Ontzwavelingsgips is het rookgas dat vrijkomt bij de verbranding van zwavelhoudende brandstoffen (kolen, aardolie), industrieel vast afval dat ontstaat tijdens het ontzwavelingsproces, en hemihydraatgips (chemische formule CaSO4·0,5H2O). De eigenschappen ervan zijn vergelijkbaar met die van natuurlijk bouwgips. Daarom wordt er steeds meer onderzoek gedaan naar en worden ontzwavelingsgips en toegepast in plaats van natuurlijk gips voor de productie van egalisatiemortels. Organische polymeeradditieven zoals waterreducerende middelen, waterbindende middelen en vertragers zijn essentiële functionele componenten in de samenstelling van egalisatiemortels. De interactie en het mechanisme van deze twee met cementgebonden materialen verdienen aandacht. Door de kenmerken van het vormingsproces is de fijnheid van ontzwaveld gips gering (de deeltjesgrootte ligt voornamelijk tussen 40 en 60 μm) en is de korrelverdeling ongunstig. Hierdoor zijn de reologische eigenschappen van ontzwaveld gips slecht en treedt er in de mortel die ermee wordt bereid vaak gemakkelijker segregatie, stratificatie en bleeding op. Cellulose-ether is het meest gebruikte hulpstof in mortel en het gecombineerde gebruik ervan met een waterreducerend middel is een belangrijke garantie voor de algehele prestaties van zelfnivellerende materialen op basis van ontzwaveld gips, zoals de bouwprestaties en de latere mechanische eigenschappen en duurzaamheid.
In dit artikel wordt de vloeibaarheidswaarde (spreidingsgraad 145 mm ± 5 mm) gebruikt als controle-index. De focus ligt op de invloed van het gehalte aan cellulose-ether en het molecuulgewicht (viscositeitswaarde) op het waterverbruik van zelfnivellerende materialen op basis van ontzwaveld gips, het verlies aan vloeibaarheid in de loop van de tijd en de coagulatie. De wetmatigheid van de invloed van basiseigenschappen zoals tijd en vroege mechanische eigenschappen wordt onderzocht. Tegelijkertijd wordt de wetmatigheid van de invloed van cellulose-ether op de warmteafgifte en de warmteafgiftesnelheid van de hydratatie van ontzwaveld gips getest, de invloed ervan op het hydratatieproces van ontzwaveld gips geanalyseerd en de compatibiliteit van dit type toevoeging met het geleersysteem van ontzwaveld gips besproken.
1. Grondstoffen en testmethoden
1.1 Grondstoffen
Gipspoeder: ontzwaveld gipspoeder geproduceerd door een bedrijf in Tangshan. De belangrijkste minerale samenstelling is hemihydraatgips. De chemische samenstelling is weergegeven in tabel 1 en de fysische eigenschappen in tabel 2.
afbeelding
afbeelding
De hulpstoffen omvatten: cellulose-ether (hydroxypropylmethylcellulose, kortweg HPMC); superplastificeerder WR; schuimremmer B-1; EVA-herdispergeerbaar latexpoeder S-05, die allemaal commercieel verkrijgbaar zijn.
Aggregaat: natuurlijk rivierzand, zelfgemaakt fijn zand gezeefd door een zeef van 0,6 mm.
1.2 Testmethode
Vaste verhouding ontzwavelingsgips:zand:water = 1:0,5:0,45, geschikte hoeveelheid andere hulpstoffen, vloeibaarheid als controle-index (expansie 145 mm ± 5 mm), door aanpassing van het waterverbruik, respectievelijk gemengd met cementgebonden materialen (ontzwavelingsgips + cement) 0, 0,5‰, 1,0‰, 2,0‰, 3,0‰ cellulose-ether (HPMC-20.000); Om de dosering van cellulose-ether verder vast te stellen op 1‰, werden HPMC-20.000, HPMC-40.000, HPMC-75.000 en HPMC-100.000 hydroxypropylmethylcellulose-ethers met verschillende molecuulgewichten (respectievelijk H2, H4, H7.5 en H10) gekozen om de invloed van de dosering en het molecuulgewicht (viscositeitswaarde) van cellulose-ether op de eigenschappen van gipsgebaseerde zelfnivellerende mortel te onderzoeken. De invloed van beide factoren op de vloeibaarheid, de uithardingstijd en de vroege mechanische eigenschappen van het ontzwavelde gipsmengsel voor zelfnivellerende mortel wordt besproken. De specifieke testmethode wordt uitgevoerd volgens de eisen van GB/T 17669.3-1999 "Bepaling van de mechanische eigenschappen van bouwgips".
