاط المختلط، وضعف مقاومة الماء.

(2) يمكن تركيب منتجات الملاط بمستويات قوة مختلفة للمباني الصناعية والمدنية العامة.

(3) تكلفة المواد أقل بكثير من تكلفة إيثر السليلوز وإيثر النشا.

(4) يكون الاحتفاظ بالماء أقل من عامل الاحتفاظ بالماء العضوي، وقيمة الانكماش الجاف للملاط المحضر أكبر، وتقل قوة التماسك.

مسحوق مطاط بوليمر قابل لإعادة التشتت

يُصنع مسحوق المطاط القابل لإعادة التشتيت عن طريق التجفيف بالرش لمستحلب بوليمر خاص. خلال عملية التصنيع، تُصبح المواد الغروية الواقية، ومضادات التكتل، وغيرها من الإضافات ضرورية. يتكون مسحوق المطاط المجفف من جزيئات كروية يتراوح قطرها بين 80 و100 ملم متجمعة معًا. تذوب هذه الجزيئات في الماء، مُشكلةً مُعلقًا مستقرًا أكبر قليلًا من جزيئات المستحلب الأصلية. يُشكل هذا المُعلق غشاءً بعد التجفيف. هذا الغشاء غير قابل للانعكاس، تمامًا مثل غشاء المستحلب العادي، ولن يُعاد تشتيته عند ملامسته للماء.

يمكن تقسيم مسحوق المطاط القابل لإعادة التشتيت إلى أنواع مختلفة، منها: كوبوليمر الستايرين-بوتادين، وكوبوليمر حمض الكربونيك الثالثي-إيثيلين، وكوبوليمر الإيثيلين-أسيتات-حمض الأسيتيك، وغيرها. وبناءً على ذلك، تُضاف مواد مثل السيليكون، ولورات الفينيل، لتحسين الأداء. وتُكسب طرق التعديل المختلفة مسحوق المطاط القابل لإعادة التشتيت خصائص متنوعة، مثل مقاومة الماء، ومقاومة القلويات، ومقاومة العوامل الجوية، والمرونة. يحتوي هذا النوع على لورات الفينيل والسيليكون، مما يمنحه خاصية كراهية الماء. كما يحتوي على فينيل كربونات ثالثي متفرع للغاية، يتميز بانخفاض درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg) ومرونة جيدة.

عند إضافة هذه الأنواع من مساحيق المطاط إلى الملاط، فإنها جميعًا تُؤخر زمن تصلب الأسمنت، إلا أن هذا التأثير أقل من تأثير الاستخدام المباشر للمستحلبات المماثلة. وبالمقارنة، يُظهر ستايرين-بوتادين أعلى تأثير في تأخير التصلب، بينما يُظهر إيثيلين-فينيل أسيتات أقل تأثير. وإذا كانت الجرعة قليلة جدًا، فلن يكون تأثير تحسين أداء الملاط واضحًا.