1. نظرة عامة على إيثر السليلوز (HPMC)
هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC) مركب إيثر سليلوز شائع الاستخدام، مُعدّل كيميائيًا من السليلوز الطبيعي. يتميز بذوبان ممتاز في الماء، وتكوين طبقة رقيقة، وخصائص تكثيف ولصق، مما يجعله يُستخدم على نطاق واسع في مواد البناء. يُستخدم HPMC في المواد الأسمنتية بشكل رئيسي لتحسين سيولتها، واحتباس الماء، وضبط زمن التصلب.
2. العملية الأساسية لضبط الأسمنت
تُسمى عملية تفاعل الأسمنت مع الماء لتكوين الهيدرات تفاعل الترطيب. وتنقسم هذه العملية إلى عدة مراحل:
فترة الحث: تبدأ جزيئات الأسمنت بالذوبان، وتشكيل أيونات الكالسيوم وأيونات السيليكات، مما يظهر حالة تدفق قصيرة المدى.
فترة التسريع: تزداد منتجات الترطيب بسرعة وتبدأ عملية التثبيت.
فترة التباطؤ: تنخفض نسبة الترطيب، ويبدأ الأسمنت بالتصلب، ويتكون حجر أسمنتي صلب.
فترة الاستقرار: تنضج منتجات الترطيب تدريجيًا وتزداد القوة تدريجيًا.
يُقسّم زمن التصلب عادةً إلى زمن تصلب أولي وزمن تصلب نهائي. يشير زمن التصلب الأولي إلى الوقت الذي يبدأ فيه معجون الأسمنت بفقدان مرونته، بينما يشير زمن التصلب النهائي إلى الوقت الذي يفقد فيه معجون الأسمنت مرونته تمامًا ويدخل مرحلة التصلب.
3. آلية تأثير HPMC على زمن تصلب الأسمنت
3.1 تأثير التكثيف
يتميز HPMC بتأثير تكثيف ملحوظ، إذ يمكنه زيادة لزوجة معجون الأسمنت وتكوين نظام عالي اللزوجة. يؤثر هذا التأثير التكثيفي على تشتت جزيئات الأسمنت وترسيبها، وبالتالي على تقدم تفاعل الترطيب. كما يُقلل هذا التأثير التكثيفي من معدل ترسب نواتج الترطيب على سطح جزيئات الأسمنت، مما يُؤخر زمن التصلب.
3.2 احتباس الماء
تتميز مادة HPMC بقدرة جيدة على الاحتفاظ بالماء. إضافة HPMC إلى معجون الأسمنت يُحسّن بشكل ملحوظ من احتفاظه بالماء. يمنع احتفاظ الماء العالي تبخر الماء على سطح الأسمنت بسرعة، مما يحافظ على محتوى الماء في معجون الأسمنت ويطيل مدة تفاعل الترطيب. كما يُساعد احتفاظ الماء معجون الأسمنت على الحفاظ على رطوبة مناسبة أثناء عملية المعالجة، ويُقلل من خطر التشقق الناتج عن فقدان الماء المُبكر.
3.3 تأخر الترطيب
يمكن لـ HPMC تكوين طبقة واقية تغطي سطح جزيئات الأسمنت، مما يعيق تفاعل الترطيب. تمنع هذه الطبقة الواقية التلامس المباشر بين جزيئات الأسمنت والماء، مما يؤخر عملية ترطيب الأسمنت ويطيل زمن تصلبها. يتجلى هذا التأخير بشكل خاص في HPMC عالي الوزن الجزيئي.
3.4 تحسين اللزوجة
يمكن لإضافة HPMC أيضًا أن تُحسّن من سيولة ملاط الأسمنت (أي أن سيولته تزداد تحت تأثير قوة خارجية وتعود إلى حالتها الأصلية بعد زوالها). تُحسّن هذه الخاصية من قابلية تشغيل ملاط الأسمنت، ولكن من حيث زمن التصلب، قد يُؤدي هذا التحسين إلى إعادة توزيع الملاط تحت تأثير قوة القص، مما يُطيل زمن التصلب.
4. التطبيق العملي لـ HPMC المؤثر على وقت ضبط الأسمنت
4.1 مواد الأرضيات ذاتية التسوية
في مواد الأرضيات ذاتية التسوية، يتطلب الأسمنت وقتًا أطول للتصلب الأولي لعمليات التسوية والتسوية. إضافة HPMC يُطيل هذا الوقت، مما يسمح بإطالة عمر مواد التسوية الذاتية أثناء البناء، وتجنب مشكلة التصلب المبكر لخليط الأسمنت أثناء البناء.
