خواص اساسی افزودنی‌های رایج در ملات خشک ساختمانی

افزودنی‌ها نقش کلیدی در بهبود عملکرد ملات خشک ساختمانی دارند، اما افزودن ملات خشک باعث می‌شود هزینه مصالح محصولات ملات خشک به طور قابل توجهی بالاتر از ملات سنتی باشد، که بیش از 40٪ از هزینه مصالح در ملات خشک را تشکیل می‌دهد.

بر اساس دلایل فوق، این مقاله به تجزیه و تحلیل و مقایسه برخی از خواص اساسی افزودنی‌های رایج می‌پردازد و بر این اساس، عملکرد محصولات ملات خشک مخلوط با استفاده از افزودنی‌ها را بررسی می‌کند.

۱. عامل نگهدارنده آب
عامل نگهدارنده آب یک افزودنی کلیدی برای بهبود عملکرد حفظ آب ملات خشک است و همچنین یکی از افزودنی‌های کلیدی برای تعیین هزینه مصالح ملات خشک است.

۱.۱ اتر سلولز
اتر سلولز یک اصطلاح کلی برای مجموعه‌ای از محصولات است که از واکنش سلولز قلیایی و عامل اتری‌کننده تحت شرایط خاص تولید می‌شوند. سلولز قلیایی با عوامل اتری‌کننده مختلف جایگزین می‌شود تا اترهای سلولزی مختلفی به دست آید. بر اساس خواص یونیزاسیون جایگزین‌ها، اترهای سلولزی را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد: یونی (مانند کربوکسی متیل سلولز) و غیر یونی (مانند متیل سلولز). بر اساس نوع جایگزین، اتر سلولزی را می‌توان به مونواتر (مانند متیل سلولز) و اتر مخلوط (مانند هیدروکسی پروپیل متیل سلولز) تقسیم کرد. بر اساس حلالیت‌های مختلف، می‌توان آن را به محلول در آب (مانند هیدروکسی اتیل سلولز) و محلول در حلال آلی (مانند اتیل سلولز) و غیره تقسیم کرد. ملات خشک مخلوط عمدتاً سلولز محلول در آب است و سلولز محلول در آب به نوع فوری و نوع انحلال تأخیری با عملیات سطحی تقسیم می‌شود.

مکانیسم اثر سلولز اتر در ملات به شرح زیر است:
(1) پس از حل شدن اتر سلولز موجود در ملات در آب، توزیع مؤثر و یکنواخت مواد سیمانی در سیستم به دلیل فعالیت سطحی تضمین می‌شود و اتر سلولز، به عنوان یک کلوئید محافظ، ذرات جامد را "می‌پوشاند" و یک لایه فیلم روان‌کننده روی سطح بیرونی آن تشکیل می‌شود که سیستم ملات را پایدارتر می‌کند و همچنین سیالیت ملات را در طول فرآیند اختلاط و نرمی ساخت بهبود می‌بخشد.
(2) به دلیل ساختار مولکولی خاص خود، محلول سلولز اتر باعث می‌شود آب موجود در ملات به راحتی از بین نرود و به تدریج آن را در مدت زمان طولانی آزاد کند و به ملات خاصیت نگهداری آب و کارایی خوبی ببخشد.

۱.۱.۱ فرمول مولکولی متیل سلولز (MC) [C6H7O2(OH)3-h(OCH3)n]x
پس از اینکه پنبه تصفیه شده با قلیا تیمار شد، اتر سلولز از طریق یک سری واکنش با کلرید متان به عنوان عامل اتری شدن تولید می‌شود. به طور کلی، درجه جایگزینی 1.6 تا 2.0 است و حلالیت نیز با درجات مختلف جایگزینی متفاوت است. این اتر سلولز غیر یونی است.

