মেশিন ব্লাস্টিং মর্টারের বৈশিষ্ট্যের উপর হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইল সেলুলোজ (HPMC)-এর প্রভাব

শিল্পের ক্রমাগত অগ্রগতি এবং প্রযুক্তির উন্নতির সাথে সাথে, বিদেশী মর্টার স্প্রেয়িং মেশিনের প্রবর্তন ও উন্নতির মাধ্যমে সাম্প্রতিক বছরগুলিতে আমার দেশে যান্ত্রিক স্প্রেয়িং এবং প্লাস্টারিং প্রযুক্তির ব্যাপক উন্নয়ন ঘটেছে। যান্ত্রিক স্প্রেয়িং মর্টার সাধারণ মর্টার থেকে ভিন্ন, যার জন্য উচ্চ জল ধারণ ক্ষমতা, উপযুক্ত তরলতা এবং নির্দিষ্ট পরিমাণে ঝুলে পড়া-রোধী ক্ষমতার প্রয়োজন হয়। সাধারণত, মর্টারের সাথে হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ যোগ করা হয়, যার মধ্যে সেলুলোজ ইথার (HPMC) সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয়। মর্টারে হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ HPMC-এর প্রধান কাজগুলো হলো: ঘন ও সান্দ্র করা, প্রবাহমানতা সামঞ্জস্য করা এবং চমৎকার জল ধারণ ক্ষমতা। তবে, HPMC-এর ত্রুটিগুলো উপেক্ষা করা যায় না। HPMC-এর একটি বায়ু-প্রবেশকারী প্রভাব রয়েছে, যা আরও বেশি অভ্যন্তরীণ ত্রুটির কারণ হয় এবং মর্টারের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যকে মারাত্মকভাবে হ্রাস করে। শানডং চেনবাং ফাইন কেমিক্যাল কোং, লিমিটেড, মর্টারের জল ধারণ হার, ঘনত্ব, বায়ু ধারণক্ষমতা এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উপর HPMC-এর প্রভাব স্থূল দৃষ্টিকোণ থেকে এবং মর্টারের L কাঠামোর উপর হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ HPMC-এর প্রভাব আণুবীক্ষণিক দৃষ্টিকোণ থেকে অধ্যয়ন করেছে।

১. পরীক্ষা

১.১ কাঁচামাল

সিমেন্ট: বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ পি.ও ৪২.৫ সিমেন্ট, এর ২৮ দিনের ফ্লেক্সারাল এবং কম্প্রেসিভ শক্তি যথাক্রমে ৬.৯ এবং ৪৮.২ মেগাপ্যাসকেল; বালি: চেংদে নদীর মিহি বালি, ৪০-১০০ মেশ; সেলুলোজ ইথার: শানডং চেনবাং ফাইন কেমিক্যাল কোং, লিমিটেড দ্বারা উৎপাদিত হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ ইথার, সাদা পাউডার, নামমাত্র সান্দ্রতা ৪০, ১০০, ১৫০, ২০০ প্যাসকেল-সেকেন্ড; পানি: পরিষ্কার কলের পানি।

