मशीन ब्लास्टिंग मोर्टार के गुणों पर हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइल सेलुलोज (HPMC) का प्रभाव

उद्योग की निरंतर प्रगति और प्रौद्योगिकी के विकास के साथ-साथ विदेशी मोर्टार छिड़काव मशीनों के उपयोग और सुधार के कारण, हाल के वर्षों में हमारे देश में यांत्रिक छिड़काव और प्लास्टरिंग तकनीक का काफी विकास हुआ है। यांत्रिक छिड़काव मोर्टार साधारण मोर्टार से भिन्न होता है, जिसमें उच्च जल धारण क्षमता, उपयुक्त तरलता और निश्चित रूप से रिसाव रोधी गुण आवश्यक होते हैं। आमतौर पर, मोर्टार में हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज मिलाया जाता है, जिसमें से सेलुलोज ईथर (HPMC) सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। मोर्टार में हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज (HPMC) के मुख्य कार्य हैं: गाढ़ापन और चिपचिपाहट बढ़ाना, प्रवाह को संतुलित करना और उत्कृष्ट जल धारण क्षमता। हालांकि, HPMC की कमियों को भी नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है। HPMC में वायु-अवशोषण का प्रभाव होता है, जिससे आंतरिक दोष बढ़ जाते हैं और मोर्टार के यांत्रिक गुण गंभीर रूप से कम हो जाते हैं। शेडोंग चेनबांग फाइन केमिकल कंपनी लिमिटेड ने स्थूल दृष्टिकोण से मोर्टार की जल धारण दर, घनत्व, वायु सामग्री और यांत्रिक गुणों पर एचपीएमसी के प्रभाव का अध्ययन किया, और सूक्ष्म दृष्टिकोण से मोर्टार की एल संरचना पर हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज एचपीएमसी के प्रभाव का अध्ययन किया।

1. परीक्षण

1.1 कच्चा माल

सीमेंट: व्यावसायिक रूप से उपलब्ध P.0 42.5 सीमेंट, इसकी 28 दिन की फ्लेक्सुरल और कंप्रेसिव स्ट्रेंथ क्रमशः 6.9 और 48.2 MPa है; रेत: चेंगडे की महीन नदी की रेत, 40-100 मेश; सेल्युलोज ईथर: शेडोंग चेनबांग फाइन केमिकल कंपनी लिमिटेड द्वारा उत्पादित हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेल्युलोज ईथर, सफेद पाउडर, नाममात्र चिपचिपाहट 40, 100, 150, 200 Pa-s; पानी: साफ नल का पानी।

1.2 परीक्षण विधि

जेजीजे/टी 105-2011 “यांत्रिक छिड़काव और प्लास्टरिंग के लिए निर्माण विनियम” के अनुसार, मोर्टार की सघनता 80-120 मिमी है और जल धारण क्षमता 90% से अधिक है। इस प्रयोग में, चूना-रेत का अनुपात 1:5 निर्धारित किया गया था, सघनता को (93+2) मिमी पर नियंत्रित किया गया था, और सेल्युलोज ईथर को बाहरी रूप से मिलाया गया था, जिसकी मात्रा सीमेंट के द्रव्यमान पर आधारित थी। मोर्टार के मूल गुण जैसे कि गीला घनत्व, वायु सामर्थ्य, जल धारण क्षमता और सघनता का परीक्षण जेजीजे 70-2009 “भवन मोर्टार के मूल गुणों के लिए परीक्षण विधियाँ” के संदर्भ में किया गया था, और वायु सामर्थ्य का परीक्षण और गणना घनत्व विधि के अनुसार की गई थी। नमूनों की तैयारी, फ्लेक्सुरल और संपीडन शक्ति परीक्षण जीबी/टी 17671-1999 “सीमेंट मोर्टार रेत की शक्ति के परीक्षण के लिए विधियाँ (आईएसओ विधि)” के अनुसार किए गए थे। लार्वा का व्यास पारा छिद्रमापी द्वारा मापा गया था। पारा छिद्रमापी का मॉडल ऑटोपोर 9500 था, और मापन सीमा 5.5 एनएम-360 μm थी। कुल 4 परीक्षण किए गए। सीमेंट-रेत का अनुपात 1:5 था, एचपीएमसी की श्यानता 100 पा-सेकंड थी, और मात्रा क्रमशः 0, 0.1%, 0.2%, 0.3% थी (क्रमशः A, B, C, D)।

