産業の継続的な進歩と技術の向上に伴い、海外のモルタル噴霧機の導入と改良により、近年、我が国では機械噴霧および左官技術が大きく発展しました。機械噴霧モルタルは、通常のモルタルとは異なり、高い保水性、適切な流動性、一定の垂れ防止性能が求められます。通常、モルタルにはヒドロキシプロピルメチルセルロースが添加され、その中でもセルロースエーテル（HPMC）が最も広く使用されています。モルタル中のヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）の主な機能は、増粘と粘度向上、レオロジーの調整、優れた保水性です。しかし、HPMCの欠点も無視できません。HPMCには空気連行効果があり、内部欠陥を増やし、モルタルの機械的特性を著しく低下させます。山東陳邦精細化工有限公司は、モルタルの保水率、密度、空気含有量、機械的特性に対するHPMCの影響を巨視的な観点から研究し、モルタルのL構造に対するヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）の影響を微視的な観点から研究した。
1. テスト
1.1 原材料
セメント：市販のP.0 42.5セメント、28d曲げ強度と圧縮強度はそれぞれ6.9MPaと48.2MPaです。砂：承徳細粒河川砂、40～100メッシュ。セルロースエーテル：山東陳邦精細化学有限公司製のヒドロキシプロピルメチルセルロースエーテル、白色粉末、公称粘度40、100、150、200 Pa-s。水：きれいな水道水。
1.2 試験方法
JGJ/T 105-2011「機械吹き付けおよび左官工事の施工規則」によれば、モルタルの稠度は80～120mm、保水率は90%以上である。本実験では、石灰砂比を1:5に設定し、稠度を(93+2)mmに制御し、セルロースエーテルを外部から混合し、混合量はセメント質量に基づいて決定した。湿潤密度、空気量、保水率、稠度などのモルタルの基本特性は、JGJ 70-2009「建築用モルタルの基本特性試験方法」を参照して試験し、空気量は密度法に従って試験および計算した。試験体の準備、曲げ強度および圧縮強度試験は、GB/T 17671-1999「セメントモルタル砂の強度試験方法（ISO法）」に従って実施した。幼虫の直径は水銀ポロシメトリーで測定した。水銀ポロシメーターのモデルはAUTOPORE 9500で、測定範囲は5.5 nm～360 μmであった。合計4セットの試験を実施した。セメントと砂の比率は1:5、HPMCの粘度は100 Pa-s、添加量は0、0.1%、0.2%、0.3%（それぞれA、B、C、D）であった。
2．結果と分析
2.1 HPMCがセメントモルタルの保水率に及ぼす影響
保水性とは、モルタルが水を保持する能力を指します。機械吹き付けモルタルでは、セルロースエーテルを添加することで効果的に保水し、ブリーディング率を低減し、セメント系材料の完全水和の要件を満たすことができます。HPMCがモルタルの保水性に及ぼす影響。
HPMC含有量の増加に伴い、モルタルの保水率は徐々に増加します。粘度が100、150、200 Pa.sのヒドロキシプロピルメチルセルロースエーテルの曲線は基本的に同じです。含有量が0.05%～0.15%の場合、保水率は直線的に増加し、含有量が0.15%の場合、保水率は93%を超えます。グリットの量が0.20%を超えると、保水率の増加傾向は平坦になり、HPMCの量が飽和に近いことを示しています。粘度が40 Pa.sのHPMCの量が保水率に与える影響曲線は、ほぼ直線です。量が0.15%を超えると、モルタルの保水率は、同じ量の粘度の他の3種類のHPMCの保水率よりも著しく低くなります。セルロースエーテルの保水メカニズムは、一般的に、セルロースエーテル分子上の水酸基とエーテル結合上の酸素原子が水分子と結合して水素結合を形成し、自由水が結合水となることで良好な保水効果を発揮すると考えられています。また、水分子とセルロースエーテル分子鎖間の相互拡散により、水分子がセルロースエーテル高分子鎖の内部に入り込み、強い結合力を受けることで、セメントスラリーの保水性が向上するとも考えられています。優れた保水性により、モルタルは均質で分離しにくく、良好な混合性能が得られるとともに、モルタル噴霧機の機械的摩耗が軽減され、寿命が延びます。
2.2 ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）がセメントモルタルの密度および空気含有量に及ぼす影響
HPMCの量が0～0.20%の場合、モルタルの密度はHPMCの量の増加に伴って急激に減少し、2050 kg/m3から約1650 kg/m3まで低下し、約20%低下します。HPMCの量が0.20%を超えると、密度は減少します。粘度の異なる4種類のHPMCを比較すると、粘度が高いほどモルタルの密度は低くなります。混合粘度が150および200 Pa.sのHPMCを含むモルタルの密度曲線はほぼ重なっており、HPMCの粘度がさらに増加しても密度は減少しないことを示しています。
