ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის HPMC-ის გავლენა მანქანური აფეთქების ნაღმტყორცნების თვისებებზე

ინდუსტრიის უწყვეტი პროგრესისა და ტექნოლოგიების გაუმჯობესების შედეგად, უცხოური ნაღმტყორცნების შესასხურებელი მანქანების დანერგვისა და გაუმჯობესების გზით, ბოლო წლებში ჩემს ქვეყანაში მნიშვნელოვნად განვითარდა მექანიკური შესხურებისა და თაბაშირის ტექნოლოგია. მექანიკური შესხურების ნაღმტყორცნები განსხვავდება ჩვეულებრივი ნაღმტყორცნებისგან, რაც მოითხოვს წყლის შეკავების მაღალ მაჩვენებელს, შესაფერის სითხეობას და გარკვეულ ანტიჩამოვარდნის მაჩვენებელს. როგორც წესი, ნაღმტყორცნს ემატება ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა, რომელთაგან ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ცელულოზის ეთერი (HPMC). ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა HPMC-ის ძირითადი ფუნქციები ნაღმტყორცნებში არის: გასქელება და სიბლანტე, რეოლოგიის რეგულირება და წყლის შეკავების შესანიშნავი უნარი. თუმცა, HPMC-ის ნაკლოვანებების იგნორირება არ შეიძლება. HPMC-ს აქვს ჰაერის შეწოვის ეფექტი, რაც იწვევს მეტ შიდა დეფექტს და მნიშვნელოვნად ამცირებს ნაღმტყორცნის მექანიკურ თვისებებს. Shandong Chenbang Fine Chemical Co., Ltd.-მ შეისწავლა HPMC-ის გავლენა წყლის შეკავების სიჩქარეზე, სიმკვრივეზე, ჰაერის შემცველობასა და ნაღმტყორცნის მექანიკურ თვისებებზე მაკროსკოპული ასპექტით და შეისწავლა ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზა HPMC-ის გავლენა ნაღმტყორცნის L სტრუქტურაზე მიკროსკოპული ასპექტით.

1. ტესტი

1.1 ნედლეული

ცემენტი: კომერციულად ხელმისაწვდომი P.0 42.5 ცემენტი, მისი 28d მოხრისა და შეკუმშვის სიმტკიცე შესაბამისად 6.9 და 48.2 მპა-ია; ქვიშა: ჩენდეს წვრილი მდინარის ქვიშა, 40-100 mesh; ცელულოზის ეთერი: წარმოებულია Shandong Chenbang Fine Chemical Co., Ltd.-ის მიერ. ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ეთერი, თეთრი ფხვნილი, ნომინალური სიბლანტე 40, 100, 150, 200 Pa-s; წყალი: სუფთა ონკანის წყალი.

1.2 ტესტირების მეთოდი

JGJ/T 105-2011 „მექანიკური შესხურებისა და თაბაშირის მშენებლობის რეგულაციების“ მიხედვით, ნაღმტყორცნის კონსისტენციაა 80-120 მმ, ხოლო წყლის შეკავების მაჩვენებელი 90%-ზე მეტია. ამ ექსპერიმენტში, კირისა და ქვიშის თანაფარდობა დადგინდა 1:5-ზე, კონსისტენცია კონტროლდებოდა (93+2) მმ-ზე, ცელულოზის ეთერი გარედან იყო შერეული და შერევის რაოდენობა ეფუძნებოდა ცემენტის მასას. ნაღმტყორცნის ძირითადი თვისებები, როგორიცაა სველი სიმკვრივე, ჰაერის შემცველობა, წყლის შეკავება და კონსისტენცია, შემოწმებულია JGJ 70-2009 „სამშენებლო ნაღმტყორცნის ძირითადი თვისებების ტესტირების მეთოდების“ მიხედვით, ხოლო ჰაერის შემცველობა შემოწმებულია და გამოითვლება სიმკვრივის მეთოდის მიხედვით. ნიმუშების მომზადება, მოხრისა და შეკუმშვის სიმტკიცის ტესტები ჩატარდა GB/T 17671-1999 „ცემენტის ნაღმტყორცნის ქვიშის სიმტკიცის ტესტირების მეთოდების (ISO მეთოდი)“ შესაბამისად. ლარვების დიამეტრი გაიზომა ვერცხლისწყლის ფოროზიმეტრიით. ვერცხლისწყლის ფოროზიმეტრის მოდელი იყო AUTOPORE 9500, ხოლო გაზომვის დიაპაზონი იყო 5.5 ნმ-360 მკმ. ჩატარდა ტესტირების სულ 4 კომპლექტი. ცემენტ-ქვიშის თანაფარდობა იყო 1:5, HPMC-ის სიბლანტე იყო 100 პა-წმ, ხოლო დოზა იყო 0, 0.1%, 0.2%, 0.3% (რიცხვებია შესაბამისად A, B, C, D).

