Alan jatkuvan kehityksen ja teknologian parantumisen myötä ulkomaisten laastin ruiskutuskoneiden käyttöönoton ja parantamisen myötä mekaaninen ruiskutus- ja rappaustekniikka on kehittynyt huomattavasti maassamme viime vuosina. Mekaaninen ruiskutuslaasti eroaa tavallisesta laastista, sillä se vaatii hyvää vedenpidätyskykyä, sopivaa juoksevuutta ja tiettyä valumattomuuskykyä. Yleensä laastiin lisätään hydroksipropyylimetyyliselluloosaa, josta selluloosaeetteri (HPMC) on yleisimmin käytetty. Hydroksipropyylimetyyliselluloosa-HPMC:n päätoiminnot laastissa ovat: sakeuttaminen ja viskositeetin lisääminen, reologian säätäminen ja erinomainen vedenpidätyskyky. HPMC:n puutteita ei kuitenkaan voida sivuuttaa. HPMC:llä on ilmaa sitova vaikutus, joka aiheuttaa enemmän sisäisiä vikoja ja heikentää vakavasti laastin mekaanisia ominaisuuksia. Shandong Chenbang Fine Chemical Co., Ltd. tutki HPMC:n vaikutusta laastin vedenpidätysnopeuteen, tiheyteen, ilmapitoisuuteen ja mekaanisiin ominaisuuksiin makroskooppisesti ja hydroksipropyylimetyyliselluloosa-HPMC:n vaikutusta laastin L-rakenteeseen mikroskooppisesti.
1. Testi
1.1 Raaka-aineet
Sementti: kaupallisesti saatavilla oleva P.0 42,5 -sementti, jonka 28d taivutus- ja puristuslujuudet ovat vastaavasti 6,9 ja 48,2 MPa; hiekka: Chengde-jokihiekkaa, 40–100 mesh; selluloosaeetteri: valmistaja Shandong Chenbang Fine Chemical Co., Ltd. Hydroksipropyylimetyyliselluloosaeetteri, valkoinen jauhe, nimellisviskositeetti 40, 100, 150, 200 Pa-s; vesi: puhdasta vesijohtovettä.
1.2 Testausmenetelmä
JGJ/T 105-2011 ”Mekaanista ruiskutusta ja rappausta koskevien rakennusmääräysten” mukaan laastin sakeus on 80–120 mm ja vedenpidätyskyky on yli 90 %. Tässä kokeessa kalkki-hiekkasuhde asetettiin arvoon 1:5, sakeus säädettiin arvoon (93 + 2) mm ja selluloosaeetteri sekoitettiin ulkoisesti, ja sekoitusmäärä perustui sementtimassaan. Laastin perusominaisuudet, kuten märkätiheys, ilmapitoisuus, vedenpidätyskyky ja sakeus, testattiin JGJ 70-2009 ”Rakennuslaastin perusominaisuuksien testausmenetelmät” mukaisesti, ja ilmapitoisuus testattiin ja laskettiin tiheysmenetelmän mukaisesti. Näytteiden valmistus-, taivutus- ja puristuslujuuskokeet suoritettiin GB/T 17671-1999 ”Methods for Testing the Strength of Cement Mortar Sand (ISO Method)” -standardin mukaisesti. Toukkien halkaisija mitattiin elohopeaporosimetrialla. Elohopeaporosimetrin malli oli AUTOPORE 9500 ja mittausalue 5,5 nm - 360 μm. Yhteensä neljä testisarjaa suoritettiin. Sementti-hiekka-suhde oli 1:5, HPMC:n viskositeetti oli 100 Pa-s ja annostus 0, 0,1 %, 0,2 %, 0,3 % (numerot ovat A, B, C ja D).
2. Tulokset ja analyysi
2.1 HPMC:n vaikutus sementtilaastin vedenpidätyskykyyn
Vedenpidätyskyky viittaa laastin kykyyn pidättää vettä. Koneella ruiskutettavaan laastiin lisäämällä selluloosaeetteriä voidaan tehokkaasti pidättää vettä, vähentää värjäytymisnopeutta ja täyttää sementtipohjaisten materiaalien täydellisen hydrataation vaatimukset. HPMC:n vaikutus laastin vedenpidätyskykyyn.