১.২ পরীক্ষার পদ্ধতি

JGJ/T 105-2011 “যান্ত্রিক স্প্রেয়িং এবং প্লাস্টারিং-এর নির্মাণ বিধিমালা” অনুসারে, মর্টারের সামঞ্জস্যতা ৮০-১২০ মিমি এবং জল ধারণ ক্ষমতা ৯০%-এর বেশি। এই পরীক্ষায়, চুন-বালির অনুপাত ১:৫ নির্ধারণ করা হয়েছিল, সামঞ্জস্যতা (৯৩+২) মিমি-তে নিয়ন্ত্রণ করা হয়েছিল, এবং সেলুলোজ ইথার বাইরে থেকে মেশানো হয়েছিল, এবং মিশ্রণের পরিমাণ সিমেন্টের ভরের উপর ভিত্তি করে নির্ধারণ করা হয়েছিল। মর্টারের মৌলিক বৈশিষ্ট্য যেমন ভেজা ঘনত্ব, বায়ু ধারণক্ষমতা, জল ধারণ ক্ষমতা এবং সামঞ্জস্যতা JGJ 70-2009 “বিল্ডিং মর্টারের মৌলিক বৈশিষ্ট্য পরীক্ষার পদ্ধতি”-এর রেফারেন্সে পরীক্ষা করা হয়, এবং ঘনত্ব পদ্ধতি অনুসারে বায়ু ধারণক্ষমতা পরীক্ষা ও গণনা করা হয়। নমুনাগুলির প্রস্তুতি, ফ্লেক্সারাল এবং কম্প্রেসিভ শক্তি পরীক্ষা GB/T 17671-1999 “সিমেন্ট মর্টার স্যান্ডের শক্তি পরীক্ষার পদ্ধতি (আইএসও পদ্ধতি)” অনুসারে করা হয়েছিল। মার্কারি পোরোসিমেট্রির মাধ্যমে লার্ভার ব্যাস পরিমাপ করা হয়েছিল। মার্কারি পোরোসিমিটারের মডেলটি ছিল অটোপোর ৯৫০০, এবং পরিমাপের পরিসীমা ছিল ৫.৫ ন্যানোমিটার-৩৬০ মাইক্রোমিটার। মোট ৪ সেট পরীক্ষা চালানো হয়েছিল। সিমেন্ট-বালির অনুপাত ছিল ১:৫, এইচপিএমসি-এর সান্দ্রতা ছিল ১০০ প্যাসকেল-সেকেন্ড, এবং ডোজ ছিল ০, ০.১%, ০.২%, ০.৩% (সংখ্যাগুলো যথাক্রমে এ, বি, সি, ডি)।

২. ফলাফল ও বিশ্লেষণ

২.১ সিমেন্ট মর্টারের জল ধারণ হারের উপর HPMC-এর প্রভাব

জল ধারণ ক্ষমতা বলতে মর্টারের জল ধরে রাখার ক্ষমতাকে বোঝায়। মেশিনে স্প্রে করা মর্টারে, সেলুলোজ ইথার যোগ করলে তা কার্যকরভাবে জল ধরে রাখতে পারে, ব্লিডিং-এর হার কমাতে পারে এবং সিমেন্ট-ভিত্তিক উপকরণের সম্পূর্ণ হাইড্রেশনের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে। মর্টারের জল ধারণ ক্ষমতার উপর HPMC-এর প্রভাব।

HPMC-এর পরিমাণ বৃদ্ধির সাথে সাথে মর্টারের জল ধারণ ক্ষমতা ক্রমান্বয়ে বৃদ্ধি পায়। ১০০, ১৫০ এবং ২০০ Pa.s সান্দ্রতার হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ ইথারের বক্ররেখাগুলো মূলত একই রকম। যখন এর পরিমাণ ০.০৫%-০.১৫% হয়, তখন জল ধারণ ক্ষমতা রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পায়, এবং যখন এর পরিমাণ ০.১৫% হয়, তখন জল ধারণ ক্ষমতা ৯৩%-এর বেশি হয়। যখন কণার পরিমাণ ০.২০%-এর বেশি হয়, তখন জল ধারণ ক্ষমতার বৃদ্ধির প্রবণতা সমতল হয়ে যায়, যা নির্দেশ করে যে HPMC-এর পরিমাণ সম্পৃক্ততার কাছাকাছি পৌঁছেছে। ৪০ Pa.s সান্দ্রতার HPMC-এর পরিমাণের জল ধারণ ক্ষমতার উপর প্রভাবের বক্ররেখাটি প্রায় একটি সরলরেখা। যখন এর পরিমাণ ০.১৫%-এর বেশি হয়, তখন মর্টারের জল ধারণ ক্ষমতা একই সান্দ্রতার অন্য তিন ধরনের HPMC-এর তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে কম হয়। সাধারণত বিশ্বাস করা হয় যে সেলুলোজ ইথারের জল ধারণের প্রক্রিয়াটি হলো: সেলুলোজ ইথার অণুতে থাকা হাইড্রোক্সিল গ্রুপ এবং ইথার বন্ধনে থাকা অক্সিজেন পরমাণু জলের অণুর সাথে যুক্ত হয়ে একটি হাইড্রোজেন বন্ধন তৈরি করে, যার ফলে মুক্ত জল আবদ্ধ জলে পরিণত হয় এবং এভাবে এটি একটি ভালো জল ধারণ প্রভাব ফেলে; আরও বিশ্বাস করা হয় যে, জলের অণু এবং সেলুলোজ ইথার আণবিক শৃঙ্খলের মধ্যে আন্তঃপ্রসারণের ফলে জলের অণুগুলো সেলুলোজ ইথার ম্যাক্রোমলিকুলার শৃঙ্খলের অভ্যন্তরে প্রবেশ করতে পারে এবং শক্তিশালী বন্ধন শক্তির অধীন হয়, যার ফলে সিমেন্ট স্লারির জল ধারণ ক্ষমতা উন্নত হয়। চমৎকার জল ধারণ ক্ষমতা মর্টারকে সমসত্ত্ব রাখতে পারে, সহজে আলাদা হতে দেয় না এবং ভালো মিশ্রণ কার্যকারিতা প্রদান করে, একই সাথে যান্ত্রিক ক্ষয় কমায় এবং মর্টার স্প্রে করার মেশিনের আয়ু বাড়ায়।

