Sanayinin sürekli ilerlemesi ve teknolojinin gelişmesiyle, yabancı harç püskürtme makinelerinin getirilmesi ve geliştirilmesi sayesinde, mekanik püskürtme ve sıva teknolojisi son yıllarda ülkemizde büyük ölçüde gelişmiştir. Mekanik püskürtme harcı, yüksek su tutma performansı, uygun akışkanlık ve belirli bir sarkma önleyici performans gerektiren sıradan harçtan farklıdır. Genellikle harca hidroksipropil metilselüloz eklenir ve bunların en yaygın kullanılanı selüloz eterdir (HPMC). Hidroksipropil metilselülozun (HPMC) harçtaki başlıca işlevleri şunlardır: koyulaştırma ve viskoziteyi artırma, reolojiyi ayarlama ve mükemmel su tutma kapasitesi. Bununla birlikte, HPMC'nin dezavantajları göz ardı edilemez. HPMC'nin hava sürükleme etkisi vardır, bu da daha fazla iç kusura neden olur ve harcın mekanik özelliklerini ciddi şekilde azaltır. Shandong Chenbang Fine Chemical Co., Ltd., HPMC'nin harcın su tutma oranı, yoğunluğu, hava içeriği ve mekanik özellikleri üzerindeki etkisini makroskobik açıdan ve hidroksipropil metilselülozun (HPMC) harcın L yapısı üzerindeki etkisini mikroskobik açıdan incelemiştir.
1. Test
1.1 Hammaddeler
Çimento: Piyasada bulunan P.0 42.5 çimento, 28 günlük eğilme ve basınç dayanımları sırasıyla 6,9 ve 48,2 MPa'dır; kum: Chengde ince nehir kumu, 40-100 mesh; selüloz eter: Shandong Chenbang Fine Chemical Co., Ltd. tarafından üretilen hidroksipropil metilselüloz eter, beyaz toz, nominal viskozite 40, 100, 150, 200 Pa-s; su: temiz musluk suyu.
1.2 Test yöntemi
JGJ/T 105-2011 “Mekanik Püskürtme ve Sıva Uygulamaları Yönetmeliği”ne göre, harcın kıvamı 80-120 mm ve su tutma oranı %90'dan fazladır. Bu deneyde, kireç-kum oranı 1:5 olarak belirlenmiş, kıvam (93+2) mm olarak kontrol edilmiş ve selüloz eter dışarıdan karıştırılmış olup, karıştırma miktarı çimento kütlesine göre belirlenmiştir. Islak yoğunluk, hava içeriği, su tutma ve kıvam gibi harcın temel özellikleri, JGJ 70-2009 “Yapı Harcının Temel Özelliklerinin Test Yöntemleri”ne referans alınarak test edilmiş ve hava içeriği yoğunluk yöntemine göre test edilip hesaplanmıştır. Numunelerin hazırlanması, eğilme ve basınç dayanımı testleri GB/T 17671-1999 “Çimento Harcı Kumunun Mukavemetini Test Etme Yöntemleri (ISO Yöntemi)”ne göre yapılmıştır. Larvaların çapı cıva porozimetresi ile ölçüldü. Cıva porozimetresinin modeli AUTOPORE 9500 olup, ölçüm aralığı 5,5 nm-360 μm idi. Toplam 4 set test yapıldı. Çimento-kum oranı 1:5, HPMC'nin viskozitesi 100 Pa-s ve dozajlar 0, %0,1, %0,2, %0,3 (sırasıyla A, B, C, D numaraları) idi.
2. Sonuçlar ve analiz
2.1 HPMC'nin çimento harcının su tutma oranına etkisi
Su tutma özelliği, harcın suyu tutma yeteneğini ifade eder. Makineyle püskürtülen harçlarda, selüloz eter ilavesi suyu etkili bir şekilde tutabilir, su ayrışmasını azaltabilir ve çimento esaslı malzemelerin tam hidratasyon gereksinimlerini karşılayabilir. HPMC'nin harcın su tutma özelliği üzerindeki etkisi.
