मशीन ब्लास्टिंग मोर्टारच्या गुणधर्मांवर हायड्रॉक्सीप्रोपिल मिथाइल सेल्युलोज (HPMC) चा परिणाम

उद्योगाच्या सततच्या प्रगतीमुळे आणि तंत्रज्ञानातील सुधारणांमुळे, परदेशी मोर्टार फवारणी यंत्रांच्या परिचयाने आणि सुधारणेमुळे, अलिकडच्या वर्षांत आपल्या देशात यांत्रिक फवारणी आणि प्लास्टरिंग तंत्रज्ञानाचा मोठ्या प्रमाणात विकास झाला आहे. यांत्रिक फवारणीचा मोर्टार हा सामान्य मोर्टारपेक्षा वेगळा असतो, ज्यासाठी उच्च पाणी धरून ठेवण्याची क्षमता, योग्य प्रवाहीपणा आणि विशिष्ट प्रमाणात न घसरण्याची क्षमता आवश्यक असते. सामान्यतः, मोर्टारमध्ये हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज मिसळले जाते, ज्यापैकी सेल्युलोज इथर (HPMC) सर्वात जास्त वापरले जाते. मोर्टारमधील हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज (HPMC) ची मुख्य कार्ये आहेत: घट्ट करणे आणि चिकटपणा वाढवणे, प्रवाहीपणा समायोजित करणे आणि उत्कृष्ट पाणी धरून ठेवण्याची क्षमता. तथापि, HPMC च्या कमतरतांकडे दुर्लक्ष करता येत नाही. HPMC मध्ये हवा आत खेचण्याचा (air-entraining) परिणाम असतो, ज्यामुळे अधिक अंतर्गत दोष निर्माण होतात आणि मोर्टारचे यांत्रिक गुणधर्म गंभीरपणे कमी होतात. शेंडोंग चेनबांग फाईन केमिकल कंपनी लिमिटेडने स्थूलमानाने मोर्टारच्या पाणी धरून ठेवण्याच्या क्षमतेवर, घनतेवर, हवेच्या प्रमाणावर आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर एचपीएमसीच्या होणाऱ्या प्रभावाचा अभ्यास केला, तसेच सूक्ष्ममानाने मोर्टारच्या एल-आकाराच्या संरचनेवर हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज (एचपीएमसी) च्या होणाऱ्या प्रभावाचा अभ्यास केला.

१. चाचणी

१.१ कच्चा माल

सिमेंट: व्यावसायिकरित्या उपलब्ध पी.ओ ४२.५ सिमेंट, त्याची २८ दिवसांनंतरची वाकण्याची आणि दाबण्याची ताकद अनुक्रमे ६.९ आणि ४८.२ एमपीए आहे; वाळू: चेंगडे नदीची बारीक वाळू, ४०-१०० मेश; सेल्युलोज इथर: शांदोंग चेनबांग फाईन केमिकल कंपनी लिमिटेडद्वारे उत्पादित हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज इथर, पांढरी पावडर, नाममात्र स्निग्धता ४०, १००, १५०, २०० पास्कल-सेकंद; पाणी: स्वच्छ नळाचे पाणी.