২.২ সিমেন্ট মর্টারের ঘনত্ব এবং বায়ু ধারণক্ষমতার উপর হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ (HPMC)-এর প্রভাব

যখন HPMC-এর পরিমাণ ০-০.২০% থাকে, তখন HPMC-এর পরিমাণ বৃদ্ধির সাথে সাথে মর্টারের ঘনত্ব তীব্রভাবে হ্রাস পায়, যা ২০৫০ কেজি/মি³ থেকে প্রায় ১৬৫০ কেজি/মি³-এ নেমে আসে, অর্থাৎ প্রায় ২০% কম; যখন HPMC-এর পরিমাণ ০.২০% অতিক্রম করে, তখন ঘনত্ব স্থিরভাবে হ্রাস পায়। বিভিন্ন সান্দ্রতার ৪ ধরনের HPMC-এর তুলনা করলে দেখা যায়, সান্দ্রতা যত বেশি, মর্টারের ঘনত্ব তত কম; ১৫০ এবং ২০০ Pa.s HPMC-এর মিশ্র সান্দ্রতার মর্টারগুলোর ঘনত্বের বক্ররেখাগুলো মূলত একে অপরের উপর উপরিপাতিত হয়, যা নির্দেশ করে যে HPMC-এর সান্দ্রতা ক্রমাগত বাড়তে থাকলে ঘনত্ব আর হ্রাস পায় না।

মর্টারের বায়ু ধারণক্ষমতার পরিবর্তনের নিয়মটি এর ঘনত্বের পরিবর্তনের বিপরীত। যখন হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ (HPMC)-এর পরিমাণ ০-০.২০% থাকে, তখন HPMC-এর পরিমাণ বৃদ্ধির সাথে সাথে মর্টারের বায়ু ধারণক্ষমতা প্রায় রৈখিকভাবে বৃদ্ধি পায়; HPMC-এর পরিমাণ ০.২০% অতিক্রম করার পর বায়ু ধারণক্ষমতার তেমন কোনো পরিবর্তন হয় না, যা নির্দেশ করে যে মর্টারের বায়ু ধারণ ক্ষমতা সম্পৃক্ততার কাছাকাছি পৌঁছেছে। ১৫০ এবং ২০০ Pa.s সান্দ্রতার HPMC-এর বায়ু ধারণ ক্ষমতা ৪০ এবং ১০০ Pa.s সান্দ্রতার HPMC-এর চেয়ে বেশি।

