اثر هیدروکسی اتیل متیل سلولز بر ملات سیمان

تأثیر عواملی مانند تغییر ویسکوزیته هیدروکسی اتیل متیل سلولز (HEMC)، اصلاح یا عدم اصلاح آن و تغییر محتوا بر تنش تسلیم و ویسکوزیته پلاستیک ملات سیمان تازه مورد بررسی قرار گرفت. برای HEMC اصلاح نشده، هر چه ویسکوزیته بالاتر باشد، تنش تسلیم و ویسکوزیته پلاستیک ملات کمتر است. تأثیر تغییر ویسکوزیته HEMC اصلاح شده بر خواص رئولوژیکی ملات ضعیف شده است. مهم نیست که اصلاح شده باشد یا خیر، هر چه ویسکوزیته HEMC بیشتر باشد، اثر تاخیری تنش تسلیم و توسعه ویسکوزیته پلاستیک ملات آشکارتر است. هنگامی که محتوای HEMC بیشتر از 0.3٪ باشد، تنش تسلیم و ویسکوزیته پلاستیکی ملات با افزایش محتوا افزایش می یابد. هنگامی که محتوای HEMC زیاد باشد، تنش تسلیم ملات با گذشت زمان کاهش می‌یابد و دامنه ویسکوزیته پلاستیک با زمان افزایش می‌یابد.

کلمات کلیدی: هیدروکسی اتیل متیل سلولز، ملات تازه، خواص رئولوژیکی، تنش تسلیم، ویسکوزیته پلاستیک

I. مقدمه

با توسعه تکنولوژی ساخت ملات، توجه بیشتری به ساخت و ساز مکانیزه شده است. حمل و نقل عمودی در مسافت های طولانی الزامات جدیدی را برای ملات پمپ شده مطرح می کند: سیالیت خوب باید در طول فرآیند پمپاژ حفظ شود. این نیاز به مطالعه عوامل موثر و شرایط محدود کننده سیالیت ملات دارد و روش متداول مشاهده پارامترهای رئولوژیکی ملات است.

خواص رئولوژیکی ملات عمدتاً به ماهیت و مقدار مواد اولیه بستگی دارد. اتر سلولزی یک ماده افزودنی است که به طور گسترده در ملات صنعتی استفاده می شود که تأثیر زیادی بر خواص رئولوژیکی ملات دارد، بنابراین محققان داخلی و خارجی تحقیقاتی در مورد آن انجام داده اند. به طور خلاصه می توان نتیجه گرفت: افزایش مقدار اتر سلولز منجر به افزایش گشتاور اولیه ملات می شود، اما پس از مدتی هم زدن، مقاومت جریان ملات به جای آن کاهش می یابد (1). ; وقتی سیالیت اولیه اساساً یکسان باشد، سیالیت ملات ابتدا از بین می رود. پس از کاهش (2) افزایش یافت. استحکام تسلیم و ویسکوزیته پلاستیکی ملات ابتدا روند کاهشی و سپس افزایشی را نشان داد و اتر سلولز باعث تخریب ساختار ملات شد و زمان از تخریب تا بازسازی را طولانی کرد (3). اتر و پودر غلیظ شده دارای ویسکوزیته و پایداری بالاتری هستند و غیره (4). با این حال، مطالعات فوق هنوز دارای کاستی هایی هستند:

استانداردها و روش های اندازه گیری محققان مختلف یکسان نیست و نتایج آزمون را نمی توان به طور دقیق با هم مقایسه کرد. محدوده آزمایش ابزار محدود است و پارامترهای رئولوژیکی ملات اندازه گیری شده دارای دامنه کمی از تغییرات است که به طور گسترده ای نماینده نیست. فقدان آزمایش های مقایسه ای روی اترهای سلولزی با ویسکوزیته های مختلف وجود دارد. عوامل موثر زیادی وجود دارد و تکرارپذیری آن خوب نیست. در سال های اخیر، ظاهر رئومتر ملات Viskomat XL راحتی زیادی برای تعیین دقیق خواص رئولوژیکی ملات فراهم کرده است. این دارای مزایای سطح کنترل خودکار بالا، ظرفیت بزرگ، محدوده آزمایش گسترده و نتایج آزمایش بیشتر مطابق با شرایط واقعی است. در این مقاله، بر اساس استفاده از این نوع ابزار، نتایج تحقیقات محققین موجود سنتز شده و برنامه آزمایشی به منظور بررسی اثر انواع و ویسکوزیته های هیدروکسی اتیل متیل سلولز (HEMC) بر رئولوژی ملات فرموله شده است. محدوده دوز بزرگتر تاثیر عملکرد

