Gipsum desulfurisasi adalah gas buang yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar yang mengandung sulfur (batu bara, minyak bumi), limbah padat industri yang dihasilkan selama proses pemurnian desulfurisasi, dan gipsum hemihidrat (rumus kimia CaSO4·0,5H2O), yang kinerjanya sebanding dengan gipsum bangunan alami. Oleh karena itu, semakin banyak penelitian dan aplikasi penggunaan gipsum desulfurisasi sebagai pengganti gipsum alami untuk menghasilkan material perata sendiri. Campuran polimer organik seperti zat pereduksi air, zat penahan air, dan penghambat merupakan komponen fungsional penting dalam komposisi material mortar perata sendiri. Interaksi dan mekanisme keduanya dengan material semen merupakan isu yang patut diperhatikan. Karena karakteristik proses pembentukannya, kehalusan gipsum desulfurisasi kecil (ukuran partikel terutama terdistribusi antara 40 dan 60 μm), dan gradasi bubuknya tidak wajar, sehingga sifat reologi gipsum desulfurisasi buruk, dan bubur mortar yang dibuat darinya seringkali lebih mudah mengalami segregasi, stratifikasi, dan pendarahan. Selulosa eter adalah bahan tambahan yang paling umum digunakan dalam mortar, dan penggunaannya yang dikombinasikan dengan zat pereduksi air merupakan jaminan penting untuk mewujudkan kinerja komprehensif dari bahan perata sendiri berbasis gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya, seperti kinerja konstruksi serta kinerja mekanik dan daya tahan di kemudian hari.
Dalam makalah ini, nilai fluiditas digunakan sebagai indeks kontrol (derajat penyebaran 145 mm±5 mm), dengan fokus pada dampak kandungan eter selulosa dan berat molekul (nilai viskositas) terhadap konsumsi air bahan perata sendiri berbasis gipsum desulfurisasi, hilangnya fluiditas seiring waktu, dan hukum pengaruh koagulasi terhadap sifat-sifat dasar seperti waktu dan sifat mekanik awal; pada saat yang sama, menguji hukum pengaruh eter selulosa terhadap pelepasan panas dan laju pelepasan panas hidrasi gipsum desulfurisasi, menganalisis pengaruhnya terhadap proses hidrasi gipsum desulfurisasi, dan secara awal membahas kompatibilitas jenis campuran ini dengan sistem gel gipsum desulfurisasi.
1. Bahan baku dan metode pengujian
1.1 Bahan baku
Bubuk gipsum: bubuk gipsum desulfurisasi yang diproduksi oleh sebuah perusahaan di Tangshan, komposisi mineral utamanya adalah gipsum hemihidrat, komposisi kimianya ditunjukkan pada Tabel 1, dan sifat fisiknya ditunjukkan pada Tabel 2.
gambar
gambar
Bahan tambahan meliputi: eter selulosa (hidroksipropil metilselulosa, disingkat HPMC); superplastisizer WR; penghilang busa B-1; bubuk lateks EVA yang dapat didispersikan kembali S-05, yang semuanya tersedia secara komersial.
Agregat: pasir sungai alami, pasir halus buatan sendiri yang diayak melalui saringan 0,6 mm.
1.2 Metode pengujian
Gipsum desulfurisasi tetap: pasir: air = 1:0,5:0,45, jumlah bahan tambahan lain yang sesuai, fluiditas sebagai indeks kontrol (ekspansi 145 mm ± 5 mm), dengan menyesuaikan konsumsi air, masing-masing dicampur dengan bahan semen (gipsum desulfurisasi + Semen) 0, 0,5‰, 1,0‰, 2,0‰, 3,0‰ selulosa eter (HPMC-20.000); Selanjutnya, dosis eter selulosa ditetapkan menjadi 1‰, dipilih eter hidroksipropil metilselulosa HPMC-20.000, HPMC-40.000, HPMC-75.000, dan HPMC-100.000 dengan berat molekul berbeda (nomor yang sesuai adalah H2, H4, H7.5, dan H10), untuk mempelajari dampak perubahan dosis dan berat molekul (nilai viskositas) eter selulosa terhadap sifat-sifat mortar perata sendiri berbasis gipsum, dan pengaruh keduanya terhadap fluiditas, waktu pengerasan, dan sifat mekanik awal campuran mortar perata sendiri gipsum yang telah didesulfurisasi dibahas. Metode pengujian spesifik dilakukan sesuai dengan persyaratan GB/T 17669.3-1999 “Penentuan Sifat Mekanik Gipsum Bangunan”.
