1. ضرورة الاحتفاظ بالماء
تتميز جميع أنواع الأساسات التي تتطلب استخدام الملاط في البناء بدرجة معينة من امتصاص الماء. بعد امتصاص طبقة الأساس للماء الموجود في الملاط، تتدهور قابلية الملاط للبناء، وفي الحالات الشديدة، لا يتم ترطيب المادة الأسمنتية في الملاط بشكل كامل، مما يؤدي إلى انخفاض المقاومة، وخاصة مقاومة التماسك بين الملاط المتصلب وطبقة الأساس، مما يتسبب في تشقق الملاط وسقوطه. إذا كان لملاط التجصيص قدرة مناسبة على الاحتفاظ بالماء، فإنه لا يُحسّن فقط من أداء الملاط في البناء، بل يُصعّب أيضًا امتصاص الماء الموجود في الملاط من قِبل طبقة الأساس، ويضمن ترطيبًا كافيًا للأسمنت.
2. مشاكل أساليب الاحتفاظ بالماء التقليدية
الحل التقليدي هو ترطيب القاعدة، لكن من المستحيل ضمان ترطيبها بشكل متساوٍ. الهدف الأمثل لترطيب ملاط الأسمنت على القاعدة هو أن يمتص ناتج ترطيب الأسمنت الماء مع القاعدة، ويتغلغل فيها، ويُشكّل "رابطة أساسية" فعّالة معها، لتحقيق قوة التماسك المطلوبة. يؤدي الري المباشر على سطح القاعدة إلى تفاوت كبير في امتصاص الماء بسبب اختلاف درجات الحرارة، ومدة الري، وعدم انتظام توزيعه. في هذه الحالة، يقل امتصاص القاعدة للماء، وتستمر في امتصاص الماء الموجود في الملاط. قبل بدء عملية ترطيب الأسمنت، يتم امتصاص الماء، مما يؤثر على ترطيب الأسمنت وتغلغل نواتج الترطيب في الملاط. أما في حالة امتصاص القاعدة لكمية كبيرة من الماء، فيتدفق الماء من الملاط إلى القاعدة. وتكون سرعة انتقال الماء بطيئة، بل وتتشكل طبقة غنية بالماء بين الملاط والملاط، مما يؤثر أيضًا على قوة التماسك. لذلك، فإن استخدام طريقة الري الشائعة للقاعدة لن يفشل فقط في حل مشكلة امتصاص الماء العالي لقاعدة الجدار بشكل فعال، بل سيؤثر أيضًا على قوة الترابط بين الملاط والقاعدة، مما يؤدي إلى التجويف والتشقق.
3. متطلبات أنواع الملاط المختلفة للاحتفاظ بالماء
فيما يلي مقترحات لمعدلات الاحتفاظ بالماء لمنتجات ملاط التجصيص المستخدمة في منطقة معينة وفي المناطق ذات ظروف درجة الحرارة والرطوبة المماثلة.
① مونة تجصيص ذات امتصاص عالٍ للماء
تتميز الركائز ذات الامتصاص العالي للماء، والمتمثلة في الخرسانة المُهواة، بما في ذلك ألواح التقسيم الخفيفة المختلفة، والكتل الخرسانية، وغيرها، بقدرتها العالية على امتصاص الماء وطول عمرها. ويجب أن يتمتع ملاط التجصيص المستخدم في هذا النوع من الطبقات الأساسية بمعدل احتفاظ بالماء لا يقل عن 88%.
② مونة تجصيص ذات امتصاص منخفض للماء
تتميز الركائز منخفضة الامتصاص للماء، مثل الخرسانة المصبوبة في الموقع، بما في ذلك ألواح البوليسترين المستخدمة في عزل الجدران الخارجية، بانخفاض امتصاصها للماء. لذا، يجب ألا تقل نسبة احتفاظ الملاط المستخدم في تجصيص هذه الركائز بالماء عن 88%.
③ طبقة رقيقة من ملاط التجصيص
يشير مصطلح "التجصيص ذو الطبقة الرقيقة" إلى أعمال التجصيص التي تتراوح سماكة طبقة التجصيص فيها بين 3 و 8 ملم. يتميز هذا النوع من التجصيص بسهولة فقدان الرطوبة نظرًا لرقة طبقة التجصيص، مما يؤثر على سهولة الاستخدام والمتانة. أما بالنسبة للمونة المستخدمة في هذا النوع من التجصيص، فلا تقل نسبة احتفاظها بالماء عن 99%.
