ผลกระทบของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) ต่อคุณสมบัติของปูนระเบิดสำหรับเครื่องจักร

ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรมและการพัฒนาเทคโนโลยี ผ่านการนำเข้าและปรับปรุงเครื่องพ่นปูนฉาบจากต่างประเทศ เทคโนโลยีการพ่นปูนฉาบด้วยเครื่องจักรจึงได้รับการพัฒนาอย่างมากในประเทศของเราในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ปูนฉาบด้วยเครื่องจักรแตกต่างจากปูนฉาบธรรมดา ซึ่งต้องการคุณสมบัติในการกักเก็บน้ำสูง ความลื่นไหลที่เหมาะสม และคุณสมบัติป้องกันการไหลย้อยในระดับหนึ่ง โดยปกติแล้วจะมีการเติมไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสลงในปูนฉาบ ซึ่งไฮโดรซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ (HPMC) เป็นชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด หน้าที่หลักของไฮโดรซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) ในปูนฉาบ ได้แก่ การเพิ่มความหนืด การปรับคุณสมบัติทางรีโอโลยี และความสามารถในการกักเก็บน้ำที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของ HPMC ก็ไม่ควรมองข้าม HPMC มีผลในการดักจับอากาศ ซึ่งจะทำให้เกิดข้อบกพร่องภายในมากขึ้นและลดคุณสมบัติทางกลของปูนฉาบลงอย่างมาก บริษัท ซานตง เฉินปัง ไฟน์ เคมีคอล จำกัด ได้ศึกษาอิทธิพลของ HPMC ต่ออัตราการกักเก็บน้ำ ความหนาแน่น ปริมาณอากาศ และคุณสมบัติทางกลของปูนฉาบจากมุมมองระดับมหภาค และศึกษาอิทธิพลของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) ต่อโครงสร้างรูปตัว L ของปูนฉาบจากมุมมองระดับจุลภาค

1. การทดสอบ

1.1 วัตถุดิบ

ซีเมนต์: ซีเมนต์ P.0 42.5 ที่หาซื้อได้ทั่วไป มีความแข็งแรงดัดและแรงอัดที่ 28 วัน เท่ากับ 6.9 และ 48.2 MPa ตามลำดับ; ทราย: ทรายแม่น้ำละเอียดเฉิงเต๋อ ขนาด 40-100 เมช; เซลลูโลสอีเทอร์: ผลิตโดยบริษัท ซานตง เฉินปัง ไฟน์ เคมีคอล จำกัด ไฮดรอกซีโพรพิล เมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ ผงสีขาว ความหนืดระบุ 40, 100, 150, 200 Pa-s; น้ำ: น้ำประปาสะอาด

1.2 วิธีการทดสอบ

ตามมาตรฐาน JGJ/T 105-2011 “ข้อกำหนดการก่อสร้างสำหรับการพ่นและฉาบปูนด้วยเครื่องจักร” ความสม่ำเสมอของปูนฉาบควรอยู่ที่ 80-120 มม. และอัตราการกักเก็บน้ำต้องมากกว่า 90% ในการทดลองนี้ อัตราส่วนปูนขาวต่อทรายถูกกำหนดไว้ที่ 1:5 ควบคุมความสม่ำเสมอที่ (93+2) มม. และผสมเซลลูโลสอีเทอร์จากภายนอก โดยปริมาณการผสมขึ้นอยู่กับมวลของซีเมนต์ คุณสมบัติพื้นฐานของปูนฉาบ เช่น ความหนาแน่นเปียก ปริมาณอากาศ การกักเก็บน้ำ และความสม่ำเสมอ จะถูกทดสอบโดยอ้างอิงจาก JGJ 70-2009 “วิธีการทดสอบคุณสมบัติพื้นฐานของปูนฉาบอาคาร” และปริมาณอากาศจะถูกทดสอบและคำนวณตามวิธีการวัดความหนาแน่น การเตรียม การทดสอบความแข็งแรงดัด และความแข็งแรงอัดของชิ้นงานทดสอบ ดำเนินการตามมาตรฐาน GB/T 17671-1999 “วิธีการทดสอบความแข็งแรงของปูนซีเมนต์ผสมทราย (วิธี ISO)” วัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวอ่อนโดยใช้เครื่องวัดความพรุนด้วยปรอท รุ่นของเครื่องวัดความพรุนด้วยปรอทคือ AUTOPORE 9500 และช่วงการวัดคือ 5.5 นาโนเมตร - 360 ไมโครเมตร ทำการทดสอบทั้งหมด 4 ชุด อัตราส่วนซีเมนต์ต่อทรายคือ 1:5 ความหนืดของ HPMC คือ 100 Pa-s และปริมาณการใช้คือ 0, 0.1%, 0.2%, 0.3% (ตัวเลขคือ A, B, C, D ตามลำดับ)