Uji panas hidrasi dilakukan dengan menggunakan sampel kosong gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya dan sampel dengan kandungan eter selulosa masing-masing 0,5‰ dan 3‰, dan instrumen yang digunakan adalah penguji panas hidrasi tipe TA-AIR.
2. Hasil dan analisis
2.1 Pengaruh kandungan eter selulosa terhadap sifat-sifat dasar mortar
Dengan peningkatan kandungan, kemampuan kerja dan kohesi mortar meningkat secara signifikan, kehilangan fluiditas seiring waktu berkurang secara signifikan, dan kinerja konstruksi menjadi lebih baik, serta mortar yang mengeras tidak mengalami fenomena delaminasi, dan kehalusan permukaan, kelancaran, dan estetika telah meningkat pesat. Pada saat yang sama, konsumsi air mortar untuk mencapai fluiditas yang sama meningkat secara signifikan. Pada 5‰, konsumsi air meningkat sebesar 102%, dan waktu pengerasan akhir diperpanjang hingga 100 menit, yang merupakan 2,5 kali lipat dari sampel tanpa penambahan. Sifat mekanik awal mortar menurun secara signifikan dengan peningkatan kandungan eter selulosa. Ketika kandungan eter selulosa adalah 5‰, kekuatan lentur dan kekuatan tekan 24 jam menurun masing-masing menjadi 18,75% dan 11,29% dari sampel tanpa penambahan. Kekuatan tekan masing-masing adalah 39,47% dan 23,45% dari sampel tanpa penambahan. Perlu dicatat bahwa dengan peningkatan jumlah bahan penahan air, kepadatan curah mortar juga menurun secara signifikan, dari 2069 kg/m3 pada 0 menjadi 1747 kg/m3 pada 5‰, penurunan sebesar 15,56%. Kepadatan mortar menurun dan porositas meningkat, yang merupakan salah satu alasan penurunan nyata pada sifat mekanik mortar.
Selulosa eter adalah polimer non-ionik. Gugus hidroksil pada rantai selulosa eter dan atom oksigen pada ikatan eter dapat bergabung dengan molekul air untuk membentuk ikatan hidrogen, mengubah air bebas menjadi air terikat, sehingga berperan dalam retensi air. Secara makroskopis, hal ini termanifestasi sebagai peningkatan kohesivitas bubur [5]. Peningkatan viskositas bubur tidak hanya akan meningkatkan konsumsi air, tetapi juga selulosa eter yang terlarut akan terserap pada permukaan partikel gipsum, menghambat reaksi hidrasi dan memperpanjang waktu pengerasan; selama proses pengadukan, sejumlah besar gelembung udara juga akan terbentuk. Rongga akan terbentuk saat mortar mengeras, yang akhirnya mengurangi kekuatan mortar. Dengan mempertimbangkan secara komprehensif konsumsi air unilateral campuran mortar, kinerja konstruksi, waktu pengerasan dan sifat mekanik, serta daya tahan selanjutnya, dll., kandungan selulosa eter dalam mortar perata sendiri berbasis gipsum yang telah didesulfurisasi tidak boleh melebihi 1‰.
