تأثیر میزان اتر سلولز بر ملات خودتراز شونده بر پایه گچ گوگردزدایی شده

گچ گوگردزدایی، گاز دودکش تولید شده توسط احتراق سوخت‌های حاوی گوگرد (زغال سنگ، نفت)، زباله‌های جامد صنعتی تولید شده در طول فرآیند تصفیه گوگردزدایی و گچ همی هیدرات (فرمول شیمیایی CaSO4·0.5H2O) است که عملکرد آن با گچ ساختمانی طبیعی قابل مقایسه است. بنابراین، تحقیقات و کاربردهای بیشتری در مورد استفاده از گچ گوگردزدایی شده به جای گچ طبیعی برای تولید مواد خودترازشونده وجود دارد. افزودنی‌های پلیمری آلی مانند عامل کاهنده آب، عامل نگهدارنده آب و کندکننده، اجزای عملکردی ضروری در ترکیب مواد ملات خودترازشونده هستند. تعامل و مکانیسم این دو با مواد سیمانی از مسائلی است که باید مورد توجه قرار گیرد. با توجه به ویژگی‌های فرآیند تشکیل، ظرافت گچ گوگردزدایی شده کوچک است (اندازه ذرات عمدتاً بین 40 تا 60 میکرومتر توزیع می‌شود) و دانه‌بندی پودر غیرمنطقی است، بنابراین خواص رئولوژیکی گچ گوگردزدایی شده ضعیف است و دوغاب ملات تهیه شده توسط آن اغلب آسان‌تر جدایش، لایه‌بندی و آب‌رفتگی رخ می‌دهد. سلولز اتر رایج‌ترین افزودنی مورد استفاده در ملات است و استفاده ترکیبی آن با عامل کاهنده آب، تضمین مهمی برای تحقق عملکرد جامع مصالح خودتراز شونده بر پایه گچ گوگردزدایی شده، مانند عملکرد ساختمانی و در مراحل بعدی عملکرد مکانیکی و دوام، می‌باشد.

در این مقاله، از مقدار سیالیت به عنوان شاخص کنترل (درجه پخش 145 میلی‌متر ± 5 میلی‌متر) استفاده شده است و بر تأثیر محتوای اتر سلولز و وزن مولکولی (مقدار ویسکوزیته) بر میزان مصرف آب مواد خودتراز شونده بر پایه گچ گوگردزدایی شده، از دست دادن سیالیت در طول زمان و انعقاد تمرکز شده است. قانون تأثیر خواص اساسی مانند زمان و خواص مکانیکی اولیه؛ در عین حال، قانون تأثیر اتر سلولز بر آزادسازی گرما و سرعت آزادسازی گرما از هیدراتاسیون گچ گوگردزدایی شده را آزمایش کنید، تأثیر آن را بر فرآیند هیدراتاسیون گچ گوگردزدایی شده تجزیه و تحلیل کنید و در ابتدا سازگاری این نوع افزودنی با سیستم ژل گچ گوگردزدایی را مورد بحث قرار دهید.

۱. مواد اولیه و روش‌های آزمایش

۱.۱ مواد اولیه

پودر گچ: پودر گچ گوگردزدایی شده تولید شده توسط شرکتی در تانگشان، ترکیب معدنی اصلی آن گچ نیمه هیدرات است، ترکیب شیمیایی آن در جدول 1 و خواص فیزیکی آن در جدول 2 نشان داده شده است.

تصویر

تصویر

افزودنی‌ها شامل موارد زیر هستند: سلولز اتر (هیدروکسی پروپیل متیل سلولز، به اختصار HPMC)؛ فوق روان‌کننده WR؛ کف‌زدای B-1؛ پودر لاتکس قابل پخش مجدد EVA S-05، که همگی به صورت تجاری در دسترس هستند.

مصالح سنگی: شن و ماسه رودخانه‌ای طبیعی، شن و ماسه ریز دست‌ساز که از الک ۰.۶ میلی‌متری رد شده باشد.