④ طبقة سميكة من ملاط التجصيص
يشير مصطلح "التجصيص ذو الطبقات السميكة" إلى أعمال التجصيص التي تتراوح فيها سماكة طبقة التجصيص الواحدة بين 8 و20 ملم. يتميز هذا النوع من أعمال التجصيص بمقاومته العالية لفقدان الماء بفضل سماكة طبقة التجصيص، لذا يجب ألا تقل نسبة احتفاظ ملاط التجصيص بالماء عن 88%.
⑤ معجون مقاوم للماء
يُستخدم المعجون المقاوم للماء كمادة تجصيص رقيقة للغاية، ويتراوح سمكه عادةً بين 1 و2 ملم. تتطلب هذه المواد خصائص احتفاظ عالية جدًا بالماء لضمان سهولة استخدامها وقوة تماسكها. بالنسبة لمواد المعجون، يجب ألا تقل نسبة احتفاظها بالماء عن 99%، كما يجب أن تكون نسبة احتفاظ المعجون المستخدم للجدران الخارجية أعلى من نسبة احتفاظ المعجون المستخدم للجدران الداخلية.
4. أنواع المواد الحافظة للماء
إيثر السليلوز
1) ميثيل السليلوز إيثر (MC)
2) هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز إيثر (HPMC)
3) هيدروكسي إيثيل سليلوز إيثر (HEC)
4) إيثر الكربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)
5) هيدروكسي إيثيل ميثيل سليلوز إيثر (HEMC)
إيثر النشا
1) إيثر النشا المعدل
2) غوار إيثر
مُثخِّن مُعدَّل يحتفظ بالماء المعدني (مونتموريلونيت، بنتونيت، إلخ).
خامساً، يركز ما يلي على أداء المواد المختلفة
1. إيثر السليلوز
1.1 لمحة عامة عن إيثر السليلوز
إيثر السليلوز مصطلح عام يشير إلى سلسلة من المنتجات الناتجة عن تفاعل السليلوز القلوي مع عامل الإيثرة في ظروف معينة. وتُنتج أنواع مختلفة من إيثرات السليلوز نتيجة استبدال ألياف السليلوز القلوية بعوامل إيثرة مختلفة. وبناءً على خصائص تأين بدائلها، يمكن تقسيم إيثرات السليلوز إلى فئتين: أيونية، مثل كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)، وغير أيونية، مثل ميثيل السليلوز (MC).
بحسب أنواع البدائل، يمكن تقسيم إيثرات السليلوز إلى إيثرات أحادية، مثل إيثر ميثيل السليلوز (MC)، وإيثرات مختلطة، مثل إيثر هيدروكسي إيثيل كاربوكسي ميثيل السليلوز (HECMC). وبحسب المذيبات المختلفة التي تذوب فيها، يمكن تقسيمها إلى نوعين: قابلة للذوبان في الماء وقابلة للذوبان في المذيبات العضوية.
1.2 أنواع السليلوز الرئيسية
كاربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)، درجة الاستبدال العملية: 0.4-1.4؛ عامل الأثير، حمض أحادي أوكسي أسيتيك؛ مذيب الإذابة، الماء؛
كاربوكسي ميثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز (CMHEC)، درجة الاستبدال العملية: 0.7-1.0؛ عامل الأثير، حمض أحادي أوكسي أسيتيك، أكسيد الإيثيلين؛ مذيب الإذابة، الماء؛
ميثيل السليلوز (MC)، درجة الاستبدال العملية: 1.5-2.4؛ عامل الأثير، كلوريد الميثيل؛ مذيب الإذابة، الماء؛
هيدروكسي إيثيل السليلوز (HEC)، درجة الاستبدال العملية: 1.3-3.0؛ عامل الأثير، أكسيد الإيثيلين؛ مذيب الإذابة، الماء؛
هيدروكسي إيثيل ميثيل سلولوز (HEMC)، درجة الاستبدال العملية: 1.5-2.0؛ عامل الأثير، أكسيد الإيثيلين، كلوريد الميثيل؛ مذيب الإذابة، الماء؛
هيدروكسي بروبيل السليلوز (HPC)، درجة الاستبدال العملية: 2.5-3.5؛ عامل الأثير، أكسيد البروبيلين؛ مذيب الإذابة، الماء؛
هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز (HPMC)، درجة الاستبدال العملية: 1.5-2.0؛ عامل الأثير، أكسيد البروبيلين، كلوريد الميثيل؛ مذيب الإذابة، الماء؛
إيثيل السليلوز (EC)، درجة الاستبدال العملية: 2.3-2.6؛ عامل الأثير، أحادي كلورو الإيثان؛ مذيب مذيب، مذيب عضوي؛
إيثيل هيدروكسي إيثيل السليلوز (EHEC)، درجة الاستبدال العملية: 2.4-2.8؛ عامل الأثير، أحادي كلورو الإيثان، أكسيد الإيثيلين؛ مذيب مذيب، مذيب عضوي؛
1.3 خصائص السليلوز
1.3.1 إيثر ميثيل السليلوز (MC)
① ميثيل السليلوز قابل للذوبان في الماء البارد، ويصعب ذوبانه في الماء الساخن. محلوله المائي مستقر للغاية في نطاق الأس الهيدروجيني من 3 إلى 12. يتميز بتوافقه الجيد مع النشا، وصمغ الغوار، والعديد من المواد الفعالة سطحياً. عند بلوغ درجة الحرارة درجة حرارة التجلط، يحدث التجلط.