2. ผลลัพธ์และการวิเคราะห์

2.1 ผลของ HPMC ต่ออัตราการกักเก็บน้ำของปูนซีเมนต์

การกักเก็บน้ำหมายถึงความสามารถของปูนฉาบในการกักเก็บน้ำ ในปูนฉาบที่พ่นด้วยเครื่องจักร การเติมเซลลูโลสอีเทอร์สามารถช่วยกักเก็บน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดอัตราการเยิ้มของน้ำ และตอบสนองความต้องการการไฮเดรชั่นอย่างสมบูรณ์ของวัสดุซีเมนต์ ผลของ HPMC ต่อการกักเก็บน้ำของปูนฉาบ

เมื่อปริมาณ HPMC เพิ่มขึ้น อัตราการกักเก็บน้ำของปูนก็จะเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป กราฟของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลสอีเทอร์ที่มีความหนืด 100, 150 และ 200 Pa·s นั้นโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกัน เมื่อปริมาณอยู่ที่ 0.05%-0.15% อัตราการกักเก็บน้ำจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรง และเมื่อปริมาณอยู่ที่ 0.15% อัตราการกักเก็บน้ำจะมากกว่า 93% เมื่อปริมาณเม็ดกรวดเกิน 0.20% แนวโน้มการเพิ่มขึ้นของอัตราการกักเก็บน้ำจะคงที่ แสดงว่าปริมาณ HPMC ใกล้ถึงจุดอิ่มตัวแล้ว กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณ HPMC ที่มีความหนืด 40 Pa·s กับอัตราการกักเก็บน้ำนั้นเป็นเส้นตรงโดยประมาณ เมื่อปริมาณมากกว่า 0.15% อัตราการกักเก็บน้ำของปูนจะต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับ HPMC อีกสามชนิดที่มีความหนืดเท่ากัน โดยทั่วไปเชื่อกันว่ากลไกการกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์คือ หมู่ไฮดรอกซิลบนโมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์และอะตอมออกซิเจนบนพันธะอีเทอร์จะรวมตัวกับโมเลกุลของน้ำเพื่อสร้างพันธะไฮโดรเจน ทำให้โมเลกุลน้ำอิสระกลายเป็นน้ำที่ถูกกักเก็บไว้ จึงทำให้มีประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำที่ดี นอกจากนี้ยังเชื่อกันว่าการแพร่กระจายระหว่างโมเลกุลของน้ำและสายโซ่โมเลกุลของเซลลูโลสอีเทอร์ทำให้โมเลกุลของน้ำสามารถเข้าไปภายในสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลลูโลสอีเทอร์และอยู่ภายใต้แรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแรง จึงช่วยปรับปรุงการกักเก็บน้ำของปูนซีเมนต์ การกักเก็บน้ำที่ดีเยี่ยมจะช่วยให้ปูนฉาบมีความเป็นเนื้อเดียวกัน ไม่แยกตัวง่าย และได้ประสิทธิภาพการผสมที่ดี ในขณะเดียวกันก็ช่วยลดการสึกหรอของเครื่องจักรและเพิ่มอายุการใช้งานของเครื่องพ่นปูนฉาบ

2.2 ผลกระทบของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) ต่อความหนาแน่นและปริมาณอากาศในปูนซีเมนต์

เมื่อปริมาณ HPMC อยู่ที่ 0-0.20% ความหนาแน่นของปูนจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อปริมาณ HPMC เพิ่มขึ้น จาก 2050 กก./ลบ.ม. เหลือประมาณ 1650 กก./ลบ.ม. ซึ่งลดลงประมาณ 20% เมื่อปริมาณ HPMC เกิน 0.20% ความหนาแน่นจะลดลงในสภาวะปกติ เมื่อเปรียบเทียบ HPMC ทั้ง 4 ชนิดที่มีความหนืดต่างกัน พบว่ายิ่งความหนืดสูง ความหนาแน่นของปูนจะยิ่งต่ำ เส้นกราฟความหนาแน่นของปูนที่มีส่วนผสมของ HPMC ที่มีความหนืด 150 และ 200 Pa·s นั้นทับซ้อนกันโดยพื้นฐาน แสดงให้เห็นว่าเมื่อความหนืดของ HPMC เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ความหนาแน่นจะไม่ลดลงอีกต่อไป

