تحسين تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC) على المواد القائمة على الأسمنت

في السنوات الأخيرة، ومع التطور المستمر لتكنولوجيا عزل الجدران الخارجية، والتقدم المستمر في تكنولوجيا إنتاج السليلوز، والخصائص الممتازة لـ HPMC نفسه، أصبح HPMC يستخدم على نطاق واسع في صناعة البناء.

من أجل استكشاف آلية العمل بين HPMC والمواد القائمة على الأسمنت بشكل أكبر، تركز هذه الورقة على تأثير تحسين HPMC على الخصائص التماسكية للمواد القائمة على الأسمنت.

زمن التخثر

يرتبط زمن تصلب الخرسانة بشكل أساسي بزمن تصلب الأسمنت، بينما يكون تأثير الركام ضئيلاً، لذا يمكن استخدام زمن تصلب الملاط بدلاً من ذلك لدراسة تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) على زمن تصلب خليط الخرسانة غير القابلة للتشتت تحت الماء، لأن زمن تصلب الملاط يتأثر بالماء. لذلك، ولتقييم تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) على زمن تصلب الملاط، من الضروري تثبيت نسبة الماء إلى الأسمنت ونسبة الملاط.

أظهرت التجربة أن إضافة هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) تُبطئ عملية تصلب خليط الملاط بشكل ملحوظ، حيث يزداد زمن التصلب تدريجيًا مع زيادة نسبة HPMC. عند نفس نسبة HPMC، يكون الملاط المُشكّل تحت الماء أسرع من الملاط المُشكّل في الهواء. كما أن زمن التصلب في الملاط المُشكّل في الماء أطول. عند قياس زمن التصلب في الماء، مقارنةً بالعينة غير المُشكّلة، يتأخر زمن تصلب الملاط المخلوط بـ HPMC من 6 إلى 18 ساعة للتصلب الأولي، ومن 6 إلى 22 ساعة للتصلب النهائي. لذا، يُنصح باستخدام HPMC مع مُسرّعات التصلب.

يُعدّ هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) بوليمرًا عالي الوزن الجزيئي ذو بنية خطية ضخمة ومجموعة هيدروكسيل على المجموعة الوظيفية، مما يُتيح له تكوين روابط هيدروجينية مع جزيئات ماء الخلط، وبالتالي زيادة لزوجته. تتجاذب السلاسل الجزيئية الطويلة لـ HPMC فيما بينها، مما يؤدي إلى تشابك جزيئاته وتكوين بنية شبكية تُغلّف الأسمنت وماء الخلط. وبفضل هذه البنية الشبكية الشبيهة بالغشاء، يُساهم HPMC بفعالية في منع تبخر الماء من الملاط، ويُبطئ أو يُعيق عملية إماهة الأسمنت.

نزيف

إن ظاهرة نزيف الملاط تشبه ظاهرة نزيف الخرسانة، مما يؤدي إلى هبوط خطير في الركام، مما ينتج عنه زيادة في نسبة الماء إلى الأسمنت في الطبقة العليا من الملاط، مما يتسبب في انكماش بلاستيكي كبير للطبقة العليا من الملاط في المرحلة المبكرة، وحتى التشقق، وتكون قوة الطبقة السطحية من الملاط ضعيفة نسبيًا.

عندما تتجاوز الجرعة 0.5%، يكاد ينعدم النزف. ويعود ذلك إلى أن مادة هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) تُكوّن، عند مزجها بالمونة، طبقةً وشبكةً متماسكة، كما أن امتصاص مجموعات الهيدروكسيل على السلسلة الطويلة من الجزيئات الكبيرة يُؤدي إلى تكتل الأسمنت وماء الخلط في المونة، مما يضمن استقرار بنيتها. بعد إضافة HPMC إلى المونة، تتشكل فقاعات هوائية صغيرة مستقلة، تتوزع بالتساوي في المونة، وتمنع ترسب الركام. تؤثر الخصائص التقنية لـ HPMC بشكل كبير على المواد الأسمنتية، ولذا يُستخدم غالبًا في تحضير مواد مركبة أسمنتية جديدة، مثل مونة المسحوق الجاف ومونة البوليمر، لما تتمتع به من قدرة جيدة على الاحتفاظ بالماء واللدونة.

الطلب على مياه الملاط

عندما تكون كمية هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) قليلة، فإنها تؤثر بشكل كبير على احتياج الملاط للماء. عند الحفاظ على درجة تمدد الملاط الطازج ثابتة تقريبًا، يتغير محتوى HPMC واحتياج الملاط للماء بشكل خطي خلال فترة زمنية معينة، حيث ينخفض ​​احتياج الملاط للماء أولًا ثم يرتفع بشكل ملحوظ. عندما تكون كمية HPMC أقل من 0.025%، ومع زيادة الكمية، ينخفض ​​احتياج الملاط للماء عند نفس درجة التمدد، مما يدل على أن HPMC، عند وجوده بكمية قليلة، له تأثير مُخفِّض للماء على الملاط، كما أنه يُحسِّن من سيولة الملاط. يوجد عدد كبير من فقاعات الهواء الصغيرة المستقلة في الملاط، وتعمل هذه الفقاعات كمادة مُزلِّقة لتحسين سيولة الملاط. عندما تكون الجرعة أكبر من 0.025%، يزداد احتياج الملاط للماء مع زيادة الجرعة. يعود ذلك إلى اكتمال بنية شبكة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) بشكل أكبر، وتقلص المسافة بين التكتلات على السلسلة الجزيئية الطويلة، مما يُعزز التجاذب والتماسك، ويُقلل من سيولة الملاط. لذا، في ظل ثبات درجة التمدد تقريبًا، يزداد احتياج الملاط للماء.