2. परिणाम और विश्लेषण

2.1 सीमेंट मोर्टार की जल धारण दर पर एचपीएमसी का प्रभाव

जल धारण क्षमता से तात्पर्य मोर्टार की जल धारण करने की क्षमता से है। मशीन द्वारा छिड़काव किए गए मोर्टार में, सेल्युलोज ईथर मिलाने से जल को प्रभावी ढंग से बनाए रखा जा सकता है, रिसाव की दर को कम किया जा सकता है और सीमेंट-आधारित सामग्रियों के पूर्ण जलयोजन की आवश्यकताओं को पूरा किया जा सकता है। मोर्टार की जल धारण क्षमता पर एचपीएमसी का प्रभाव।

HPMC की मात्रा बढ़ने के साथ, मोर्टार की जल धारण क्षमता धीरे-धीरे बढ़ती है। 100, 150 और 200 Pa.s श्यानता वाले हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज ईथर के वक्र लगभग एक जैसे हैं। जब मात्रा 0.05%-0.15% होती है, तो जल धारण क्षमता रैखिक रूप से बढ़ती है, और जब मात्रा 0.15% होती है, तो जल धारण क्षमता 93% से अधिक हो जाती है। जब HPMC की मात्रा 0.20% से अधिक हो जाती है, तो जल धारण क्षमता में वृद्धि की प्रवृत्ति सपाट हो जाती है, जो यह दर्शाता है कि HPMC की मात्रा संतृप्ति के करीब है। 40 Pa.s श्यानता वाले HPMC की मात्रा का जल धारण क्षमता पर प्रभाव वक्र लगभग एक सीधी रेखा है। जब मात्रा 0.15% से अधिक होती है, तो मोर्टार की जल धारण क्षमता समान श्यानता वाले अन्य तीन प्रकार के HPMC की तुलना में काफी कम हो जाती है। आम तौर पर यह माना जाता है कि सेल्युलोज ईथर की जल धारण क्षमता इस प्रकार है: सेल्युलोज ईथर अणु पर मौजूद हाइड्रॉक्सिल समूह और ईथर बंध पर मौजूद ऑक्सीजन परमाणु जल अणु के साथ जुड़कर हाइड्रोजन बंध बनाते हैं, जिससे मुक्त जल बंधित जल में परिवर्तित हो जाता है और इस प्रकार जल धारण क्षमता में वृद्धि होती है। यह भी माना जाता है कि जल अणुओं और सेल्युलोज ईथर की आणविक श्रृंखलाओं के बीच अंतर्प्रसार के कारण जल अणु सेल्युलोज ईथर की वृहद आणविक श्रृंखलाओं के भीतर प्रवेश कर जाते हैं और उन पर प्रबल बंधन बल लगते हैं, जिससे सीमेंट घोल की जल धारण क्षमता में सुधार होता है। उत्कृष्ट जल धारण क्षमता मोर्टार को समरूप बनाए रखती है, जिससे उसमें विखंडन कम होता है और मिश्रण बेहतर होता है, साथ ही यांत्रिक घिसावट कम होती है और मोर्टार छिड़काव मशीन का जीवनकाल बढ़ता है।

2.2 सीमेंट मोर्टार के घनत्व और वायु साम्य पर हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज (HPMC) का प्रभाव

जब HPMC की मात्रा 0-0.20% होती है, तो HPMC की मात्रा बढ़ने के साथ मोर्टार का घनत्व तेजी से घटता है, जो 2050 kg/m³ से घटकर लगभग 1650 kg/m³ हो जाता है, यानी लगभग 20% की कमी। HPMC की मात्रा 0.20% से अधिक होने पर घनत्व में कमी आती है। विभिन्न श्यानता वाले चार प्रकार के HPMC की तुलना करने पर, श्यानता जितनी अधिक होती है, मोर्टार का घनत्व उतना ही कम होता है। 150 और 200 Pa.s HPMC की मिश्रित श्यानता वाले मोर्टार के घनत्व वक्र लगभग एक दूसरे पर ओवरलैप करते हैं, जिससे पता चलता है कि HPMC की श्यानता बढ़ने पर घनत्व में कमी नहीं आती।