(1) متیل سلولز در آب سرد محلول است و حل شدن آن در آب گرم دشوار خواهد بود. محلول آبی آن در محدوده pH=3 ~ 12 بسیار پایدار است. سازگاری خوبی با نشاسته، صمغ گوار و غیره و بسیاری از سورفکتانت‌ها دارد. هنگامی که دما به دمای ژل شدن می‌رسد، ژل شدن رخ می‌دهد.
(2) میزان حفظ آب متیل سلولز به مقدار افزودن، ویسکوزیته، ظرافت ذرات و سرعت انحلال آن بستگی دارد. به طور کلی، اگر مقدار افزودن زیاد باشد، ظرافت کم و ویسکوزیته زیاد باشد، سرعت حفظ آب زیاد است. در بین آنها، مقدار افزودن بیشترین تأثیر را بر سرعت حفظ آب دارد و سطح ویسکوزیته مستقیماً با سطح سرعت حفظ آب متناسب نیست. سرعت انحلال عمدتاً به درجه اصلاح سطح ذرات سلولز و ظرافت ذرات بستگی دارد. در بین اترهای سلولزی فوق، متیل سلولز و هیدروکسی پروپیل متیل سلولز سرعت حفظ آب بالاتری دارند.
(3) تغییرات دما به طور جدی بر میزان احتباس آب متیل سلولز تأثیر می‌گذارد. به طور کلی، هر چه دما بالاتر باشد، احتباس آب بدتر می‌شود. اگر دمای ملات از 40 درجه سانتیگراد بیشتر شود، احتباس آب متیل سلولز به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و به طور جدی بر ساخت ملات تأثیر می‌گذارد.
(4) متیل سلولز تأثیر قابل توجهی بر ساخت و چسبندگی ملات دارد. منظور از «چسبندگی» در اینجا نیروی چسبندگی است که بین ابزار اعمال کننده ملات توسط کارگر و زیرلایه دیوار احساس می‌شود، یعنی مقاومت برشی ملات. چسبندگی زیاد است، مقاومت برشی ملات زیاد است و استحکام مورد نیاز کارگران در فرآیند استفاده نیز زیاد است و عملکرد ساخت ملات ضعیف است. چسبندگی متیل سلولز در محصولات اتر سلولز در سطح متوسطی است.

۱.۱.۲ فرمول مولکولی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m,OCH2CH(OH)CH3]n]x است.
هیدروکسی پروپیل متیل سلولز نوعی سلولز است که تولید و مصرف آن در سال‌های اخیر به سرعت در حال افزایش بوده است. این ماده یک اتر مخلوط سلولز غیر یونی است که پس از قلیایی شدن، با استفاده از اکسید پروپیلن و متیل کلرید به عنوان عامل اتری شدن، از پنبه تصفیه شده از طریق یک سری واکنش‌ها ساخته می‌شود. درجه جایگزینی آن عموماً 1.2 تا 2.0 است. خواص آن به دلیل نسبت‌های مختلف محتوای متوکسیل و محتوای هیدروکسی پروپیل متفاوت است.

(1) هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به راحتی در آب سرد حل می‌شود و در حل شدن در آب گرم با مشکل مواجه می‌شود. اما دمای ژل شدن آن در آب گرم به طور قابل توجهی بالاتر از متیل سلولز است. حلالیت در آب سرد نیز در مقایسه با متیل سلولز بسیار بهبود یافته است.
(2) ویسکوزیته هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به وزن مولکولی آن مربوط است و هرچه وزن مولکولی بزرگتر باشد، ویسکوزیته نیز بیشتر است. دما نیز بر ویسکوزیته آن تأثیر می‌گذارد، با افزایش دما، ویسکوزیته کاهش می‌یابد. با این حال، ویسکوزیته بالای آن اثر دمایی کمتری نسبت به متیل سلولز دارد. محلول آن در دمای اتاق پایدار است.
(3) احتباس آب هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به مقدار افزودن آن، ویسکوزیته و غیره بستگی دارد و میزان احتباس آب آن تحت همان مقدار افزودن بیشتر از متیل سلولز است.
(4) هیدروکسی پروپیل متیل سلولز در برابر اسید و قلیا پایدار است و محلول آبی آن در محدوده pH=2 ~ 12 بسیار پایدار است. سود سوزآور و آب آهک تأثیر کمی بر عملکرد آن دارند، اما قلیا می‌تواند انحلال آن را تسریع کرده و ویسکوزیته آن را افزایش دهد. هیدروکسی پروپیل متیل سلولز در برابر نمک‌های معمولی پایدار است، اما وقتی غلظت محلول نمک زیاد باشد، ویسکوزیته محلول هیدروکسی پروپیل متیل سلولز تمایل به افزایش دارد.
(5) هیدروکسی پروپیل متیل سلولز را می‌توان با ترکیبات پلیمری محلول در آب مخلوط کرد تا محلولی یکنواخت و با ویسکوزیته بالاتر تشکیل شود. مانند پلی وینیل الکل، نشاسته اتر، صمغ گیاهی و غیره.
(6) هیدروکسی پروپیل متیل سلولز مقاومت آنزیمی بهتری نسبت به متیل سلولز دارد و محلول آن کمتر از متیل سلولز توسط آنزیم ها تجزیه می شود.
(7) چسبندگی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به ملات ساختمانی بیشتر از متیل سلولز است.