2. შედეგები და ანალიზი

2.1 HPMC-ის გავლენა ცემენტის ნაღმტყორცნის წყლის შეკავების მაჩვენებელზე

წყლის შეკავება გულისხმობს ნაღმტყორცნის წყლის შეკავების უნარს. მანქანით შესასხურებელ ნაღმტყორცნებში ცელულოზის ეთერის დამატება ეფექტურად ინარჩუნებს წყალს, ამცირებს სისხლდენის სიჩქარეს და აკმაყოფილებს ცემენტზე დაფუძნებული მასალების სრული ჰიდრატაციის მოთხოვნებს. HPMC-ის გავლენა ნაღმტყორცნების წყლის შეკავებაზე.

HPMC-ის შემცველობის ზრდასთან ერთად, ნაღმტყორცნის წყლის შეკავების მაჩვენებელი თანდათან იზრდება. 100, 150 და 200 პა.წმ სიბლანტის მქონე ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ეთერის მრუდები ძირითადად ერთნაირია. როდესაც შემცველობა 0.05%-0.15%-ია, წყლის შეკავების მაჩვენებელი წრფივად იზრდება, ხოლო როდესაც შემცველობა 0.15%-ია, წყლის შეკავების მაჩვენებელი 93%-ზე მეტია; როდესაც ხრეშის რაოდენობა 0.20%-ს აღემატება, წყლის შეკავების მაჩვენებლის ზრდის ტენდენცია ბრტყელი ხდება, რაც მიუთითებს, რომ HPMC-ის რაოდენობა გაჯერების დონესთან ახლოსაა. 40 პა.წმ სიბლანტის მქონე HPMC-ის რაოდენობის გავლენის მრუდი წყლის შეკავების სიჩქარეზე დაახლოებით სწორი ხაზია. როდესაც რაოდენობა 0.15%-ზე მეტია, ნაღმტყორცნის წყლის შეკავების მაჩვენებელი მნიშვნელოვნად დაბალია, ვიდრე HPMC-ის დანარჩენი სამი სახეობის იგივე სიბლანტის მქონე. ზოგადად მიღებულია, რომ ცელულოზის ეთერის წყლის შეკავების მექანიზმი ასეთია: ცელულოზის ეთერის მოლეკულაზე არსებული ჰიდროქსილის ჯგუფი და ეთერის ბმაზე არსებული ჟანგბადის ატომი წყლის მოლეკულასთან შეერთდება წყალბადის ბმის წარმოსაქმნელად, რის შედეგადაც თავისუფალი წყალი შეკავშირებულ წყლად გარდაიქმნება, რაც კარგ წყლის შეკავების ეფექტს ქმნის; ასევე ითვლება, რომ წყლის მოლეკულებსა და ცელულოზის ეთერის მოლეკულურ ჯაჭვებს შორის ურთიერთდიფუზია წყლის მოლეკულებს საშუალებას აძლევს შეაღწიონ ცელულოზის ეთერის მაკრომოლეკულური ჯაჭვების შიგნით და დაექვემდებარონ ძლიერ შეკავშირების ძალებს, რითაც ცემენტის ნალექის წყლის შეკავება გაუმჯობესდება. შესანიშნავი წყლის შეკავება ხელს უწყობს ნაღმტყორცნის ერთგვაროვნების შენარჩუნებას, ძნელად დასაშლელად და კარგი შერევის მახასიათებლების მიღწევას, ამავდროულად მექანიკური ცვეთის შემცირებას და ნაღმტყორცნის შესასხურებელი მანქანის სიცოცხლის ხანგრძლივობის გაზრდას.