मोर्टार में वायु की मात्रा में परिवर्तन का नियम मोर्टार के घनत्व में परिवर्तन के विपरीत है। जब हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज (HPMC) की मात्रा 0-0.20% होती है, तो HPMC की मात्रा बढ़ने के साथ, मोर्टार में वायु की मात्रा लगभग रैखिक रूप से बढ़ती है; 0.20% से अधिक HPMC की मात्रा पर वायु की मात्रा में लगभग कोई परिवर्तन नहीं होता है, जो दर्शाता है कि मोर्टार का वायु-अवशोषण प्रभाव संतृप्ति के करीब है। 150 और 200 Pa.s श्यानता वाले HPMC का वायु-अवशोषण प्रभाव 40 और 100 Pa.s श्यानता वाले HPMC की तुलना में अधिक होता है।

सेल्यूलोज ईथर का वायु-संग्रहण प्रभाव मुख्य रूप से इसकी आणविक संरचना द्वारा निर्धारित होता है। सेल्यूलोज ईथर में हाइड्रोफिलिक समूह (हाइड्रॉक्सिल, ईथर) और हाइड्रोफोबिक समूह (मिथाइल, ग्लूकोज रिंग) दोनों होते हैं, और यह एक सर्फेक्टेंट है। इसकी सतह सक्रियता के कारण इसमें वायु-संग्रहण प्रभाव होता है। एक ओर, डाली गई गैस मोर्टार में बॉल बेयरिंग की तरह काम कर सकती है, मोर्टार के कार्य प्रदर्शन में सुधार कर सकती है, आयतन बढ़ा सकती है और उत्पादन बढ़ा सकती है, जो निर्माता के लिए लाभदायक है। लेकिन दूसरी ओर, वायु-संग्रहण प्रभाव सख्त होने के बाद मोर्टार में वायु की मात्रा और सरंध्रता को बढ़ा देता है, जिसके परिणामस्वरूप हानिकारक छिद्रों में वृद्धि होती है और यांत्रिक गुण बहुत कम हो जाते हैं। हालांकि एचपीएमसी में कुछ हद तक वायु-संग्रहण प्रभाव होता है, लेकिन यह वायु-संग्रहण एजेंट का विकल्प नहीं हो सकता। इसके अलावा, जब एचपीएमसी और वायु-संग्रहण एजेंट का एक साथ उपयोग किया जाता है, तो वायु-संग्रहण एजेंट विफल हो सकता है।

2.3 सीमेंट मोर्टार के यांत्रिक गुणों पर एचपीएमसी का प्रभाव

जब HPMC की मात्रा केवल 0.05% होती है, तो मोर्टार की फ्लेक्सुरल स्ट्रेंथ में काफी कमी आ जाती है, जो हाइड्रोक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज HPMC रहित नमूने की तुलना में लगभग 25% कम होती है, और इसकी कंप्रेसिव स्ट्रेंथ केवल 65% तक ही पहुँच पाती है (जो कि नमूने की 80% के बीच होती है)। जब HPMC की मात्रा 0.20% से अधिक हो जाती है, तो मोर्टार की फ्लेक्सुरल स्ट्रेंथ और कंप्रेसिव स्ट्रेंथ में कमी स्पष्ट नहीं होती है। HPMC की श्यानता का मोर्टार के यांत्रिक गुणों पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। HPMC के कारण बहुत सारे छोटे-छोटे हवा के बुलबुले बनते हैं, और मोर्टार पर हवा के प्रवेश का प्रभाव मोर्टार की आंतरिक सरंध्रता और हानिकारक छिद्रों को बढ़ा देता है, जिसके परिणामस्वरूप कंप्रेसिव स्ट्रेंथ और फ्लेक्सुरल स्ट्रेंथ में काफी कमी आती है। मोर्टार की मजबूती में कमी का एक अन्य कारण सेलुलोज ईथर का जल प्रतिधारण प्रभाव है, जो कठोर मोर्टार में पानी को बनाए रखता है, और उच्च जल-बाइंडर अनुपात परीक्षण ब्लॉक की मजबूती में कमी का कारण बनता है। यांत्रिक निर्माण मोर्टार के लिए, हालांकि सेल्युलोज ईथर मोर्टार की जल धारण दर को काफी हद तक बढ़ा सकता है और इसकी कार्यक्षमता में सुधार कर सकता है, लेकिन यदि इसकी मात्रा बहुत अधिक हो तो यह मोर्टार के यांत्रिक गुणों को गंभीर रूप से प्रभावित करेगा, इसलिए इन दोनों के बीच संबंध का उचित रूप से मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज (HPMC) की मात्रा बढ़ने के साथ, मोर्टार के फोल्डिंग अनुपात में समग्र रूप से वृद्धि देखी गई, जो मूल रूप से एक रेखीय संबंध था। इसका कारण यह है कि मिलाया गया सेलुलोज ईथर बड़ी संख्या में वायु बुलबुले उत्पन्न करता है, जिससे मोर्टार के भीतर अधिक दोष उत्पन्न होते हैं और गाइड रोज़ मोर्टार की संपीडन शक्ति में तेजी से कमी आती है, हालांकि फ्लेक्सुरल शक्ति में भी कुछ हद तक कमी आती है; लेकिन सेलुलोज ईथर मोर्टार के लचीलेपन में सुधार करता है, जो फ्लेक्सुरल शक्ति के लिए लाभकारी है और इस प्रकार कमी की दर को धीमा कर देता है। समग्र रूप से देखा जाए तो, इन दोनों के संयुक्त प्रभाव से फोल्डिंग अनुपात में वृद्धि होती है।