1. اختبار مقاومة التشتت:

يُعدّ عامل منع التشتت مؤشرًا تقنيًا هامًا لقياس جودة عامل منع التشتت. هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) مركب بوليمري قابل للذوبان في الماء، يُعرف أيضًا باسم الراتنج القابل للذوبان في الماء أو البوليمر القابل للذوبان في الماء. يعمل على زيادة تماسك الخليط عن طريق زيادة لزوجة ماء الخلط. وهو مادة بوليمرية محبة للماء، تذوب في الماء لتكوين محلول أو مُشتت.

أظهرت التجارب أنه مع زيادة كمية الملدّن الفائق عالي الكفاءة القائم على النفثالين، تقل مقاومة تشتت ملاط ​​الأسمنت الطازج. ويعود ذلك إلى أن هذا الملدّن الفائق، القائم على النفثالين، يعمل كمادة خافضة للتوتر السطحي. فعند إضافته إلى الملاط، يتجه الملدّن الفائق نحو سطح جزيئات الأسمنت، مما يؤدي إلى توحيد شحنة سطحها. هذا التنافر الكهربائي يُفكك بنية التلبد التي تُشكلها جزيئات الأسمنت، ويُطلق الماء المُحاط بهذه البنية، مما يُسبب فقدان جزء من الأسمنت. في الوقت نفسه، وُجد أن مقاومة تشتت ملاط ​​الأسمنت الطازج تتحسن باستمرار مع زيادة محتوى هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC).

2. خصائص قوة الخرسانة:

في مشروع تجريبي للأساسات، تم استخدام مادة مضافة للخرسانة غير قابلة للتشتت تحت الماء من نوع HPMC، وكانت درجة مقاومة التصميم C25. وفقًا للاختبار الأساسي، كانت كمية الأسمنت 400 كجم، وغبار السيليكا المركب 25 كجم/م³، والكمية المثلى من HPMC هي 0.6% من كمية الأسمنت، ونسبة الماء إلى الأسمنت 0.42، ونسبة الرمل 40%، وإنتاج مخفض الماء عالي الكفاءة القائم على النفثالين 8% من كمية الأسمنت. بلغ متوسط ​​مقاومة عينة الخرسانة في الهواء بعد 28 يومًا 42.6 ميجا باسكال، ومتوسط ​​مقاومة الخرسانة تحت الماء بعد 28 يومًا عند ارتفاع سقوط 60 مم 36.4 ميجا باسكال، ونسبة مقاومة الخرسانة المتشكلة في الماء إلى الخرسانة المتشكلة في الهواء 84.8%، مما يدل على تأثير ملحوظ.

03. تُظهر التجارب ما يلي:

(1) تُحدث إضافة هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) تأثيرًا واضحًا في إبطاء عملية تصلب خليط الملاط. فمع زيادة نسبة HPMC، يزداد زمن تصلب الملاط تدريجيًا. وعند نفس نسبة HPMC، يتشكل الملاط تحت الماء أسرع من الملاط المتشكل في الهواء. ويكون زمن تصلب الملاط المتشكل في وسط مائي أطول. وتُعد هذه الخاصية مفيدة لضخ الخرسانة تحت الماء.

(2) يتميز ملاط ​​الأسمنت المخلوط حديثًا مع هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بخصائص تماسك جيدة ولا يكاد ينزف.

(3) انخفضت كمية HPMC ومتطلبات الماء للملاط أولاً ثم زادت بشكل واضح.

(4) إن إضافة عامل تقليل الماء يحسن مشكلة زيادة الطلب على الماء للمونة، ولكن يجب التحكم في جرعته بشكل معقول، وإلا فإن مقاومة التشتت تحت الماء لمونة الأسمنت المخلوطة حديثًا ستنخفض في بعض الأحيان.

(5) لا يوجد فرق يُذكر في بنية عينة عجينة الأسمنت المخلوطة بـ HPMC والعينة غير المخلوطة، كما لا يوجد فرق يُذكر في بنية وكثافة عينة عجينة الأسمنت المصبوبة في الماء وتلك المصبوبة في الهواء. تكون العينة المتكونة تحت الماء لمدة 28 يومًا هشة بعض الشيء. والسبب الرئيسي هو أن إضافة HPMC تقلل بشكل كبير من فقدان الأسمنت وتشتته عند الصب في الماء، ولكنها في الوقت نفسه تقلل من تماسك حجر الأسمنت. في هذا المشروع، ولضمان عدم تشتت الأسمنت تحت الماء، يجب تقليل جرعة HPMC قدر الإمكان.

(6) إن إضافة مادة HPMC غير القابلة للتشتت في الخرسانة تحت الماء، مع التحكم في الجرعة، يُحسّن من قوة الخرسانة. وقد أظهر المشروع التجريبي أن نسبة قوة الخرسانة المُشكّلة بالماء إلى الخرسانة المُشكّلة بالهواء تبلغ 84.8%، وهو تأثير ملحوظ.