ההשפעה של הידרוקסיפרופיל מתיל צלולוז HPMC על תכונות של מרגמה להתזת מכונה

עם ההתקדמות המתמשכת של התעשייה ושיפור הטכנולוגיה, באמצעות החדרת ושיפור מכונות ריסוס טיט זרות, טכנולוגיית הריסוס והטיח המכניים התפתחה רבות במדינה שלי בשנים האחרונות. טיט ריסוס מכני שונה מטיט רגיל, הדורש ביצועי אצירת מים גבוהים, נזילות מתאימה וביצועים מסוימים נגד שקיעה. בדרך כלל, מוסיפים לטיט הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז, אשר תאית אתר (HPMC) היא הנפוצה ביותר. הפונקציות העיקריות של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז HPMC בטיט הן: עיבוי וצמיגות, התאמת ריאולוגיה ויכולת אצירת מים מעולה. עם זאת, לא ניתן להתעלם מהחסרונות של HPMC. ל-HPMC יש אפקט סחיבת אוויר, אשר יגרום לפגמים פנימיים נוספים ותפחית באופן משמעותי את התכונות המכניות של הטיט. חברת Shandong Chenbang Fine Chemical Co., Ltd. בחנה את השפעת HPMC על קצב אצירת המים, הצפיפות, תכולת האוויר והתכונות המכניות של הטיט מההיבט המקרוסקופי, וחקרה את השפעת הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז HPMC על מבנה L של הטיט מההיבט המיקרוסקופי.

1. בדיקה

1.1 חומרי גלם

צמנט: צמנט P.0 42.5 זמין מסחרית, חוזקי הכיפוף והדחיסה שלו ב-28d הם 6.9 ו-48.2 MPa בהתאמה; חול: חול נהר דק Chengde, 40-100 mesh; אתר תאית: מיוצר על ידי Shandong Chenbang Fine Chemical Co., Ltd. אתר הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז, אבקה לבנה, צמיגות נומינלית 40, 100, 150, 200 Pa-s; מים: מי ברז נקיים.

1.2 שיטת בדיקה

בהתאם ל-JGJ/T 105-2011 "תקנות בנייה לריסוס מכני וטיח", עקביות המלט היא 80-120 מ"מ, ושיעור אצירת המים גדול מ-90%. בניסוי זה, יחס הסיד-חול נקבע על 1:5, העקביות נשלטה על (93+2) מ"מ, ואתר התאית עורבב חיצונית, וכמות הערבוב התבססה על מסת הצמנט. התכונות הבסיסיות של המלט כגון צפיפות רטובה, תכולת אוויר, אצירת מים ועקביות נבדקות בהתייחס ל-JGJ 70-2009 "שיטות בדיקה לתכונות בסיסיות של מלט בניין", ותכולת האוויר נבדקת ומחושבת לפי שיטת הצפיפות. בדיקות ההכנה, הכיפוף והדחיסה של הדגימות בוצעו לפי GB/T 17671-1999 "שיטות לבדיקת חוזק חול מלט צמנט (שיטת ISO)". קוטר הזחלים נמדד על ידי נקבוביות כספית. דגם פורוזימטר הכספית היה AUTOPORE 9500, וטווח המדידה היה 5.5 ננומטר-360 מיקרומטר. בסך הכל בוצעו 4 סדרות של בדיקות. יחס הצמנט-חול היה 1:5, צמיגות ה-HPMC הייתה 100 Pa-s, והמינון היה 0, 0.1%, 0.2%, 0.3% (המספרים הם A, B, C, D בהתאמה).

2. תוצאות וניתוח

2.1 השפעת HPMC על קצב אצירת המים של טיט צמנט

אצירת מים מתייחסת ליכולתו של מלט להחזיק מים. במלט המרוסס במכונה, הוספת אתר תאית יכולה לשמר ביעילות מים, להפחית את קצב הדימום ולעמוד בדרישות של הידרציה מלאה של חומרים מבוססי צמנט. השפעת HPMC על אצירת מים של מלט.

