تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) على خصائص ملاط ​​السفع الرملي الآلي

مع التطور المستمر للصناعة وتحسين التكنولوجيا، وبفضل استيراد وتطوير آلات رش الملاط الأجنبية، شهدت تقنية الرش والتجصيص الميكانيكي تطورًا كبيرًا في بلدي خلال السنوات الأخيرة. يختلف الملاط المُرشوش ميكانيكيًا عن الملاط العادي، إذ يتطلب قدرة عالية على الاحتفاظ بالماء، وسيولة مناسبة، ومقاومة جيدة للترهل. عادةً ما يُضاف هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز إلى الملاط، ويُعد إيثر السليلوز (HPMC) الأكثر استخدامًا. تتمثل الوظائف الرئيسية لهيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) في الملاط في: زيادة اللزوجة والتكثيف، وضبط الخواص الريولوجية، وتحسين قدرة الملاط على الاحتفاظ بالماء. مع ذلك، لا يمكن تجاهل عيوب HPMC، فهو يُدخل الهواء إلى الملاط، مما يُسبب المزيد من العيوب الداخلية ويُقلل بشكل كبير من الخواص الميكانيكية للملاط. قامت شركة شاندونغ تشنبانغ للمواد الكيميائية الدقيقة المحدودة بدراسة تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) على معدل احتفاظ الملاط بالماء، والكثافة، ومحتوى الهواء، والخواص الميكانيكية من الناحية العيانية، كما درست تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) على بنية L للملاط من الناحية المجهرية.

1. اختبار

1.1 المواد الخام

الأسمنت: أسمنت P.0 42.5 متوفر تجارياً، تبلغ قوة انحنائه وضغطه بعد 28 يوماً 6.9 و 48.2 ميجا باسكال على التوالي؛ الرمل: رمل نهري ناعم من تشنغده، 40-100 مش؛ إيثر السليلوز: منتج من قبل شركة شاندونغ تشنبانغ للمواد الكيميائية الدقيقة المحدودة. هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز إيثر، مسحوق أبيض، لزوجة اسمية 40، 100، 150، 200 باسكال.ثانية؛ الماء: ماء الصنبور النظيف.

1.2 طريقة الاختبار

وفقًا للمعيار JGJ/T 105-2011 "لوائح البناء للرش الميكانيكي والتجصيص"، تتراوح كثافة المونة بين 80 و120 مم، ونسبة احتفاظها بالماء أكثر من 90%. في هذه التجربة، تم ضبط نسبة الجير إلى الرمل على 1:5، وضُبطت الكثافة عند (93+2) مم، وأُضيف إيثر السليلوز خارجيًا، وحُددت كمية الإضافة بناءً على كتلة الأسمنت. تم اختبار الخصائص الأساسية للمونة، مثل الكثافة الرطبة، ومحتوى الهواء، والاحتفاظ بالماء، والكثافة، بالرجوع إلى المعيار JGJ 70-2009 "طرق اختبار الخصائص الأساسية لمونة البناء"، وتم اختبار محتوى الهواء وحسابه وفقًا لطريقة الكثافة. أُجريت اختبارات تحضير العينات، واختبارات مقاومة الانحناء والضغط، وفقًا للمعيار GB/T 17671-1999 "طرق اختبار مقاومة رمل مونة الأسمنت (طريقة ISO)". تم قياس قطر اليرقات باستخدام جهاز قياس المسامية بالزئبق. كان طراز جهاز قياس المسامية بالزئبق هو AUTOPORE 9500، وكان نطاق القياس من 5.5 نانومتر إلى 360 ميكرومتر. أُجريت أربع مجموعات من الاختبارات. كانت نسبة الأسمنت إلى الرمل 1:5، ولزوجة هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) 100 باسكال.ثانية، والجرعة 0، 0.1%، 0.2%، 0.3% (الأرقام A، B، C، D على التوالي).

2. النتائج والتحليل

2.1 تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) على معدل احتفاظ ملاط ​​الأسمنت بالماء

يشير مصطلح "احتفاظ الماء" إلى قدرة الملاط على الاحتفاظ بالماء. في الملاط المرشوش آليًا، تُسهم إضافة إيثر السليلوز في الاحتفاظ بالماء بفعالية، وتقليل معدل النزف، وتلبية متطلبات الترطيب الكامل للمواد الأسمنتية. تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز (HPMC) على احتفاظ الملاط بالماء.