۱.۲ روش آزمایش

گچ گوگردزدایی ثابت: ماسه: آب = 1:0.5:0.45، مقدار مناسب سایر افزودنی‌ها، سیالیت به عنوان شاخص کنترل (انبساط 145 میلی‌متر ± 5 میلی‌متر)، با تنظیم میزان مصرف آب، به ترتیب با مواد سیمانی (گچ گوگردزدایی + سیمان) 0، 0.5‰، 1.0‰، 2.0‰، 3.0‰ سلولز اتر (HPMC-20,000)؛ برای تعیین دوز بیشتر اتر سلولز تا ۱‰، هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اترهای HPMC-20,000، HPMC-40,000، HPMC-75,000 و HPMC-100,000 با وزن مولکولی مختلف (اعداد مربوطه به ترتیب H2، H4، H7.5 و H10 هستند) را انتخاب کنید تا دوز و وزن مولکولی (مقدار ویسکوزیته) اتر سلولز را مطالعه کنید. تأثیر تغییرات بر خواص ملات خود تراز شونده بر پایه گچ و تأثیر این دو بر سیالیت، زمان گیرش و خواص مکانیکی اولیه مخلوط ملات خود تراز شونده گچ گوگردزدایی شده مورد بحث قرار گرفته است. روش آزمایش خاص مطابق با الزامات GB/T 17669.3-1999 "تعیین خواص مکانیکی گچ ساختمانی" انجام می‌شود.

آزمایش گرمای هیدراتاسیون با استفاده از یک نمونه شاهد گچ گوگردزدایی شده و نمونه‌هایی با محتوای اتر سلولز به ترتیب 0.5‰ و 3‰ انجام می‌شود و ابزار مورد استفاده، دستگاه آزمایش گرمای هیدراتاسیون از نوع TA-AIR است.

۲. نتایج و تحلیل

۲.۱ تأثیر میزان اتر سلولز بر خواص اساسی ملات

با افزایش مقدار، کارایی و انسجام ملات به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد، از دست دادن سیالیت در طول زمان به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و عملکرد ساخت و ساز عالی‌تر می‌شود و ملات سخت شده هیچ پدیده لایه لایه شدن ندارد و صافی، نرمی و زیبایی سطح تا حد زیادی بهبود یافته است. در عین حال، مصرف آب ملات برای دستیابی به همان سیالیت به طور قابل توجهی افزایش یافته است. در غلظت 5‰، مصرف آب 102٪ افزایش یافت و زمان گیرش نهایی 100 دقیقه طولانی‌تر شد که 2.5 برابر نمونه شاهد بود. خواص مکانیکی اولیه ملات با افزایش مقدار اتر سلولز به طور قابل توجهی کاهش یافت. هنگامی که مقدار اتر سلولز 5‰ بود، مقاومت خمشی و مقاومت فشاری 24 ساعته به ترتیب به 18.75٪ و 11.29٪ نمونه شاهد کاهش یافت. مقاومت فشاری به ترتیب 39.47٪ و 23.45٪ نمونه شاهد است. شایان ذکر است که با افزایش مقدار عامل نگهدارنده آب، چگالی حجمی ملات نیز به طور قابل توجهی کاهش یافت و از 2069 کیلوگرم بر متر مکعب در 0 به 1747 کیلوگرم بر متر مکعب در 5‰ رسید، که کاهشی معادل 15.56٪ را نشان می‌دهد. چگالی ملات کاهش و تخلخل افزایش می‌یابد که یکی از دلایل کاهش آشکار خواص مکانیکی ملات است.

اتر سلولز یک پلیمر غیر یونی است. گروه‌های هیدروکسیل روی زنجیره اتر سلولز و اتم‌های اکسیژن روی پیوند اتر می‌توانند با مولکول‌های آب ترکیب شوند و پیوندهای هیدروژنی تشکیل دهند و آب آزاد را به آب پیوند یافته تبدیل کنند و در نتیجه در حفظ آب نقش داشته باشند. از نظر ماکروسکوپی، این امر به صورت افزایش چسبندگی دوغاب آشکار می‌شود [5]. افزایش ویسکوزیته دوغاب نه تنها مصرف آب را افزایش می‌دهد، بلکه اتر سلولز محلول نیز روی سطح ذرات گچ جذب می‌شود و مانع واکنش هیدراتاسیون و طولانی شدن زمان گیرش می‌شود. در طول فرآیند هم زدن، تعداد زیادی حباب هوا نیز ایجاد می‌شود. با سخت شدن ملات، حفره‌هایی تشکیل می‌شوند که در نهایت باعث کاهش مقاومت ملات می‌شوند. با در نظر گرفتن جامع مصرف آب یک طرفه مخلوط ملات، عملکرد ساخت و ساز، زمان گیرش و خواص مکانیکی و دوام بعدی و غیره، میزان اتر سلولز در ملات خود تراز شونده بر پایه گچ گوگردزدایی شده نباید از 1‰ تجاوز کند.