עם העלייה בתכולת HPMC, קצב אצירת המים של המלט עולה בהדרגה. עקומות הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז אתר עם צמיגות של 100, 150 ו-200 פסקל לשנייה זהות באופן בסיסי. כאשר התכולה היא 0.05%-0.15%, קצב אצירת המים עולה באופן ליניארי, וכאשר התכולה היא 0.15%, קצב אצירת המים גדול מ-93%. כאשר כמות הגריטס עולה על 0.20%, מגמת העלייה בקצב אצירת המים הופכת שטוחה, דבר המצביע על כך שכמות ה-HPMC קרובה לרוויה. עקומת ההשפעה של כמות ה-HPMC עם צמיגות של 40 פסקל לשנייה על קצב אצירת המים היא בקירוב קו ישר. כאשר הכמות גדולה מ-0.15%, קצב אצירת המים של המלט נמוך משמעותית מזה של שלושת סוגי ה-HPMC האחרים עם אותה כמות צמיגות. מקובל לחשוב שמנגנון אצירת המים של אתר תאית הוא: קבוצת ההידרוקסיל על מולקולת אתר התאית ואטום החמצן על קשר האתר יתחברו למולקולת המים ויוצרים קשר מימן, כך שהמים החופשיים הופכים למים קשורים, ובכך יוצרים אפקט אצירת מים טוב; מקובל גם לחשוב שהדיפוזיה ההדדית בין מולקולות המים לשרשראות המולקולריות של אתר התאית מאפשרת למולקולות מים להיכנס לחלק הפנימי של שרשראות המקרומולקולריות של אתר התאית ולהיות נתונות לכוחות קשירה חזקים, ובכך משפרת את אצירת המים של תרחיף המלט. אצירת מים מצוינת יכולה לשמור על טיט הומוגני, לא קל להפרדה, ולהשיג ביצועי ערבוב טובים, תוך הפחתת בלאי מכני והארכת חיי מכונת ריסוס הטיט.

2.2 ההשפעה של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז HPMC על הצפיפות ותכולת האוויר של טיט צמנט

כאשר כמות ה-HPMC היא 0-0.20%, צפיפות המלט יורדת בחדות עם העלייה בכמות ה-HPMC, מ-2050 ק"ג/מ"ק לכ-1650 ק"ג/מ"ק, שהם כ-20% פחות; כאשר כמות ה-HPMC עולה על 0.20%, הצפיפות יורדת. בהשוואה בין 4 סוגי HPMC בעלי צמיגות שונות, ככל שהצמיגות גבוהה יותר, כך צפיפות המלט נמוכה יותר; עקומות הצפיפות של המלטים עם הצמיגות המעורבת של HPMC של 150 ו-200 פסקל לשנייה חופפות למעשה, דבר המצביע על כך שככל שצמיגות ה-HPMC ממשיכה לעלות, הצפיפות כבר לא יורדת.

חוק השינוי של תכולת האוויר בטיט הפוך לשינוי צפיפות הטיט. כאשר תכולת הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז HPMC היא 0-0.20%, עם העלייה בתכולת HPMC, תכולת האוויר בטיט עולה כמעט באופן ליניארי; תכולת HPMC עולה על 0.20%, תכולת האוויר כמעט ולא משתנה, דבר המצביע על כך שאפקט סחיבת האוויר של הטיט קרוב לרוויה. אפקט סחיבת האוויר של HPMC עם צמיגות של 150 ו-200 פסקל לשנייה גדול יותר מזה של HPMC עם צמיגות של 40 ו-100 פסקל לשנייה.

אפקט ספיחת האוויר של אתר תאית נקבע בעיקר על ידי המבנה המולקולרי שלו. לאתר תאית יש גם קבוצות הידרופיליות (הידרוקסיל, אתר) וגם קבוצות הידרופוביות (מתיל, טבעת גלוקוז), והוא חומר פעיל שטח, בעל פעילות שטחית, ולכן בעל אפקט ספיחת אוויר. מצד אחד, הגז המוכנס יכול לפעול כמיסב כדורי בטיט, לשפר את ביצועי העבודה של הטיט, להגדיל את הנפח ולהגדיל את התפוקה, דבר המועיל ליצרן. אך מצד שני, אפקט ספיחת האוויר מגביר את תכולת האוויר בטיט ואת הנקבוביות לאחר התקשות, וכתוצאה מכך מוגדלות נקבוביות מזיקות ומפחיתות מאוד את התכונות המכניות. למרות של-HPMC יש אפקט ספיחת אוויר מסוים, הוא אינו יכול להחליף את חומר ספיחת האוויר. בנוסף, כאשר משתמשים בו זמנית ב-HPMC ובחומר ספיחת אוויר, חומר ספיחת האוויר עלול להיכשל.