De hydratatiewarmtetest wordt uitgevoerd met een blanco monster van ontzwavelde gips en monsters met een cellulose-ethergehalte van respectievelijk 0,5‰ en 3‰, en het gebruikte instrument is een TA-AIR type hydratatiewarmtetester.
2. Resultaten en analyse
2.1 Effect van het cellulose-ethergehalte op de basiseigenschappen van mortel
Met de toename van het gehalte verbeteren de verwerkbaarheid en cohesie van de mortel aanzienlijk, neemt het verlies aan vloeibaarheid in de loop van de tijd aanzienlijk af en zijn de bouwprestaties uitstekend. De uitgeharde mortel vertoont geen delaminatie en de gladheid, egaliteit en esthetiek van het oppervlak zijn sterk verbeterd. Tegelijkertijd neemt het waterverbruik van de mortel om dezelfde vloeibaarheid te bereiken aanzienlijk toe. Bij 5‰ steeg het waterverbruik met 102% en de uiteindelijke uithardingstijd werd met 100 minuten verlengd, wat 2,5 keer zo lang is als bij het blanco monster. De vroege mechanische eigenschappen van de mortel namen significant af met de toename van het cellulose-ethergehalte. Bij een cellulose-ethergehalte van 5‰ daalden de buigsterkte en druksterkte na 24 uur tot respectievelijk 18,75% en 11,29% van het blanco monster. De druksterkte bedroeg respectievelijk 39,47% en 23,45% van het blanco monster. Het is belangrijk op te merken dat met de toename van de hoeveelheid waterbindend middel de volumieke massa van de mortel ook aanzienlijk afnam, van 2069 kg/m³ bij 0 tot 1747 kg/m³ bij 5‰, een daling van 15,56%. De afname van de dichtheid van de mortel en de toename van de porositeit zijn een van de redenen voor de duidelijke afname van de mechanische eigenschappen van de mortel.
Cellulose-ether is een niet-ionisch polymeer. De hydroxylgroepen op de cellulose-etherketen en de zuurstofatomen op de etherbinding kunnen zich binden aan watermoleculen en waterstofbruggen vormen, waardoor vrij water wordt omgezet in gebonden water en zo een rol speelt bij waterretentie. Macroscopisch manifesteert dit zich als een toename van de cohesie van de mortel [5]. De toename van de viscositeit van de mortel zal niet alleen het waterverbruik verhogen, maar de opgeloste cellulose-ether zal ook worden geadsorbeerd op het oppervlak van gipsdeeltjes, waardoor de hydratatiereactie wordt belemmerd en de uithardingstijd wordt verlengd; tijdens het roeren worden bovendien veel luchtbellen geïntroduceerd. Er zullen holtes ontstaan naarmate de mortel uithardt, wat uiteindelijk de sterkte van de mortel vermindert. Rekening houdend met het eenzijdige waterverbruik van het mortelmengsel, de constructieprestaties, de uithardingstijd en de mechanische eigenschappen, en de latere duurzaamheid, enz., mag het gehalte aan cellulose-ether in ontzwavelde gipsgebaseerde zelfnivellerende mortel niet hoger zijn dan 1‰.