٢- يعتمد احتفاظ ميثيل السليلوز بالماء على كميته المضافة، ولزوجته، ونعومة جزيئاته، ومعدل ذوبانه. عمومًا، كلما زادت الكمية المضافة، وقلّت النعومة، وزادت اللزوجة، ارتفع معدل الاحتفاظ بالماء. وتُعد الكمية المضافة العامل الأكثر تأثيرًا على الاحتفاظ بالماء، بينما لا تتناسب اللزوجة المنخفضة تناسبًا طرديًا مع مستوى الاحتفاظ بالماء. ويعتمد معدل الذوبان بشكل أساسي على درجة تعديل سطح جزيئات السليلوز ونعومة الجزيئات. ومن بين إيثرات السليلوز، يتميز ميثيل السليلوز بأعلى معدل احتفاظ بالماء.
٣- يؤثر تغير درجة الحرارة بشكل كبير على قدرة ميثيل السليلوز على الاحتفاظ بالماء. عمومًا، كلما ارتفعت درجة الحرارة، قلّت قدرة الاحتفاظ بالماء. إذا تجاوزت درجة حرارة الملاط ٤٠ درجة مئوية، ستكون قدرة ميثيل السليلوز على الاحتفاظ بالماء ضعيفة جدًا، مما سيؤثر سلبًا على عملية البناء.
④ يؤثر ميثيل السليلوز بشكل كبير على بنية وتماسك الملاط. ويُقصد بـ"التماسك" هنا قوة الالتصاق بين أداة التطبيق وسطح الجدار، أي مقاومة الملاط للقص. فكلما زادت قوة التماسك، زادت مقاومة الملاط للقص، مما يتطلب من العمال بذل جهد أكبر أثناء الاستخدام، وبالتالي يضعف أداء الملاط في البناء. أما في منتجات إيثر السليلوز، فيكون تماسك ميثيل السليلوز متوسطًا.
1.3.2 هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز إيثر (HPMC)
هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز هو منتج ألياف يتزايد إنتاجه واستهلاكه بسرعة في السنوات الأخيرة.
هو إيثر سليلوزي مختلط غير أيوني يُصنع من القطن المكرر بعد المعالجة القلوية، باستخدام أكسيد البروبيلين وكلوريد الميثيل كعوامل إيثرية، وذلك من خلال سلسلة من التفاعلات. تتراوح درجة الاستبدال عادةً بين 1.5 و2.0. وتختلف خصائصه تبعًا لاختلاف نسب محتوى الميثوكسيل والهيدروكسي بروبيل. فعند ارتفاع محتوى الميثوكسيل وانخفاض محتوى الهيدروكسي بروبيل، يكون أداؤه قريبًا من أداء ميثيل السليلوز؛ أما عند انخفاض محتوى الميثوكسيل وارتفاع محتوى الهيدروكسي بروبيل، فيكون أداؤه قريبًا من أداء هيدروكسي بروبيل السليلوز.
① يذوب هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز بسهولة في الماء البارد، ويصعب ذوبانه في الماء الساخن. إلا أن درجة حرارة تبلوره في الماء الساخن أعلى بكثير من درجة حرارة تبلور ميثيل السليلوز. كما أن ذوبانه في الماء البارد أفضل بكثير مقارنةً بميثيل السليلوز.
