תכונות בסיסיות של תוספים נפוצים בבניית טיט יבש

לתוספים תפקיד מפתח בשיפור ביצועי בניית טיט יבש, אך הוספת טיט יבש הופכת את עלות החומר של מוצרי טיט יבש גבוהה משמעותית מזו של טיט מסורתי, המהווה יותר מ-40% מעלות החומר בטיט יבש. כיום, חלק ניכר מהתוספים מסופקים על ידי יצרנים זרים, ומינון הייחוס של המוצר מסופק גם על ידי הספק. כתוצאה מכך, עלות מוצרי טיט יבש נותרה גבוהה, וקשה להפוך טיט בנייה וטיח רגיל לפופולרי בכמויות גדולות ובשטחים רחבים; מוצרי שוק יוקרתיים נשלטים על ידי חברות זרות, וליצרני טיט יבש יש רווחים נמוכים וסבילות מחיר נמוכה; קיים מחסור במחקר שיטתי וממוקד על יישום תרופות, ונוסחאות זרות נעשות באופן עיוור.

בהתבסס על הסיבות לעיל, מאמר זה מנתח ומשווה כמה תכונות בסיסיות של תוספים נפוצים, ועל בסיס זה, בוחן את ביצועי מוצרי מלט מעורבבים יבשים באמצעות תוספים.

1. חומר לאגירת מים

חומר אגירת מים הוא תוסף מפתח לשיפור ביצועי אגירת המים של טיט יבש, והוא גם אחד התוספים המרכזיים לקביעת עלות חומרי טיט יבשים.

1.1 אתר תאית

אתר תאית הוא מונח כללי לסדרה של מוצרים המיוצרים על ידי תגובה של תאית אלקלית וחומר אתריפיציה בתנאים מסוימים. תאית אלקלית מוחלפת בחומרי אתריפיציה שונים כדי לקבל אתרי תאית שונים. בהתאם לתכונות היינון של התחליפים, ניתן לחלק אתרי תאית לשתי קטגוריות: יוניים (כגון קרבוקסימתיל תאית) ולא יוניים (כגון מתיל תאית). בהתאם לסוג התחליף, ניתן לחלק את אתר התאית למונואתר (כגון מתיל תאית) ואתר מעורב (כגון הידרוקסיפרופיל מתיל תאית). בהתאם למסיסות השונה, ניתן לחלק אותו למסיס במים (כגון הידרוקסיאתיל תאית) ומסיס בממס אורגני (כגון אתיל תאית) וכו'. טיט מעורבב יבש מורכב בעיקר מתאית מסיסה במים, ותאית מסיסה במים מחולקת לסוג מיידי ותאית שעברה טיפול פני שטח עם התמוססות מאוחרת.

מנגנון הפעולה של אתר תאית בטיט הוא כדלקמן:

(1) לאחר המסת אתר התאית במים, מובטחת פיזור יעיל ואחיד של החומר הצמנטי במערכת הודות לפעילות פני השטח, ואתר התאית, כקולואיד מגן, "עוטף" את החלקיקים המוצקים ונוצרת שכבת סיכה על פני השטח החיצוניים שלו, מה שהופך את מערכת המלט ליציבה יותר, וגם משפר את נוזליות המלט במהלך תהליך הערבוב ואת חלקות הבנייה.

(2) בשל המבנה המולקולרי שלה, תמיסת אתר התאית גורמת לכך שהמים בטיט לא יאבדו בקלות, ומשחררת אותם בהדרגה לאורך זמן רב, מה שמקנה לטיט אגירת מים ויכולת עבודה טובים.

1.1.1 נוסחה מולקולרית של מתיל תאית (MC) [C6H7O2(OH)3-h(OCH3)n]x

לאחר טיפול בכותנה מזוקקת בבסיס, מיוצר אתר תאית באמצעות סדרה של תגובות עם מתאן כלוריד כחומר אתריפיקציה. באופן כללי, דרגת ההחלפה היא 1.6~2.0, והמסיסות משתנה גם היא עם דרגות החלפה שונות. הוא שייך לאתר תאית לא יוני.

