Гидроксипропил метилцеллюлозасы (HPMC)құрылыс ерітіндісі, плитка желімі, өздігінен тегістелетін ерітінді және цемент сылағы сияқты цемент негізіндегі материалдарда кеңінен қолданылатын иондық емес целлюлоза эфирі. Оның негізгі функциясы - қоспаның жұмысқа қабілеттілігін, суды ұстап тұруын және консистенциясының тұрақтылығын жақсарту. Дегенмен, жоғары молекулалық салмақтағы органикалық қоспа ретінде HPMC цементті гидраттау процесі кезіндегі физикалық және химиялық реакцияларға да айтарлықтай әсер етеді.
1. HPMC физика-химиялық қасиеттері
HPMC - табиғи целлюлозадан метокси және гидроксипропокси топтарын енгізетін эфирлеу реакциясы арқылы түзілген суда еритін полимер. Оның молекулалық құрылымында көптеген гидроксил және эфирлік байланыстар бар, бұл оған су молекулаларымен тұрақты сутектік байланыс желісін құруға мүмкіндік береді, бұл суды жақсы ұстап тұруға және қабықша түзу қасиеттеріне әкеледі. Оның сулы ерітіндісі псевдопластикалық сұйықтық сипаттамаларын көрсетеді, яғни оның тұтқырлығы ығысу кезінде төмендейді, бұл құрылыс жұмыстары үшін пайдалы. Иондық емес қасиеттеріне байланысты HPMC цементтегі иондық компоненттермен салыстырмалы түрде әлсіз әрекеттеседі. Дегенмен, физикалық адсорбция және стерикалық кедергі әсерлері арқылы ол цемент бөлшектерінің гидратация процесіне әсер етеді.
2. HPMC цемент гидратациясының бастапқы кезеңіне әсері
Цемент гидратациясының алғашқы кезеңдерінде HPMC молекулалары цемент бөлшектерінің бетіне адсорбцияланып, полимерлі қабықша түзе алады. Бұл қабықша судың цемент бөлшектеріне енуіне кедергі келтіреді, C₃S (трикальций силикаты) және C₃A (трикальций алюминаты) еруін кешіктіреді. Зерттеулер HPMC қосу цементтің индукциялық кезеңін айтарлықтай кешіктіретінін, жүйенің экзотермиялық шыңын кейінірек жылжытатынын, нәтижесінде гидратация жылдамдығының төмендеуіне әкелетінін көрсетті.
Бұл кешіктіру әсері негізінен екі аспектіден туындайды:
Физикалық кедергі: HPMC пленкасы судың диффузиясын және ион алмасуын тежейді, ерте гидратация ядроларының түзілуін азайтады.
Су сіңіру бәсекелестігінің әсері: HPMC жүйедегі бос су үшін цементпен бәсекелесетін күшті су сіңіру қабілетіне ие, бұл су-цемент қатынасының салыстырмалы түрде төмен тиімділігіне әкеледі, осылайша гидратация реакциясының жылдамдығын баяулатады.
Сондықтан, HPMC бар ерітінді жүйелерінде бастапқы және соңғы қату уақыты әдетте ұзарады, бірақ бұл жұмысқа қабілеттілікті жақсарту үшін пайдалы.
3. HPMC цемент гидратация өнімдеріне әсері
HPMC бастапқыда гидратация реакциясын тежегенімен, оның кешіктіру әсері цемент гидратациясының соңғы дәрежесін бұзбайды. Уақыт өте келе HPMC сілтілі ортада біртіндеп еріп немесе ыдырап, жабын қабатын бұзып, цемент гидратациясының жалғасуына мүмкіндік береді.