2.2 Het effect van het molecuulgewicht van cellulose-ether op de prestaties van mortel
Over het algemeen geldt dat hoe hoger de viscositeit en hoe fijner de deeltjesgrootte van cellulose-ether, hoe beter het waterretentievermogen en hoe groter de hechtsterkte. Een hogere viscositeit en fijnere deeltjesgrootte van cellulose-ether leiden echter tot een negatieve invloed op de prestaties van zelfnivellerende mortel op gipsbasis. Daarom werd de invloed van cellulose-ethers met verschillende molecuulgewichten op de basiseigenschappen van zelfnivellerende mortel op gipsbasis verder onderzocht. De waterbehoefte van de mortel nam tot op zekere hoogte toe, maar had geen duidelijk effect op de uithardingstijd en de vloeibaarheid. Tegelijkertijd vertoonden de buig- en druksterkte van de mortel in verschillende toestanden een dalende trend, maar deze afname was veel minder dan de invloed van het cellulose-ethergehalte op de mechanische eigenschappen. Samenvattend heeft een verhoging van het molecuulgewicht van cellulose-ether geen duidelijk effect op de prestaties van mortelmengsels. Gezien het gemak van de constructie, verdient cellulose-ether met een lage viscositeit en een laag molecuulgewicht de voorkeur als zelfnivellerend materiaal op basis van ontzwavelingsgips.
2.3 Effect van cellulose-ether op de hydratatiewarmte van ontzwaveld gips
Naarmate het gehalte aan cellulose-ether toenam, nam de exotherme piek van de hydratatie van ontzwaveld gips geleidelijk af en verschoof het tijdstip van de piekpositie enigszins, terwijl de exotherme hydratatiewarmte weliswaar afnam, maar niet significant. Dit toont aan dat cellulose-ether de hydratatiesnelheid en de hydratatiegraad van ontzwaveld gips tot op zekere hoogte kan vertragen. De dosering mag daarom niet te hoog zijn en moet binnen 1‰ worden gehouden. Het is te zien dat de colloïdale film die ontstaat nadat cellulose-ether in contact komt met water, wordt geadsorbeerd op het oppervlak van de ontzwaveld gipsdeeltjes, waardoor de hydratatiesnelheid van het gips gedurende de eerste 2 uur afneemt. Tegelijkertijd vertragen de unieke waterbindende en verdikkende effecten van cellulose-ether de verdamping van het slurrywater en de afvoer ervan, wat gunstig is voor de verdere hydratatie van het ontzwaveld gips in een later stadium. Samenvattend heeft cellulose-ether, mits de juiste dosering wordt aangehouden, slechts een beperkte invloed op de hydratatiesnelheid en de hydratatiegraad van het ontzwavelde gips zelf. Tegelijkertijd zal een verhoging van het cellulose-ethergehalte en het molecuulgewicht de viscositeit van de mortel aanzienlijk verhogen en een uitstekend waterretentievermogen opleveren. Om de vloeibaarheid van de zelfnivellerende mortel van ontzwaveld gips te garanderen, zal het waterverbruik aanzienlijk toenemen, wat te wijten is aan de langere uithardingstijd van de mortel. Dit is de belangrijkste reden voor de afname van de mechanische eigenschappen.
3. Conclusie
(1) Wanneer de vloeibaarheid als controle-index wordt gebruikt, wordt de uithardingstijd van zelfnivellerende mortel op basis van ontzwavelingsgips aanzienlijk verlengd en de mechanische eigenschappen aanzienlijk verminderd naarmate het gehalte aan cellulose-ether toeneemt; in vergelijking met het gehalte heeft een toename van het molecuulgewicht van cellulose-ether weinig effect op de bovengenoemde eigenschappen van de mortel. Alles overwegend dient cellulose-ether te worden gekozen met een laag molecuulgewicht (viscositeitswaarde lager dan 20.000 Pa·s) en dient de dosering binnen 1‰ van het cementgebonden materiaal te worden gehouden.
(2) De testresultaten van de hydratatiewarmte van ontzwaveld gips tonen aan dat cellulose-ether binnen het kader van deze test een beperkte invloed heeft op de hydratatiesnelheid en het hydratatieproces van ontzwaveld gips. De toename van het waterverbruik en de afname van de bulkdichtheid zijn de belangrijkste redenen voor de afname van de mechanische eigenschappen van mortel op basis van ontzwaveld gips.
Geplaatst op: 8 mei 2023