१.२ चाचणी पद्धत

JGJ/T 105-2011 “यांत्रिक फवारणी आणि प्लास्टरिंगसाठी बांधकाम नियम” नुसार, मोर्टारची सुसंगतता ८०-१२० मिमी आहे आणि पाणी धरून ठेवण्याचा दर ९०% पेक्षा जास्त आहे. या प्रयोगात, चुना-वाळूचे प्रमाण १:५ असे निश्चित केले गेले, सुसंगतता (९३+२) मिमी वर नियंत्रित केली गेली, आणि सेल्युलोज इथर बाहेरून मिसळले गेले, ज्याचे प्रमाण सिमेंटच्या वस्तुमानावर आधारित होते. मोर्टारचे ओले घनत्व, हवेचे प्रमाण, पाणी धरून ठेवण्याचा दर आणि सुसंगतता यांसारखे मूलभूत गुणधर्म JGJ 70-2009 “बांधकाम मोर्टारच्या मूलभूत गुणधर्मांसाठी चाचणी पद्धती” च्या संदर्भाने तपासले जातात आणि हवेचे प्रमाण घनता पद्धतीनुसार तपासले व मोजले जाते. नमुन्यांची तयारी, लवचिक आणि संपीडन शक्ती चाचण्या GB/T 17671-1999 “सिमेंट मोर्टार वाळूच्या सामर्थ्याच्या चाचणी पद्धती (ISO पद्धत)” नुसार करण्यात आल्या. लार्व्हाचा व्यास मर्क्युरी पोरोसिमेट्रीद्वारे मोजण्यात आला. मर्क्युरी पोरोसिमीटरचे मॉडेल ऑटोपोर ९५०० होते आणि त्याची मापन श्रेणी ५.५ एनएम ते ३६० मायक्रॉन होती. एकूण ४ चाचण्यांचे संच घेण्यात आले. सिमेंट-वाळूचे प्रमाण १:५ होते, एचपीएमसीची स्निग्धता १०० पास्कल-सेकंद होती आणि मात्रा ०, ०.१%, ०.२%, ०.३% होती (हे अंक अनुक्रमे ए, बी, सी, डी आहेत).

२. निकाल आणि विश्लेषण

२.१ सिमेंट मोर्टारच्या पाणी धरून ठेवण्याच्या क्षमतेवर एचपीएमसीचा होणारा परिणाम

जलधारण क्षमता म्हणजे मोर्टारची पाणी धरून ठेवण्याची क्षमता. मशीनने फवारलेल्या मोर्टारमध्ये, सेल्युलोज इथर मिसळल्याने पाणी प्रभावीपणे टिकवून ठेवता येते, ब्लीडिंगचा दर कमी होतो आणि सिमेंट-आधारित पदार्थांच्या पूर्ण हायड्रेशनची आवश्यकता पूर्ण होते. मोर्टारच्या जलधारण क्षमतेवर एचपीएमसीचा होणारा परिणाम.

HPMC चे प्रमाण वाढल्याने, मोर्टारचा पाणी धरून ठेवण्याचा दर हळूहळू वाढतो. १००, १५० आणि २०० Pa.s स्निग्धता असलेल्या हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज इथरचे वक्र मूलतः सारखेच आहेत. जेव्हा प्रमाण ०.०५%-०.१५% असते, तेव्हा पाणी धरून ठेवण्याचा दर रेषीय पद्धतीने वाढतो, आणि जेव्हा प्रमाण ०.१५% असते, तेव्हा पाणी धरून ठेवण्याचा दर ९३% पेक्षा जास्त असतो. जेव्हा ग्रिट्सचे प्रमाण ०.२०% पेक्षा जास्त होते, तेव्हा पाणी धरून ठेवण्याच्या दरातील वाढीचा कल सपाट होतो, जे दर्शवते की HPMC चे प्रमाण संपृक्ततेच्या जवळ आहे. ४० Pa.s स्निग्धता असलेल्या HPMC च्या प्रमाणाचा पाणी धरून ठेवण्याच्या दरावरील प्रभावाचा वक्र अंदाजे एक सरळ रेषा आहे. जेव्हा प्रमाण ०.१५% पेक्षा जास्त असते, तेव्हा मोर्टारचा पाणी धरून ठेवण्याचा दर, त्याच स्निग्धतेच्या इतर तीन प्रकारच्या HPMC च्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या कमी असतो. सर्वसाधारणपणे असे मानले जाते की सेल्युलोज इथरची पाणी धरून ठेवण्याची यंत्रणा अशी आहे: सेल्युलोज इथरच्या रेणूवरील हायड्रॉक्सिल गट आणि इथर बंधावरील ऑक्सिजन अणू पाण्याच्या रेणूशी संलग्न होऊन हायड्रोजन बंध तयार करतात, ज्यामुळे मुक्त पाणी बद्ध पाण्यात रूपांतरित होते आणि अशा प्रकारे पाणी धरून ठेवण्याचा चांगला परिणाम साधला जातो; असेही मानले जाते की पाण्याच्या रेणू आणि सेल्युलोज इथरच्या रेणूंच्या साखळ्यांमधील आंतरप्रसरणामुळे पाण्याचे रेणू सेल्युलोज इथरच्या बृहत्-रेणूंच्या साखळ्यांच्या आत प्रवेश करतात आणि मजबूत बंधन शक्तींच्या अधीन होतात, ज्यामुळे सिमेंट स्लरीची पाणी धरून ठेवण्याची क्षमता सुधारते. उत्कृष्ट पाणी धरून ठेवण्याच्या क्षमतेमुळे मोर्टार एकसंध राहतो, त्याचे सहज पृथक्करण होत नाही आणि चांगले मिश्रण कार्यप्रदर्शन मिळते, तसेच मोर्टार फवारणी यंत्राची यांत्रिक झीज कमी होते आणि त्याचे आयुष्य वाढते.

