Thạch cao khử lưu huỳnh là sản phẩm phụ của khí thải từ quá trình đốt cháy nhiên liệu chứa lưu huỳnh (than đá, dầu mỏ), chất thải rắn công nghiệp sinh ra trong quá trình tinh chế khử lưu huỳnh, và thạch cao hemihydrat (công thức hóa học CaSO4·0,5H2O), có hiệu suất tương đương với thạch cao xây dựng tự nhiên. Do đó, ngày càng có nhiều nghiên cứu và ứng dụng sử dụng thạch cao khử lưu huỳnh thay thế thạch cao tự nhiên để sản xuất vật liệu tự san phẳng. Các chất phụ gia polyme hữu cơ như chất giảm nước, chất giữ nước và chất làm chậm đông kết là những thành phần chức năng thiết yếu trong thành phần của vật liệu vữa tự san phẳng. Sự tương tác và cơ chế của hai chất này với vật liệu xi măng là vấn đề đáng được quan tâm. Do đặc điểm của quá trình hình thành, độ mịn của thạch cao khử lưu huỳnh thấp (kích thước hạt chủ yếu phân bố trong khoảng từ 40 đến 60 μm), và độ phân bố kích thước bột không hợp lý, do đó tính chất lưu biến của thạch cao khử lưu huỳnh kém, và vữa được chế tạo từ nó thường dễ bị phân tách, phân lớp và chảy nước. Cellulose ether là chất phụ gia được sử dụng phổ biến nhất trong vữa, và việc sử dụng kết hợp nó với chất giảm nước là một đảm bảo quan trọng để đạt được hiệu suất toàn diện của vật liệu tự san phẳng gốc thạch cao khử lưu huỳnh, bao gồm hiệu suất thi công và hiệu suất cơ học và độ bền về sau.
Trong bài báo này, giá trị độ lưu động được sử dụng làm chỉ số kiểm soát (độ lan tỏa 145 mm±5 mm), tập trung vào ảnh hưởng của hàm lượng ete xenlulo và trọng lượng phân tử (giá trị độ nhớt) đến lượng nước tiêu thụ của vật liệu tự san phẳng gốc thạch cao khử lưu huỳnh, sự mất độ lưu động theo thời gian và quy luật ảnh hưởng của quá trình đông tụ đến các tính chất cơ bản như thời gian và các tính chất cơ học ban đầu; đồng thời, kiểm tra quy luật ảnh hưởng của ete xenlulo đến sự tỏa nhiệt và tốc độ tỏa nhiệt của quá trình hydrat hóa thạch cao khử lưu huỳnh, phân tích ảnh hưởng của nó đến quá trình hydrat hóa thạch cao khử lưu huỳnh, và thảo luận sơ bộ về khả năng tương thích của loại phụ gia này với hệ thống tạo gel thạch cao khử lưu huỳnh.
1. Nguyên liệu thô và phương pháp thử nghiệm
1.1 Nguyên liệu thô
Bột thạch cao: bột thạch cao đã khử lưu huỳnh do một công ty ở Đường Sơn sản xuất, thành phần khoáng chất chính là thạch cao hemihydrat, thành phần hóa học được thể hiện trong Bảng 1, và các tính chất vật lý được thể hiện trong Bảng 2.
hình ảnh
hình ảnh
Các chất phụ gia bao gồm: ete xenluloza (hydroxypropyl methylcellulose, viết tắt là HPMC); chất siêu dẻo WR; chất khử bọt B-1; bột latex EVA phân tán lại S-05, tất cả đều có bán sẵn trên thị trường.
Cốt liệu: cát sông tự nhiên, cát mịn tự chế được sàng lọc qua lưới lọc 0,6 mm.
