تأثير محتوى إيثر السليلوز على الملاط ذاتي التسوية المصنوع من الجبس منزوع الكبريت

يُعدّ جبس إزالة الكبريت غازًا ناتجًا عن احتراق الوقود المحتوي على الكبريت (الفحم، البترول)، وهو عبارة عن نفايات صلبة صناعية تُنتج أثناء عملية تنقية إزالة الكبريت، كما أنه جبس نصف مائي (صيغته الكيميائية CaSO4·0.5H2O)، ويُضاهي في أدائه أداء الجبس الطبيعي المستخدم في البناء. ولذلك، تتزايد الأبحاث والتطبيقات التي تستخدم الجبس المُزال منه الكبريت بدلًا من الجبس الطبيعي لإنتاج مواد التسوية الذاتية. وتُعدّ إضافات البوليمرات العضوية، مثل عوامل تقليل الماء، وعوامل الاحتفاظ بالماء، ومُبطئات التصلب، مكونات وظيفية أساسية في تركيب مواد الملاط ذاتية التسوية. ويُعدّ تفاعل هذه المواد وآليتها مع المواد الأسمنتية من المسائل الجديرة بالدراسة. نظراً لخصائص عملية التكوين، فإن نعومة الجبس منزوع الكبريت منخفضة (يتراوح حجم الجسيمات بشكل رئيسي بين 40 و60 ميكرومتر)، وتدرج المسحوق غير منتظم، مما يؤدي إلى ضعف الخواص الريولوجية للجبس منزوع الكبريت، وسهولة حدوث الانفصال والطبقات والنزف في ملاط ​​الخرسانة المُحضر منه. يُعد إيثر السليلوز أكثر المواد المضافة شيوعاً في الملاط، ويُشكل استخدامه مع عامل مُخفض للماء ضماناً هاماً لتحقيق الأداء الشامل لمواد التسوية الذاتية القائمة على الجبس منزوع الكبريت، مثل الأداء الإنشائي، والأداء الميكانيكي، والمتانة.

في هذه الورقة، تُستخدم قيمة السيولة كمؤشر تحكم (درجة الانتشار 145 مم ± 5 مم)، مع التركيز على تأثير محتوى إيثر السليلوز والوزن الجزيئي (قيمة اللزوجة) على استهلاك الماء لمواد التسوية الذاتية القائمة على الجبس منزوع الكبريت، وفقدان السيولة بمرور الوقت، وقانون التخثر وتأثير الخصائص الأساسية مثل الوقت والخصائص الميكانيكية المبكرة؛ في الوقت نفسه، يتم اختبار قانون تأثير إيثر السليلوز على إطلاق الحرارة ومعدل إطلاق الحرارة لترطيب الجبس منزوع الكبريت، وتحليل تأثيره على عملية ترطيب الجبس منزوع الكبريت، ومناقشة توافق هذا النوع من الإضافات مع نظام تبلور الجبس منزوع الكبريت.

1. المواد الخام وطرق الاختبار

1.1 المواد الخام

مسحوق الجبس: مسحوق الجبس منزوع الكبريت تنتجه شركة في تانغشان، ويتكون بشكل أساسي من الجبس نصف المائي، ويظهر تركيبه الكيميائي في الجدول 1، وتظهر خصائصه الفيزيائية في الجدول 2.

صورة

صورة

تشمل الإضافات: إيثر السليلوز (هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز، HPMC اختصارًا)؛ الملدن الفائق WR؛ مزيل الرغوة B-1؛ مسحوق اللاتكس القابل لإعادة التشتت EVA S-05، وكلها متوفرة تجاريًا.

الركام: رمال نهرية طبيعية، رمال ناعمة محلية الصنع تم غربلتها من خلال منخل 0.6 مم.

