Il gesso desolforato è costituito dai gas di scarico prodotti dalla combustione di combustibili contenenti zolfo (carbone, petrolio), dai rifiuti solidi industriali prodotti durante il processo di purificazione per desolforazione e dal gesso emiidrato (formula chimica CaSO4·0,5H2O), le cui prestazioni sono paragonabili a quelle del gesso naturale da costruzione. Pertanto, sono sempre più numerose le ricerche e le applicazioni che utilizzano il gesso desolforato al posto del gesso naturale per produrre materiali autolivellanti. Gli additivi polimerici organici, come gli agenti riduttori d'acqua, gli agenti ritentori d'acqua e i ritardanti, sono componenti funzionali essenziali nella composizione dei materiali per malta autolivellante. L'interazione e il meccanismo di questi due elementi con i materiali cementizi sono questioni che meritano particolare attenzione. A causa delle caratteristiche del processo di formazione, la finezza del gesso desolforato è ridotta (la granulometria è principalmente compresa tra 40 e 60 μm) e la distribuzione granulometrica della polvere è irregolare; di conseguenza, le proprietà reologiche del gesso desolforato sono scarse e la malta preparata con esso tende a presentare segregazione, stratificazione e bleeding. L'etere di cellulosa è l'additivo più comunemente utilizzato nella malta e il suo impiego combinato con un agente riduttore d'acqua è fondamentale per ottenere prestazioni ottimali dei materiali autolivellanti a base di gesso desolforato, sia in termini di prestazioni costruttive che, successivamente, di prestazioni meccaniche e di durabilità.
In questo articolo, il valore di fluidità viene utilizzato come indice di controllo (grado di spandimento 145 mm±5 mm), concentrandosi sull'impatto del contenuto di etere di cellulosa e del peso molecolare (valore di viscosità) sul consumo di acqua dei materiali autolivellanti a base di gesso desolforato, sulla perdita di fluidità nel tempo e sulla legge di influenza della coagulazione delle proprietà di base come il tempo e le proprietà meccaniche iniziali; allo stesso tempo, si testa la legge di influenza dell'etere di cellulosa sul rilascio di calore e sulla velocità di rilascio di calore dell'idratazione del gesso desolforato, si analizza la sua influenza sul processo di idratazione del gesso desolforato e si discute inizialmente la compatibilità di questo tipo di additivo con il sistema gelificante del gesso desolforato.
1. Materie prime e metodi di prova
1.1 Materie prime
Polvere di gesso: polvere di gesso desolforato prodotta da un'azienda di Tangshan, la cui composizione minerale principale è gesso emiidrato, la cui composizione chimica è riportata nella Tabella 1 e le cui proprietà fisiche sono riportate nella Tabella 2.
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Gli additivi includono: etere di cellulosa (idrossipropilmetilcellulosa, HPMC in breve); superplastificante WR; antischiuma B-1; polvere di lattice ridispersibile EVA S-05, tutti disponibili in commercio.
Aggregato: sabbia naturale di fiume, sabbia fine autoprodotta e setacciata con un setaccio da 0,6 mm.
1.2 Metodo di prova
Gesso desolforante fisso: sabbia: acqua = 1:0,5:0,45, quantità appropriata di altri additivi, fluidità come indice di controllo (espansione 145 mm ± 5 mm), regolando il consumo di acqua, rispettivamente miscelato con materiali cementizi (gesso desolforante + cemento) 0, 0,5‰, 1,0‰, 2,0‰, 3,0‰ etere di cellulosa (HPMC-20.000); Inoltre, fissando il dosaggio di etere di cellulosa all'1‰, si scelgono gli eteri di idrossipropilmetilcellulosa HPMC-20.000, HPMC-40.000, HPMC-75.000 e HPMC-100.000 con diversi pesi molecolari (i numeri corrispondenti sono rispettivamente H2, H4, H7.5 e H10), per studiare l'impatto delle variazioni di dosaggio e peso molecolare (valore di viscosità) dell'etere di cellulosa sulle proprietà della malta autolivellante a base di gesso e l'influenza di questi due fattori sulla fluidità, sul tempo di presa e sulle proprietà meccaniche iniziali della miscela di malta autolivellante a base di gesso desolforato. Il metodo di prova specifico viene eseguito in conformità ai requisiti della norma GB/T 17669.3-1999 "Determinazione delle proprietà meccaniche del gesso da costruzione".
Il test del calore di idratazione viene eseguito utilizzando un campione di riferimento di gesso desolforato e campioni con un contenuto di etere di cellulosa rispettivamente dello 0,5‰ e del 3‰, e lo strumento utilizzato è un tester del calore di idratazione di tipo TA-AIR.
2. Risultati e analisi
2.1 Effetto del contenuto di etere di cellulosa sulle proprietà di base della malta
Con l'aumento del contenuto, la lavorabilità e la coesione della malta migliorano significativamente, la perdita di fluidità nel tempo si riduce notevolmente e le prestazioni costruttive sono più eccellenti, la malta indurita non presenta fenomeni di delaminazione e la levigatezza, la uniformità e l'estetica della superficie sono notevolmente migliorate. Allo stesso tempo, il consumo di acqua della malta per ottenere la stessa fluidità aumenta significativamente. Al 5‰, il consumo di acqua è aumentato del 102% e il tempo di presa finale è stato prolungato di 100 minuti, ovvero 2,5 volte quello del campione di riferimento. Le proprietà meccaniche iniziali della malta diminuiscono significativamente con l'aumento del contenuto di etere di cellulosa. Quando il contenuto di etere di cellulosa era del 5‰, la resistenza a flessione e la resistenza a compressione a 24 ore sono diminuite rispettivamente al 18,75% e all'11,29% del campione di riferimento. La resistenza a compressione è rispettivamente del 39,47% e del 23,45% del campione di riferimento. È opportuno notare che con l'aumento della quantità di agente ritentore d'acqua, anche la densità apparente della malta è diminuita significativamente, da 2069 kg/m³ allo 0 a 1747 kg/m³ al 5‰, con una diminuzione del 15,56%. La densità della malta diminuisce e la porosità aumenta, il che è una delle ragioni dell'evidente calo delle proprietà meccaniche della malta.
