שיפור ההשפעה של הידרוקסיפרופילמתילצלולוז (HPMC) על חומרים מבוססי צמנט

בשנים האחרונות, עם הפיתוח המתמשך של טכנולוגיית בידוד קירות חיצוניים, ההתקדמות המתמשכת של טכנולוגיית ייצור תאית והמאפיינים המצוינים של HPMC עצמו, HPMC נמצא בשימוש נרחב בתעשיית הבנייה.

על מנת לחקור לעומק את מנגנון הפעולה בין HPMC לחומרים מבוססי צמנט, מאמר זה מתמקד בשיפור ההשפעה של HPMC על התכונות הקוהזיביות של חומרים מבוססי צמנט.

זמן קרישה

זמן ההתיישבות של בטון קשור בעיקר לזמן ההתיישבות של צמנט, ולאגרגט יש השפעה מועטה, ולכן ניתן להשתמש בזמן ההתיישבות של טיט כדי לחקור את השפעת HPMC על זמן ההתיישבות של תערובת בטון תת-ימית שאינה מתפזרת, מכיוון שזמן ההתיישבות של טיט מושפע ממים. לכן, על מנת להעריך את השפעת HPMC על זמן ההתיישבות של טיט, יש צורך לקבוע את יחס המים-צמנט ואת יחס הטיט של טיט.

על פי הניסוי, לתוספת HPMC יש השפעה מעכבת משמעותית על תערובת המלט, וזמן ההתייצבות של המלט מתארך בהדרגה עם העלייה בתכולת HPMC. תחת אותה תכולת HPMC, המלט המעוצב מתחת למים מהיר יותר מהמלט שנוצר באוויר. זמן ההתייצבות של יציקה במדיום ארוך יותר. כאשר מודדים במים, בהשוואה לדגימה הריקה, זמן ההתייצבות של המלט המעורבב עם HPMC מתעכב ב-6-18 שעות להתייצבות ראשונית וב-6-22 שעות להתייצבות סופית. לכן, יש להשתמש ב-HPMC בשילוב עם מאיצים.

HPMC הוא פולימר מולקולרי גבוה עם מבנה ליניארי מקרומולקולרי וקבוצת הידרוקסיל על הקבוצה הפונקציונלית, שיכול ליצור קשרי מימן עם מולקולות המים המתערבבות ולהגדיל את צמיגות המים המתערבבים. שרשראות המולקולריות הארוכות של HPMC ימשכו זו את זו, מה שיגרום למולקולות ה-HPMC להסתבך זו עם זו ויוצר מבנה רשת, עוטף את המלט ואת המים המתערבבים. מכיוון ש-HPMC יוצר מבנה רשת הדומה לסרט ועוטף את המלט, הוא ימנע ביעילות את התנדפות המים במלט, ויעכב או יאט את קצב ההידרציה של המלט.

מְדַמֵם

תופעת הדימום של מלט דומה לזו של בטון, אשר תגרום לשקיעה חמורה של אגרגטים, וכתוצאה מכך לעלייה ביחס המים-צמנט של השכבה העליונה של התרחיף, מה שגורם להתכווצות פלסטית גדולה של השכבה העליונה של התרחיף בשלב מוקדם, ואף לסדקים, וחוזק שכבת השטח של התרחיף חלש יחסית.

כאשר המינון מעל 0.5%, למעשה אין תופעת דימום. הסיבה לכך היא שכאשר HPMC מעורבב במלט, ל-HPMC יש מבנה יצירת שכבה ומבנה רשת, וספיחת קבוצות הידרוקסיל על שרשרת ארוכה של מקרומולקולות גורמת למלט ולמים המעורבים במלט ליצור פלוקולציה, מה שמבטיח את המבנה היציב של המלט. לאחר הוספת HPMC למלט, ייווצרו בועות אוויר זעירות רבות ועצמאיות. בועות אוויר אלו יפוזרו באופן שווה במלט ויעכבו את שקיעת האגרגט. לביצועים הטכניים של HPMC יש השפעה רבה על חומרים מבוססי צמנט, והוא משמש לעתים קרובות להכנת חומרים מרוכבים חדשים מבוססי צמנט כגון מלט אבקה יבש ומלט פולימרי, כך שיש לו שמירה טובה על מים ושימור פלסטי.

ביקוש למים לטיט

כאשר כמות ה-HPMC קטנה, יש לה השפעה רבה על צריכת המים של המלט. במקרה של שמירה על דרגת ההתפשטות של המלט הטרי זהה באופן מהותי, תכולת ה-HPMC ודרישת המים של המלט משתנים ביחס ליניארי בתוך פרק זמן מסוים, ודרישת המים של המלט יורדת תחילה ואז עולה באופן ניכר. כאשר כמות ה-HPMC קטנה מ-0.025%, עם העלייה בכמות, דרישת המים של המלט יורדת תחת אותה דרגת התפשטות, מה שמראה שכאשר כמות ה-HPMC קטנה, יש לה השפעה על הפחתת מים על המלט, ול-HPMC יש השפעה על ספיחת אוויר. יש מספר רב של בועות אוויר זעירות ועצמאיות במלט, ובועות אוויר אלו משמשות כחומר סיכה לשיפור נזילות המלט. כאשר המינון גדול מ-0.025%, דרישת המים של המלט עולה עם העלייה במינון. הסיבה לכך היא שמבנה הרשת של HPMC שלם עוד יותר, והפער בין הגושים בשרשרת המולקולרית הארוכה מתקצר, מה שיוצר משיכה ולכידות, ומפחית את נזילות המלט. לכן, בתנאי שמידת ההתפשטות זהה בעצם, התרחיף מראה עלייה בביקוש למים.

