Με τη συνεχή πρόοδο της βιομηχανίας και τη βελτίωση της τεχνολογίας, μέσω της εισαγωγής και βελτίωσης ξένων μηχανημάτων ψεκασμού κονιαμάτων, η τεχνολογία μηχανικού ψεκασμού και σοβατίσματος έχει αναπτυχθεί σημαντικά στη χώρα μου τα τελευταία χρόνια. Το κονίαμα μηχανικού ψεκασμού διαφέρει από το συνηθισμένο κονίαμα, το οποίο απαιτεί υψηλή απόδοση συγκράτησης νερού, κατάλληλη ρευστότητα και ορισμένη απόδοση κατά της χαλάρωσης. Συνήθως, στο κονίαμα προστίθεται υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη, εκ των οποίων ο αιθέρας κυτταρίνης (HPMC) είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος. Οι κύριες λειτουργίες της υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης HPMC στο κονίαμα είναι: η πύκνωση και η ιξώδης μετατροπή, η ρύθμιση της ρεολογίας και η εξαιρετική ικανότητα συγκράτησης νερού. Ωστόσο, τα μειονεκτήματα της HPMC δεν μπορούν να αγνοηθούν. Η HPMC έχει μια επίδραση εγκλωβισμού αέρα, η οποία θα προκαλέσει περισσότερα εσωτερικά ελαττώματα και θα μειώσει σημαντικά τις μηχανικές ιδιότητες του κονιάματος. Η Shandong Chenbang Fine Chemical Co., Ltd. μελέτησε την επίδραση της HPMC στον ρυθμό συγκράτησης νερού, την πυκνότητα, την περιεκτικότητα σε αέρα και τις μηχανικές ιδιότητες του κονιάματος από μακροσκοπική άποψη και μελέτησε την επίδραση της υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης HPMC στη δομή L του κονιάματος από μικροσκοπική άποψη.
1. Δοκιμή
1.1 Πρώτες ύλες
Τσιμέντο: εμπορικά διαθέσιμο τσιμέντο P.0 42.5, με αντοχή σε κάμψη και θλίψη 28d 6,9 και 48,2 MPa αντίστοιχα· άμμος: λεπτή άμμος ποταμού Chengde, 40-100 mesh· αιθέρας κυτταρίνης: παράγεται από την Shandong Chenbang Fine Chemical Co., Ltd. Αιθέρας υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης, λευκή σκόνη, ονομαστικό ιξώδες 40, 100, 150, 200 Pa-s· νερό: καθαρό νερό βρύσης.
1.2 Μέθοδος δοκιμής
Σύμφωνα με το JGJ/T 105-2011 «Κανονισμοί Κατασκευών για Μηχανικό Ψεκασμό και Σοβάτισμα», η συνοχή του κονιάματος είναι 80-120 mm και ο ρυθμός κατακράτησης νερού είναι μεγαλύτερος από 90%. Σε αυτό το πείραμα, η αναλογία ασβέστη-άμμου ορίστηκε στο 1:5, η συνοχή ελέγχθηκε στα (93+2) mm και ο αιθέρας κυτταρίνης αναμείχθηκε εξωτερικά και η ποσότητα ανάμειξης βασίστηκε στη μάζα του τσιμέντου. Οι βασικές ιδιότητες του κονιάματος, όπως η υγρή πυκνότητα, η περιεκτικότητα σε αέρα, η κατακράτηση νερού και η συνοχή, ελέγχονται με αναφορά στο JGJ 70-2009 «Μέθοδοι Δοκιμής για Βασικές Ιδιότητες Κονιάματος Δόμησης», και η περιεκτικότητα σε αέρα ελέγχεται και υπολογίζεται σύμφωνα με τη μέθοδο πυκνότητας. Η προετοιμασία, οι δοκιμές αντοχής σε κάμψη και θλίψη των δειγμάτων πραγματοποιήθηκαν σύμφωνα με το GB/T 17671-1999 «Μέθοδοι Δοκιμής της Αντοχής της Άμμου Τσιμεντοκονιάματος (Μέθοδος ISO)». Η διάμετρος των προνυμφών μετρήθηκε με ποροσιμετρία υδραργύρου. Το μοντέλο του ποροσιμέτρου υδραργύρου ήταν AUTOPORE 9500 και το εύρος μέτρησης ήταν 5,5 nm-360 μm. Πραγματοποιήθηκαν συνολικά 4 σετ δοκιμών. Η αναλογία τσιμέντου-άμμου ήταν 1:5, το ιξώδες του HPMC ήταν 100 Pa-s και η δοσολογία 0, 0,1%, 0,2%, 0,3% (οι αριθμοί είναι A, B, C, D αντίστοιχα).
