تأثیر هیدروکسی پروپیل متیل سلولز HPMC بر خواص ملات سندبلاست ماشین آلات

با پیشرفت مداوم صنعت و بهبود فناوری، از طریق معرفی و بهبود دستگاه‌های پاشش ملات خارجی، فناوری پاشش مکانیکی و گچ‌کاری در سال‌های اخیر در کشور من بسیار توسعه یافته است. ملات پاشش مکانیکی با ملات معمولی متفاوت است که به عملکرد بالای حفظ آب، سیالیت مناسب و عملکرد ضد افتادگی خاص نیاز دارد. معمولاً هیدروکسی پروپیل متیل سلولز به ملات اضافه می‌شود که سلولز اتر (HPMC) پرکاربردترین آن است. عملکردهای اصلی هیدروکسی پروپیل متیل سلولز HPMC در ملات عبارتند از: غلیظ‌کننده و ویسکوزکننده، تنظیم رئولوژی و ظرفیت عالی حفظ آب. با این حال، کاستی‌های HPMC را نمی‌توان نادیده گرفت. HPMC دارای اثر حباب‌زایی است که باعث ایجاد نقص‌های داخلی بیشتر و کاهش جدی خواص مکانیکی ملات می‌شود. شرکت شیمیایی Shandong Chenbang Fine، Ltd. تأثیر HPMC بر میزان حفظ آب، چگالی، میزان هوا و خواص مکانیکی ملات را از جنبه ماکروسکوپی بررسی کرد و تأثیر هیدروکسی پروپیل متیل سلولز HPMC را بر ساختار L ملات از جنبه میکروسکوپی بررسی کرد.

۱. تست

۱.۱ مواد اولیه

سیمان: سیمان P.0 42.5 موجود در بازار، مقاومت خمشی و فشاری 28d آن به ترتیب 6.9 و 48.2 مگاپاسکال است؛ ماسه: ماسه رودخانه‌ای ریز Chengde، مش 40-100؛ اتر سلولز: تولید شده توسط شرکت شیمیایی ریز Shandong Chenbang. هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر، پودر سفید، ویسکوزیته اسمی 40، 100، 150، 200 پاسکال-ثانیه؛ آب: آب لوله‌کشی تمیز.

۱.۲ روش آزمایش

طبق JGJ/T 105-2011 «مقررات ساختمانی برای پاشش مکانیکی و گچ‌کاری»، غلظت ملات 80-120 میلی‌متر و میزان احتباس آب بیش از 90٪ است. در این آزمایش، نسبت آهک به ماسه 1:5 تنظیم شد، غلظت در (93+2) میلی‌متر کنترل شد و اتر سلولز به صورت خارجی مخلوط شد و مقدار مخلوط بر اساس جرم سیمان بود. خواص اساسی ملات مانند چگالی مرطوب، میزان هوا، احتباس آب و غلظت با مراجعه به JGJ 70-2009 «روش‌های آزمایش خواص اساسی ملات ساختمانی» آزمایش می‌شوند و میزان هوا طبق روش چگالی آزمایش و محاسبه می‌شود. آزمایش‌های آماده‌سازی، مقاومت خمشی و فشاری نمونه‌ها طبق GB/T 17671-1999 «روش‌های آزمایش مقاومت ملات سیمان و ماسه (روش ISO)» انجام شد. قطر لاروها با استفاده از تخلخل‌سنجی جیوه‌ای اندازه‌گیری شد. مدل تخلخل‌سنج جیوه‌ای AUTOPORE 9500 بود و محدوده اندازه‌گیری 5.5 نانومتر تا 360 میکرومتر بود. در مجموع 4 مجموعه آزمایش انجام شد. نسبت سیمان به ماسه 1:5، ویسکوزیته HPMC 100 پاسکال بر ثانیه و دوز 0، 0.1٪، 0.2٪، 0.3٪ (اعداد به ترتیب A، B، C، D هستند) بود.

۲. نتایج و تحلیل

۲.۱ تأثیر HPMC بر میزان احتباس آب ملات سیمان

احتباس آب به توانایی ملات در نگه داشتن آب اشاره دارد. در ملات اسپری شده با دستگاه، افزودن اتر سلولز می‌تواند به طور مؤثر آب را حفظ کند، میزان آب‌ریزی را کاهش دهد و الزامات هیدراتاسیون کامل مواد پایه سیمان را برآورده کند. تأثیر HPMC بر احتباس آب ملات.

