El yeso desulfurado es el gas de combustión producido por la quema de combustibles que contienen azufre (carbón, petróleo), los residuos sólidos industriales producidos durante el proceso de purificación de la desulfuración, y el yeso hemihidratado (fórmula química CaSO4·0.5H2O), cuyo rendimiento es comparable al del yeso natural para la construcción. Por lo tanto, cada vez hay más investigaciones y aplicaciones del uso de yeso desulfurado en lugar de yeso natural para producir materiales autonivelantes. Los aditivos de polímeros orgánicos, como el agente reductor de agua, el agente retenedor de agua y el retardador, son componentes funcionales esenciales en la composición de los materiales de mortero autonivelante. La interacción y el mecanismo de ambos con los materiales cementicios son cuestiones que merecen atención. Debido a las características del proceso de formación, la finura del yeso desulfurado es pequeña (el tamaño de partícula se distribuye principalmente entre 40 y 60 μm) y la granulometría del polvo es irregular, por lo que sus propiedades reológicas son deficientes y la lechada de mortero preparada con él suele presentar segregación, estratificación y exudación. El éter de celulosa es el aditivo más utilizado en el mortero, y su uso combinado con un reductor de agua es fundamental para lograr un rendimiento integral de los materiales autonivelantes a base de yeso desulfurado, como el rendimiento constructivo y, posteriormente, el rendimiento mecánico y la durabilidad.
En este trabajo, el valor de fluidez se utiliza como índice de control (grado de extensión 145 mm ± 5 mm), centrándose en el impacto del contenido de éter de celulosa y el peso molecular (valor de viscosidad) en el consumo de agua de los materiales autonivelantes a base de yeso desulfurizado, la pérdida de fluidez con el tiempo y la ley de influencia de la coagulación de propiedades básicas como el tiempo y las propiedades mecánicas iniciales; al mismo tiempo, se prueba la ley de influencia del éter de celulosa en la liberación de calor y la tasa de liberación de calor de la hidratación del yeso desulfurizado, se analiza su influencia en el proceso de hidratación del yeso desulfurizado y se discute inicialmente la compatibilidad de este tipo de aditivo con el sistema de gelificación del yeso desulfurizado.
1. Materias primas y métodos de ensayo
1.1 Materias primas
Yeso en polvo: yeso en polvo desulfurado producido por una empresa en Tangshan, cuya composición mineral principal es yeso hemihidratado, cuya composición química se muestra en la Tabla 1 y sus propiedades físicas se muestran en la Tabla 2.
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Los aditivos incluyen: éter de celulosa (hidroxipropilmetilcelulosa, HPMC); superplastificante WR; antiespumante B-1; polvo de látex redispersable EVA S-05, todos ellos disponibles comercialmente.
Áridos: arena de río natural, arena fina de elaboración propia tamizada con un tamiz de 0,6 mm.
1.2 Método de ensayo
Yeso desulfurizado fijo: arena: agua = 1:0,5:0,45, cantidad apropiada de otros aditivos, fluidez como índice de control (expansión 145 mm ± 5 mm), ajustando el consumo de agua, mezclado respectivamente con materiales cementantes (yeso desulfurizado + cemento) 0, 0,5‰, 1,0‰, 2,0‰, 3,0‰ éter de celulosa (HPMC-20.000); Además, se fija la dosificación de éter de celulosa a 1‰, se eligen los éteres de hidroxipropilmetilcelulosa HPMC-20,000, HPMC-40,000, HPMC-75,000 y HPMC-100,000 con diferentes pesos moleculares (los números correspondientes son H2, H4, H7.5 y H10 respectivamente), para estudiar el impacto de la dosificación y el peso molecular (valor de viscosidad) del éter de celulosa en las propiedades del mortero autonivelante a base de yeso, y se discute la influencia de ambos en la fluidez, el tiempo de fraguado y las propiedades mecánicas iniciales de la mezcla de mortero autonivelante de yeso desulfurado. El método de ensayo específico se lleva a cabo de acuerdo con los requisitos de GB/T 17669.3-1999 “Determinación de las propiedades mecánicas del yeso de construcción”.
La prueba de calor de hidratación se lleva a cabo utilizando una muestra en blanco de yeso desulfurizado y muestras con un contenido de éter de celulosa de 0,5‰ y 3‰, respectivamente, y el instrumento utilizado es un analizador de calor de hidratación tipo TA-AIR.
2. Resultados y análisis
2.1 Efecto del contenido de éter de celulosa en las propiedades básicas del mortero
Con el aumento del contenido, la trabajabilidad y la cohesión del mortero mejoran significativamente, la pérdida de fluidez con el tiempo se reduce significativamente, y el rendimiento de la construcción es más excelente, y el mortero endurecido no presenta fenómeno de delaminación, y la suavidad superficial, la tersura y la estética han mejorado notablemente. Al mismo tiempo, el consumo de agua del mortero para lograr la misma fluidez aumentó significativamente. A 5‰, el consumo de agua aumentó en un 102%, y el tiempo de fraguado final se prolongó en 100 min, lo que fue 2,5 veces el de la muestra de referencia. Las propiedades mecánicas iniciales del mortero disminuyeron significativamente con el aumento del contenido de éter de celulosa. Cuando el contenido de éter de celulosa fue de 5‰, la resistencia a la flexión y la resistencia a la compresión a las 24 h disminuyeron al 18,75% y al 11,29% de la muestra de referencia respectivamente. La resistencia a la compresión es del 39,47% y del 23,45% de la muestra de referencia respectivamente. Cabe destacar que, al aumentar la cantidad de agente retenedor de agua, la densidad aparente del mortero también disminuyó significativamente, pasando de 2069 kg/m³ a 0 a 1747 kg/m³ a 5‰, lo que representa una disminución del 15,56 %. La densidad del mortero disminuye y la porosidad aumenta, lo cual es una de las razones de la evidente disminución de las propiedades mecánicas del mortero.