01. בדיקת עמידות לפיזור:

אנטי-דיספרסיה היא מדד טכני חשוב למדידת איכות חומר אנטי-דיספרסיה. HPMC היא תרכובת פולימר מסיסה במים, המכונה גם שרף מסיס במים או פולימר מסיס במים. היא משפרת את עקביות התערובת על ידי הגברת צמיגות מי הערבוב. זהו חומר פולימרי הידרופילי שיכול להתמוסס במים ליצירת תמיסה או דיספרסיה.

ניסויים מראים שכאשר כמות הסופרפלסטיסייזר היעיל ביותר מבוסס נפתלין עולה, הוספת הסופרפלסטיסייזר תפחית את עמידות הפיזור של טיט צמנט טרי. הסיבה לכך היא שמפחית המים היעיל ביותר מבוסס נפתלין הוא חומר פעיל שטח. כאשר מוסיפים את מפחית המים לטיט, מפחית המים יכוון על פני חלקיקי הצמנט כדי ליצור את אותו מטען לפני השטח של חלקיקי הצמנט. דחייה חשמלית זו גורמת לחלקיקי הצמנט ליצור את מבנה הפתתה של הצמנט מתפרק, והמים העטופים במבנה משתחררים, מה שיגרום לאובדן חלק מהצמנט. יחד עם זאת, נמצא כי עם העלייה בתכולת HPMC, עמידות הפיזור של טיט צמנט טרי משתפרת.

02. מאפייני חוזק של בטון:

בפרויקט פיילוט ליסודות, יושם תוסף בטון תת-ימי שאינו מתפזר HPMC, ודרגת החוזק המתוכננת הייתה C25. על פי הבדיקה הבסיסית, כמות הצמנט היא 400 ק"ג, אדי הסיליקה המורכבים הם 25 ק"ג/מ"ק, כמות אופטימלית של HPMC היא 0.6% מכמות הצמנט, יחס המים-צמנט הוא 0.42, שיעור החול הוא 40%, ותפוקת מפחית המים היעילה ביותר מבוסס נפתלין היא . כמות הצמנט היא 8%, החוזק הממוצע ב-28 ימים של דגימת הבטון באוויר הוא 42.6 מגה פסקל, החוזק הממוצע ב-28 ימים של הבטון התת-ימי עם גובה נפילה של 60 מ"מ הוא 36.4 מגה פסקל, ויחס החוזק של הבטון המיוצר במים לבטון המיוצר באוויר הוא 84.8%, ההשפעה משמעותית יותר.

03. ניסויים מראים:

(1) לתוספת HPMC יש השפעה מעכבת ברורה על תערובת המלט. עם העלייה בתכולת HPMC, זמן ההתייצבות של המלט מתארך בהדרגה. תחת אותה תכולת HPMC, המלט שנוצר תחת מים מהיר יותר מזה שנוצר באוויר. זמן ההתייצבות של יציקת חומר ארוך יותר. תכונה זו מועילה לשאיבת בטון מתחת למים.

(2) לטיט צמנט טרי מעורבב עם הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז יש תכונות קוהזיביות טובות וכמעט ללא דימום.

(3) כמות ה-HPMC וצריכת המלט למים ירדו תחילה ולאחר מכן עלו באופן ניכר.

(4) שילוב חומר להפחתת מים משפר את בעיית הביקוש המוגבר למים לטיט, אך יש לשלוט במינון שלו באופן סביר, אחרת עמידות הפיזור התת-ימי של טיט צמנט מעורבב טרי תפחת לעיתים.

(5) יש הבדל קטן במבנה בין דגימת משחת הצמנט המעורבבת עם HPMC לבין הדגימה הריקה, ויש הבדל קטן במבנה ובצפיפות של דגימת משחת הצמנט שנמזגה במים ובאוויר. הדגימה שנוצרה מתחת למים במשך 28 ימים היא מעט פריכה. הסיבה העיקרית לכך היא שתוספת HPMC מפחיתה מאוד את אובדן ופיזור הצמנט בעת שפיכה במים, אך גם מפחיתה את דחיסות אבן הצמנט. בפרויקט, בתנאי של הבטחת אפקט אי-פיזור מתחת למים, יש להפחית את מינון ה-HPMC ככל האפשר.

(6) הוספת תוסף בטון תת-ימי שאינו מתפזר HPMC, ושליטה במינון, מועילה לחוזק. פרויקט הפיילוט מראה שיחס החוזק של בטון מעוצב במים לבטון מעוצב באוויר הוא 84.8%, וההשפעה משמעותית יחסית.