2.2 Pengaruh berat molekul eter selulosa terhadap kinerja mortar
Biasanya, semakin tinggi viskositas dan semakin halus butiran eter selulosa, semakin baik retensi air dan semakin kuat ikatannya. Namun, kinerja akan terpengaruh secara negatif. Oleh karena itu, pengaruh eter selulosa dengan berat molekul berbeda terhadap sifat dasar material mortar perata sendiri berbasis gipsum diuji lebih lanjut. Kebutuhan air mortar meningkat sampai batas tertentu, tetapi tidak berpengaruh jelas pada waktu pengerasan dan fluiditas. Pada saat yang sama, kekuatan lentur dan tekan mortar dalam berbagai kondisi menunjukkan tren penurunan, tetapi penurunan tersebut jauh lebih kecil daripada pengaruh kandungan eter selulosa terhadap sifat mekanik. Singkatnya, peningkatan berat molekul eter selulosa tidak berpengaruh jelas pada kinerja campuran mortar. Dengan mempertimbangkan kemudahan konstruksi, eter selulosa dengan viskositas rendah dan berat molekul kecil harus dipilih sebagai material perata sendiri berbasis gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya.
2.3 Pengaruh eter selulosa terhadap panas hidrasi gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya
Dengan meningkatnya kandungan eter selulosa, puncak eksotermik hidrasi gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya secara bertahap menurun, dan waktu posisi puncaknya sedikit tertunda, sementara panas eksotermik hidrasi menurun, tetapi tidak terlalu signifikan. Hal ini menunjukkan bahwa eter selulosa dapat menunda laju hidrasi dan derajat hidrasi gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya sampai batas tertentu, sehingga dosisnya tidak boleh terlalu besar, dan harus dikontrol dalam batas 1‰. Dapat dilihat bahwa lapisan koloid yang terbentuk setelah eter selulosa bertemu air terserap pada permukaan partikel gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya, yang mengurangi laju hidrasi gipsum sebelum 2 jam. Pada saat yang sama, efek retensi air dan pengentalannya yang unik menunda penguapan air bubur dan disipasi bermanfaat untuk hidrasi lebih lanjut gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya pada tahap selanjutnya. Singkatnya, ketika dosis yang tepat dikontrol, eter selulosa memiliki pengaruh terbatas pada laju hidrasi dan derajat hidrasi gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya itu sendiri. Pada saat yang sama, peningkatan kandungan eter selulosa dan berat molekul akan secara signifikan meningkatkan viskositas bubur dan menunjukkan kinerja retensi air yang sangat baik. Untuk memastikan fluiditas mortar perata sendiri gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya, konsumsi air akan meningkat secara signifikan, yang disebabkan oleh waktu pengerasan mortar yang lebih lama. Hal ini menjadi alasan utama penurunan sifat mekanik.
3. Kesimpulan
(1) Ketika fluiditas digunakan sebagai indeks kontrol, dengan peningkatan kandungan eter selulosa, waktu pengerasan mortar perata sendiri berbasis gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya menjadi lebih lama secara signifikan, dan sifat mekaniknya berkurang secara signifikan; dibandingkan dengan kandungannya, peningkatan berat molekul eter selulosa hanya sedikit berpengaruh pada sifat-sifat mortar tersebut. Dengan mempertimbangkan secara komprehensif, eter selulosa harus dipilih dengan berat molekul kecil (nilai viskositas lebih rendah dari 20.000 Pa·s), dan dosisnya harus dikontrol dalam batas 1‰ dari bahan semen.
(2) Hasil pengujian panas hidrasi gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya menunjukkan bahwa dalam lingkup pengujian ini, eter selulosa memiliki pengaruh terbatas pada laju hidrasi dan proses hidrasi gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya. Peningkatan konsumsi air dan penurunan kepadatan curah merupakan alasan utama penurunan sifat mekanik mortar berbahan dasar gipsum yang telah dihilangkan sulfurnya.
Waktu posting: 08 Mei 2023