2. Αποτελέσματα και ανάλυση
2.1 Επίδραση της HPMC στον ρυθμό κατακράτησης νερού του τσιμεντοκονιάματος
Η κατακράτηση νερού αναφέρεται στην ικανότητα του κονιάματος να συγκρατεί νερό. Στο κονίαμα που ψεκάζεται με μηχανή, η προσθήκη αιθέρα κυτταρίνης μπορεί να συγκρατήσει αποτελεσματικά το νερό, να μειώσει τον ρυθμό διαρροής και να καλύψει τις απαιτήσεις πλήρους ενυδάτωσης των υλικών με βάση το τσιμέντο. Επίδραση της HPMC στην κατακράτηση νερού του κονιάματος.
Με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPMC, ο ρυθμός κατακράτησης νερού του κονιάματος αυξάνεται σταδιακά. Οι καμπύλες του αιθέρα υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης με ιξώδες 100, 150 και 200 Pa.s είναι βασικά οι ίδιες. Όταν η περιεκτικότητα είναι 0,05%-0,15%, ο ρυθμός κατακράτησης νερού αυξάνεται γραμμικά και όταν η περιεκτικότητα είναι 0,15%, ο ρυθμός κατακράτησης νερού είναι μεγαλύτερος από 93%. Όταν η ποσότητα των κόκκων υπερβαίνει το 0,20%, η αυξανόμενη τάση του ρυθμού κατακράτησης νερού γίνεται επίπεδη, υποδεικνύοντας ότι η ποσότητα HPMC είναι κοντά στον κορεσμό. Η καμπύλη επιρροής της ποσότητας HPMC με ιξώδες 40 Pa.s στον ρυθμό κατακράτησης νερού είναι περίπου ευθεία γραμμή. Όταν η ποσότητα είναι μεγαλύτερη από 0,15%, ο ρυθμός κατακράτησης νερού του κονιάματος είναι σημαντικά χαμηλότερος από αυτόν των άλλων τριών τύπων HPMC με την ίδια ποσότητα ιξώδους. Πιστεύεται γενικά ότι ο μηχανισμός συγκράτησης νερού του αιθέρα κυτταρίνης είναι: η υδροξυλομάδα στο μόριο του αιθέρα κυτταρίνης και το άτομο οξυγόνου στον δεσμό αιθέρα θα συνδεθούν με το μόριο του νερού για να σχηματίσουν έναν δεσμό υδρογόνου, έτσι ώστε το ελεύθερο νερό να γίνει δεσμευμένο νερό, παίζοντας έτσι ένα καλό αποτέλεσμα συγκράτησης νερού. Πιστεύεται επίσης ότι η αλληλοδιάχυση μεταξύ των μορίων νερού και των μοριακών αλυσίδων του αιθέρα κυτταρίνης επιτρέπει στα μόρια νερού να εισέλθουν στο εσωτερικό των μακρομοριακών αλυσίδων του αιθέρα κυτταρίνης και να υποβληθούν σε ισχυρές δυνάμεις σύνδεσης, βελτιώνοντας έτσι τη συγκράτηση νερού του πολτού τσιμέντου. Η εξαιρετική συγκράτηση νερού μπορεί να διατηρήσει το κονίαμα ομοιογενές, να μην διαχωρίζεται εύκολα, και να επιτύχει καλή απόδοση ανάμειξης, μειώνοντας παράλληλα τη μηχανική φθορά και αυξάνοντας τη διάρκεια ζωής της μηχανής ψεκασμού κονιάματος.
2.2 Η επίδραση της υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνης HPMC στην πυκνότητα και την περιεκτικότητα σε αέρα του τσιμεντοκονιάματος
Όταν η ποσότητα HPMC είναι 0-0,20%, η πυκνότητα του κονιάματος μειώνεται απότομα με την αύξηση της ποσότητας HPMC, από 2050 kg/m3 σε περίπου 1650 kg/m3, η οποία είναι περίπου 20% χαμηλότερη. Όταν η ποσότητα HPMC υπερβαίνει το 0,20%, η πυκνότητα μειώνεται σε ηρεμία. Συγκρίνοντας τα 4 είδη HPMC με διαφορετικά ιξώδη, όσο υψηλότερο είναι το ιξώδες, τόσο χαμηλότερη είναι η πυκνότητα του κονιάματος. Οι καμπύλες πυκνότητας των κονιαμάτων με τα μικτά ιξώδη των 150 και 200 Pa.s HPMC ουσιαστικά επικαλύπτονται, υποδεικνύοντας ότι καθώς το ιξώδες του HPMC συνεχίζει να αυξάνεται, η πυκνότητα δεν μειώνεται πλέον.