با افزایش مقدار HPMC، میزان احتباس آب ملات به تدریج افزایش می‌یابد. منحنی‌های هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر با ویسکوزیته‌های ۱۰۰، ۱۵۰ و ۲۰۰ پاسکال ثانیه اساساً یکسان هستند. وقتی مقدار آن ۰.۰۵٪ تا ۰.۱۵٪ باشد، میزان احتباس آب به صورت خطی افزایش می‌یابد و وقتی مقدار آن ۰.۱۵٪ باشد، میزان احتباس آب بیشتر از ۹۳٪ است.؛ وقتی مقدار دانه‌ها از ۰.۲۰٪ بیشتر شود، روند افزایشی میزان احتباس آب مسطح می‌شود که نشان می‌دهد مقدار HPMC نزدیک به اشباع است. منحنی تأثیر مقدار HPMC با ویسکوزیته ۴۰ پاسکال ثانیه بر میزان احتباس آب تقریباً یک خط مستقیم است. وقتی مقدار آن بیشتر از ۰.۱۵٪ باشد، میزان احتباس آب ملات به طور قابل توجهی کمتر از سه نوع دیگر HPMC با همان مقدار ویسکوزیته است. به طور کلی اعتقاد بر این است که مکانیسم حفظ آب سلولز اتر به این صورت است: گروه هیدروکسیل روی مولکول سلولز اتر و اتم اکسیژن روی پیوند اتر با مولکول آب ترکیب می‌شوند تا یک پیوند هیدروژنی تشکیل دهند، به طوری که آب آزاد به آب متصل تبدیل می‌شود و در نتیجه اثر حفظ آب خوبی را ایفا می‌کند. همچنین اعتقاد بر این است که نفوذ متقابل بین مولکول‌های آب و زنجیره‌های مولکولی سلولز اتر به مولکول‌های آب اجازه می‌دهد تا وارد فضای داخلی زنجیره‌های ماکرومولکولی سلولز اتر شوند و تحت نیروهای اتصال قوی قرار گیرند و در نتیجه حفظ آب دوغاب سیمان را بهبود بخشند. حفظ آب عالی می‌تواند ملات را همگن نگه دارد، به راحتی جدا نشود و عملکرد اختلاط خوبی را به دست آورد، در حالی که سایش مکانیکی را کاهش داده و عمر دستگاه پاشش ملات را افزایش می‌دهد.

۲.۲ تأثیر هیدروکسی پروپیل متیل سلولز HPMC بر چگالی و میزان هوای ملات سیمان

وقتی مقدار HPMC بین 0 تا 0.20 درصد باشد، چگالی ملات با افزایش مقدار HPMC به شدت کاهش می‌یابد، از 2050 کیلوگرم بر متر مکعب به حدود 1650 کیلوگرم بر متر مکعب، که حدود 20 درصد کمتر است؛ وقتی مقدار HPMC از 0.20 درصد بیشتر شود، چگالی در حالت سکون کاهش می‌یابد. با مقایسه 4 نوع HPMC با ویسکوزیته‌های مختلف، هرچه ویسکوزیته بالاتر باشد، چگالی ملات کمتر است؛ منحنی‌های چگالی ملات‌ها با ویسکوزیته‌های مخلوط 150 و 200 پاسکال بر ثانیه HPMC اساساً همپوشانی دارند، که نشان می‌دهد با افزایش ویسکوزیته HPMC، چگالی دیگر کاهش نمی‌یابد.

قانون تغییر میزان هوای ملات، عکس تغییر چگالی ملات است. وقتی میزان هیدروکسی پروپیل متیل سلولز HPMC بین 0 تا 0.20 درصد باشد، با افزایش میزان HPMC، میزان هوای ملات تقریباً به صورت خطی افزایش می‌یابد. وقتی میزان HPMC از 0.20 درصد بیشتر شود، میزان هوا به سختی تغییر می‌کند که نشان می‌دهد اثر حباب‌زایی ملات نزدیک به اشباع است. اثر حباب‌زایی HPMC با ویسکوزیته 150 و 200 پاسکال ثانیه بیشتر از HPMC با ویسکوزیته 40 و 100 پاسکال ثانیه است.

اثر حباب‌زایی سلولز اتر عمدتاً توسط ساختار مولکولی آن تعیین می‌شود. سلولز اتر دارای گروه‌های آب‌دوست (هیدروکسیل، اتر) و آب‌گریز (متیل، حلقه گلوکز) است و یک سورفکتانت است. فعالیت سطحی دارد، بنابراین اثر حباب‌زایی دارد. از یک طرف، گاز وارد شده می‌تواند به عنوان یک بلبرینگ در ملات عمل کند، عملکرد کاری ملات را بهبود بخشد، حجم را افزایش دهد و خروجی را افزایش دهد که برای سازنده مفید است. اما از طرف دیگر، اثر حباب‌زایی، میزان هوای ملات و تخلخل را پس از سخت شدن افزایش می‌دهد و در نتیجه منافذ مضر افزایش می‌یابد و خواص مکانیکی را به شدت کاهش می‌دهد. اگرچه HPMC اثر حباب‌زایی خاصی دارد، اما نمی‌تواند جایگزین عامل حباب‌زایی شود. علاوه بر این، هنگامی که HPMC و عامل حباب‌زایی به طور همزمان استفاده می‌شوند، عامل حباب‌زایی ممکن است از کار بیفتد.