(1) מתילצלולוז מסיס במים קרים, וקשה להמיסו במים חמים. התמיסה המימית שלו יציבה מאוד בטווח pH=3~12. יש לו תאימות טובה עם עמילן, גואר גאם וכו' וחומרים פעילי שטח רבים. כאשר הטמפרטורה מגיעה לטמפרטורת הג'לציה, מתרחשת ג'לציה.

(2) אצירת המים של מתיל תאית תלויה בכמות התוספת שלה, בצמיגות שלה, בדקיקות החלקיקים ובקצב ההמסה. באופן כללי, אם כמות התוספת גדולה, הדקיקות קטנה והצמיגות גדולה, קצב אצירת המים גבוה. ביניהם, לכמות התוספת יש את ההשפעה הגדולה ביותר על קצב אצירת המים, ורמת הצמיגות אינה ביחס ישר לרמת קצב אצירת המים. קצב ההמסה תלוי בעיקר במידת השינוי פני השטח של חלקיקי התאית ובדיקות החלקיקים. מבין אתרי התאית הנ"ל, למתיל תאית ולהידרוקסיפרופיל מתיל תאית יש שיעורי אצירת מים גבוהים יותר.

(3) שינויים בטמפרטורה ישפיעו קשות על קצב אצירת המים של מתיל תאית. באופן כללי, ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך אצירת המים גרועה יותר. אם טמפרטורת המלט עולה על 40 מעלות צלזיוס, אצירת המים של מתיל תאית תפחת משמעותית, דבר שיפגע קשות בבניית המלט.

(4) למתיל תאית יש השפעה משמעותית על מבנה והידבקות של טיט. המונח "הידבקות" כאן מתייחס לכוח ההדבקה המורגש בין כלי ההדבקה של העובד לבין מצע הקיר, כלומר, עמידות הגזירה של הטיט. כושר ההדבקה גבוה, עמידות הגזירה של הטיט גדולה, והחוזק הנדרש מהעובדים בתהליך השימוש גם הוא גדול, וביצועי הבנייה של הטיט גרועים. הידבקות מתיל תאית נמצאת ברמה בינונית במוצרי אתר תאית.

1.1.2 הנוסחה המולקולרית של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז (HPMC) היא [C6H7O2(OH)3-mn(OCH3)m,OCH2CH(OH)CH3]n]x

הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז הוא זן תאית שתפוקתו וצריכתו גדלו במהירות בשנים האחרונות. זהו אתר מעורב תאית לא יוני העשוי מכותנה מזוקקת לאחר אלקליזציה, תוך שימוש בפרופילן אוקסיד ומתיל כלוריד כחומר אתריפיקציה, באמצעות סדרה של תגובות. דרגת ההחלפה היא בדרך כלל 1.2~2.0. תכונותיו שונות עקב יחסים שונים של תכולת מתוקסיל ותכולת הידרוקסיפרופיל.

(1) הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז מסיס בקלות במים קרים, והוא יתקל בקשיים בהמסה במים חמים. אך טמפרטורת הג'לציה שלו במים חמים גבוהה משמעותית מזו של מתילצלולוז. גם המסיסות במים קרים משופרת מאוד בהשוואה למתילצלולוז.

(2) צמיגותה של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז קשורה למשקלה המולקולרי, וככל שהמשקל המולקולרי גדול יותר, כך הצמיגות גבוהה יותר. הטמפרטורה משפיעה גם היא על צמיגותה, ככל שהטמפרטורה עולה, הצמיגות יורדת. עם זאת, לצמיגות הגבוהה שלה יש השפעה נמוכה יותר על הטמפרטורה מאשר למתילצלולוז. התמיסה שלה יציבה כאשר היא מאוחסנת בטמפרטורת החדר.

(3) קצב שמירת המים של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז תלוי בכמות התוספת שלו, בצמיגות שלו וכו', וקצב שמירת המים שלו תחת אותה כמות תוספת גבוהה יותר מזה של מתילצלולוז.