HPMC-pitoisuuden kasvaessa laastin vedenpidätyskyky kasvaa vähitellen. Hydroksipropyylimetyyliselluloosaeetterin käyrät ovat periaatteessa samat viskositeeteillaan 100, 150 ja 200 Pa.s. Kun pitoisuus on 0,05–0,15 %, vedenpidätyskyky kasvaa lineaarisesti, ja kun pitoisuus on 0,15 %, vedenpidätyskyky on yli 93 %. Kun soran määrä ylittää 0,20 %, vedenpidätyskyvyn kasvutrendi tasaantuu, mikä osoittaa, että HPMC:n määrä on lähellä kyllästymispistettä. Viskositeetin ollessa 40 Pa.s HPMC:n määrän vaikutus vedenpidätyskykyyn on suunnilleen suoraviivainen. Kun määrä on yli 0,15 %, laastin vedenpidätyskyky on huomattavasti alhaisempi kuin kolmen muun saman viskositeetin omaavan HPMC-tyypin. Yleisesti uskotaan, että selluloosaeetterin vedenpidätysmekanismi on seuraava: selluloosaeetterimolekyylin hydroksyyliryhmä ja eetterisidoksen happiatomi liittyvät vesimolekyyliin muodostaen vetysidoksen, jolloin vapaasta vedestä tulee sitoutunutta vettä, mikä toimii hyvänä vedenpidätyskykynä. Lisäksi uskotaan, että vesimolekyylien ja selluloosaeetterimolekyyliketjujen välinen diffuusio mahdollistaa vesimolekyylien pääsyn selluloosaeetterin makromolekyyliketjujen sisään ja niihin kohdistuvat voimakkaat sitoutumisvoimat, mikä parantaa sementtilietteen vedenpidätyskykyä. Erinomainen vedenpidätyskyky pitää laastin homogeenisena, vaikeasti eroteltavana ja saavuttaa hyvän sekoitustehon samalla vähentäen mekaanista kulumista ja pidentäen laastin ruiskutuslaitteen käyttöikää.
2.2 Hydroksipropyylimetyyliselluloosan (HPMC) vaikutus sementtilaastin tiheyteen ja ilmapitoisuuteen
Kun HPMC:n määrä on 0–0,20 %, laastin tiheys laskee jyrkästi HPMC:n määrän kasvaessa, 2050 kg/m3:stä noin 1650 kg/m3:iin, mikä on noin 20 % pienempi. Kun HPMC:n määrä ylittää 0,20 %, tiheys laskee rauhallisissa olosuhteissa. Neljää eri viskositeetilla varustettua HPMC-tyyppiä verrattaessa, mitä suurempi viskositeetti, sitä pienempi laastin tiheys. 150 ja 200 Pa.s HPMC:n sekoitettujen viskositeettien omaavien laastien tiheyskäyrät ovat käytännössä päällekkäisiä, mikä osoittaa, että kun HPMC:n viskositeetti kasvaa edelleen, tiheys ei enää laske.
Laastin ilmapitoisuuden muutoslaki on päinvastainen laastin tiheyden muutokseen verrattuna. Kun hydroksipropyylimetyyliselluloosa-HPMC:n pitoisuus on 0–0,20 %, laastin ilmapitoisuus kasvaa lähes lineaarisesti HPMC-pitoisuuden kasvaessa; HPMC-pitoisuus ylittää 0,20 %:n pitoisuuden, mikä osoittaa, että laastin huokoittava vaikutus on lähellä kyllästymispistettä. Viskositeetin ollessa 150 ja 200 Pa.s, HPMC:n huokoittava vaikutus on suurempi kuin 40 ja 100 Pa.s:n HPMC:n.
Selluloosaeetterin huokoistava vaikutus määräytyy pääasiassa sen molekyylirakenteen perusteella. Selluloosaeetterillä on sekä hydrofiilisiä ryhmiä (hydroksyyli, eetteri) että hydrofobisia ryhmiä (metyyli, glukoosirengas), ja se on pinta-aktiivinen aine, jolla on siten huokoistava vaikutus. Toisaalta syötetty kaasu voi toimia kuulalaakerina laastissa, parantaa laastin suorituskykyä, lisätä tilavuutta ja lisätä tuottoa, mikä on hyödyllistä valmistajalle. Toisaalta huokoistava vaikutus kuitenkin lisää laastin ilmapitoisuutta ja huokoisuutta kovettumisen jälkeen, mikä johtaa haitallisten huokosten lisääntymiseen ja mekaanisten ominaisuuksien huomattavaan heikkenemiseen. Vaikka HPMC:llä on tietty huokoistava vaikutus, se ei voi korvata huokoistavaa ainetta. Lisäksi, kun HPMC:tä ja huokoistavaa ainetta käytetään samanaikaisesti, huokoistava aine voi pettää.