El éter de celulosa es un polímero no iónico. Los grupos hidroxilo en la cadena de éter de celulosa y los átomos de oxígeno en el enlace éter pueden combinarse con moléculas de agua para formar enlaces de hidrógeno, convirtiendo el agua libre en agua ligada, desempeñando así un papel en la retención de agua. Macroscópicamente, se manifiesta como un aumento en la cohesión de la lechada [5]. El aumento en la viscosidad de la lechada no solo aumentará el consumo de agua, sino que también el éter de celulosa disuelto se adsorberá en la superficie de las partículas de yeso, lo que dificultará la reacción de hidratación y prolongará el tiempo de fraguado; durante el proceso de agitación, también se introducirá una gran cantidad de burbujas de aire. Se formarán huecos a medida que el mortero se endurece, lo que eventualmente reducirá la resistencia del mortero. Considerando integralmente el consumo unilateral de agua de la mezcla de mortero, el rendimiento de la construcción, el tiempo de fraguado y las propiedades mecánicas, y la durabilidad posterior, etc., el contenido de éter de celulosa en el mortero autonivelante a base de yeso desulfurado no debe exceder el 1‰.
2.2 El efecto del peso molecular del éter de celulosa en el rendimiento del mortero
Por lo general, cuanto mayor sea la viscosidad y más fina la finura del éter de celulosa, mejor será la retención de agua y aumentará la fuerza de unión. El rendimiento se verá afectado negativamente. Por lo tanto, se probó más a fondo la influencia de los éteres de celulosa de diferentes pesos moleculares en los materiales básicos de los morteros autonivelantes a base de yeso. La demanda de agua del mortero aumentó en cierta medida, pero no tuvo un efecto obvio en el tiempo de fraguado y la fluidez. Al mismo tiempo, las resistencias a la flexión y a la compresión del mortero en diferentes estados mostraron una tendencia descendente, pero la disminución fue mucho menor que la influencia del contenido de éter de celulosa en las propiedades mecánicas. En resumen, el aumento en el peso molecular del éter de celulosa no tiene un efecto obvio en el rendimiento de las mezclas de mortero. Considerando la conveniencia de la construcción, se debe seleccionar éter de celulosa de baja viscosidad y bajo peso molecular como materiales autonivelantes a base de yeso desulfurado.
2.3 Efecto del éter de celulosa sobre el calor de hidratación del yeso desulfurizado
Con el aumento del contenido de éter de celulosa, el pico exotérmico de hidratación del yeso desulfurizado disminuyó gradualmente, y el tiempo de la posición del pico se retrasó ligeramente, mientras que el calor exotérmico de hidratación disminuyó, pero no de manera evidente. Esto muestra que el éter de celulosa puede retrasar la velocidad y el grado de hidratación del yeso desulfurizado hasta cierto punto, por lo que la dosificación no debe ser demasiado alta y debe controlarse dentro de 1‰. Se puede observar que la película coloidal formada después de que el éter de celulosa entra en contacto con el agua se adsorbe en la superficie de las partículas de yeso desulfurizado, lo que reduce la velocidad de hidratación del yeso antes de las 2 h. Al mismo tiempo, sus efectos únicos de retención de agua y espesamiento retrasan la evaporación del agua de la suspensión y la disipación es beneficiosa para la hidratación posterior del yeso desulfurizado en la etapa posterior. En resumen, cuando se controla la dosificación adecuada, el éter de celulosa tiene una influencia limitada en la velocidad y el grado de hidratación del yeso desulfurado. Al mismo tiempo, el aumento del contenido y el peso molecular del éter de celulosa incrementará significativamente la viscosidad de la lechada y mostrará un excelente rendimiento de retención de agua. Para garantizar la fluidez del mortero autonivelante de yeso desulfurado, el consumo de agua aumentará significativamente, lo cual se debe al tiempo de fraguado prolongado del mortero. Esta es la principal razón de la disminución de las propiedades mecánicas.
3. Conclusión
(1) Cuando se utiliza la fluidez como índice de control, con el aumento del contenido de éter de celulosa, el tiempo de fraguado del mortero autonivelante a base de yeso desulfurado se prolonga significativamente y las propiedades mecánicas se reducen significativamente; en comparación con el contenido, el aumento del peso molecular del éter de celulosa tiene poco efecto sobre las propiedades anteriores del mortero. Considerando de forma integral, se debe seleccionar éter de celulosa con un peso molecular bajo (valor de viscosidad inferior a 20 000 Pa·s) y la dosificación debe controlarse dentro del 1‰ del material cementante.
(2) Los resultados de la prueba de calor de hidratación del yeso desulfurizado muestran que, dentro del alcance de esta prueba, el éter de celulosa tiene una influencia limitada en la velocidad y el proceso de hidratación del yeso desulfurizado. El aumento del consumo de agua y la disminución de la densidad aparente son las principales razones de la disminución de las propiedades mecánicas del mortero a base de yeso desulfurizado.
Fecha de publicación: 8 de mayo de 2023