1.2 Phương pháp thử nghiệm
Cố định tỷ lệ thạch cao khử lưu huỳnh: cát: nước = 1:0,5:0,45, lượng phụ gia khác thích hợp, độ lưu động được dùng làm chỉ số kiểm soát (độ giãn nở 145 mm ± 5 mm), bằng cách điều chỉnh lượng nước tiêu thụ, trộn với các vật liệu xi măng (thạch cao khử lưu huỳnh + xi măng) với tỷ lệ 0, 0,5‰, 1,0‰, 2,0‰, 3,0‰ ete xenlulo (HPMC-20,000); Tiếp tục cố định liều lượng ete xenlulo ở mức 1‰, lựa chọn các loại ete metyl hydroxypropyl xenlulo HPMC-20.000, HPMC-40.000, HPMC-75.000 và HPMC-100.000 có trọng lượng phân tử khác nhau (tương ứng với các số H2, H4, H7.5 và H10), để nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng và trọng lượng phân tử (giá trị độ nhớt) của ete xenlulo đến tính chất của vữa tự san phẳng gốc thạch cao, và thảo luận về ảnh hưởng của hai yếu tố này đến độ lưu động, thời gian đông kết và các tính chất cơ học ban đầu của hỗn hợp vữa tự san phẳng thạch cao đã khử lưu huỳnh. Phương pháp thử nghiệm cụ thể được thực hiện theo yêu cầu của tiêu chuẩn GB/T 17669.3-1999 “Xác định tính chất cơ học của thạch cao xây dựng”.
Thí nghiệm đo nhiệt thủy hóa được thực hiện bằng cách sử dụng mẫu thạch cao đã khử lưu huỳnh và các mẫu có hàm lượng ete xenluloza lần lượt là 0,5‰ và 3‰, thiết bị được sử dụng là máy đo nhiệt thủy hóa loại TA-AIR.
2. Kết quả và phân tích
2.1 Ảnh hưởng của hàm lượng ete xenluloza đến các tính chất cơ bản của vữa
Khi hàm lượng tăng lên, khả năng thi công và độ kết dính của vữa được cải thiện đáng kể, sự hao hụt độ lưu động theo thời gian giảm đáng kể, hiệu suất thi công tốt hơn, vữa đã đông cứng không có hiện tượng bong tróc, bề mặt nhẵn mịn và tính thẩm mỹ được cải thiện đáng kể. Đồng thời, lượng nước tiêu thụ để đạt được độ lưu động tương tự tăng lên đáng kể. Ở hàm lượng 5‰, lượng nước tiêu thụ tăng 102%, và thời gian đông kết cuối cùng kéo dài thêm 100 phút, gấp 2,5 lần so với mẫu đối chứng. Các đặc tính cơ học ban đầu của vữa giảm đáng kể khi hàm lượng ete xenluloza tăng lên. Khi hàm lượng ete xenluloza là 5‰, cường độ uốn và cường độ nén sau 24 giờ giảm xuống còn 18,75% và 11,29% so với mẫu đối chứng. Cường độ nén giảm xuống còn 39,47% và 23,45% so với mẫu đối chứng. Điều đáng chú ý là khi tăng lượng chất giữ nước, mật độ khối của vữa cũng giảm đáng kể, từ 2069 kg/m3 ở 0‰ xuống còn 1747 kg/m3 ở 5‰, giảm 15,56%. Mật độ vữa giảm và độ rỗng tăng, đây là một trong những lý do dẫn đến sự suy giảm rõ rệt các tính chất cơ học của vữa.
Ete xenluloza là một polyme không ion. Các nhóm hydroxyl trên chuỗi ete xenluloza và các nguyên tử oxy trên liên kết xenluloza có thể kết hợp với các phân tử nước để tạo thành liên kết hydro, biến nước tự do thành nước liên kết, do đó đóng vai trò giữ nước. Về mặt vĩ mô, điều này được thể hiện bằng sự gia tăng độ kết dính của hỗn hợp vữa [5]. Sự gia tăng độ nhớt của hỗn hợp vữa không chỉ làm tăng lượng nước tiêu thụ mà ete xenluloza hòa tan còn bị hấp phụ trên bề mặt các hạt thạch cao, cản trở phản ứng hydrat hóa và kéo dài thời gian đông kết; trong quá trình khuấy, một lượng lớn bọt khí cũng sẽ được đưa vào. Các lỗ rỗng sẽ hình thành khi vữa cứng lại, cuối cùng làm giảm cường độ của vữa. Xét một cách toàn diện lượng nước tiêu thụ của hỗn hợp vữa, hiệu suất thi công, thời gian đông kết và các tính chất cơ học, và độ bền sau này, v.v., hàm lượng ete xenluloza trong vữa tự san phẳng gốc thạch cao khử lưu huỳnh không được vượt quá 1‰.