2.3 HPMC:n vaikutus sementtilaastin mekaanisiin ominaisuuksiin
Kun HPMC:n määrä on vain 0,05 %, laastin taivutuslujuus laskee merkittävästi, noin 25 % alhaisempi kuin nollanäytteessä ilman hydroksipropyylimetyyliselluloosa-HPMC:tä, ja puristuslujuus voi nousta vain 65 %:iin nollanäytteestä -80 %. Kun HPMC:n määrä ylittää 0,20 %, laastin taivutuslujuuden ja puristuslujuuden lasku ei ole ilmeinen. HPMC:n viskositeetilla on vain vähän vaikutusta laastin mekaanisiin ominaisuuksiin. HPMC tuo mukanaan paljon pieniä ilmakuplia, ja laastin ilmaa sitova vaikutus lisää laastin sisäistä huokoisuutta ja haitallisia huokosia, mikä johtaa puristuslujuuden ja taivutuslujuuden merkittävään laskuun. Toinen syy laastin lujuuden laskuun on selluloosaeetterin vedenpidätyskyky, joka pitää veden kovettuneessa laastissa, ja suuri vesi-sideainesuhde johtaa koekappaleen lujuuden laskuun. Mekaanisessa rakennuslaastissa, vaikka selluloosaeetteri voi merkittävästi lisätä laastin vedenpidätysnopeutta ja parantaa sen työstettävyyttä, liian suuri annos vaikuttaa vakavasti laastin mekaanisiin ominaisuuksiin, joten näiden kahden välinen suhde on punnittava kohtuullisesti.
Hydroksipropyylimetyyliselluloosa-HPMC-pitoisuuden kasvaessa laastin taittumissuhde osoitti kokonaisuudessaan kasvavaa trendiä, joka oli pohjimmiltaan lineaarinen suhde. Tämä johtuu siitä, että lisätty selluloosaeetteri tuo mukanaan suuren määrän ilmakuplia, mikä aiheuttaa lisää vikoja laastin sisällä, ja ohjausruusulaastin puristuslujuus heikkenee jyrkästi, vaikka taivutuslujuus myös heikkenee jossain määrin. Selluloosaeetteri voi kuitenkin parantaa laastin joustavuutta. Se on hyödyllistä taivutuslujuuden kannalta, mikä hidastaa laskunopeutta. Kokonaisvaltaisesti tarkasteltuna näiden kahden yhdistetty vaikutus johtaa taittumissuhteen kasvuun.
2.4 HPMC:n vaikutus laastin L-halkaisijaan
AD-näytteiden huokoskokojakaumakäyrästä, huokoskokojakaumatiedoista ja erilaisista tilastollisista parametreista voidaan nähdä, että HPMC:llä on suuri vaikutus sementtilaastin huokosrakenteeseen:
(1) HPMC:n lisäämisen jälkeen sementtilaastin huokoskoko kasvaa merkittävästi. Huokoskokojakaumakäyrässä kuvan pinta-ala siirtyy oikealle ja huippuarvoa vastaava huokoskoko kasvaa. HPMC:n lisäämisen jälkeen sementtilaastin huokoskoon mediaanihalkaisija on merkittävästi suurempi kuin nollanäytteen, ja 0,3 %:n annostuksella näytteen huokoskoon mediaanihalkaisija on kaksi kertaluokkaa suurempi kuin nollanäytteen.
(2) Betonin huokoset jaetaan neljään tyyppiin: vaarattomat huokoset (≤20 nm), vähemmän haitalliset huokoset (20–100 nm), haitalliset huokoset (100–200 nm) ja paljon haitallisia huokosia (≥200 nm). Taulukosta 1 voidaan nähdä, että vaarattomien tai vähemmän haitallisten reikien määrä vähenee merkittävästi HPMC:n lisäämisen jälkeen ja haitallisten tai haitallisempien reikien määrä kasvaa. Näytteiden, joihin ei ole sekoitettu HPMC:tä, vaarattomien tai vähemmän haitallisten huokosten määrä on noin 49,4 %. HPMC:n lisäämisen jälkeen vaarattomien tai vähemmän haitallisten huokosten määrä vähenee merkittävästi. Esimerkiksi 0,1 %:n annoksella vaarattomien tai vähemmän haitallisten huokosten määrä vähenee noin 45 %. Yli 10 μm:n kokoisten haitallisten reikien määrä kasvaa noin 9-kertaiseksi.
(3) Huokosten mediaanihalkaisija, keskimääräinen huokosten halkaisija, ominaishuokostilavuus ja ominaispinta-ala eivät noudata kovin tarkkaa muutossääntöä hydroksipropyylimetyyliselluloosan (HPMC) pitoisuuden kasvaessa, mikä voi liittyä elohopean injektiokokeessa valittuun näytteeseen, joka liittyy suureen dispersioon. Kaiken kaikkiaan kuitenkin HPMC:n kanssa sekoitetun näytteen huokosten mediaanihalkaisija, keskimääräinen huokoshalkaisija ja ominaishuokostilavuus yleensä kasvavat verrattuna nollanäytteeseen, kun taas ominaispinta-ala pienenee.
Julkaisun aika: 03.04.2023