2.4 मोर्टार के L व्यास पर HPMC का प्रभाव

छिद्र आकार वितरण वक्र, छिद्र आकार वितरण डेटा और एडी नमूनों के विभिन्न सांख्यिकीय मापदंडों से यह देखा जा सकता है कि एचपीएमसी सीमेंट मोर्टार की छिद्र संरचना पर बहुत अधिक प्रभाव डालता है:

(1) एचपीएमसी मिलाने के बाद, सीमेंट मोर्टार के छिद्रों का आकार काफी बढ़ जाता है। छिद्र आकार वितरण वक्र पर, छवि का क्षेत्रफल दाईं ओर खिसक जाता है, और शिखर मान के अनुरूप छिद्र का मान बड़ा हो जाता है। एचपीएमसी मिलाने के बाद, सीमेंट मोर्टार का माध्यिका छिद्र व्यास, बिना एचपीएमसी मिलाए नमूने की तुलना में काफी बड़ा हो जाता है, और 0.3% एचपीएमसी की मात्रा वाले नमूने का माध्यिका छिद्र व्यास बिना एचपीएमसी मिलाए नमूने की तुलना में 2 गुना बढ़ जाता है।

(2) कंक्रीट में मौजूद छिद्रों को चार प्रकारों में विभाजित किया गया है, अर्थात् हानिरहित छिद्र (≤20 nm), कम हानिकारक छिद्र (20-100 nm), हानिकारक छिद्र (100-200 nm) और कई हानिकारक छिद्र (≥200 nm)। तालिका 1 से देखा जा सकता है कि HPMC मिलाने के बाद हानिरहित या कम हानिकारक छिद्रों की संख्या में उल्लेखनीय कमी आई है, जबकि हानिकारक छिद्रों या अधिक हानिकारक छिद्रों की संख्या में वृद्धि हुई है। HPMC न मिलाए गए नमूनों में हानिरहित या कम हानिकारक छिद्र लगभग 49.4% हैं। HPMC मिलाने के बाद, हानिरहित या कम हानिकारक छिद्रों में उल्लेखनीय कमी आई है। 0.1% की मात्रा को उदाहरण के तौर पर लें, तो हानिरहित या कम हानिकारक छिद्र लगभग 45% तक कम हो जाते हैं, जबकि 10um से बड़े हानिकारक छिद्रों की संख्या लगभग 9 गुना बढ़ जाती है।

(3) हाइड्रोक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज (HPMC) की मात्रा बढ़ने के साथ माध्यिका छिद्र व्यास, औसत छिद्र व्यास, विशिष्ट छिद्र आयतन और विशिष्ट सतह क्षेत्र में कोई सख्त परिवर्तन नियम नहीं दिखता है, जो पारा इंजेक्शन परीक्षण में नमूने के चयन से संबंधित हो सकता है। यह परिवर्तन व्यापक फैलाव के कारण हो सकता है। लेकिन कुल मिलाकर, HPMC मिश्रित नमूने का माध्यिका छिद्र व्यास, औसत छिद्र व्यास और विशिष्ट छिद्र आयतन, बिना मिश्रित नमूने की तुलना में बढ़ने की प्रवृत्ति रखते हैं, जबकि विशिष्ट सतह क्षेत्र घट जाता है।