مع زيادة محتوى هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC)، يزداد معدل احتفاظ الملاط بالماء تدريجيًا. تتشابه منحنيات إيثر هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز ذات اللزوجة 100 و150 و200 باسكال.ثانية بشكل أساسي. عندما يكون المحتوى بين 0.05% و0.15%، يزداد معدل احتفاظ الملاط بالماء خطيًا، وعندما يكون المحتوى 0.15%، يتجاوز معدل احتفاظ الملاط بالماء 93%. وعندما تتجاوز كمية الحبيبات 0.20%، يصبح منحنى معدل احتفاظ الملاط بالماء ثابتًا، مما يشير إلى اقتراب كمية HPMC من التشبع. منحنى تأثير كمية HPMC ذات اللزوجة 40 باسكال.ثانية على معدل احتفاظ الملاط بالماء خط مستقيم تقريبًا. عندما تتجاوز الكمية 0.15%، يكون معدل احتفاظ الملاط بالماء أقل بكثير من معدل احتفاظ الملاط بالماء مع الأنواع الثلاثة الأخرى من HPMC ذات اللزوجة نفسها. يُعتقد عمومًا أن آلية احتفاظ إيثر السليلوز بالماء تتمثل في ارتباط مجموعة الهيدروكسيل الموجودة على جزيء إيثر السليلوز وذرة الأكسجين في رابطة الإيثر بجزيء الماء لتكوين رابطة هيدروجينية، مما يحول الماء الحر إلى ماء مرتبط، وبالتالي يُحسّن من قدرة الملاط الأسمنتي على الاحتفاظ بالماء. كما يُعتقد أن الانتشار المتبادل بين جزيئات الماء وسلاسل جزيئات إيثر السليلوز يسمح لجزيئات الماء بالدخول إلى داخل سلاسل جزيئات إيثر السليلوز الكبيرة والتعرض لقوى ربط قوية، مما يُحسّن من قدرة الملاط الأسمنتي على الاحتفاظ بالماء. يُحافظ الاحتفاظ الممتاز بالماء على تجانس الملاط، ويمنع انفصال مكوناته، ويُحسّن من أداء الخلط، مع تقليل التآكل الميكانيكي وزيادة عمر آلة رش الملاط.

2.2 تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC) على كثافة ومحتوى الهواء في ملاط ​​الأسمنت

عندما تتراوح نسبة هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) بين 0 و0.20%، تنخفض كثافة الملاط بشكل حاد مع زيادة نسبة HPMC، من 2050 كجم/م³ إلى حوالي 1650 كجم/م³، أي بانخفاض قدره 20% تقريبًا. وعندما تتجاوز نسبة HPMC 0.20%، تنخفض الكثافة تدريجيًا. وبمقارنة أنواع HPMC الأربعة ذات اللزوجة المختلفة، نجد أنه كلما زادت اللزوجة، انخفضت كثافة الملاط. وتتطابق منحنيات كثافة الملاط المخلوط بـ HPMC ذي اللزوجة 150 و200 باسكال.ثانية تقريبًا، مما يشير إلى أنه مع استمرار زيادة لزوجة HPMC، لا تنخفض الكثافة.

يختلف قانون تغير محتوى الهواء في الملاط عن قانون تغير كثافته. فعندما تتراوح نسبة هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) بين 0 و0.20%، يزداد محتوى الهواء في الملاط بشكل خطي تقريبًا مع زيادة نسبة HPMC. وبعد تجاوز نسبة HPMC 0.20%، يكاد محتوى الهواء لا يتغير، مما يشير إلى أن تأثير إدخال الهواء في الملاط يقترب من التشبع. ويكون تأثير إدخال الهواء لـ HPMC ذي اللزوجة 150 و200 باسكال.ثانية أكبر من تأثيره لـ HPMC ذي اللزوجة 40 و100 باسكال.ثانية.

يعتمد تأثير إدخال الهواء بواسطة إيثر السليلوز بشكل أساسي على بنيته الجزيئية. يحتوي إيثر السليلوز على مجموعات محبة للماء (مثل الهيدروكسيل والإيثر) ومجموعات كارهة للماء (مثل الميثيل وحلقة الجلوكوز)، وهو عامل سطحي ذو نشاط سطحي، مما يُكسبه تأثير إدخال الهواء. من جهة، يعمل الغاز المُدخل ككرات محامل في الملاط، مما يُحسّن من أدائه، ويزيد من حجمه، وبالتالي يزيد من إنتاجيته، وهو ما يُفيد المُصنِّع. ولكن من جهة أخرى، يزيد تأثير إدخال الهواء من محتوى الهواء في الملاط ومساميته بعد التصلب، مما يؤدي إلى زيادة المسامات الضارة وانخفاض الخواص الميكانيكية بشكل كبير. على الرغم من أن هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) له تأثير معين في إدخال الهواء، إلا أنه لا يُمكنه أن يحل محل عامل إدخال الهواء. إضافةً إلى ذلك، عند استخدام HPMC وعامل إدخال الهواء معًا، قد يفشل الأخير في أداء وظيفته.

