1. Необхідність утримання води
Усі види основ, для будівництва яких потрібен розчин, мають певний ступінь водопоглинання. Після того, як базовий шар поглине воду з розчину, його конструктивні характеристики погіршаться, а в особливо важких випадках цементний матеріал у розчині не буде повністю гідратований, що призведе до низької міцності, особливо міцності між затверділим розчином та базовим шаром, що призведе до розтріскування та відшаровування розчину. Якщо штукатурний розчин має відповідну водоутримувальну здатність, він може не тільки ефективно покращити будівельні характеристики розчину, але й ускладнити поглинання води з розчину базовим шаром та забезпечити достатню гідратацію цементу.
2. Проблеми з традиційними методами утримання води
Традиційним рішенням є поливання основи водою, але неможливо забезпечити рівномірне зволоження основи. Ідеальна мета гідратації цементного розчину на основі полягає в тому, щоб продукт гідратації цементу поглинав воду разом з основою, проникав в основу та утворював ефективне «ключове з'єднання» з основою, щоб досягти необхідної міцності зчеплення. Поливання безпосередньо на поверхню основи призведе до серйозного розсіювання водопоглинання основи через різницю в температурі, часі поливу та рівномірності поливу. Основа має менше водопоглинання і продовжуватиме поглинати воду з розчину. Перш ніж почнеться гідратація цементу, вода поглинається, що впливає на гідратацію цементу та проникнення продуктів гідратації в матрицю; основа має велике водопоглинання, і вода з розчину стікає до основи. Швидкість міграції середовища повільна, і між розчином і матрицею утворюється навіть багатий на воду шар, що також впливає на міцність зчеплення. Таким чином, використання звичайного методу поливу основи не тільки не зможе ефективно вирішити проблему високого водопоглинання основою стіни, але й вплине на міцність зчеплення між розчином та основою, що призведе до утворення пустот та розтріскування.
3. Вимоги до різних розчинів щодо утримання води
Нижче запропоновано цільові показники водоутримання для штукатурних розчинів, що використовуються в певній місцевості та в місцевостях з подібними температурними та вологісними умовами.
①Високопоглинальний штукатурний розчин для основи
Основи з високим водопоглинанням, представлені повітророзподільним бетоном, включаючи різні легкі перегородки, блоки тощо, мають характеристики великого водопоглинання та тривалого терміну служби. Штукатурний розчин, що використовується для такого типу базового шару, повинен мати коефіцієнт водоутримання не менше 88%.
②Низьководопоглинальний штукатурний розчин для основи
Основи з низьким водопоглинанням, представлені монолітним бетоном, включаючи пінополістирольні плити для зовнішнього утеплення стін тощо, мають відносно невелике водопоглинання. Штукатурний розчин, що використовується для таких основ, повинен мати коефіцієнт водоутримання не менше 88%.
③Тонкошаровий штукатурний розчин
Тонкошарове штукатурення – це штукатурна конструкція з товщиною шару штукатурки від 3 до 8 мм. Цей вид штукатурної конструкції легко втрачає вологу через тонкий шар штукатурки, що впливає на оброблюваність та міцність. Розчин, що використовується для цього типу штукатурки, має коефіцієнт водоутримання не менше 99%.
④Товстошаровий штукатурний розчин
Товстошарове штукатурення відноситься до штукатурних конструкцій, де товщина одного шару штукатурки становить від 8 мм до 20 мм. Цей вид штукатурних конструкцій не так легко втрачає воду через товстий шар штукатурки, тому коефіцієнт утримання води штукатурним розчином повинен бути не менше 88%.
⑤Водостійка шпаклівка
Водостійка шпаклівка використовується як надтонкий штукатурний матеріал, а загальна товщина шару становить від 1 до 2 мм. Такі матеріали потребують надзвичайно високих водоутримуючих властивостей для забезпечення їхньої оброблюваності та міцності зчеплення. Коефіцієнт водоутримання шпаклівки для зовнішніх стін повинен бути не менше 99%, а коефіцієнт водоутримання шпаклівки для зовнішніх стін повинен бути вищим, ніж шпаклівки для внутрішніх стін.