२.२ हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज (HPMC) चा सिमेंट मोर्टारच्या घनतेवर आणि हवेच्या प्रमाणावर होणारा परिणाम

जेव्हा HPMC चे प्रमाण 0-0.20% असते, तेव्हा HPMC चे प्रमाण वाढल्याने मोर्टारची घनता 2050 kg/m³ पासून सुमारे 1650 kg/m³ पर्यंत झपाट्याने कमी होते, जी सुमारे 20% कमी आहे; जेव्हा HPMC चे प्रमाण 0.20% पेक्षा जास्त होते, तेव्हा घनता हळूहळू कमी होते. वेगवेगळ्या स्निग्धता असलेल्या 4 प्रकारच्या HPMC ची तुलना केल्यास, स्निग्धता जितकी जास्त, तितकी मोर्टारची घनता कमी असते; 150 आणि 200 Pa.s स्निग्धता असलेल्या HPMC च्या मिश्रित मोर्टारचे घनता वक्र मूलतः एकमेकांवर येतात, जे दर्शवते की HPMC ची स्निग्धता जसजशी वाढत जाते, तसतशी घनता कमी होणे थांबते.

मोर्टारमधील हवेच्या प्रमाणातील बदलाचा नियम हा मोर्टारच्या घनतेतील बदलाच्या विरुद्ध असतो. जेव्हा हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज (HPMC) चे प्रमाण 0-0.20% असते, तेव्हा HPMC चे प्रमाण वाढल्याने मोर्टारमधील हवेचे प्रमाण जवळजवळ रेषीय पद्धतीने वाढते; जेव्हा HPMC चे प्रमाण 0.20% पेक्षा जास्त होते, तेव्हा हवेच्या प्रमाणात जवळजवळ बदल होत नाही, यावरून असे दिसून येते की मोर्टारचा हवा-मिसळण्याचा प्रभाव संपृक्ततेच्या जवळ पोहोचला आहे. 150 आणि 200 Pa.s श्यानता असलेल्या HPMC चा हवा-मिसळण्याचा प्रभाव हा 40 आणि 100 Pa.s श्यानता असलेल्या HPMC पेक्षा जास्त असतो.