Ο νόμος μεταβολής της περιεκτικότητας σε αέρα του κονιάματος είναι αντίθετος με την μεταβολή της πυκνότητας του κονιάματος. Όταν η περιεκτικότητα σε υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη HPMC είναι 0-0,20%, με την αύξηση της περιεκτικότητας σε HPMC, η περιεκτικότητα σε αέρα του κονιάματος αυξάνεται σχεδόν γραμμικά. Η περιεκτικότητα σε HPMC υπερβαίνει το 0,20%, η περιεκτικότητα σε αέρα αλλάζει ελάχιστα, υποδεικνύοντας ότι η επίδραση συμπίεσης αέρα του κονιάματος είναι κοντά στον κορεσμό. Η επίδραση συμπίεσης αέρα του HPMC με ιξώδες 150 και 200 Pa.s είναι μεγαλύτερη από αυτή του HPMC με ιξώδες 40 και 100 Pa.s.
Η αεροσυμπυκνωτική δράση του αιθέρα κυτταρίνης καθορίζεται κυρίως από τη μοριακή του δομή. Ο αιθέρας κυτταρίνης έχει τόσο υδρόφιλες ομάδες (υδροξύλιο, αιθέρας) όσο και υδρόφοβες ομάδες (μεθυλ, δακτύλιος γλυκόζης) και είναι επιφανειοδραστικό. , έχει επιφανειακή δραστικότητα, έχοντας έτσι αεροσυμπυκνωτική δράση. Αφενός, το εισαγόμενο αέριο μπορεί να λειτουργήσει ως ρουλεμάν στο κονίαμα, βελτιώνοντας την απόδοση εργασίας του κονιάματος, αυξάνοντας τον όγκο και την απόδοση, κάτι που είναι επωφελές για τον κατασκευαστή. Αλλά αφετέρου, η αεροσυμπυκνωτική δράση αυξάνει την περιεκτικότητα σε αέρα του κονιάματος και το πορώδες μετά τη σκλήρυνση, με αποτέλεσμα την αύξηση των επιβλαβών πόρων και τη σημαντική μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων. Αν και η HPMC έχει μια ορισμένη αεροσυμπυκνωτική δράση, δεν μπορεί να αντικαταστήσει τον αεροσυμπυκνωτικό παράγοντα. Επιπλέον, όταν η HPMC και ο αεροσυμπυκνωτικός παράγοντας χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα, ο αεροσυμπυκνωτικός παράγοντας μπορεί να αποτύχει.
2.3 Η επίδραση του HPMC στις μηχανικές ιδιότητες του τσιμεντοκονιάματος
Όταν η ποσότητα της HPMC είναι μόνο 0,05%, η αντοχή σε κάμψη του κονιάματος μειώνεται σημαντικά, η οποία είναι περίπου 25% χαμηλότερη από αυτή του τυφλού δείγματος χωρίς υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη HPMC, και η αντοχή σε θλίψη μπορεί να φτάσει μόνο το 65% του τυφλού δείγματος -80%. Όταν η ποσότητα της HPMC υπερβαίνει το 0,20%, η μείωση της αντοχής σε κάμψη και της αντοχής σε θλίψη του κονιάματος δεν είναι προφανής. Το ιξώδες της HPMC έχει μικρή επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες του κονιάματος. Η HPMC εισάγει πολλές μικροσκοπικές φυσαλίδες αέρα και η επίδραση παρασυρόμενου αέρα στο κονίαμα αυξάνει το εσωτερικό πορώδες και τους επιβλαβείς πόρους του κονιάματος, με αποτέλεσμα σημαντική μείωση της αντοχής σε θλίψη και της αντοχής σε κάμψη. Ένας άλλος λόγος για τη μείωση της αντοχής του κονιάματος είναι η επίδραση συγκράτησης νερού του αιθέρα κυτταρίνης, η οποία διατηρεί το νερό στο σκληρυμένο κονίαμα, και η μεγάλη αναλογία νερού-συνδετικού οδηγεί σε μείωση της αντοχής του μπλοκ δοκιμής. Για το κονίαμα μηχανικής κατασκευής, αν και ο αιθέρας κυτταρίνης μπορεί να αυξήσει σημαντικά τον ρυθμό κατακράτησης νερού του κονιάματος και να βελτιώσει την εργασιμότητά του, εάν η δόση είναι πολύ μεγάλη, θα επηρεάσει σοβαρά τις μηχανικές ιδιότητες του κονιάματος, επομένως η σχέση μεταξύ των δύο πρέπει να ζυγίζεται λογικά.