HPMC içeriğinin artmasıyla harcın su tutma oranı kademeli olarak artmaktadır. 100, 150 ve 200 Pa.s viskoziteye sahip hidroksipropil metilselüloz eterin eğrileri temelde aynıdır. İçerik %0,05-%0,15 olduğunda, su tutma oranı doğrusal olarak artar ve içerik %0,15 olduğunda su tutma oranı %93'ten daha yüksektir. HPMC miktarı %0,20'yi aştığında, su tutma oranındaki artış eğilimi düzleşir, bu da HPMC miktarının doygunluğa yaklaştığını gösterir. 40 Pa.s viskoziteye sahip HPMC miktarının su tutma oranı üzerindeki etki eğrisi yaklaşık olarak düz bir çizgidir. Miktar %0,15'ten fazla olduğunda, harcın su tutma oranı, aynı viskozite miktarına sahip diğer üç HPMC türüne göre önemli ölçüde daha düşüktür. Genel olarak, selüloz eterin su tutma mekanizmasının şu şekilde olduğu düşünülmektedir: Selüloz eter molekülündeki hidroksil grubu ve eter bağındaki oksijen atomu, su molekülüyle birleşerek hidrojen bağı oluşturur; böylece serbest su, bağlı suya dönüşür ve iyi bir su tutma etkisi gösterir. Ayrıca, su molekülleri ile selüloz eter moleküler zincirleri arasındaki karşılıklı difüzyonun, su moleküllerinin selüloz eter makromoleküler zincirlerinin içine girmesine ve güçlü bağlama kuvvetlerine maruz kalmasına olanak sağladığı ve böylece çimento harcının su tutma özelliğini iyileştirdiği düşünülmektedir. Mükemmel su tutma özelliği, harcın homojen kalmasını, kolayca ayrışmamasını ve iyi bir karıştırma performansı elde edilmesini sağlarken, mekanik aşınmayı azaltır ve harç püskürtme makinesinin ömrünü uzatır.
2.2 Hidroksipropil metilselülozun (HPMC) çimento harcının yoğunluğu ve hava içeriği üzerindeki etkisi
HPMC miktarı %0-0,20 arasında olduğunda, harcın yoğunluğu HPMC miktarındaki artışla birlikte keskin bir şekilde azalır ve 2050 kg/m³'ten yaklaşık 1650 kg/m³'e düşer, bu da yaklaşık %20 daha düşüktür; HPMC miktarı %0,20'yi aştığında ise yoğunluk azalmaya devam eder. Farklı viskozitelere sahip 4 çeşit HPMC karşılaştırıldığında, viskozite ne kadar yüksekse, harcın yoğunluğu o kadar düşük olur; 150 ve 200 Pa.s HPMC karışımlı harçların yoğunluk eğrileri temelde üst üste gelir, bu da HPMC viskozitesi artmaya devam ettikçe yoğunluğun artık azalmadığını gösterir.
Harçtaki hava içeriğinin değişim yasası, harcın yoğunluğundaki değişimin tersidir. Hidroksipropil metilselüloz (HPMC) içeriği %0-0,20 arasında olduğunda, HPMC içeriğinin artmasıyla harcın hava içeriği neredeyse doğrusal olarak artar; HPMC içeriği %0,20'yi aştıktan sonra hava içeriği neredeyse hiç değişmez, bu da harcın hava çekme etkisinin doygunluğa yaklaştığını gösterir. Viskozitesi 150 ve 200 Pa.s olan HPMC'nin hava çekme etkisi, viskozitesi 40 ve 100 Pa.s olan HPMC'ninkinden daha büyüktür.
Selüloz eterin hava sürükleme etkisi esas olarak moleküler yapısı tarafından belirlenir. Selüloz eter hem hidrofilik gruplara (hidroksil, eter) hem de hidrofobik gruplara (metil, glikoz halkası) sahiptir ve bir yüzey aktif maddedir, bu nedenle yüzey aktivitesine sahip olduğundan hava sürükleme etkisi gösterir. Bir yandan, içeri giren gaz harçta bilyalı rulman görevi görerek harcın çalışma performansını artırabilir, hacmini ve verimini artırabilir, bu da üretici için faydalıdır. Ancak diğer yandan, hava sürükleme etkisi harcın hava içeriğini ve sertleşme sonrası gözenekliliğini artırarak zararlı gözeneklerin artmasına ve mekanik özelliklerin büyük ölçüde azalmasına neden olur. HPMC'nin belirli bir hava sürükleme etkisi olmasına rağmen, hava sürükleme maddesinin yerini alamaz. Ayrıca, HPMC ve hava sürükleme maddesi aynı anda kullanıldığında, hava sürükleme maddesi işlevini yitirebilir.