L'etere di cellulosa è un polimero non ionico. I gruppi idrossilici sulla catena dell'etere di cellulosa e gli atomi di ossigeno sul legame etereo possono combinarsi con le molecole d'acqua per formare legami idrogeno, trasformando l'acqua libera in acqua legata, svolgendo così un ruolo nella ritenzione idrica. Macroscopicamente, ciò si manifesta come un aumento della coesione della malta [5]. L'aumento della viscosità della malta non solo aumenterà il consumo di acqua, ma anche l'etere di cellulosa disciolto verrà adsorbito sulla superficie delle particelle di gesso, ostacolando la reazione di idratazione e prolungando il tempo di presa; durante il processo di agitazione, verrà inoltre introdotto un gran numero di bolle d'aria. Si formeranno vuoti man mano che la malta si indurisce, riducendo infine la resistenza della malta. Considerando in modo esaustivo il consumo idrico unilaterale della miscela di malta, le prestazioni costruttive, il tempo di presa, le proprietà meccaniche e la durabilità successiva, ecc., il contenuto di etere di cellulosa nella malta autolivellante a base di gesso desolforato non dovrebbe superare l'1‰.
2.2 L'effetto del peso molecolare dell'etere di cellulosa sulle prestazioni della malta
Generalmente, maggiore è la viscosità e più fine è la finezza dell'etere di cellulosa, migliore è la ritenzione idrica e maggiore è la forza di adesione. Le prestazioni saranno influenzate negativamente. Pertanto, è stata ulteriormente testata l'influenza degli eteri di cellulosa di diverso peso molecolare sulle proprietà di base dei materiali di malta autolivellante a base di gesso. Il fabbisogno di acqua della malta è aumentato in una certa misura, ma non ha avuto un effetto evidente sul tempo di presa e sulla fluidità. Allo stesso tempo, le resistenze a flessione e compressione della malta in diversi stati hanno mostrato una tendenza al ribasso, ma il calo è stato di gran lunga inferiore all'influenza del contenuto di etere di cellulosa sulle proprietà meccaniche. In sintesi, l'aumento del peso molecolare dell'etere di cellulosa non ha un effetto evidente sulle prestazioni delle miscele di malta. Considerando la praticità di costruzione, come materiali autolivellanti a base di gesso desolforato, si dovrebbe scegliere un etere di cellulosa a bassa viscosità e basso peso molecolare.
2.3 Effetto dell'etere di cellulosa sul calore di idratazione del gesso desolforato
Con l'aumento del contenuto di etere di cellulosa, il picco esotermico di idratazione del gesso desolforato è gradualmente diminuito e il tempo di posizione del picco è stato leggermente ritardato, mentre il calore esotermico di idratazione è diminuito, ma non in modo evidente. Ciò dimostra che l'etere di cellulosa può ritardare la velocità e il grado di idratazione del gesso desolforato in una certa misura, quindi il dosaggio non dovrebbe essere eccessivo e dovrebbe essere controllato entro l'1‰. Si può osservare che il film colloidale formatosi dopo che l'etere di cellulosa incontra l'acqua viene adsorbito sulla superficie delle particelle di gesso desolforato, il che riduce la velocità di idratazione del gesso prima delle 2 ore. Allo stesso tempo, i suoi peculiari effetti di ritenzione idrica e addensante ritardano l'evaporazione dell'acqua della sospensione e la dissipazione è vantaggiosa per l'ulteriore idratazione del gesso desolforato nella fase successiva. In sintesi, quando il dosaggio è controllato in modo appropriato, l'etere di cellulosa ha un'influenza limitata sulla velocità di idratazione e sul grado di idratazione del gesso desolforato stesso. Allo stesso tempo, l'aumento del contenuto di etere di cellulosa e del peso molecolare aumenterà significativamente la viscosità della malta e mostrerà eccellenti prestazioni di ritenzione idrica. Per garantire la fluidità della malta autolivellante di gesso desolforato, il consumo di acqua aumenterà significativamente, il che è dovuto al prolungamento del tempo di presa della malta. Questa è la ragione principale del calo delle proprietà meccaniche.
3. Conclusion
(1) Quando la fluidità viene utilizzata come indice di controllo, con l'aumento del contenuto di etere di cellulosa, il tempo di presa della malta autolivellante a base di gesso desolforato si prolunga significativamente e le proprietà meccaniche si riducono significativamente; rispetto al contenuto, l'aumento del peso molecolare dell'etere di cellulosa ha scarso effetto sulle suddette proprietà della malta. Considerando tutto, l'etere di cellulosa dovrebbe essere selezionato con un basso peso molecolare (valore di viscosità inferiore a 20 000 Pa·s) e il dosaggio dovrebbe essere controllato entro l'1‰ del materiale cementizio.
(2) I risultati del test sul calore di idratazione del gesso desolforato mostrano che, nell'ambito di questo test, l'etere di cellulosa ha un'influenza limitata sulla velocità di idratazione e sul processo di idratazione del gesso desolforato. L'aumento del consumo di acqua e la diminuzione della densità apparente sono le ragioni principali della diminuzione delle proprietà meccaniche della malta a base di gesso desolforato.
Data di pubblicazione: 8 maggio 2023