4. Види водоутримуючих матеріалів
Целюлозний ефір
1) Метилцелюлозний ефір (MC)
2) Гідроксипропілметилцелюлозний ефір (ГПМЦ)
3) Гідроксиетилцелюлозний ефір (ГЕК)
4) Карбоксиметилцелюлозний ефір (КМЦ)
5) Гідроксиетилметилцелюлозний ефір (HEMC)
Крохмальний ефір
1) Модифікований ефір крохмалю
2) Гуаровий ефір
Модифікований мінеральний водоутримуючий загусник (монтморилоніт, бентоніт тощо)
По-п'яте, наступне зосереджено на продуктивності різних матеріалів
1. Целюлозний ефір
1.1 Огляд целюлозного ефіру
Целюлозний ефір – це загальний термін для серії продуктів, що утворюються в результаті реакції лужної целюлози та етерифікуючого агента за певних умов. Різні ефіри целюлози отримують, оскільки лужне волокно замінюється різними етерифікуючими агентами. Залежно від іонізуючих властивостей їхніх замісників, ефіри целюлози можна розділити на дві категорії: іонні, такі як карбоксиметилцелюлоза (КМЦ), та неіонні, такі як метилцелюлоза (МЦ).
За типами замісників, ефіри целюлози можна розділити на моноефіри, такі як метилцелюлозний ефір (MC), та змішані ефіри, такі як гідроксиетилкарбоксиметилцелюлозний ефір (HECMC). Залежно від різних розчинників, у яких вони розчиняються, їх можна розділити на два типи: водорозчинні та розчинні в органічних розчинниках.
1.2 Основні різновиди целюлози
Карбоксиметилцелюлоза (КМЦ), практичний ступінь заміщення: 0,4-1,4; етерифікаційний агент, монооксіоцтова кислота; розчинник, вода;
Карбоксиметилгідроксиетилцелюлоза (CMHEC), практичний ступінь заміщення: 0,7-1,0; етерифікаційний агент, монооксиоцтова кислота, етиленоксид; розчинник, вода;
Метилцелюлоза (МЦ), практичний ступінь заміщення: 1,5-2,4; етерифікуючий агент, метилхлорид; розчинник, вода;
Гідроксиетилцелюлоза (ГЕК), практичний ступінь заміщення: 1,3-3,0; етерифікаційний агент, оксид етилену; розчинник, вода;
Гідроксиетилметилцелюлоза (HEMC), практичний ступінь заміщення: 1,5-2,0; етерифікаційний агент, етиленоксид, метилхлорид; розчинник, вода;
Гідроксипропілцелюлоза (ГПЦ), практичний ступінь заміщення: 2,5-3,5; етерифікаційний агент, оксид пропілену; розчинник, вода;
Гідроксипропілметилцелюлоза (ГПМЦ), практичний ступінь заміщення: 1,5-2,0; етерифікаційний агент, пропіленоксид, метилхлорид; розчинник, вода;
Етилцелюлоза (EC), практичний ступінь заміщення: 2,3-2,6; етерифікаційний агент, монохлоретан; розчинник, органічний розчинник;
Етилгідроксиетилцелюлоза (EHEC), практичний ступінь заміщення: 2,4-2,8; етерифікаційний агент, монохлоретан, оксид етилену; розчинник, органічний розчинник;
1.3 Властивості целюлози
1.3.1 Метилцелюлозний ефір (MC)
①Метилцелюлоза розчинна в холодній воді, і її буде важко розчинити в гарячій воді. Її водний розчин дуже стабільний у діапазоні pH=3-12. Вона має добру сумісність з крохмалем, гуаровою камеддю тощо та багатьма поверхнево-активними речовинами. Коли температура досягає температури гелеутворення, відбувається гелеутворення.
②Водоутримання метилцелюлози залежить від кількості доданого матеріалу, в'язкості, дисперсії частинок та швидкості розчинення. Як правило, якщо додано велику кількість, дисперсія невелика, а в'язкість велика, водоутримання високе. Серед них кількість доданого матеріалу має найбільший вплив на водоутримання, а найнижча в'язкість не є прямо пропорційною рівню водоутримання. Швидкість розчинення головним чином залежить від ступеня модифікації поверхні частинок целюлози та дисперсії частинок. Серед ефірів целюлози метилцелюлоза має вищий коефіцієнт водоутримання.
③Зміна температури серйозно вплине на швидкість утримання води метилцелюлозою. Як правило, чим вища температура, тим гірше утримання води. Якщо температура розчину перевищує 40°C, утримання води метилцелюлозою буде дуже поганим, що серйозно вплине на конструкцію розчину.
④ Метилцелюлоза має значний вплив на конструкцію та адгезію розчину. Під «адгезією» тут розуміється сила адгезії, що відчувається між інструментом аплікатора робітника та основою стіни, тобто опір розчину зсуву. Адгезія висока, опір розчину зсуву великий, і робітникам потрібна більша міцність під час використання, що призводить до зниження будівельних характеристик розчину. Адгезія метилцелюлози у продуктах на основі ефіру целюлози знаходиться на помірному рівні.
