الخصائص الأساسية للمواد المضافة شائعة الاستخدام في ملاط ​​البناء 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.

1.1 إيثر السليلوز

إيثر السليلوز 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 السليلوز) وغير أيونية (مثل ميثيل السليلوز). وبحسب نوع المستبدل، تُقسم إيثرات السليلوز إلى إيثر أحادي (مثل ميثيل السليلوز) وإيثر مختلط (مثل هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز). وبحسب الذوبانية، تُقسم إلى إيثرات قابلة للذوبان في الماء (مثل هيدروكسي إيثيل السليلوز) وإيثرات قابلة للذوبان في المذيبات العضوية (مثل إيثيل السليلوز)، وغيرها. يتكون الملاط الجاف المخلوط أساسًا من السليلوز القابل للذوبان في الماء، وينقسم هذا النوع إلى نوعين: سريع الذوبان ونوع مُعالَج سطحيًا ذو ذوبانية متأخرة.

آلية عمل إيثر السليلوز في الملاط هي كما يلي:

(1) بعد ذوبان إيثر السليلوز الموجود في الملاط في الماء، يتم ضمان التوزيع الفعال والمتجانس للمواد الأسمنتية في النظام بفضل النشاط السطحي، ويقوم إيثر السليلوز، باعتباره غروانيًا واقيًا، "بتغليف" الجزيئات الصلبة، وتتشكل طبقة من غشاء التشحيم على سطحه الخارجي، مما يجعل نظام الملاط أكثر استقرارًا، كما يحسن من سيولة الملاط أثناء عملية الخلط ونعومة البناء.

(2) بفضل بنيته الجزيئية الخاصة، فإن محلول إيثر السليلوز يجعل الماء في الملاط ليس من السهل فقدانه، ويطلقه تدريجياً على مدى فترة طويلة من الزمن، مما يمنح الملاط قدرة جيدة على الاحتفاظ بالماء وقابلية التشغيل.

1.1.1 الصيغة الجزيئية لميثيل السليلوز (MC) [C6H7O2(OH)3-h(OCH3)n]x

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.

1.1.2 الصيغة الجزيئية لهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC) هي [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m,OCH2CH(OH)CH3]n]x

هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز هو نوع من السليلوز شهد إنتاجه واستهلاكه نموًا سريعًا في السنوات الأخيرة. وهو عبارة عن إيثر سلولوز مختلط غير أيوني يُصنع من القطن المكرر بعد المعالجة القلوية، باستخدام أكسيد البروبيلين وكلوريد الميثيل كعامل إيثيري، من خلال سلسلة من التفاعلات. تتراوح درجة الاستبدال فيه عادةً بين 1.2 و2.0. وتختلف خصائصه تبعًا لاختلاف نسب محتوى الميثوكسيل والهيدروكسي بروبيل.

(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.

1.1.3 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.

1.1.4 كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) [C6H7O2(OH)2och2COONa]n

يُصنع إيثر السليلوز الأيوني من الألياف الطبيعية (كالقطن وغيرها) بعد معالجتها بالقلويات، باستخدام أحادي كلورو أسيتات الصوديوم كعامل إيثر، وذلك من خلال سلسلة من عمليات التفاعل. تتراوح درجة الاستبدال عادةً بين 0.4 و1.4، ويتأثر أداؤه بشكل كبير بدرجة الاستبدال.

(1) إن الكربوكسي ميثيل السليلوز أكثر استرطابية، وسوف يحتوي على المزيد من الماء عند تخزينه في ظل الظروف العامة.

(2) لا يُنتج محلول كربوكسي ميثيل السليلوز المائي هلامًا، وتقل لزوجته مع ارتفاع درجة الحرارة. وعندما تتجاوز درجة الحرارة 50 درجة مئوية، تصبح اللزوجة غير قابلة للانعكاس.

(3) تتأثر استقراريته بشكل كبير بدرجة الحموضة. عموماً، يمكن استخدامه في الملاط القائم على الجبس، ولكن ليس في الملاط القائم على الأسمنت. وعندما يكون شديد القلوية، يفقد لزوجته.

(4) يتميز كربوكسي ميثيل السليلوز بقدرة أقل بكثير على الاحتفاظ بالماء مقارنةً بميثيل السليلوز. كما أنه يُبطئ عملية تصلب الملاط الجصي ويُقلل من قوته. مع ذلك، فإن سعر كربوكسي ميثيل السليلوز أقل بكثير من سعر ميثيل السليلوز.