กฎการเปลี่ยนแปลงของปริมาณอากาศในปูนฉาบนั้นตรงกันข้ามกับการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นของปูนฉาบ เมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) อยู่ที่ 0-0.20% ปริมาณอากาศในปูนฉาบจะเพิ่มขึ้นเกือบเป็นเส้นตรงเมื่อปริมาณ HPMC เพิ่มขึ้น เมื่อปริมาณ HPMC เกิน 0.20% ปริมาณอากาศแทบจะไม่เปลี่ยนแปลง แสดงว่าผลการดักอากาศของปูนฉาบใกล้ถึงจุดอิ่มตัวแล้ว ผลการดักอากาศของ HPMC ที่มีความหนืด 150 และ 200 Pa·s นั้นมากกว่า HPMC ที่มีความหนืด 40 และ 100 Pa·s

ผลการดักอากาศของเซลลูโลสอีเทอร์นั้นส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุล เซลลูโลสอีเทอร์มีทั้งหมู่ที่ชอบน้ำ (ไฮดรอกซิล อีเทอร์) และหมู่ที่ไม่ชอบน้ำ (เมทิล วงแหวนกลูโคส) และเป็นสารลดแรงตึงผิว จึงมีฤทธิ์ในการดักอากาศ ในด้านหนึ่ง ก๊าซที่เข้าไปสามารถทำหน้าที่เหมือนลูกปืนในปูน ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของปูน เพิ่มปริมาตร และเพิ่มผลผลิต ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อผู้ผลิต แต่ในอีกด้านหนึ่ง ผลการดักอากาศจะเพิ่มปริมาณอากาศในปูนและรูพรุนหลังจากแข็งตัว ส่งผลให้เกิดรูพรุนที่เป็นอันตรายเพิ่มขึ้นและลดคุณสมบัติทางกลลงอย่างมาก แม้ว่า HPMC จะมีผลในการดักอากาศอยู่บ้าง แต่ก็ไม่สามารถใช้แทนสารดักอากาศได้ นอกจากนี้ เมื่อใช้ HPMC และสารดักอากาศพร้อมกัน สารดักอากาศอาจทำงานได้ไม่ดี

2.3 ผลกระทบของ HPMC ต่อคุณสมบัติเชิงกลของปูนซีเมนต์

เมื่อปริมาณ HPMC เพียง 0.05% ความแข็งแรงดัดงอของปูนจะลดลงอย่างมาก ซึ่งต่ำกว่าตัวอย่างที่ไม่มี HPMC ประมาณ 25% และความแข็งแรงรับแรงอัดจะอยู่ที่เพียง 65% ถึง 80% ของตัวอย่างที่ไม่มี HPMC เมื่อปริมาณ HPMC เกิน 0.20% การลดลงของความแข็งแรงดัดงอและความแข็งแรงรับแรงอัดของปูนจะไม่ชัดเจนนัก ความหนืดของ HPMC มีผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกลของปูนน้อยมาก HPMC ทำให้เกิดฟองอากาศขนาดเล็กจำนวนมาก และผลของการดักอากาศในปูนจะเพิ่มความพรุนภายในและรูพรุนที่เป็นอันตรายของปูน ส่งผลให้ความแข็งแรงรับแรงอัดและความแข็งแรงดัดงอลดลงอย่างมาก อีกเหตุผลหนึ่งที่ทำให้ความแข็งแรงของปูนลดลงคือผลของการกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์ ซึ่งจะกักเก็บน้ำไว้ในปูนที่แข็งตัวแล้ว และอัตราส่วนน้ำต่อสารยึดเกาะที่สูงจะนำไปสู่การลดลงของความแข็งแรงของชิ้นงานทดสอบ สำหรับปูนฉาบโครงสร้างเชิงกล แม้ว่าเซลลูโลสอีเทอร์จะช่วยเพิ่มอัตราการกักเก็บน้ำของปูนฉาบและปรับปรุงความสามารถในการใช้งานได้อย่างมาก แต่หากใช้ในปริมาณมากเกินไป จะส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อคุณสมบัติเชิงกลของปูนฉาบ ดังนั้นจึงควรพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างทั้งสองอย่างให้เหมาะสม