۱.۱.۳ هیدروکسی اتیل سلولز (HEC)
این ماده از پنبه تصفیه شده که با قلیا تیمار شده و در حضور استون با اکسید اتیلن به عنوان عامل اتری واکنش داده شده است، ساخته می‌شود. درجه جایگزینی آن عموماً 1.5 تا 2.0 است. آبدوستی قوی دارد و به راحتی رطوبت را جذب می‌کند.

(1) هیدروکسی اتیل سلولز در آب سرد محلول است، اما حل شدن آن در آب گرم دشوار است. محلول آن در دمای بالا بدون تشکیل ژل پایدار است. می‌توان آن را برای مدت طولانی در دمای بالا در ملات استفاده کرد، اما احتباس آب آن کمتر از متیل سلولز است.
(2) هیدروکسی اتیل سلولز در برابر اسید و قلیاهای عمومی پایدار است. قلیا می‌تواند انحلال آن را تسریع کرده و ویسکوزیته آن را کمی افزایش دهد. پراکندگی آن در آب کمی بدتر از متیل سلولز و هیدروکسی پروپیل متیل سلولز است.
(3) هیدروکسی اتیل سلولز عملکرد ضد شره خوبی برای ملات دارد، اما زمان گیرش آن برای سیمان طولانی‌تر است.

۱.۱.۴ کربوکسی متیل سلولز (CMC) [C6H7O2(OH)2och2COONa]n
اتر سلولز یونی از الیاف طبیعی (پنبه و غیره) پس از عملیات قلیایی، با استفاده از مونوکلرواستات سدیم به عنوان عامل اتری شدن و تحت یک سری عملیات واکنشی ساخته می‌شود. درجه جایگزینی عموماً 0.4 تا 1.4 است و عملکرد آن تا حد زیادی تحت تأثیر درجه جایگزینی قرار می‌گیرد.

(1) کربوکسی متیل سلولز جاذب رطوبت بیشتری است و در شرایط نگهداری عمومی، آب بیشتری خواهد داشت.
(2) محلول آبی کربوکسی متیل سلولز ژل تولید نمی‌کند و ویسکوزیته با افزایش دما کاهش می‌یابد. وقتی دما از 50 درجه سانتیگراد بیشتر شود، ویسکوزیته برگشت‌ناپذیر می‌شود.
(3) پایداری آن به شدت تحت تأثیر pH قرار دارد. عموماً می‌توان از آن در ملات گچی استفاده کرد، اما در ملات سیمانی خیر. وقتی قلیاییت بالایی داشته باشد، ویسکوزیته خود را از دست می‌دهد.
(4) احتباس آب آن بسیار کمتر از متیل سلولز است. این ماده اثر کندگیری بر روی ملات گچی دارد و مقاومت آن را کاهش می‌دهد. با این حال، قیمت کربوکسی متیل سلولز به طور قابل توجهی کمتر از متیل سلولز است.