2.2 ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზას HPMC-ის გავლენა ცემენტის ნაღმტყორცნის სიმკვრივესა და ჰაერის შემცველობაზე

როდესაც HPMC-ის რაოდენობა 0-0.20%-ია, ნაღმტყორცნის სიმკვრივე მკვეთრად მცირდება HPMC-ის რაოდენობის ზრდასთან ერთად, 2050 კგ/მ3-დან დაახლოებით 1650 კგ/მ3-მდე, რაც დაახლოებით 20%-ით ნაკლებია; როდესაც HPMC-ის რაოდენობა 0.20%-ს აღემატება, სიმკვრივე მცირდება. სხვადასხვა სიბლანტის მქონე HPMC-ის 4 სახეობის შედარებისას, რაც უფრო მაღალია სიბლანტე, მით უფრო დაბალია ნაღმტყორცნის სიმკვრივე; 150 და 200 Pa.s HPMC შერეული სიბლანტის მქონე ნაღმტყორცნების სიმკვრივის მრუდები ძირითადად ემთხვევა ერთმანეთს, რაც მიუთითებს, რომ HPMC-ის სიბლანტის აგრძელებასთან ერთად სიმკვრივე აღარ მცირდება.

ნაღმტყორცნის ჰაერის შემცველობის ცვლილების კანონი საპირისპიროა ნაღმტყორცნის სიმკვრივის ცვლილებისა. როდესაც ჰიდროქსიპროპილმეთილცელულოზის HPMC-ის შემცველობა 0-0.20%-ია, HPMC-ის შემცველობის ზრდასთან ერთად, ნაღმტყორცნის ჰაერის შემცველობა თითქმის წრფივად იზრდება; თუ HPMC-ის შემცველობა 0.20%-ს აღემატება, ჰაერის შემცველობა თითქმის არ იცვლება, რაც მიუთითებს, რომ ნაღმტყორცნის ჰაერის შეწოვის ეფექტი ახლოსაა გაჯერებასთან. 150 და 200 პა.წმ სიბლანტის მქონე HPMC-ის ჰაერის შეწოვის ეფექტი უფრო მეტია, ვიდრე 40 და 100 პა.წმ სიბლანტის მქონე HPMC-ის.

ცელულოზის ეთერის ჰაერის შემაკავებელი ეფექტი ძირითადად განისაზღვრება მისი მოლეკულური სტრუქტურით. ცელულოზის ეთერს აქვს როგორც ჰიდროფილური ჯგუფები (ჰიდროქსილი, ეთერი), ასევე ჰიდროფობიური ჯგუფები (მეთილი, გლუკოზის რგოლი) და არის ზედაპირულად აქტიური ნივთიერება. , აქვს ზედაპირული აქტივობა, შესაბამისად, აქვს ჰაერის შემაკავებელი ეფექტი. ერთი მხრივ, შეყვანილ გაზს შეუძლია იმოქმედოს როგორც ბურთულიანი საკისარი ნაღმტყორცნებში, გააუმჯობესოს ნაღმტყორცნის სამუშაო მახასიათებლები, გაზარდოს მოცულობა და გამომავალი პროდუქტი, რაც სასარგებლოა მწარმოებლისთვის. მაგრამ მეორე მხრივ, ჰაერის შემაკავებელი ეფექტი ზრდის ნაღმტყორცნების ჰაერის შემცველობას და ფორიანობას გამკვრივების შემდეგ, რაც იწვევს მავნე ფორების ზრდას და მნიშვნელოვნად ამცირებს მექანიკურ თვისებებს. მიუხედავად იმისა, რომ HPMC-ს აქვს გარკვეული ჰაერის შემაკავებელი ეფექტი, მას არ შეუძლია შეცვალოს ჰაერის შემაკავებელი აგენტი. გარდა ამისა, როდესაც HPMC და ჰაერის შემაკავებელი აგენტი ერთდროულად გამოიყენება, ჰაერის შემაკავებელი აგენტი შეიძლება ვერ მოხერხდეს.