モルタルの空気量の変化法則は、モルタルの密度の変化とは逆です。ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）の含有量が0～0.20%の場合、HPMCの含有量が増加するにつれて、モルタルの空気量はほぼ直線的に増加します。HPMCの含有量が0.20%を超えると、空気量はほとんど変化せず、モルタルの空気連行効果が飽和に近いことを示しています。粘度が150および200 Pa・sのHPMCの空気連行効果は、粘度が40および100 Pa・sのHPMCの空気連行効果よりも大きいです。
セルロースエーテルの空気連行効果は主にその分子構造によって決まります。セルロースエーテルは親水性基（ヒドロキシル基、エーテル基）と疎水性基（メチル基、グルコース環）の両方を持ち、界面活性剤です。表面活性を持つため、空気連行効果があります。一方では、導入されたガスはモルタル中のボールベアリングのように働き、モルタルの作業性を向上させ、体積を増加させ、生産量を増加させるため、製造業者にとって有益です。しかし他方では、空気連行効果によりモルタルの空気含有量と硬化後の気孔率が増加し、有害な気孔が増加して機械的特性が大幅に低下します。HPMCには一定の空気連行効果がありますが、空気連行剤の代わりにはなりません。さらに、HPMCと空気連行剤を同時に使用すると、空気連行剤が機能しなくなる可能性があります。
2.3 HPMCがセメントモルタルの機械的特性に及ぼす影響
HPMCの量がわずか0.05%の場合、モルタルの曲げ強度は著しく低下し、ヒドロキシプロピルメチルセルロースHPMCを含まないブランクサンプルの約25%低下し、圧縮強度はブランクサンプルの65% - 80%にしか達しません。HPMCの量が0.20%を超えると、モルタルの曲げ強度と圧縮強度の低下は顕著ではありません。HPMCの粘度はモルタルの機械的特性にほとんど影響を与えません。HPMCは多くの微細な気泡を導入し、モルタルへの空気連行効果によりモルタルの内部多孔性と有害な細孔が増加し、結果として圧縮強度と曲げ強度が著しく低下します。モルタルの強度が低下するもう1つの理由は、セルロースエーテルの保水効果です。セルロースエーテルは硬化モルタルに水を保持し、水結合材比が大きいため、試験ブロックの強度が低下します。機械構造用モルタルにおいては、セルロースエーテルはモルタルの保水率を大幅に向上させ、作業性を改善する効果があるものの、添加量が多すぎるとモルタルの機械的特性に深刻な影響を与えるため、両者の関係性を適切に考慮する必要がある。
ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）の含有量が増加するにつれて、モルタルの折り曲げ率は全体的に増加傾向を示し、ほぼ直線的な関係であった。これは、添加されたセルロースエーテルが大量の気泡を導入し、モルタル内部に多くの欠陥を生じさせ、ガイドローズモルタルの圧縮強度が急激に低下する一方で、曲げ強度もある程度低下するためである。しかし、セルロースエーテルはモルタルの柔軟性を向上させることができ、曲げ強度に有利に働き、低下率を緩やかにする。総合的に考えると、この2つの複合効果が折り曲げ率の増加につながる。
2.4 HPMCがモルタルのL径に及ぼす影響
ADサンプルの細孔径分布曲線、細孔径分布データ、および各種統計パラメータから、HPMCがセメントモルタルの細孔構造に大きな影響を与えていることがわかる。
（１）HPMCを添加すると、セメントモルタルの細孔径が著しく増加する。細孔径分布曲線では、画像の領域が右に移動し、ピーク値に対応する細孔値が大きくなる。HPMCを添加すると、セメントモルタルの中央細孔径はブランクサンプルよりも著しく大きくなり、添加量0.3％のサンプルの中央細孔径はブランクサンプルと比較して2桁増加する。
（２）コンクリート中の細孔を、無害な細孔（≤20 nm）、やや無害な細孔（20～100 nm）、有害な細孔（100～200 nm）、および非常に有害な細孔（≥200 nm）の４種類に分類する。表１から、HPMCを添加すると無害な細孔またはやや無害な細孔の数が大幅に減少し、有害な細孔またはより有害な細孔の数が増加していることがわかる。HPMCを混合していないサンプルの無害な細孔またはやや無害な細孔は約49.4%である。HPMCを添加すると、無害な細孔またはやや無害な細孔が大幅に減少する。0.1%の添加量を例にとると、無害な細孔またはやや無害な細孔は約45%減少し、10μmより大きい有害な細孔の数は約9倍に増加した。
（３）中央細孔径、平均細孔径、比細孔容積、比表面積は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）含有量の増加に伴って非常に厳密な変化規則に従わないが、これは水銀注入試験におけるサンプル選択に関連している可能性がある。大きな分散に関連している。しかし全体として、HPMCを混合したサンプルの中央細孔径、平均細孔径、比細孔容積は、ブランクサンプルと比較して増加する傾向があり、比表面積は減少する。
投稿日時：2023年4月3日