1.3.2 Гідроксипропілметилцелюлозний ефір (ГПМЦ)
Гідроксипропілметилцелюлоза – це волокнистий продукт, виробництво та споживання якого швидко зростають останніми роками.
Це неіонний змішаний ефір целюлози, виготовлений з рафінованої бавовни після лужування, з використанням пропіленоксиду та метилхлориду як етерифікаційних агентів, та шляхом серії реакцій. Ступінь заміщення зазвичай становить 1,5-2,0. Його властивості відрізняються через різне співвідношення вмісту метоксилу та гідроксипропілу. Високий вміст метоксилу та низький вміст гідроксипропілу, характеристики близькі до метилцелюлози; низький вміст метоксилу та високий вміст гідроксипропілу, характеристики близькі до гідроксипропілцелюлози.
①Гідроксипропілметилцелюлоза легко розчиняється в холодній воді, і їй буде важко розчинитися в гарячій воді. Однак температура її гелеутворення в гарячій воді значно вища, ніж у метилцелюлози. Розчинність у холодній воді також значно покращується порівняно з метилцелюлозою.
② В'язкість гідроксипропілметилцелюлози пов'язана з її молекулярною масою, і чим вища молекулярна маса, тим вища в'язкість. Температура також впливає на її в'язкість, зі збільшенням температури в'язкість зменшується. Але її в'язкість менше залежить від температури, ніж метилцелюлоза. Її розчин стабільний при зберіганні за кімнатної температури.
③Водоутримання гідроксипропілметилцелюлози залежить від її кількості додавання, в'язкості тощо, і її коефіцієнт водоутримання за тієї ж кількості додавання вищий, ніж у метилцелюлози.
④Гідроксипропілметилцелюлоза стійка до кислот та лугів, а її водний розчин дуже стабільний у діапазоні pH=2-12. Їдкий натр та вапняна вода мало впливають на її характеристики, але луги можуть пришвидшити її розчинення та дещо збільшити її в'язкість. Гідроксипропілметилцелюлоза стійка до звичайних солей, але коли концентрація сольового розчину висока, в'язкість розчину гідроксипропілметилцелюлози має тенденцію до збільшення.
⑤Гідроксипропілметилцелюлозу можна змішувати з водорозчинними полімерами для утворення однорідного та прозорого розчину з вищою в'язкістю. Такі як полівініловий спирт, ефір крохмалю, рослинна камедь тощо.
⑥ Гідроксипропілметилцелюлоза має кращу стійкість до ферментів, ніж метилцелюлоза, а її розчин менш схильний до розкладання ферментами, ніж метилцелюлоза.
Адгезія гідроксипропілметилцелюлози до будівельного розчину вища, ніж у метилцелюлози.
1.3.3 Гідроксиетилцелюлозний ефір (ГЕК)
Його виготовляють з рафінованої бавовни, обробленої лугом, та реакції з етиленоксидом як етерифікаційним агентом у присутності ацетону. Ступінь заміщення зазвичай становить 1,5-2,0. Він має сильну гідрофільність та легко поглинає вологу.
①Гідроксиетилцелюлоза розчинна в холодній воді, але важко розчиняється в гарячій воді. Її розчин стабільний за високої температури без гелеутворення. Її можна використовувати протягом тривалого часу за високої температури в розчині, але вона утримує воду нижче, ніж метилцелюлоза.
②Гідроксиетилцелюлоза стійка до загальних кислот і лугів. Луги можуть пришвидшити її розчинення та дещо збільшити її в'язкість. Її дисперсність у воді дещо гірша, ніж у метилцелюлози та гідроксипропілметилцелюлози.
③Гідроксиетилцелюлоза має хороші протипрогінні властивості для розчину, але має довший час уповільнення твердіння цементу.
④Ефективність гідроксиетилцелюлози, що виробляється деякими вітчизняними підприємствами, очевидно нижча, ніж у метилцелюлози через високий вміст води та золи.
1.3.4 Карбоксиметилцелюлозний ефір (КМЦ) виготовляється з натуральних волокон (бавовни, конопель тощо) після лужної обробки з використанням монохлороацетату натрію як етерифікаційного агента та проходження серії реакційних обробок для отримання іонного ефіру целюлози. Ступінь заміщення зазвичай становить 0,4-1,4, і його характеристики значною мірою залежать від ступеня заміщення.
①Карбоксиметилцелюлоза є дуже гігроскопічною і містить велику кількість води за умов зберігання за загальних умов.
②Водний розчин гідроксиметилцелюлози не утворює гель, а в'язкість зменшується зі збільшенням температури. Коли температура перевищує 50 ℃, в'язкість стає незворотною.