2.2 Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử ete xenluloza đến tính chất của vữa
Thông thường, độ nhớt càng cao và độ mịn của ete xenlulo càng cao thì khả năng giữ nước càng tốt và độ bền liên kết càng tăng. Tuy nhiên, hiệu suất sẽ bị ảnh hưởng tiêu cực. Do đó, ảnh hưởng của ete xenlulo có trọng lượng phân tử khác nhau đến các tính chất cơ bản của vật liệu vữa tự san phẳng gốc thạch cao đã được thử nghiệm thêm. Nhu cầu nước của vữa tăng lên ở một mức độ nhất định, nhưng không ảnh hưởng rõ rệt đến thời gian đông kết và độ lưu động. Đồng thời, cường độ uốn và cường độ nén của vữa ở các trạng thái khác nhau cho thấy xu hướng giảm, nhưng mức giảm này ít hơn nhiều so với ảnh hưởng của hàm lượng ete xenlulo đến các tính chất cơ học. Tóm lại, sự tăng trọng lượng phân tử của ete xenlulo không ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất của hỗn hợp vữa. Xét về sự thuận tiện trong thi công, nên chọn ete xenlulo có độ nhớt thấp và trọng lượng phân tử nhỏ làm vật liệu tự san phẳng gốc thạch cao đã khử lưu huỳnh.
2.3 Ảnh hưởng của ete xenluloza đến nhiệt thủy hóa của thạch cao đã khử lưu huỳnh
Khi hàm lượng ete xenluloza tăng lên, đỉnh tỏa nhiệt của quá trình hydrat hóa thạch cao khử lưu huỳnh giảm dần, và thời điểm đạt đỉnh bị trì hoãn nhẹ, trong khi nhiệt tỏa ra của quá trình hydrat hóa giảm nhưng không đáng kể. Điều này cho thấy ete xenluloza có thể làm chậm tốc độ và mức độ hydrat hóa của thạch cao khử lưu huỳnh đến một mức độ nhất định, do đó liều lượng không nên quá lớn và cần được kiểm soát trong phạm vi 1‰. Có thể thấy rằng màng keo hình thành sau khi ete xenluloza gặp nước được hấp phụ trên bề mặt các hạt thạch cao khử lưu huỳnh, làm giảm tốc độ hydrat hóa của thạch cao trước 2 giờ. Đồng thời, khả năng giữ nước và làm đặc độc đáo của nó làm chậm quá trình bay hơi nước trong hỗn hợp và sự phân tán có lợi cho quá trình hydrat hóa tiếp theo của thạch cao khử lưu huỳnh ở giai đoạn sau. Tóm lại, khi liều lượng thích hợp được kiểm soát, ete xenluloza có ảnh hưởng hạn chế đến tốc độ và mức độ hydrat hóa của bản thân thạch cao khử lưu huỳnh. Đồng thời, việc tăng hàm lượng ete xenluloza và trọng lượng phân tử sẽ làm tăng đáng kể độ nhớt của hỗn hợp vữa và thể hiện khả năng giữ nước tuyệt vời. Để đảm bảo tính lưu động của vữa tự san phẳng thạch cao khử lưu huỳnh, lượng nước tiêu thụ sẽ tăng lên đáng kể, dẫn đến thời gian đông kết của vữa kéo dài. Đây là nguyên nhân chính gây ra sự suy giảm các tính chất cơ học.
3. Kết luận
(1) Khi sử dụng độ lưu động làm chỉ số kiểm soát, với sự gia tăng hàm lượng ete xenlulo, thời gian đông kết của vữa tự san phẳng gốc thạch cao khử lưu huỳnh kéo dài đáng kể và các tính chất cơ học giảm đáng kể; so với hàm lượng, trọng lượng phân tử của ete xenlulo tăng lên có ít ảnh hưởng đến các tính chất trên của vữa. Xét một cách toàn diện, nên chọn ete xenlulo có trọng lượng phân tử nhỏ (giá trị độ nhớt thấp hơn 20 000 Pa·s) và liều lượng nên được kiểm soát trong phạm vi 1‰ của vật liệu xi măng.
(2) Kết quả thử nghiệm nhiệt thủy hóa của thạch cao khử lưu huỳnh cho thấy trong phạm vi thử nghiệm này, ete xenluloza có ảnh hưởng hạn chế đến tốc độ thủy hóa và quá trình thủy hóa của thạch cao khử lưu huỳnh. Sự gia tăng lượng nước tiêu thụ và sự giảm mật độ khối lượng là những nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm các tính chất cơ học của vữa gốc thạch cao khử lưu huỳnh.
Thời gian đăng bài: 08/05/2023