(4) הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז יציב לחומצה ובסיס, והתמיסה המימית שלו יציבה מאוד בטווח pH=2~12. סודה קאוסטית ומי סיד משפיעים מעט על ביצועיה, אך בסיס יכול להאיץ את התמוססותה ולהגביר את צמיגותה. הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז יציב למלחים רגילים, אך כאשר ריכוז תמיסת המלח גבוה, צמיגותה של תמיסת הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז נוטה לעלות.

(5) ניתן לערבב הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז עם תרכובות פולימר מסיסות במים כדי ליצור תמיסה אחידה ובעלת צמיגות גבוהה יותר. כגון פוליוויניל אלכוהול, עמילן אתר, גומי צמחי וכו'.

(6) להידרוקספרופיל מתילצלולוז עמידות טובה יותר לאנזימים מאשר למתילצלולוז, ותמיסתו פחות צפויה להתפרק על ידי אנזימים מאשר למתילצלולוז.

(7) ההידבקות של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז לבניית טיט גבוהה יותר מזו של מתילצלולוז.

1.1.3 הידרוקסיאתיל צלולוז (HEC)

הוא עשוי מכותנה מזוקקת שטופלה בבסיס, ומגיבה עם אתילן אוקסיד כחומר אתריפיקציה בנוכחות אצטון. דרגת ההחלפה היא בדרך כלל 1.5~2.0. יש לו הידרופיליות חזקה וקל לספיגת לחות.

(1) הידרוקסיאתיל תאית מסיסה במים קרים, אך קשה להמיס אותה במים חמים. התמיסה שלה יציבה בטמפרטורה גבוהה ללא ג'ל. ניתן להשתמש בה לאורך זמן בטמפרטורה גבוהה בטיט, אך אצירת המים שלה נמוכה יותר מזו של מתיל תאית.

(2) הידרוקסיאתיל תאית יציבה לחומצות ובסיסים כלליים. אלקלי יכול להאיץ את התמוססותו ולהגביר מעט את צמיגותו. פיזור שלו במים מעט גרוע יותר מזה של מתיל תאית והידרוקסיפרופיל מתיל תאית.

(3) להידרוקסיאתיל תאית יש ביצועים טובים של מניעת שקיעה עבור טיט, אך יש לה זמן עיכוב ארוך יותר עבור צמנט.

(4) ביצועי הידרוקסי-אתיל תאית המיוצרים על ידי מפעלים מקומיים מסוימים נמוכים באופן ברור מאלה של מתיל תאית בשל תכולת המים הגבוהה ותכולת האפר הגבוהה שלה.

1.1.4 קרבוקסימתילצלולוז (CMC) [C6H7O2(OH)2och2COONa]n

אתר תאית יוני עשוי מסיבים טבעיים (כותנה וכו') לאחר טיפול אלקלי, תוך שימוש בנתרן מונוכלורואצטט כחומר אתריפיקציה, ועובר סדרה של טיפולי תגובה. דרגת ההחלפה היא בדרך כלל 0.4~1.4, וביצועיו מושפעים במידה רבה ממידת ההחלפה.

(1) קרבוקסימטיל תאית היא היגרוסקופית יותר, והיא תכיל יותר מים כאשר היא מאוחסנת בתנאים כלליים.

(2) תמיסה מימית של קרבוקסימטיל צלולוז לא תיצור ג'ל, והצמיגות תפחת עם עליית הטמפרטורה. כאשר הטמפרטורה עולה על 50 מעלות צלזיוס, הצמיגות אינה הפיכה.

(3) יציבותו מושפעת במידה רבה מרמת החומציות (pH). באופן כללי, ניתן להשתמש בו בטיט מבוסס גבס, אך לא בטיט מבוסס צמנט. כאשר הוא בסיסי מאוד, הוא מאבד מצמיגות.

(4) אצירת המים שלו נמוכה בהרבה מזו של מתיל תאית. יש לו השפעה מעכבת על טיט מבוסס גבס ומפחית את חוזקו. עם זאת, מחירה של קרבוקסימתיל תאית נמוך משמעותית מזה של מתיל תאית.