সেলুলোজ ইথারের বায়ু প্রবেশ করানোর ক্ষমতা প্রধানত এর আণবিক গঠন দ্বারা নির্ধারিত হয়। সেলুলোজ ইথারে হাইড্রোফিলিক গ্রুপ (হাইড্রোক্সিল, ইথার) এবং হাইড্রোফোবিক গ্রুপ (মিথাইল, গ্লুকোজ রিং) উভয়ই থাকে এবং এটি একটি সারফ্যাক্ট্যান্ট হওয়ায় এর পৃষ্ঠীয় সক্রিয়তা রয়েছে, ফলে এটি বায়ু প্রবেশ করানোর ক্ষমতা রাখে। একদিকে, প্রবেশ করানো গ্যাস মর্টারের মধ্যে বল বিয়ারিং-এর মতো কাজ করতে পারে, মর্টারের কার্যক্ষমতা উন্নত করতে পারে, এর আয়তন বাড়াতে পারে এবং উৎপাদন বৃদ্ধি করতে পারে, যা প্রস্তুতকারকের জন্য সুবিধাজনক। কিন্তু অন্যদিকে, বায়ু প্রবেশ করানোর প্রভাব মর্টারের বায়ুর পরিমাণ এবং জমাট বাঁধার পর এর ছিদ্রতা বাড়িয়ে দেয়, যার ফলে ক্ষতিকর ছিদ্রের সংখ্যা বৃদ্ধি পায় এবং এর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য ব্যাপকভাবে হ্রাস পায়। যদিও এইচপিএমসি-র একটি নির্দিষ্ট বায়ু প্রবেশ করানোর ক্ষমতা রয়েছে, এটি বায়ু প্রবেশ করানোর এজেন্টের বিকল্প হতে পারে না। এছাড়াও, যখন এইচপিএমসি এবং বায়ু প্রবেশ করানোর এজেন্ট একই সাথে ব্যবহার করা হয়, তখন বায়ু প্রবেশ করানোর এজেন্টটি ব্যর্থ হতে পারে।

২.৩ সিমেন্ট মর্টারের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উপর HPMC-এর প্রভাব

যখন HPMC-এর পরিমাণ মাত্র ০.০৫% হয়, তখন মর্টারের ফ্লেক্সারাল স্ট্রেংথ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়, যা হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ HPMC ছাড়া ব্ল্যাঙ্ক নমুনার তুলনায় প্রায় ২৫% কম, এবং কম্প্রেসিভ স্ট্রেংথ ব্ল্যাঙ্ক নমুনার মাত্র ৬৫% থেকে ৮০% পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে। যখন HPMC-এর পরিমাণ ০.২০% ছাড়িয়ে যায়, তখন মর্টারের ফ্লেক্সারাল স্ট্রেংথ এবং কম্প্রেসিভ স্ট্রেংথের হ্রাস তেমন স্পষ্ট হয় না। মর্টারের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উপর HPMC-এর সান্দ্রতার প্রভাব সামান্য। HPMC প্রচুর পরিমাণে ক্ষুদ্র বায়ু বুদবুদ তৈরি করে, এবং মর্টারের উপর এই বায়ু-প্রবেশ প্রভাব মর্টারের অভ্যন্তরীণ ছিদ্রতা এবং ক্ষতিকর ছিদ্র বাড়িয়ে দেয়, যার ফলে কম্প্রেসিভ স্ট্রেংথ এবং ফ্লেক্সারাল স্ট্রেংথ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। মর্টারের শক্তি হ্রাসের আরেকটি কারণ হলো সেলুলোজ ইথারের জল ধারণ প্রভাব, যা জমাট বাঁধা মর্টারের মধ্যে জল ধরে রাখে, এবং জল-বাইন্ডার অনুপাত বেশি হলে পরীক্ষামূলক ব্লকের শক্তি হ্রাস পায়। যান্ত্রিক নির্মাণ মর্টারের ক্ষেত্রে, যদিও সেলুলোজ ইথার মর্টারের জল ধারণ ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে বাড়াতে এবং এর কার্যক্ষমতা উন্নত করতে পারে, তবে এর মাত্রা খুব বেশি হলে তা মর্টারের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যকে মারাত্মকভাবে প্রভাবিত করবে, তাই উভয়ের মধ্যে সম্পর্কটি যুক্তিসঙ্গতভাবে বিবেচনা করা উচিত।

হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ (HPMC)-এর পরিমাণ বৃদ্ধির সাথে সাথে মর্টারের ভাঁজ হওয়ার অনুপাত সামগ্রিকভাবে একটি ক্রমবর্ধমান প্রবণতা দেখায়, যা মূলত একটি রৈখিক সম্পর্ক। এর কারণ হলো, সংযোজিত সেলুলোজ ইথার প্রচুর পরিমাণে বায়ু বুদবুদ তৈরি করে, যা মর্টারের অভ্যন্তরে আরও বেশি ত্রুটি সৃষ্টি করে এবং গাইড রোজ মর্টারের সংকোচন শক্তি তীব্রভাবে হ্রাস পায়, যদিও নমন শক্তিও কিছুটা কমে যায়; কিন্তু সেলুলোজ ইথার মর্টারের নমনীয়তা বাড়াতে পারে, যা নমন শক্তির জন্য উপকারী এবং এর ফলে হ্রাসের হার ধীর হয়ে যায়। সামগ্রিকভাবে বিবেচনা করলে, এই দুটির সম্মিলিত প্রভাব ভাঁজ হওয়ার অনুপাত বৃদ্ধিতে ভূমিকা রাখে।