4.2 ملاط مختلط مسبقًا
في الملاط المُخلط مسبقًا، لا يُحسّن HPMC احتباس الماء في الملاط فحسب، بل يُطيل أيضًا زمن التصلب. هذا مهمٌّ بشكل خاص في الحالات التي تتطلب وقتًا طويلًا للنقل والبناء، إذ يضمن أداءً جيدًا للملاط قبل الاستخدام، ويجنّب صعوبات البناء الناتجة عن قصر زمن التصلب.
4.3 ملاط مخلوط جاف
يُضاف HPMC غالبًا إلى الملاط الجاف لتحسين أدائه في البناء. يزيد تأثير HPMC المُكثِّف من لزوجة الملاط، مما يُسهِّل تطبيقه وتسويته أثناء البناء، كما يُطيل زمن التصلب، مما يمنح عمال البناء وقتًا كافيًا لإجراء التعديلات.
5. العوامل المؤثرة على زمن تصلب الأسمنت بواسطة HPMC
5.1 كمية إضافة HPMC
كمية HPMC المضافة عاملٌ رئيسيٌّ يؤثر على زمن تصلب الأسمنت. عمومًا، كلما زادت كمية HPMC المضافة، زادت وضوح إطالة زمن تصلب الأسمنت. وذلك لأن جزيئات HPMC الإضافية يمكنها تغطية المزيد من أسطح جزيئات الأسمنت، مما يعيق تفاعلات الترطيب.
5.2 الوزن الجزيئي لـ HPMC
تختلف تأثيرات HPMC ذات الأوزان الجزيئية المختلفة على زمن تصلب الأسمنت. عادةً ما يكون لـ HPMC ذات الوزن الجزيئي العالي تأثير تكثيف أقوى وقدرة على الاحتفاظ بالماء، مما يُطيل زمن التصلب بشكل ملحوظ. على الرغم من أن HPMC ذات الوزن الجزيئي المنخفض تُطيل زمن التصلب أيضًا، إلا أن تأثيرها ضعيف نسبيًا.
5.3 الظروف البيئية
تؤثر درجة الحرارة والرطوبة المحيطة أيضًا على تأثير HPMC على زمن تصلب الأسمنت. في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة، يتسارع تفاعل ترطيب الأسمنت، لكن خاصية احتباس الماء في HPMC تُبطئ هذا التأثير. أما في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة، فيتباطأ تفاعل الترطيب نفسه، وقد يؤدي تأثير HPMC في التكثيف واحتباس الماء إلى إطالة زمن تصلب الأسمنت بشكل ملحوظ.
5.4 نسبة الماء إلى الأسمنت
تؤثر تغيرات نسبة الماء إلى الأسمنت أيضًا على تأثير HPMC على زمن تصلب الأسمنت. فعند ارتفاع نسبة الماء إلى الأسمنت، يزداد محتوى الماء في عجينة الأسمنت، وقد يكون تأثير HPMC في احتباس الماء أقل تأثيرًا على زمن التصلب. أما عند انخفاض نسبة الماء إلى الأسمنت، فيكون تأثير HPMC في التكثيف أكثر وضوحًا، ويكون تأثير إطالة زمن التصلب أكثر أهمية.
باعتبارها مادة مضافة مهمة للأسمنت، تؤثر HPMC بشكل كبير على زمن تصلب الأسمنت من خلال آليات مختلفة، مثل التكثيف، واحتباس الماء، وإبطاء تفاعل الترطيب. ويمكن أن يُطيل استخدام HPMC زمن التصلب الأولي والنهائي للأسمنت، ويطيل مدة تشغيل البناء، ويُحسّن أداء المواد الأسمنتية. في التطبيقات العملية، تُحدد عوامل مثل كمية HPMC المضافة، والوزن الجزيئي، والظروف البيئية، تأثيرها المحدد على زمن تصلب الأسمنت. ومن خلال ضبط هذه العوامل بشكل منطقي، يُمكن التحكم بدقة في زمن تصلب الأسمنت لتلبية احتياجات مشاريع البناء المختلفة.
وقت النشر: ٢١ يونيو ٢٠٢٤