सेल्युलोज इथरचा हवा-मिसळण्याचा प्रभाव मुख्यत्वे त्याच्या रेण्वीय संरचनेवर अवलंबून असतो. सेल्युलोज इथरमध्ये हायड्रोफिलिक (हायड्रॉक्सिल, इथर) आणि हायड्रोफोबिक (मिथाइल, ग्लुकोज रिंग) दोन्ही गट असतात आणि ते एक सर्फॅक्टंट आहे. त्यामुळे, त्यात पृष्ठभागीय क्रियाशीलता असते, ज्यामुळे हवा-मिसळण्याचा प्रभाव दिसून येतो. एकीकडे, आत आलेला वायू मोर्टारमध्ये बॉल बेअरिंगप्रमाणे काम करू शकतो, मोर्टारची कार्यक्षमता सुधारतो, आकारमान वाढवतो आणि उत्पादन वाढवतो, जे उत्पादकासाठी फायदेशीर आहे. परंतु दुसरीकडे, हवा-मिसळण्याच्या प्रभावामुळे मोर्टारमधील हवेचे प्रमाण आणि घट्ट झाल्यावर त्याची सच्छिद्रता वाढते, ज्यामुळे हानिकारक छिद्रे वाढतात आणि यांत्रिक गुणधर्म मोठ्या प्रमाणात कमी होतात. जरी HPMC मध्ये हवा-मिसळण्याचा एक विशिष्ट प्रभाव असला तरी, ते हवा-मिसळणाऱ्या एजंटची जागा घेऊ शकत नाही. याव्यतिरिक्त, जेव्हा HPMC आणि हवा-मिसळणारा एजंट एकाच वेळी वापरले जातात, तेव्हा हवा-मिसळणारा एजंट अयशस्वी होऊ शकतो.

२.३ सिमेंट मोर्टारच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर एचपीएमसीचा होणारा परिणाम

जेव्हा HPMC चे प्रमाण केवळ ०.०५% असते, तेव्हा मोर्टारची वाकण शक्ती लक्षणीयरीत्या कमी होते, जी हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज (HPMC) नसलेल्या मूळ नमुन्यापेक्षा सुमारे २५% कमी असते, आणि संपीडन शक्ती मूळ नमुन्याच्या केवळ ६५% ते ८०% पर्यंतच पोहोचू शकते. जेव्हा HPMC चे प्रमाण ०.२०% पेक्षा जास्त होते, तेव्हा मोर्टारच्या वाकण शक्ती आणि संपीडन शक्तीमधील घट स्पष्ट दिसत नाही. HPMC च्या चिकटपणाचा मोर्टारच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर फारसा परिणाम होत नाही. HPMC मुळे मोठ्या प्रमाणात लहान हवेचे बुडबुडे तयार होतात, आणि मोर्टारवरील हवा-मिश्रण परिणामामुळे मोर्टारची अंतर्गत सच्छिद्रता आणि हानिकारक छिद्रे वाढतात, ज्यामुळे संपीडन शक्ती आणि वाकण शक्तीमध्ये लक्षणीय घट होते. मोर्टारची शक्ती कमी होण्याचे आणखी एक कारण म्हणजे सेल्युलोज इथरचा पाणी धरून ठेवण्याचा परिणाम, जो घट्ट झालेल्या मोर्टारमध्ये पाणी टिकवून ठेवतो, आणि जास्त पाणी-बाइंडर गुणोत्तरामुळे चाचणी ब्लॉकच्या शक्तीमध्ये घट होते. यांत्रिक बांधकाम मोर्टारसाठी, जरी सेल्युलोज इथर मोर्टारचा पाणी धरून ठेवण्याचा दर लक्षणीयरीत्या वाढवू शकतो आणि त्याची कार्यक्षमता सुधारू शकतो, तरीही जर त्याचे प्रमाण खूप जास्त असेल, तर ते मोर्टारच्या यांत्रिक गुणधर्मांवर गंभीर परिणाम करेल, म्हणून या दोन्हींमधील संबंधाचा योग्य तोल साधला पाहिजे.

हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज (HPMC) चे प्रमाण वाढल्याने, मोर्टारच्या घडीच्या गुणोत्तरात एकंदरीत वाढीचा कल दिसून आला, जो मूलतः एक रेषीय संबंध होता. याचे कारण असे की, मिसळलेले सेल्युलोज इथर मोठ्या संख्येने हवेचे बुडबुडे तयार करते, ज्यामुळे मोर्टारमध्ये अधिक दोष निर्माण होतात आणि गाईड रोज मोर्टारची संपीडन शक्ती झपाट्याने कमी होते, जरी त्याची वक्रता शक्ती देखील काही प्रमाणात कमी होते; परंतु सेल्युलोज इथर मोर्टारची लवचिकता सुधारू शकते, जे वक्रता शक्तीसाठी फायदेशीर ठरते, ज्यामुळे घटीचा दर मंदावतो. एकत्रितपणे विचार केल्यास, या दोन्हींच्या एकत्रित परिणामामुळे घडीच्या गुणोत्तरात वाढ होते.