③ Його стабільність значно залежить від pH. Як правило, його можна використовувати в розчинах на основі гіпсу, але не в цементних. При високій лужності він втрачає в'язкість.
④ Його водоутримуюча здатність значно нижча, ніж у метилцелюлози. Він має уповільнювальний ефект на гіпсовий розчин та знижує його міцність. Однак ціна карбоксиметилцелюлози значно нижча, ніж у метилцелюлози.
2. Модифікований ефір крохмалю
Ефіри крохмалю, які зазвичай використовуються в розчинах, модифікуються з природних полімерів деяких полісахаридів. Такі як картопля, кукурудза, маніок, гуарові боби тощо, модифікуються в різні модифіковані ефіри крохмалю. Ефіри крохмалю, які зазвичай використовуються в розчинах, це гідроксипропіловий ефір крохмалю, гідроксиметиловий ефір крохмалю тощо.
Як правило, модифіковані ефіри крохмалю з картоплі, кукурудзи та маніоки мають значно нижчу водоутримувальну здатність, ніж ефіри целюлози. Через різний ступінь модифікації вони демонструють різну стійкість до кислот та лугів. Деякі продукти підходять для використання в розчинах на основі гіпсу, тоді як інші не можна використовувати в цементних розчинах. Застосування ефіру крохмалю в розчинах в основному використовується як загусник для покращення властивостей розчину, що запобігають просіданню, зменшення адгезії вологого розчину та подовження часу відкриття.
Ефіри крохмалю часто використовуються разом із целюлозою, що призводить до взаємодоповнюючих властивостей та переваг цих двох продуктів. Оскільки продукти на основі ефірів крохмалю набагато дешевші за ефіри целюлози, застосування ефіру крохмалю в розчинах призведе до значного зниження вартості розчинів.
3. Ефір гуарової камеді
Ефір гуарової камеді – це різновид етерифікованого полісахариду зі спеціальними властивостями, який модифікується з натуральних гуарових бобів. Головним чином внаслідок реакції етерифікації між гуаровою камеддю та акриловими функціональними групами утворюється структура, що містить 2-гідроксипропілні функціональні групи, що є структурою полігалактоманози.
①Порівняно з ефіром целюлози, ефір гуарової камеді легше розчиняється у воді. Рівень pH практично не впливає на характеристики ефіру гуарової камеді.
②За умов низької в'язкості та низького дозування гуарова камедь може замінити целюлозний ефір у рівній кількості та мати подібну водоутримувальну здатність. Але консистенція, стійкість до утворення слизу, тиксотропія тощо, очевидно, покращуються.
③За умов високої в'язкості та великого дозування гуарова камедь не може замінити целюлозний ефір, а спільне використання цих двох речовин забезпечить кращу продуктивність.
④Застосування гуарової камеді в гіпсовому розчині може значно зменшити адгезію під час будівництва та зробити конструкцію більш гладкою. Це не має негативного впливу на час тужавіння та міцність гіпсового розчину.
⑤ Коли гуарова камедь застосовується до цементного розчину для кладки та штукатурки, вона може замінити ефір целюлози в рівній кількості та надати розчину кращу стійкість до просідання, тиксотропію та гладкість конструкції.
⑥У розчині з високою в'язкістю та високим вмістом водоутримуючого агента гуарова камедь та целюлозний ефір працюватимуть разом для досягнення чудових результатів.
⑦ Гуарову камедь також можна використовувати в таких продуктах, як клеї для плитки, самовирівнювальні речовини для ґрунту, водостійка шпаклівка та полімерний розчин для утеплення стін.
4. Модифікований загусник, що утримує мінеральну воду
У Китаї застосовується водоутримуючий загусник, виготовлений з природних мінералів шляхом модифікації та компаундування. Основними мінералами, що використовуються для приготування водоутримуючих загусників, є: сепіоліт, бентоніт, монтморилоніт, каолін тощо. Ці мінерали мають певні водоутримуючі та загущувальні властивості завдяки модифікації, наприклад, як зв'язуючі агенти. Цей вид водоутримуючого загусника, що застосовується до будівельного розчину, має такі характеристики.
① Це може значно покращити характеристики звичайного розчину та вирішити проблеми поганої працездатності цементного розчину, низької міцності змішаного розчину та поганої водонепроникності.
② Можна виготовляти розчини з різним рівнем міцності для загальнопромислових та цивільних будівель.
③Вартість матеріалу низька.
④ Водоутримування нижче, ніж у органічних водоутримуючих агентів, а значення сухої усадки приготованого розчину відносно велике, а когезійність знижена.
Час публікації: 03 березня 2023 р.