2.3 HPMC-ის გავლენა ცემენტის ნაღმტყორცნის მექანიკურ თვისებებზე

როდესაც HPMC-ის რაოდენობა მხოლოდ 0.05%-ია, ნაღმტყორცნის მოღუნვის სიმტკიცე მნიშვნელოვნად მცირდება, რაც დაახლოებით 25%-ით ნაკლებია ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის HPMC-ის გარეშე აღებულ ცარიელ ნიმუშთან შედარებით, ხოლო შეკუმშვის სიმტკიცე შეიძლება მხოლოდ 65%-ს მიაღწიოს ცარიელ ნიმუშთან შედარებით - 80%. როდესაც HPMC-ის რაოდენობა 0.20%-ს აღემატება, ნაღმტყორცნის მოღუნვისა და შეკუმშვის სიმტკიცის შემცირება აშკარა არ არის. HPMC-ის სიბლანტეს მცირე გავლენა აქვს ნაღმტყორცნის მექანიკურ თვისებებზე. HPMC წარმოქმნის უამრავ პაწაწინა ჰაერის ბუშტუკს, ხოლო ნაღმტყორცნზე ჰაერის შეწოვის ეფექტი ზრდის ნაღმტყორცნის შიდა ფორიანობას და მავნე ფორებს, რაც იწვევს შეკუმშვისა და მოღუნვის სიმტკიცის მნიშვნელოვან შემცირებას. ნაღმტყორცნის სიმტკიცის შემცირების კიდევ ერთი მიზეზია ცელულოზის ეთერის წყლის შეკავების ეფექტი, რომელიც ინარჩუნებს წყალს გამაგრებულ ნაღმტყორცნში, ხოლო წყლისა და შემკვრელის დიდი თანაფარდობა იწვევს სატესტო ბლოკის სიმტკიცის შემცირებას. მექანიკური სამშენებლო ნაღმტყორცნებისთვის, მიუხედავად იმისა, რომ ცელულოზის ეთერს შეუძლია მნიშვნელოვნად გაზარდოს ნაღმტყორცნის წყლის შეკავების სიჩქარე და გააუმჯობესოს მისი დამუშავების უნარი, თუ დოზა ძალიან დიდია, ეს სერიოზულად იმოქმედებს ნაღმტყორცნის მექანიკურ თვისებებზე, ამიტომ ამ ორ ფაქტორს შორის ურთიერთობა გონივრულად უნდა შეფასდეს.

ჰიდროქსიპროპილმეთილცელულოზის HPMC შემცველობის ზრდასთან ერთად, ნაღმტყორცნის დაკეცვის კოეფიციენტმა აჩვენა საერთო ზრდის ტენდენცია, რომელიც ძირითადად წრფივი დამოკიდებულება იყო. ეს იმიტომ ხდება, რომ დამატებული ცელულოზის ეთერი ქმნის დიდი რაოდენობით ჰაერის ბუშტებს, რაც იწვევს მეტ დეფექტს ნაღმტყორცნის შიგნით და გიდისებრი ვარდისებრი ნაღმტყორცნის შეკუმშვის სიმტკიცე მკვეთრად მცირდება, თუმცა გარკვეულწილად მცირდება მოხრის სიმტკიცეც; თუმცა ცელულოზის ეთერს შეუძლია გააუმჯობესოს ნაღმტყორცნის მოქნილობა, ის დადებითად მოქმედებს მოხრის სიმტკიცეზე, რაც ამცირებს შემცირების ტემპს. ყოვლისმომცველი გათვალისწინებით, ორივეს კომბინირებული ეფექტი იწვევს დაკეცვის კოეფიციენტის ზრდას.