1.2 طريقة الاختبار

جبس إزالة الكبريت الثابت: الرمل: الماء = 1:0.5:0.45، كمية مناسبة من الإضافات الأخرى، السيولة كمؤشر للتحكم (التمدد 145 مم ± 5 مم)، عن طريق ضبط استهلاك الماء، ممزوج على التوالي مع المواد الأسمنتية (جبس إزالة الكبريت + الأسمنت) 0، 0.5‰، 1.0‰، 2.0‰، 3.0‰ إيثر السليلوز (HPMC-20,000)؛ تم تثبيت جرعة إيثر السليلوز عند 1‰، واختيار أنواع مختلفة من إيثر هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC-20,000، HPMC-40,000، HPMC-75,000، وHPMC-100,000) بأوزان جزيئية مختلفة (الأرقام المقابلة هي H2، H4، H7.5، وH10 على التوالي)، لدراسة تأثير الجرعة والوزن الجزيئي (قيمة اللزوجة) لإيثر السليلوز على خصائص ملاط ​​التسوية الذاتية القائم على الجبس، وتأثير كليهما على سيولة خليط ملاط ​​التسوية الذاتية المصنوع من الجبس منزوع الكبريت، وزمن التصلب، والخواص الميكانيكية المبكرة. تم إجراء طريقة الاختبار المحددة وفقًا لمتطلبات المواصفة القياسية GB/T 17669.3-1999 "تحديد الخواص الميكانيكية لجبس البناء".

يتم إجراء اختبار حرارة الترطيب باستخدام عينة فارغة من الجبس منزوع الكبريت وعينات تحتوي على نسبة إيثر السليلوز 0.5‰ و 3‰ على التوالي، والجهاز المستخدم هو جهاز اختبار حرارة الترطيب من نوع TA-AIR.

2. النتائج والتحليل

2.1 تأثير محتوى إيثر السليلوز على الخصائص الأساسية للملاط

مع زيادة نسبة المادة المضافة، تحسّنت قابلية تشغيل الملاط وتماسكه بشكل ملحوظ، وانخفض فقدان السيولة بمرور الوقت بشكل كبير، وأصبح أداء البناء أكثر كفاءة، ولم يُظهر الملاط المتصلب أي ظاهرة انفصال الطبقات، كما تحسّنت نعومة السطح ومظهره الجمالي بشكل كبير. في الوقت نفسه، ازداد استهلاك الماء اللازم لتحقيق نفس مستوى السيولة بشكل ملحوظ. عند نسبة 5 بالألف، ازداد استهلاك الماء بنسبة 102%، وامتد زمن التصلب النهائي بمقدار 100 دقيقة، أي ما يعادل 2.5 ضعف زمن التصلب في العينة المرجعية. انخفضت الخواص الميكانيكية المبكرة للملاط بشكل ملحوظ مع زيادة نسبة إيثر السليلوز. عند نسبة 5 بالألف، انخفضت مقاومة الانحناء ومقاومة الضغط بعد 24 ساعة إلى 18.75% و11.29% على التوالي مقارنةً بالعينة المرجعية. وبلغت مقاومة الضغط 39.47% و23.45% على التوالي مقارنةً بالعينة المرجعية. تجدر الإشارة إلى أنه مع زيادة كمية عامل الاحتفاظ بالماء، انخفضت الكثافة الظاهرية للمونة بشكل ملحوظ، من 2069 كجم/م³ عند تركيز 0 إلى 1747 كجم/م³ عند تركيز 5 بالألف، أي بانخفاض قدره 15.56%. ويُعزى هذا الانخفاض في الكثافة وزيادة المسامية إلى أحد أسباب التراجع الواضح في الخواص الميكانيكية للمونة.

إيثر السليلوز بوليمر غير أيوني. تتحد مجموعات الهيدروكسيل على سلسلة إيثر السليلوز وذرات الأكسجين في رابطة الإيثر مع جزيئات الماء لتكوين روابط هيدروجينية، محولةً الماء الحر إلى ماء مرتبط، مما يساهم في احتفاظ المادة بالماء. ويتجلى ذلك على المستوى العياني بزيادة تماسك الملاط [5]. لا تؤدي زيادة لزوجة الملاط إلى زيادة استهلاك الماء فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى امتصاص إيثر السليلوز المذاب على سطح جزيئات الجبس، مما يعيق تفاعل الإماهة ويطيل زمن التصلب. أثناء عملية التقليب، تتولد فقاعات هوائية كثيرة. تتشكل الفراغات مع تصلب الملاط، مما يقلل في النهاية من قوته. بالنظر بشكل شامل إلى استهلاك الماء أحادي الجانب لخليط الملاط، وأداء البناء، ووقت التصلب والخواص الميكانيكية، والمتانة اللاحقة، وما إلى ذلك، يجب ألا يتجاوز محتوى إيثر السليلوز في الملاط ذاتي التسوية القائم على الجبس منزوع الكبريت 1‰.