۲.۳ تأثیر HPMC بر خواص مکانیکی ملات سیمان

وقتی مقدار HPMC فقط 0.05٪ باشد، مقاومت خمشی ملات به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد که حدود 25٪ کمتر از نمونه خالی بدون هیدروکسی پروپیل متیل سلولز HPMC است و مقاومت فشاری فقط می‌تواند به 65٪ از نمونه خالی -80٪ ​​برسد. وقتی مقدار HPMC از 0.20٪ بیشتر شود، کاهش مقاومت خمشی و مقاومت فشاری ملات آشکار نیست. ویسکوزیته HPMC تأثیر کمی بر خواص مکانیکی ملات دارد. HPMC حباب‌های هوای ریز زیادی ایجاد می‌کند و اثر حباب‌زایی بر ملات، تخلخل داخلی و منافذ مضر ملات را افزایش می‌دهد و در نتیجه باعث کاهش قابل توجه مقاومت فشاری و مقاومت خمشی می‌شود. دلیل دیگر کاهش مقاومت ملات، اثر احتباس آب اتر سلولز است که آب را در ملات سخت شده نگه می‌دارد و نسبت زیاد آب به چسب منجر به کاهش مقاومت بلوک آزمایشی می‌شود. برای ملات ساختمانی مکانیکی، اگرچه اتر سلولز می‌تواند میزان احتباس آب ملات را به میزان قابل توجهی افزایش داده و کارایی آن را بهبود بخشد، اما اگر دوز مصرفی خیلی زیاد باشد، به طور جدی بر خواص مکانیکی ملات تأثیر می‌گذارد، بنابراین رابطه بین این دو باید به طور منطقی سنجیده شود.

با افزایش محتوای هیدروکسی پروپیل متیل سلولز HPMC، نسبت تا شدن ملات روند کلی افزایشی را نشان داد که اساساً یک رابطه خطی بود. دلیل این امر این است که اتر سلولز اضافه شده تعداد زیادی حباب هوا ایجاد می‌کند که باعث ایجاد نقص بیشتر در داخل ملات می‌شود و مقاومت فشاری ملات گل رز راهنما به شدت کاهش می‌یابد، اگرچه مقاومت خمشی نیز تا حدی کاهش می‌یابد. اما اتر سلولز می‌تواند انعطاف‌پذیری ملات را بهبود بخشد، این برای مقاومت خمشی مفید است که باعث می‌شود سرعت کاهش کاهش یابد. با در نظر گرفتن جامع، اثر ترکیبی این دو منجر به افزایش نسبت تا شدن می‌شود.

۲.۴ تأثیر HPMC بر قطر L ملات

از منحنی توزیع اندازه منافذ، داده‌های توزیع اندازه منافذ و پارامترهای آماری مختلف نمونه‌های AD، می‌توان دریافت که HPMC تأثیر زیادی بر ساختار منافذ ملات سیمان دارد:

(1) پس از افزودن HPMC، اندازه منافذ ملات سیمان به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. در منحنی توزیع اندازه منافذ، ناحیه تصویر به سمت راست حرکت می‌کند و مقدار منافذ مربوط به مقدار پیک بزرگتر می‌شود. پس از افزودن HPMC، قطر متوسط ​​منافذ ملات سیمان به طور قابل توجهی بزرگتر از نمونه شاهد است و قطر متوسط ​​منافذ نمونه با دوز 0.3٪ در مقایسه با نمونه شاهد 2 برابر افزایش می‌یابد.

(2) منافذ بتن را به چهار نوع تقسیم کنید، یعنی منافذ بی‌ضرر (≤20 نانومتر)، منافذ کم‌ضرر (20-100 نانومتر)، منافذ مضر (100-200 نانومتر) و منافذ مضر زیاد (≥200 نانومتر). از جدول 1 می‌توان دریافت که تعداد سوراخ‌های بی‌ضرر یا سوراخ‌های کم‌ضرر پس از افزودن HPMC به طور قابل توجهی کاهش یافته و تعداد سوراخ‌های مضر یا سوراخ‌های مضرتر افزایش یافته است. منافذ بی‌ضرر یا منافذ کم‌ضرر نمونه‌هایی که با HPMC مخلوط نشده‌اند حدود 49.4٪ است. پس از افزودن HPMC، منافذ بی‌ضرر یا منافذ کم‌ضرر به طور قابل توجهی کاهش می‌یابند. با در نظر گرفتن دوز 0.1٪ به عنوان مثال، منافذ بی‌ضرر یا منافذ کم‌ضرر حدود 45٪ کاهش می‌یابند. ٪، تعداد سوراخ‌های مضر بزرگتر از 10um حدود 9 برابر افزایش یافته است.

(3) قطر متوسط ​​منافذ، قطر متوسط ​​منافذ، حجم ویژه منافذ و مساحت سطح ویژه با افزایش محتوای هیدروکسی پروپیل متیل سلولز HPMC از قانون تغییر خیلی دقیقی پیروی نمی‌کنند، که ممکن است مربوط به انتخاب نمونه در آزمایش تزریق جیوه باشد. این امر به پراکندگی زیاد مربوط می‌شود. اما در کل، قطر متوسط ​​منافذ، قطر متوسط ​​منافذ و حجم ویژه منافذ نمونه مخلوط شده با HPMC در مقایسه با نمونه خالی تمایل به افزایش دارند، در حالی که مساحت سطح ویژه کاهش می‌یابد.