2.4 HPMC-ის გავლენა ნაღმტყორცნის L დიამეტრზე

ფორების ზომის განაწილების მრუდიდან, ფორების ზომის განაწილების მონაცემებიდან და AD ნიმუშების სხვადასხვა სტატისტიკური პარამეტრიდან ჩანს, რომ HPMC დიდ გავლენას ახდენს ცემენტის ნაღმტყორცნის ფორების სტრუქტურაზე:

(1) HPMC-ის დამატების შემდეგ, ცემენტის ნაღმტყორცნის ფორების ზომა მნიშვნელოვნად იზრდება. ფორების ზომის განაწილების მრუდზე გამოსახულების ფართობი მარჯვნივ გადაინაცვლებს და პიკური მნიშვნელობის შესაბამისი ფორების მნიშვნელობა უფრო დიდი ხდება. HPMC-ის დამატების შემდეგ, ცემენტის ნაღმტყორცნის ფორების საშუალო დიამეტრი მნიშვნელოვნად აღემატება ცარიელი ნიმუშისას, ხოლო 0.3%-იანი დოზით ნიმუშის ფორების საშუალო დიამეტრი 2-ჯერ იზრდება ცარიელ ნიმუშთან შედარებით.

(2) ბეტონში ფორები დაყავით ოთხ ტიპად, კერძოდ, უვნებელ ფორებად (≤20 ნმ), ნაკლებად მავნე ფორებად (20-100 ნმ), მავნე ფორებად (100-200 ნმ) და მრავალ მავნე ფორად (≥200 ნმ). ცხრილი 1-დან ჩანს, რომ უვნებელი ან ნაკლებად მავნე ნახვრეტების რაოდენობა მნიშვნელოვნად მცირდება HPMC-ის დამატების შემდეგ და იზრდება მავნე ნახვრეტების ან მეტი მავნე ნახვრეტის რაოდენობა. HPMC-თან შეურეველ ნიმუშებში უვნებელი ან ნაკლებად მავნე ფორების რაოდენობა დაახლოებით 49.4%-ია. HPMC-ის დამატების შემდეგ, უვნებელი ან ნაკლებად მავნე ფორების რაოდენობა მნიშვნელოვნად მცირდება. მაგალითად, 0.1%-იანი დოზის აღებისას, უვნებელი ან ნაკლებად მავნე ფორების რაოდენობა მცირდება დაახლოებით 45%-ით. % -ით, 10 მიკრონზე მეტი ზომის მავნე ნახვრეტების რაოდენობა იზრდება დაახლოებით 9-ჯერ.

(3) ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის HPMC შემცველობის ზრდასთან ერთად, ფორების საშუალო დიამეტრი, ფორების სპეციფიკური მოცულობა და ფორების სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი არ მიჰყვება ძალიან მკაცრ ცვლილების წესს, რაც შეიძლება დაკავშირებული იყოს ვერცხლისწყლის ინექციის ტესტში ნიმუშის შერჩევასთან. თუმცა, საერთო ჯამში, HPMC-თან შერეული ნიმუშის ფორების საშუალო დიამეტრი, ფორების საშუალო დიამეტრი და ფორების სპეციფიკური მოცულობა, როგორც წესი, იზრდება ცარიელ ნიმუშთან შედარებით, ხოლო ფორების სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი მცირდება.