Кейінгі гидратация кезінде жүйеде түзілетін гидратталған кальций силикаты (CSH гелі) және кальций гидроксиді (CH2) сияқты өнімдердің құрылымдары тығыздала түседі, ал кеуектілігі төмендейді. HPMC суды ұстап тұру әсері құрғақ ортада гидратацияның үздіксіздігін қамтамасыз етеді, осылайша толық гидратация реакциясын күшейтеді және кептіру кезіндегі кішірею жарықтарының пайда болуын азайтады. Кейбір зерттеулер HPMC иондардың миграциясын және жергілікті рН-ты реттеу арқылы CSH біркелкі түзілуіне ықпал ете алатынын, осылайша бетаралық қабаттың тығыздығын арттыра алатынын көрсетеді.
4. HPMC микроқұрылымына және механикалық қасиеттеріне әсері
HPMC болуы цемент пастасы микроқұрылымын айтарлықтай өзгертеді. Оның үш өлшемді полимерлік желісі қатаю кезінде ылғалды ұстап тұруға көмектеседі, бұл гидратация өнімдерінің біркелкі таралуына және ұсақ кеуекті құрылымға әкеледі. Сканерлеуші электронды микроскопия (SEM) бақылаулары HPMC қосылған цемент пастасы беткі кеуектері аз және CSH гельінің таралуы тығыз екенін көрсетеді.
Дегенмен, HPMC органикалық қасиеттері белгілі бір дәрежеде шыңдалған дененің ерте беріктігін әлсіретуі мүмкін. Себебі бастапқы кезеңде кейбір аймақтар толық ылғалданбайды және кешіктірілген қату беріктіктің қалыптасу жылдамдығын баяулатады. Дегенмен, ылғалдану реакциясы жалғасқан сайын беріктік қалпына келеді және тіпті кейінірек аздап жақсарады. Бұл «ерте тежелу, кейінірек күшейту» үлгісі әсіресе төмен дозалы (<0,5%) HPMC жүйелерінде айқын көрінеді.
5. HPMC дозасы мен әсерінің балансы
HPMC дозасы оның тиімділігіне әсер ететін негізгі фактор болып табылады. Әдетте, HPMC дозасы цемент массасының 0,1%–0,5% болғанда, ол гидратация процесін шамадан тыс тежемей, суды ұстап тұруды және жұмысқа қабілеттілікті айтарлықтай жақсарта алады. Шамадан тыс доза гидратация реакциясының ұзаққа созылуына, цемент қамырының кеуектілігінің жоғарылауына және сайып келгенде механикалық қасиеттерге кері әсер етуі мүмкін.
HPMC алмастыру дәрежесі (DS), тұтқырлық дәрежесі және молекулалық салмағы да гидратация мінез-құлқына әсер етеді. Жоғары тұтқырлықтағы, жоғары алмастыру дәрежесіндегі HPMC адсорбция және тосқауыл әсерлерін күшейтеді, бұл гидратацияның айтарлықтай кідіруіне әкеледі; ал төмен тұтқырлықтағы HPMC жұмысқа қабілеттілік пен беріктендіру өнімділігін теңестіре алады.
HPMC цемент негізіндегі материалдарды гидратациялау процесінде екі жақты рөл атқарады:
Ерте кезең: Цемент бөлшектерінің адсорбция, қабықша түзілуі және су сіңірілуі арқылы гидратация реакциясын кешіктіреді, қату уақытын ұзартады.
Ортасынан кешіне дейінгі кезең: Суды ұстап тұру және бетаралық реттеу арқылы үздіксіз ылғалдануды қамтамасыз етеді, құрылымдық тығыздық пен көлемдік тұрақтылықты жақсартады.
Тиісті доза және тиісті молекулалық құрылымHPMCцемент пастасы жұмысқа қабілеттілігін жақсартып қана қоймай, сонымен қатар белгілі бір дәрежеде оның микроқұрылымы мен ұзақ мерзімді өнімділігін оңтайландыра алады. Сондықтан, құрылыс инженериясында HPMC түрі мен мөлшерін ғылыми тұрғыдан бақылау цемент негізіндегі материалдардың өнімділігін тепе-теңдікке және оңтайландыруға қол жеткізудің кілті болып табылады.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 6 қараша