Με την αύξηση της περιεκτικότητας σε υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη HPMC, ο λόγος αναδίπλωσης του κονιάματος παρουσίασε μια συνολική αυξητική τάση, η οποία ήταν ουσιαστικά μια γραμμική σχέση. Αυτό συμβαίνει επειδή ο προστιθέμενος αιθέρας κυτταρίνης εισάγει μεγάλο αριθμό φυσαλίδων αέρα, γεγονός που προκαλεί περισσότερα ελαττώματα στο εσωτερικό του κονιάματος, και η αντοχή σε θλίψη του κονιάματος με οδηγό τριαντάφυλλο μειώνεται απότομα, αν και η αντοχή σε κάμψη μειώνεται επίσης σε κάποιο βαθμό. Ωστόσο, ο αιθέρας κυτταρίνης μπορεί να βελτιώσει την ευκαμψία του κονιάματος. Είναι ευεργετικός για την αντοχή σε κάμψη, γεγονός που επιβραδύνει τον ρυθμό μείωσης. Λαμβάνοντας υπόψη συνολικά, η συνδυασμένη επίδραση των δύο οδηγεί σε αύξηση του λόγου αναδίπλωσης.
2.4 Η επίδραση του HPMC στη διάμετρο L του κονιάματος
Από την καμπύλη κατανομής μεγέθους πόρων, τα δεδομένα κατανομής μεγέθους πόρων και διάφορες στατιστικές παραμέτρους των δειγμάτων AD, μπορεί να φανεί ότι η HPMC έχει μεγάλη επίδραση στη δομή πόρων του τσιμεντοκονιάματος:
(1) Μετά την προσθήκη HPMC, το μέγεθος των πόρων του τσιμεντοκονιάματος αυξάνεται σημαντικά. Στην καμπύλη κατανομής μεγέθους πόρων, η περιοχή της εικόνας μετακινείται προς τα δεξιά και η τιμή πόρων που αντιστοιχεί στην τιμή κορυφής γίνεται μεγαλύτερη. Μετά την προσθήκη HPMC, η μέση διάμετρος πόρων του τσιμεντοκονιάματος είναι σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή του τυφλού δείγματος και η μέση διάμετρος πόρων του δείγματος με δόση 0,3% αυξάνεται κατά 2 τάξεις μεγέθους σε σύγκριση με το τυφλό δείγμα.
(2) Χωρίστε τους πόρους στο σκυρόδεμα σε τέσσερις τύπους, δηλαδή ακίνδυνους πόρους (≤20 nm), λιγότερο επιβλαβείς πόρους (20-100 nm), επιβλαβείς πόρους (100-200 nm) και πολλούς επιβλαβείς πόρους (≥200 nm). Από τον Πίνακα 1 φαίνεται ότι ο αριθμός των ακίνδυνων οπών ή των λιγότερο επιβλαβών οπών μειώνεται σημαντικά μετά την προσθήκη HPMC, και ο αριθμός των επιβλαβών οπών ή των περισσότερων επιβλαβών οπών αυξάνεται. Οι ακίνδυνοι πόροι ή οι λιγότερο επιβλαβείς πόροι των δειγμάτων που δεν αναμιγνύονται με HPMC είναι περίπου 49,4%. Μετά την προσθήκη HPMC, οι ακίνδυνοι πόροι ή οι λιγότερο επιβλαβείς πόροι μειώνονται σημαντικά. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τη δόση 0,1%, οι ακίνδυνοι πόροι ή οι λιγότερο επιβλαβείς πόροι μειώνονται κατά περίπου 45%. %, ο αριθμός των επιβλαβών οπών μεγαλύτερων από 10 μm αυξάνεται κατά περίπου 9 φορές.
(3) Η μέση διάμετρος πόρων, η μέση διάμετρος πόρων, ο ειδικός όγκος πόρων και η ειδική επιφάνεια δεν ακολουθούν έναν πολύ αυστηρό κανόνα αλλαγής με την αύξηση της περιεκτικότητας σε υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη HPMC, η οποία μπορεί να σχετίζεται με την επιλογή δείγματος στη δοκιμή έγχυσης υδραργύρου. Συνολικά, όμως, η μέση διάμετρος πόρων, η μέση διάμετρος πόρων και ο ειδικός όγκος πόρων του δείγματος που αναμιγνύεται με HPMC τείνουν να αυξάνονται σε σύγκριση με το τυφλό δείγμα, ενώ η ειδική επιφάνεια μειώνεται.
Ώρα δημοσίευσης: 03 Απριλίου 2023