٢- ترتبط لزوجة هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بوزنه الجزيئي، فكلما زاد الوزن الجزيئي، زادت اللزوجة. كما تؤثر درجة الحرارة على لزوجته، فكلما ارتفعت درجة الحرارة، انخفضت اللزوجة. إلا أن لزوجته تتأثر بدرجة حرارة 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 وجود الأحماض والقلويات، ومحلوله المائي مستقر للغاية ضمن نطاق الأس الهيدروجيني من 2 إلى 12. لا يؤثر كل من الصودا الكاوية وماء الجير بشكل ملحوظ على أدائه، بينما قد تُسرّع القلويات من ذوبانه وتزيد من لزوجته قليلاً. كما يتميز هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز بثباته في وجود 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 البوليمرات القابلة للذوبان في الماء لتكوين محلول متجانس وشفاف ذي لزوجة عالية، 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.
1.3.3 إيثر 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 عند درجات حرارة عالية، ولكن قدرته على الاحتفاظ بالماء أقل من قدرة ميثيل السليلوز.
٢- يتميز هيدروكسي إيثيل السليلوز بثباته في وجود الأحماض والقلويات العامة. يمكن للقلويات تسريع ذوبانه وزيادة لزوجته قليلاً. وتُعد قابليته للتشتت في الماء أقل قليلاً من قابلية ميثيل السليلوز وهيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز.
③ يتميز هيدروكسي إيثيل السليلوز بأداء جيد في منع الترهل بالنسبة للملاط، ولكنه يحتاج إلى وقت أطول لتأخير الترهل بالنسبة للأسمنت.
④ من الواضح أن أداء هيدروكسي إيثيل السليلوز الذي تنتجه بعض الشركات المحلية أقل من أداء ميثيل السليلوز بسبب محتواه العالي من الماء ومحتواه العالي من الرماد.
1.3.4 يُصنع إيثر كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) من ألياف طبيعية (كالقطن والقنب وغيرها) بعد معالجتها بالقلويات، باستخدام أحادي كلورو أسيتات الصوديوم كعامل إيثرة، ثم يخضع لسلسلة من تفاعلات المعالجة لإنتاج إيثر السليلوز الأيوني. تتراوح درجة الاستبدال عادةً بين 0.4 و1.4، ويتأثر أداؤه بشكل كبير بدرجة الاستبدال.
① إن الكربوكسي ميثيل السليلوز شديد الاسترطاب، وسيحتوي على كمية كبيرة من الماء عند تخزينه في الظروف العامة.
٢- لن يُنتج محلول هيدروكسي ميثيل السليلوز المائي هلامًا، وستقل لزوجته مع ارتفاع درجة الحرارة. وعندما تتجاوز درجة الحرارة ٥٠ درجة مئوية، تصبح اللزوجة غير قابلة للانعكاس.
③ يتأثر استقراره بشكل كبير بدرجة الحموضة. عموماً، يمكن استخدامه في الملاط المصنوع من الجبس، ولكن ليس في الملاط المصنوع من الأسمنت. وعندما يكون شديد القلوية، يفقد لزوجته.
④ يتميز كربوكسي ميثيل السليلوز بقدرة أقل بكثير على الاحتفاظ بالماء مقارنةً بميثيل السليلوز. وله تأثير مثبط على الملاط الجصي ويقلل من قوته. ومع ذلك، فإن سعر كربوكسي ميثيل السليلوز أقل بكثير من سعر ميثيل السليلوز.
2. إيثر النشا المعدل
تُصنع إيثرات النشا المستخدمة عادةً في الملاط من بوليمرات طبيعية لبعض السكريات المتعددة، مثل البطاطا والذرة والكسافا وحبوب الغوار وغيرها. ومن إيثرات النشا الشائعة الاستخدام في الملاط: إيثر نشا هيدروكسي بروبيل، وإيثر نشا هيدروكسي ميثيل، وغيرها.
بشكل عام، تتميز إيثرات النشا المُعدّلة من البطاطس والذرة والكسافا بقدرة أقل بكثير على الاحتفاظ بالماء مقارنةً بإيثرات السليلوز. ونظرًا لاختلاف درجة تعديلها، فإنها تُظهر ثباتًا متفاوتًا تجاه الأحماض والقلويات. بعض هذه المنتجات مناسب للاستخدام في الملاط الجبسي، بينما لا يُمكن استخدام البعض الآخر في الملاط الأسمنتي. يُستخدم إيثر النشا في الملاط بشكل أساسي كمُكثّف لتحسين خاصية مقاومة الترهل، وتقليل التصاق الملاط الرطب، وإطالة فترة صلاحيته.