2.3 تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) على الخواص الميكانيكية لمونة الأسمنت

عندما تكون نسبة هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) 0.05% فقط، تنخفض مقاومة الانحناء للمونة بشكل ملحوظ، لتصل إلى حوالي 25% أقل من مقاومة العينة المرجعية الخالية من HPMC، بينما لا تتجاوز مقاومة الضغط 65% - 80% من مقاومة العينة المرجعية. وعندما تتجاوز نسبة HPMC 0.20%، يصبح الانخفاض في مقاومة الانحناء والضغط للمونة غير واضح. ولا تؤثر لزوجة HPMC بشكل كبير على الخواص الميكانيكية للمونة. يُدخل HPMC فقاعات هوائية دقيقة، ويؤدي تأثير إدخال الهواء إلى زيادة المسامية الداخلية للمونة وتكوين مسامات ضارة، مما ينتج عنه انخفاض ملحوظ في مقاومة الضغط والانحناء. ومن الأسباب الأخرى لانخفاض مقاومة المونة، تأثير احتفاظ إيثر السليلوز بالماء، حيث يُبقي الماء داخل المونة المتصلبة، وتؤدي النسبة العالية للماء إلى المادة الرابطة إلى انخفاض مقاومة كتلة الاختبار. بالنسبة لمونة البناء الميكانيكية، على الرغم من أن إيثر السليلوز يمكن أن يزيد بشكل كبير من معدل احتفاظ المونة بالماء ويحسن قابليتها للتشغيل، إلا أنه إذا كانت الجرعة كبيرة جدًا، فسوف تؤثر بشكل خطير على الخصائص الميكانيكية للمونة، لذلك يجب الموازنة بين الاثنين بشكل معقول.

مع زيادة محتوى هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC)، أظهرت نسبة طي الملاط اتجاهًا تصاعديًا عامًا، وكانت هذه العلاقة خطية في الأساس. ويعود ذلك إلى أن إضافة إيثر السليلوز تُدخل عددًا كبيرًا من فقاعات الهواء، مما يُسبب المزيد من العيوب داخل الملاط، وبالتالي تنخفض مقاومة الضغط للملاط بشكل حاد، على الرغم من انخفاض مقاومة الانحناء أيضًا إلى حد ما. إلا أن إيثر السليلوز يُحسّن مرونة الملاط، مما يُفيد مقاومة الانحناء، ويُبطئ من معدل الانخفاض. وبالنظر إلى الصورة الكاملة، فإن التأثير المُجتمع لهذين العاملين يُؤدي إلى زيادة نسبة الطي.

2.4 تأثير HPMC على قطر L للمونة

من خلال منحنى توزيع حجم المسام، وبيانات توزيع حجم المسام، والمعايير الإحصائية المختلفة لعينات AD، يمكن ملاحظة أن HPMC له تأثير كبير على بنية مسام ملاط ​​الأسمنت:

(1) بعد إضافة هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC)، يزداد حجم مسام ملاط ​​الأسمنت بشكل ملحوظ. على منحنى توزيع حجم المسام، تتحرك مساحة الصورة إلى اليمين، وتزداد قيمة المسام المقابلة لقيمة الذروة. بعد إضافة HPMC، يكون متوسط ​​قطر مسام ملاط ​​الأسمنت أكبر بكثير من متوسط ​​قطر مسام العينة المرجعية، ويزداد متوسط ​​قطر مسام العينة التي تحتوي على جرعة 0.3% بمقدار رتبتين عشريتين مقارنةً بالعينة المرجعية.

(2) تُقسّم المسامات في الخرسانة إلى أربعة أنواع: مسامات غير ضارة (≤20 نانومتر)، ومسامات أقل ضررًا (20-100 نانومتر)، ومسامات ضارة (100-200 نانومتر)، ومسامات ضارة جدًا (≥200 نانومتر). يتضح من الجدول 1 أن عدد المسامات غير الضارة أو الأقل ضررًا ينخفض ​​بشكل ملحوظ بعد إضافة هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC)، بينما يزداد عدد المسامات الضارة أو الأكثر ضررًا. تبلغ نسبة المسامات غير الضارة أو الأقل ضررًا في العينات غير المخلوطة بـ HPMC حوالي 49.4%. بعد إضافة HPMC، تنخفض هذه النسبة بشكل ملحوظ. فعلى سبيل المثال، عند استخدام جرعة 0.1%، تنخفض المسامات غير الضارة أو الأقل ضررًا بنسبة 45% تقريبًا، بينما يزداد عدد المسامات الضارة التي يزيد قطرها عن 10 ميكرومتر بمقدار تسعة أضعاف تقريبًا.

(3) لا يتبع كل من قطر المسام الوسيط، ومتوسط ​​قطر المسام، وحجم المسام النوعي، ومساحة السطح النوعية نمطًا ثابتًا للتغير مع زيادة محتوى هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC)، وهو ما قد يرتبط باختيار العينة في اختبار حقن الزئبق، نظرًا لتشتتها الكبير. ولكن بشكل عام، يميل كل من قطر المسام الوسيط، ومتوسط ​​قطر المسام، وحجم المسام النوعي للعينة الممزوجة بـ HPMC إلى الزيادة مقارنةً بالعينة الخالية من HPMC، بينما تنخفض مساحة السطح النوعية.