2.2 تأثير الوزن الجزيئي لإيثر السليلوز على أداء الملاط

عادةً، كلما زادت لزوجة إيثر السليلوز وزادت نعومته، تحسّن احتفاظه بالماء وزادت قوة الترابط. إلا أن أداءه سيتأثر سلبًا. لذلك، تم اختبار تأثير إيثرات السليلوز ذات الأوزان الجزيئية المختلفة على الخصائص الأساسية لمواد الملاط ذاتي التسوية القائمة على الجبس. ازداد احتياج الملاط للماء إلى حدٍ ما، لكن لم يكن له تأثير واضح على زمن التصلب أو سيولته. في الوقت نفسه، أظهرت مقاومة الانحناء والضغط للملاط في حالات مختلفة اتجاهًا تنازليًا، لكن هذا الانخفاض كان أقل بكثير من تأثير محتوى إيثر السليلوز على الخصائص الميكانيكية. باختصار، لا تؤثر زيادة الوزن الجزيئي لإيثر السليلوز بشكل واضح على أداء خلطات الملاط. ونظرًا لسهولة البناء، يُنصح باختيار إيثر السليلوز منخفض اللزوجة وذو الوزن الجزيئي الصغير كمواد تسوية ذاتية قائمة على الجبس منزوع الكبريت.

2.3 تأثير إيثر السليلوز على حرارة إماهة الجبس منزوع الكبريت

مع ازدياد محتوى إيثر السليلوز، انخفضت ذروة التفاعل الطارد للحرارة لترطيب الجبس منزوع الكبريت تدريجيًا، وتأخر موضع الذروة قليلًا، بينما انخفضت حرارة التفاعل الطاردة للحرارة، ولكن ليس بشكل ملحوظ. يُشير هذا إلى أن إيثر السليلوز يُمكنه تأخير معدل ودرجة ترطيب الجبس منزوع الكبريت إلى حدٍ ما، لذا يجب ألا تكون الجرعة كبيرة جدًا، ويجب التحكم بها في حدود 1 بالألف. يُلاحظ أن الغشاء الغرواني المتكون بعد ملامسة إيثر السليلوز للماء يُمتص على سطح جزيئات الجبس منزوع الكبريت، مما يُقلل من معدل ترطيب الجبس قبل ساعتين. في الوقت نفسه، تُؤخر خصائصه الفريدة في الاحتفاظ بالماء وزيادة الكثافة تبخر ماء الملاط وتبديده، مما يُفيد في ترطيب الجبس منزوع الكبريت لاحقًا. باختصار، عند ضبط الجرعة المناسبة، يكون تأثير إيثر السليلوز محدودًا على معدل ودرجة ترطيب الجبس منزوع الكبريت. في الوقت نفسه، تؤدي زيادة محتوى إيثر السليلوز ووزنه الجزيئي إلى زيادة لزوجة الملاط بشكل ملحوظ، مما يُحسّن من قدرته على الاحتفاظ بالماء. ولضمان سيولة ملاط ​​التسوية الذاتية المصنوع من الجبس منزوع الكبريت، يزداد استهلاك الماء بشكل كبير، ويعود ذلك إلى طول فترة تصلب الملاط، وهو السبب الرئيسي لانخفاض الخواص الميكانيكية.

3. الخاتمة

(1) عند استخدام السيولة كمؤشر للتحكم، يزداد زمن تصلب الملاط ذاتي التسوية المصنوع من الجبس منزوع الكبريت بشكل ملحوظ مع زيادة محتوى إيثر السليلوز، كما تنخفض خواصه الميكانيكية بشكل كبير. بالمقارنة، فإن زيادة الوزن الجزيئي لإيثر السليلوز لا تؤثر بشكل كبير على خواص الملاط المذكورة. وبناءً على ذلك، يُنصح باختيار إيثر السليلوز ذي الوزن الجزيئي المنخفض (قيمة لزوجة أقل من 20000 باسكال.ثانية)، مع ضبط الجرعة بحيث لا تتجاوز 1 بالألف من المادة الأسمنتية.

(2) تُظهر نتائج اختبار حرارة التميؤ للجبس منزوع الكبريت أن تأثير إيثر السليلوز على معدل التميؤ وعملية التميؤ للجبس منزوع الكبريت محدودٌ ضمن نطاق هذا الاختبار. ويُعزى انخفاض الخواص الميكانيكية للمونة المصنوعة من الجبس منزوع الكبريت بشكل رئيسي إلى زيادة استهلاك الماء وانخفاض الكثافة الظاهرية.