২.৪ মর্টারের L ব্যাসের উপর HPMC-এর প্রভাব

AD নমুনাগুলির ছিদ্রের আকার বন্টন রেখাচিত্র, ছিদ্রের আকার বন্টন উপাত্ত এবং বিভিন্ন পরিসংখ্যানগত পরামিতি থেকে দেখা যায় যে, সিমেন্ট মর্টারের ছিদ্র কাঠামোর উপর HPMC-এর একটি ব্যাপক প্রভাব রয়েছে:

(1) HPMC যোগ করার পর, সিমেন্ট মর্টারের ছিদ্রের আকার উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়। ছিদ্রের আকার বন্টন রেখাচিত্রে, চিত্রের ক্ষেত্রটি ডানদিকে সরে যায় এবং শীর্ষ মানের সাথে সম্পর্কিত ছিদ্রের মান বড় হয়ে যায়। HPMC যোগ করার পর, সিমেন্ট মর্টারের মধ্যক ছিদ্র ব্যাস ফাঁকা নমুনার তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বড় হয় এবং 0.3% মাত্রার নমুনার মধ্যক ছিদ্র ব্যাস ফাঁকা নমুনার তুলনায় 2 মাত্রা বৃদ্ধি পায়।

(2) কংক্রিটের ছিদ্রগুলিকে চারটি ভাগে ভাগ করা হয়েছে, যথা ক্ষতিকারক নয় এমন ছিদ্র (≤20 nm), কম ক্ষতিকারক ছিদ্র (20-100 nm), ক্ষতিকারক ছিদ্র (100-200 nm) এবং অনেক ক্ষতিকারক ছিদ্র (≥200 nm)। সারণি 1 থেকে দেখা যায় যে HPMC যোগ করার পরে ক্ষতিকারক নয় এমন ছিদ্র বা কম ক্ষতিকারক ছিদ্রের সংখ্যা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেয়েছে এবং ক্ষতিকারক ছিদ্র বা অনেক ক্ষতিকারক ছিদ্রের সংখ্যা বৃদ্ধি পেয়েছে। HPMC মেশানো হয়নি এমন নমুনাগুলিতে ক্ষতিকারক নয় এমন ছিদ্র বা কম ক্ষতিকারক ছিদ্র প্রায় 49.4%। HPMC যোগ করার পরে, ক্ষতিকারক নয় এমন ছিদ্র বা কম ক্ষতিকারক ছিদ্র উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেয়েছে। 0.1% মাত্রাকে উদাহরণ হিসাবে নিলে, ক্ষতিকারক নয় এমন ছিদ্র বা কম ক্ষতিকারক ছিদ্র প্রায় 45% হ্রাস পেয়েছে, 10um এর চেয়ে বড় ক্ষতিকারক ছিদ্রের সংখ্যা প্রায় 9 গুণ বৃদ্ধি পেয়েছে।

(3) হাইড্রোক্সিপ্রোপাইল মিথাইলসেলুলোজ (HPMC) এর পরিমাণ বৃদ্ধির সাথে সাথে মধ্যক ছিদ্র ব্যাস, গড় ছিদ্র ব্যাস, নির্দিষ্ট ছিদ্র আয়তন এবং নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল খুব কঠোর পরিবর্তনের নিয়ম অনুসরণ করে না, যা পারদ ইনজেকশন পরীক্ষায় নমুনা নির্বাচনের সাথে সম্পর্কিত হতে পারে। এটি বৃহৎ বিচ্ছুরণের সাথে সম্পর্কিত। কিন্তু সামগ্রিকভাবে, HPMC মিশ্রিত নমুনার মধ্যক ছিদ্র ব্যাস, গড় ছিদ্র ব্যাস এবং নির্দিষ্ট ছিদ্র আয়তন ফাঁকা নমুনার তুলনায় বৃদ্ধি পাওয়ার প্রবণতা দেখায়, যখন নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল হ্রাস পায়।