2.3 HPMC'nin çimento harcının mekanik özelliklerine etkisi
HPMC miktarı sadece %0,05 olduğunda, harcın eğilme dayanımı önemli ölçüde azalır; bu, hidroksipropil metilselüloz (HPMC) içermeyen boş numuneye göre yaklaşık %25 daha düşüktür ve basınç dayanımı boş numunenin %80'inin sadece %65'ine ulaşabilir. HPMC miktarı %0,20'yi aştığında, harcın eğilme ve basınç dayanımındaki azalma belirgin değildir. HPMC'nin viskozitesinin harcın mekanik özellikleri üzerinde az etkisi vardır. HPMC çok sayıda küçük hava kabarcığı oluşturur ve hava sürükleme etkisi harcın iç gözenekliliğini ve zararlı gözeneklerini artırarak basınç ve eğilme dayanımında önemli bir azalmaya neden olur. Harç dayanımındaki azalmanın bir diğer nedeni ise selüloz eterin su tutma etkisidir; bu etki, sertleşmiş harçta suyu tutar ve yüksek su-bağlayıcı oranı, test bloğunun dayanımında azalmaya yol açar. Mekanik yapı harçlarında, selüloz eter harcın su tutma oranını önemli ölçüde artırıp işlenebilirliğini iyileştirebilse de, dozajı çok yüksek olursa harcın mekanik özelliklerini ciddi şekilde etkiler; bu nedenle ikisi arasındaki ilişki makul bir şekilde değerlendirilmelidir.
Hidroksipropil metilselüloz (HPMC) içeriğinin artmasıyla birlikte, harcın katlanma oranı genel olarak artış eğilimi gösterdi ve bu artış temelde doğrusal bir ilişkiydi. Bunun nedeni, eklenen selüloz eterin çok sayıda hava kabarcığı oluşturması ve bu da harcın içinde daha fazla kusura yol açmasıdır; bu nedenle kılavuz gül harcının basınç dayanımı keskin bir şekilde azalırken, eğilme dayanımı da belirli bir ölçüde azalmaktadır. Ancak selüloz eter, harcın esnekliğini artırarak eğilme dayanımına fayda sağlar ve azalma hızını yavaşlatır. Bu iki etkenin birleşik etkisi, katlanma oranında artışa yol açar.
2.4 HPMC'nin harcın L çapı üzerindeki etkisi
AD numunelerinin gözenek boyutu dağılım eğrisinden, gözenek boyutu dağılım verilerinden ve çeşitli istatistiksel parametrelerinden, HPMC'nin çimento harcının gözenek yapısı üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğu görülebilir:
(1) HPMC ilave edildikten sonra, çimento harcının gözenek boyutu önemli ölçüde artar. Gözenek boyutu dağılım eğrisinde, görüntünün alanı sağa doğru hareket eder ve tepe değerine karşılık gelen gözenek değeri daha büyük olur. HPMC ilave edildikten sonra, çimento harcının ortanca gözenek çapı, boş numuneye göre önemli ölçüde daha büyüktür ve %0,3 dozajlı numunenin ortanca gözenek çapı, boş numuneye kıyasla 2 kat daha fazla artar.
(2) Betondaki gözenekleri dört tipe ayırın: zararsız gözenekler (≤20 nm), daha az zararlı gözenekler (20-100 nm), zararlı gözenekler (100-200 nm) ve çok sayıda zararlı gözenek (≥200 nm). Tablo 1'den görülebileceği gibi, HPMC eklendikten sonra zararsız veya daha az zararlı gözeneklerin sayısı önemli ölçüde azalırken, zararlı veya daha fazla zararlı gözeneklerin sayısı artmaktadır. HPMC ile karıştırılmamış numunelerin zararsız veya daha az zararlı gözenekleri yaklaşık %49,4'tür. HPMC eklendikten sonra, zararsız veya daha az zararlı gözenekler önemli ölçüde azalır. %0,1'lik dozajı örnek olarak alırsak, zararsız veya daha az zararlı gözenekler yaklaşık %45 oranında azalırken, 10 µm'den büyük zararlı gözeneklerin sayısı yaklaşık 9 kat artmıştır.
(3) Ortanca gözenek çapı, ortalama gözenek çapı, özgül gözenek hacmi ve özgül yüzey alanı, hidroksipropil metilselüloz (HPMC) içeriğinin artmasıyla çok sıkı bir değişim kuralına uymamaktadır; bu durum, cıva enjeksiyon testindeki numune seçimiyle ve geniş dağılımla ilgili olabilir. Ancak genel olarak, HPMC ile karıştırılmış numunenin ortanca gözenek çapı, ortalama gözenek çapı ve özgül gözenek hacmi, boş numuneye kıyasla artma eğilimindeyken, özgül yüzey alanı azalmaktadır.
Yayın tarihi: 03-08-2023