۲.۲ تأثیر وزن مولکولی اتر سلولز بر عملکرد ملات

معمولاً هرچه ویسکوزیته بالاتر و ظرافت اتر سلولز بیشتر باشد، احتباس آب بهتر و افزایش استحکام اتصال تأثیر منفی خواهد داشت. بنابراین، تأثیر اترهای سلولز با وزن مولکولی مختلف بر خواص اساسی مواد ملات خودتراز شونده بر پایه گچ بیشتر مورد آزمایش قرار گرفت. نیاز آبی ملات تا حدی افزایش یافت، اما هیچ تأثیر آشکاری بر زمان گیرش و سیالیت نداشت. در عین حال، مقاومت خمشی و فشاری ملات در حالت‌های مختلف روند نزولی نشان داد، اما این کاهش بسیار کمتر از تأثیر محتوای اتر سلولز بر خواص مکانیکی بود. به طور خلاصه، افزایش وزن مولکولی اتر سلولز هیچ تأثیر آشکاری بر عملکرد مخلوط‌های ملات ندارد. با توجه به راحتی ساخت و ساز، اتر سلولز با ویسکوزیته کم و وزن مولکولی کوچک باید به عنوان مواد خودتراز شونده بر پایه گچ گوگردزدایی شده انتخاب شود.

۲.۳ تأثیر اتر سلولز بر گرمای هیدراتاسیون گچ گوگردزدایی شده

با افزایش محتوای اتر سلولز، پیک گرمازای هیدراتاسیون گچ گوگردزدایی شده به تدریج کاهش یافت و زمان رسیدن به موقعیت پیک کمی به تأخیر افتاد، در حالی که گرمای گرمازای هیدراتاسیون کاهش یافت، اما نه به طور واضح. این نشان می‌دهد که اتر سلولز می‌تواند سرعت هیدراتاسیون و درجه هیدراتاسیون گچ گوگردزدایی شده را تا حدی به تأخیر بیندازد، بنابراین دوز نباید خیلی زیاد باشد و باید در محدوده ۱‰ کنترل شود. می‌توان مشاهده کرد که فیلم کلوئیدی تشکیل شده پس از برخورد اتر سلولز با آب، روی سطح ذرات گچ گوگردزدایی شده جذب می‌شود که سرعت هیدراتاسیون گچ را قبل از ۲ ساعت کاهش می‌دهد. در عین حال، اثرات منحصر به فرد احتباس آب و غلیظ‌کنندگی آن، تبخیر آب دوغاب را به تأخیر می‌اندازد و اتلاف آن برای هیدراتاسیون بیشتر گچ گوگردزدایی شده در مرحله بعد مفید است. به طور خلاصه، هنگامی که دوز مناسب کنترل می‌شود، اتر سلولز تأثیر محدودی بر سرعت هیدراتاسیون و درجه هیدراتاسیون خود گچ گوگردزدایی شده دارد. در عین حال، افزایش محتوای اتر سلولز و وزن مولکولی، ویسکوزیته دوغاب را به طور قابل توجهی افزایش داده و عملکرد عالی در حفظ آب را نشان می‌دهد. به منظور اطمینان از سیالیت ملات خودتراز گچی گوگردزدایی شده، مصرف آب به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد که به دلیل طولانی شدن زمان گیرش ملات است. دلیل اصلی کاهش خواص مکانیکی.

۳. نتیجه‌گیری

(1) هنگامی که از سیالیت به عنوان شاخص کنترل استفاده می‌شود، با افزایش مقدار اتر سلولز، زمان گیرش ملات خودتراز شونده بر پایه گچ گوگردزدایی شده به طور قابل توجهی طولانی‌تر می‌شود و خواص مکانیکی آن به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. در مقایسه با مقدار، افزایش وزن مولکولی اتر سلولز تأثیر کمی بر خواص فوق ملات دارد. با در نظر گرفتن جامع، اتر سلولز باید با وزن مولکولی کوچک (مقدار ویسکوزیته کمتر از 20000 پاسکال ثانیه) انتخاب شود و دوز مصرفی باید در محدوده 1‰ از ماده سیمانی کنترل شود.

(2) نتایج آزمایش گرمای هیدراتاسیون گچ گوگردزدایی شده نشان می‌دهد که در محدوده این آزمایش، اتر سلولز تأثیر محدودی بر سرعت هیدراتاسیون و فرآیند هیدراتاسیون گچ گوگردزدایی شده دارد. افزایش مصرف آب و کاهش چگالی ظاهری دلایل اصلی کاهش خواص مکانیکی ملات گچ گوگردزدایی شده هستند.