२.४ मोर्टारच्या L व्यासावर HPMC चा होणारा परिणाम

AD नमुन्यांच्या छिद्र आकार वितरण वक्र, छिद्र आकार वितरण डेटा आणि विविध सांख्यिकीय पॅरामीटर्सवरून असे दिसून येते की, सिमेंट मोर्टारच्या छिद्र संरचनेवर HPMC चा मोठा प्रभाव पडतो:

(1) HPMC मिसळल्यानंतर, सिमेंट मोर्टारच्या छिद्रांचा आकार लक्षणीयरीत्या वाढतो. छिद्रांच्या आकाराच्या वितरण वक्रावर, प्रतिमेचे क्षेत्रफळ उजवीकडे सरकते आणि सर्वोच्च मूल्याशी संबंधित छिद्रांचे मूल्य मोठे होते. HPMC मिसळल्यानंतर, सिमेंट मोर्टारचा मध्यक छिद्र व्यास मूळ नमुन्यापेक्षा लक्षणीयरीत्या मोठा असतो आणि ०.३% मात्रा असलेल्या नमुन्याचा मध्यक छिद्र व्यास मूळ नमुन्याच्या तुलनेत २ पटींनी वाढतो.

(2) काँक्रीटमधील छिद्रांचे चार प्रकारांमध्ये विभाजन करा, म्हणजेच निरुपद्रवी छिद्रे (≤20 nm), कमी निरुपद्रवी छिद्रे (20-100 nm), निरुपद्रवी छिद्रे (100-200 nm) आणि जास्त निरुपद्रवी छिद्रे (≥200 nm). तक्ता 1 वरून असे दिसून येते की, HPMC मिसळल्यानंतर निरुपद्रवी किंवा कमी निरुपद्रवी छिद्रांची संख्या लक्षणीयरीत्या कमी होते आणि निरुपद्रवी किंवा जास्त निरुपद्रवी छिद्रांची संख्या वाढते. HPMC न मिसळलेल्या नमुन्यांमधील निरुपद्रवी किंवा कमी निरुपद्रवी छिद्रे सुमारे 49.4% आहेत. HPMC मिसळल्यानंतर, निरुपद्रवी किंवा कमी निरुपद्रवी छिद्रे लक्षणीयरीत्या कमी होतात. 0.1% डोसचे उदाहरण घेतल्यास, निरुपद्रवी किंवा कमी निरुपद्रवी छिद्रे सुमारे 45% ने कमी होतात, तर 10um पेक्षा मोठ्या निरुपद्रवी छिद्रांची संख्या सुमारे 9 पटीने वाढते.

(3) हायड्रॉक्सीप्रोपिल मेथिलसेल्युलोज (HPMC) चे प्रमाण वाढल्याने मध्यक छिद्र व्यास, सरासरी छिद्र व्यास, विशिष्ट छिद्र घनफळ आणि विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्रफळ हे बदलाच्या एका ठराविक नियमाचे पालन करत नाहीत, जे मर्क्युरी इंजेक्शन चाचणीमधील नमुन्याच्या निवडीशी आणि मोठ्या विखुरलेपणाशी संबंधित असू शकते. परंतु एकंदरीत, रिक्त नमुन्याच्या तुलनेत HPMC मिसळलेल्या नमुन्याचा मध्यक छिद्र व्यास, सरासरी छिद्र व्यास आणि विशिष्ट छिद्र घनफळ वाढण्याची प्रवृत्ती दिसून येते, तर विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्रफळ कमी होते.