เมื่อปริมาณของไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) เพิ่มขึ้น อัตราส่วนการพับของปูนฉาบแสดงแนวโน้มเพิ่มขึ้นโดยรวม ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นความสัมพันธ์เชิงเส้น เนื่องจากการเติมเซลลูโลสอีเทอร์ทำให้เกิดฟองอากาศจำนวนมาก ซึ่งก่อให้เกิดข้อบกพร่องภายในปูนฉาบมากขึ้น และความแข็งแรงในการรับแรงอัดของปูนฉาบลดลงอย่างมาก แม้ว่าความแข็งแรงในการดัดงอจะลดลงในระดับหนึ่งเช่นกัน แต่เซลลูโลสอีเทอร์สามารถปรับปรุงความยืดหยุ่นของปูนฉาบได้ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อความแข็งแรงในการดัดงอ ทำให้ลดอัตราการลดลงลง เมื่อพิจารณาโดยรวมแล้ว ผลกระทบร่วมกันของทั้งสองอย่างนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของอัตราส่วนการพับ

2.4 ผลกระทบของ HPMC ต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง L ของปูนฉาบ

จากกราฟการกระจายขนาดรูพรุน ข้อมูลการกระจายขนาดรูพรุน และพารามิเตอร์ทางสถิติต่างๆ ของตัวอย่าง AD จะเห็นได้ว่า HPMC มีอิทธิพลอย่างมากต่อโครงสร้างรูพรุนของปูนซีเมนต์:

(1) หลังจากเติม HPMC ขนาดรูพรุนของปูนซีเมนต์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ บนเส้นโค้งการกระจายขนาดรูพรุน พื้นที่ของภาพจะเคลื่อนไปทางขวา และค่ารูพรุนที่สอดคล้องกับค่าสูงสุดจะมีขนาดใหญ่ขึ้น หลังจากเติม HPMC เส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนเฉลี่ยของปูนซีเมนต์มีขนาดใหญ่กว่าตัวอย่างที่ไม่ได้เติมอย่างมีนัยสำคัญ และเส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนเฉลี่ยของตัวอย่างที่มีปริมาณ 0.3% เพิ่มขึ้น 2 เท่าเมื่อเทียบกับตัวอย่างที่ไม่ได้เติม

(2) แบ่งรูพรุนในคอนกรีตออกเป็นสี่ประเภท ได้แก่ รูพรุนที่ไม่เป็นอันตราย (≤20 นาโนเมตร) รูพรุนที่ไม่เป็นอันตรายเล็กน้อย (20-100 นาโนเมตร) รูพรุนที่เป็นอันตราย (100-200 นาโนเมตร) และรูพรุนที่เป็นอันตรายมาก (≥200 นาโนเมตร) จากตารางที่ 1 จะเห็นได้ว่าจำนวนรูพรุนที่ไม่เป็นอันตรายหรือรูพรุนที่ไม่เป็นอันตรายเล็กน้อยลดลงอย่างมีนัยสำคัญหลังจากเติม HPMC ในขณะที่จำนวนรูพรุนที่เป็นอันตรายหรือรูพรุนที่เป็นอันตรายมากเพิ่มขึ้น รูพรุนที่ไม่เป็นอันตรายหรือรูพรุนที่ไม่เป็นอันตรายเล็กน้อยของตัวอย่างที่ไม่ได้ผสม HPMC มีประมาณ 49.4% หลังจากเติม HPMC แล้ว รูพรุนที่ไม่เป็นอันตรายหรือรูพรุนที่ไม่เป็นอันตรายเล็กน้อยลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ยกตัวอย่างเช่น ปริมาณ 0.1% รูพรุนที่ไม่เป็นอันตรายหรือรูพรุนที่ไม่เป็นอันตรายเล็กน้อยลดลงประมาณ 45% ในขณะที่จำนวนรูพรุนที่เป็นอันตรายที่มีขนาดใหญ่กว่า 10 นาโนเมตรเพิ่มขึ้นประมาณ 9 เท่า

(3) เส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนมัธยฐาน เส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนเฉลี่ย ปริมาตรรูพรุนจำเพาะ และพื้นที่ผิวจำเพาะ ไม่เป็นไปตามกฎการเปลี่ยนแปลงที่เข้มงวดมากนักเมื่อปริมาณไฮดรอกซีโพรพิลเมทิลเซลลูโลส (HPMC) เพิ่มขึ้น ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับการเลือกตัวอย่างในการทดสอบการฉีดปรอทที่เกี่ยวข้องกับการกระจายตัวขนาดใหญ่ แต่โดยรวมแล้ว เส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนมัธยฐาน เส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนเฉลี่ย และปริมาตรรูพรุนจำเพาะของตัวอย่างที่ผสมกับ HPMC มีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับตัวอย่างเปล่า ในขณะที่พื้นที่ผิวจำเพาะลดลง