2.3 השפעת HPMC על התכונות המכניות של טיט צמנט

כאשר כמות ה-HPMC היא רק 0.05%, חוזק הכיפוף של המלט יורד משמעותית, נמוך בכ-25% מזה של הדגימה הריקה ללא הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז HPMC, וחוזק הדחיסה יכול להגיע רק ל-65% מהדגימה הריקה -80%. כאשר כמות ה-HPMC עולה על 0.20%, הירידה בחוזק הכיפוף ובחוזק הדחיסה של המלט אינה ניכרת. לצמיגות של HPMC יש השפעה מועטה על התכונות המכניות של המלט. HPMC מכניס הרבה בועות אוויר זעירות, והשפעת סחיפת האוויר על המלט מגדילה את הנקבוביות הפנימית ואת הנקבוביות המזיקות של המלט, וכתוצאה מכך ירידה משמעותית בחוזק הדחיסה ובחוזק הכיפוף. סיבה נוספת לירידה בחוזק המלט היא אפקט שמירת המים של אתר תאית, אשר שומר על מים במלט הקשה, ויחס מים-קושר גדול מוביל לירידה בחוזק גוש הבדיקה. עבור טיט בנייה מכני, למרות שאתר תאית יכול להגדיל משמעותית את קצב אצירת המים של הטיט ולשפר את יכולת העבודה שלו, אם המינון גדול מדי, זה ישפיע קשות על התכונות המכניות של הטיט, ולכן יש לשקול את הקשר בין השניים בצורה סבירה.

עם העלייה בתכולת הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז HPMC, יחס הקיפול של המלט הראה מגמת עלייה כללית, שהייתה למעשה קשר ליניארי. הסיבה לכך היא שאתר התאית שנוסף מכניס מספר רב של בועות אוויר, מה שגורם לפגמים נוספים בתוך המלט, וחוזק הדחיסה של מלט ורד ההנחיה יורד בחדות, אם כי גם חוזק הכיפוף יורד במידה מסוימת; אך אתר התאית יכול לשפר את גמישות המלט, וזה מועיל לחוזק הכיפוף, מה שגורם לקצב הירידה להאט. בהתייחסות מקיפה, ההשפעה המשולבת של השניים מובילה לעלייה ביחס הקיפול.

2.4 השפעת HPMC על קוטר L של המלט

מעקומת התפלגות גודל הנקבוביות, נתוני התפלגות גודל הנקבוביות ופרמטרים סטטיסטיים שונים של דגימות AD, ניתן לראות כי ל-HPMC יש השפעה רבה על מבנה הנקבוביות של טיט צמנט:

(1) לאחר הוספת HPMC, גודל הנקבוביות של טיט הצמנט גדל משמעותית. על עקומת התפלגות גודל הנקבוביות, שטח התמונה זז ימינה, וערך הנקבוביות המתאים לערך השיא גדל. לאחר הוספת HPMC, קוטר הנקבוביות החציוני של טיט הצמנט גדול משמעותית מזה של הדגימה הריקה, וקוטר הנקבוביות החציוני של הדגימה עם מינון של 0.3% גדל ב-2 סדרי גודל בהשוואה לדגימה הריקה.

(2) חלקו את הנקבוביות בבטון לארבעה סוגים, דהיינו נקבוביות לא מזיקות (≤20 ננומטר), נקבוביות פחות מזיקות (20-100 ננומטר), נקבוביות מזיקות (100-200 ננומטר) ונקבוביות מזיקות רבות (≥200 ננומטר). ניתן לראות מטבלה 1 שמספר החורים הלא מזיקים או החורים הפחות מזיקים מצטמצם משמעותית לאחר הוספת HPMC, ומספר החורים המזיקים או החורים המזיקים יותר גדל. הנקבוביות המזיקות או הנקבוביות הפחות מזיקות של הדגימות שלא עורבבו עם HPMC הן כ-49.4%. לאחר הוספת HPMC, הנקבוביות הלא מזיקות או הנקבוביות הפחות מזיקות מצטמצמות משמעותית. אם ניקח לדוגמה את המינון של 0.1%, הנקבוביות הלא מזיקות או הנקבוביות הפחות מזיקות מצטמצמות בכ-45%. אחוז מהממצאים הוא שמספר החורים המזיקים הגדולים מ-10 מיקרון גדל פי 9 בערך.

(3) קוטר הנקבוביות החציוני, קוטר הנקבוביות הממוצע, נפח הנקבוביות הספציפי ושטח הפנים הספציפי אינם פועלים לפי כלל שינוי קפדני במיוחד עם העלייה בתכולת הידרוקסיפרופיל מתילצלולוז HPMC, דבר שעשוי להיות קשור לפיזור גדול בבחירת הדגימה במבחן הזרקת כספית. אך באופן כללי, קוטר הנקבוביות החציוני, קוטר הנקבוביות הממוצע ונפח הנקבוביות הספציפי של הדגימה המעורבבת עם HPMC נוטים לעלות בהשוואה לדגימה הריקה, בעוד ששטח הפנים הספציפי יורד.