تُستخدم إيثرات النشا غالبًا مع السليلوز، مما يُضفي على المنتجين خصائص ومزايا مُكمّلة. ونظرًا لأن منتجات إيثرات النشا أرخص بكثير من إيثرات السليلوز، فإن استخدامها في الملاط يُسهم في خفض تكلفة تركيباته بشكل ملحوظ.
3. إيثر صمغ الغوار
إيثر صمغ الغوار هو نوع من عديد السكاريد المُؤَثَّر ذو خصائص مميزة، وهو مُعدَّل من حبوب الغوار الطبيعية. ويتم تكوينه بشكل أساسي من خلال تفاعل الأثير بين صمغ الغوار ومجموعات الأكريليك الوظيفية، مما ينتج عنه بنية تحتوي على مجموعات 2-هيدروكسي بروبيل الوظيفية، وهي بنية بولي جالاكتومانوز.
① بالمقارنة مع إيثر السليلوز، فإن إيثر صمغ الغوار أسهل في الذوبان في الماء. ولا يؤثر الرقم الهيدروجيني (pH) بشكل أساسي على أداء إيثر صمغ الغوار.
٢- في ظل ظروف اللزوجة المنخفضة والجرعة المنخفضة، يمكن استبدال إيثر السليلوز بصمغ الغوار بكمية مماثلة، مع احتفاظ مماثل بالماء. ولكن القوام، ومقاومة الترهل، والانسيابية، وغيرها، تتحسن بشكل ملحوظ.
③ في ظل ظروف اللزوجة العالية والجرعات الكبيرة، لا يمكن لصمغ الغوار أن يحل محل إيثر السليلوز، وسيؤدي الاستخدام المختلط للاثنين إلى أداء أفضل.
④ يمكن أن يؤدي استخدام صمغ الغوار في الملاط الجبسي إلى تقليل الالتصاق بشكل ملحوظ أثناء البناء، مما يجعل عملية البناء أكثر سلاسة. ولا يؤثر ذلك سلبًا على وقت التصلب أو قوة الملاط الجبسي.
⑤ عند وضع صمغ الغوار على ملاط البناء والتجصيص القائم على الأسمنت، فإنه يمكن أن يحل محل إيثر السليلوز بكمية متساوية، ويمنح الملاط مقاومة أفضل للترهل، وخاصية الانسيابية، ونعومة في البناء.
⑥في الملاط ذي اللزوجة العالية والمحتوى العالي من عامل الاحتفاظ بالماء، سيعمل صمغ الغوار وإيثر السليلوز معًا لتحقيق نتائج ممتازة.
⑦ يمكن أيضًا استخدام صمغ الغوار في منتجات مثل مواد لاصقة البلاط، ومواد تسوية الأرضيات، والمعجون المقاوم للماء، وملاط البوليمر لعزل الجدران.
4. مُكثِّف مُعدَّل يحتفظ بالماء المعدني
يُستخدم في الصين مُكثِّفٌ مُحتفظٌ بالماء مصنوعٌ من معادن طبيعية عبر التعديل والتركيب. ومن أهم المعادن المستخدمة في تحضير هذه المُكثِّفات: السيبيوليت، والبنتونيت، والمونتوموريلونيت، والكاولين، وغيرها. وتكتسب هذه المعادن خصائص مُعينة في الاحتفاظ بالماء وزيادة القوام من خلال تعديلها باستخدام عوامل الربط. ويتميز هذا النوع من المُكثِّفات المُحتفظة بالماء، والمُستخدم في الملاط، بالخصائص التالية.
① يمكن أن يحسن بشكل كبير أداء الملاط العادي، ويحل مشاكل ضعف قابلية تشغيل ملاط الأسمنت، وانخفاض قوة الملاط المختلط، وضعف مقاومة الماء.
② يمكن تركيب منتجات الملاط بمستويات قوة مختلفة للمباني الصناعية والمدنية العامة.
③ تكلفة المواد منخفضة.
④ يكون احتفاظ الماء أقل من احتفاظ الماء بالمواد العضوية، وقيمة الانكماش الجاف للملاط المُجهز كبيرة نسبيًا، كما أن التماسك ينخفض.
تاريخ النشر: 3 مارس 2023