2. مدل رئولوژیکی ملات سیمان تازه

از آنجایی که رئولوژی در علم سیمان و بتن معرفی شد، تعداد زیادی از مطالعات نشان داده اند که بتن و ملات تازه را می توان به عنوان سیال بینگهام در نظر گرفت و بانفیل امکان استفاده از مدل بینگهام را برای توصیف خواص رئولوژیکی ملات توضیح داد (5). در معادله رئولوژیک τ=τ0+μγ مدل بینگهام، τ تنش برشی، τ0 تنش تسلیم، μ ویسکوزیته پلاستیک و γ نرخ برشی است. در میان آنها، τ0 و μ دو پارامتر مهم هستند: τ0 حداقل تنش برشی است که می تواند ملات سیمان را جریان دهد، و تنها زمانی که τ>τ0 روی ملات اثر کند، ملات می تواند جریان یابد. μ مقاومت ویسکوز را در هنگام جاری شدن ملات منعکس می کند. در مواردی که τ0 و μ هر دو ناشناخته هستند، قبل از محاسبه تنش برشی باید حداقل با دو نرخ برشی متفاوت اندازه‌گیری شود (6).

در یک رئومتر ملات معین، منحنی NT که با تنظیم نرخ چرخش تیغه N و اندازه گیری گشتاور T ایجاد شده توسط مقاومت برشی ملات به دست می آید، می تواند برای محاسبه معادله دیگری T=g+ که با دو پارامتر مدل بینگهام مطابقت دارد نیز استفاده شود. g و h از Nh. g متناسب با تنش تسلیم τ0، h متناسب با ویسکوزیته پلاستیک μ، و τ0 = (K/G)g، μ = (l/G) h است، که در آن G یک ثابت مربوط به دستگاه است، و K می تواند از جریان شناخته شده عبور داده شود. با تصحیح سیالی که مشخصات آن با نرخ برش تغییر می کند، به دست می آید[7]. برای راحتی، این مقاله مستقیماً g و h را مورد بحث قرار می دهد و از قانون تغییر g و h برای منعکس کردن قانون تغییر تنش تسلیم و ویسکوزیته پلاستیک ملات استفاده می کند.

3. تست کنید

3.1 مواد اولیه

3.2 شن و ماسه

شن کوارتز: ماسه درشت مش 20-40، ماسه متوسط ​​40-70 مش، ماسه ریز 70-100 مش و هر سه به نسبت 2:2:1 مخلوط می شوند.

3.3 اتر سلولز

هیدروکسی اتیل متیل سلولز HEMC20 (ویسکوزیته 20000 mPa s)، HEMC25 (ویسکوزیته 25000 mPa s)، HEMC40 (ویسکوزیته 40000 mPa s) و HEMC45 (ویسکوزیته 45000 mPA45.

3.4 مخلوط کردن آب

آب لوله کشی

3.5 طرح تست

نسبت آهک به ماسه 1:2.5 است، مصرف آب در 60 درصد مصرف سیمان ثابت است و محتوای HEMC 0-1.2 درصد سیمان مصرفی است.

ابتدا سیمان دقیق وزن شده، HEMC و ماسه کوارتز را به طور یکنواخت مخلوط کنید، سپس آب اختلاط را مطابق GB/T17671-1999 اضافه کرده و هم بزنید و سپس از رئومتر ملات Viskomat XL برای آزمایش استفاده کنید. روش آزمایش به این صورت است: سرعت به سرعت از 0 به 80 دور در دقیقه در 0 تا 5 دقیقه، 60 دور در دقیقه در 5 تا 7 دقیقه، 40 دور در دقیقه در 7 تا 9 دقیقه، 20 دور در دقیقه در 9 تا 11 دقیقه، 10 دور در دقیقه در 11 تا 13 دقیقه، و 5 دور در دقیقه در 13 تا 15 دقیقه افزایش می یابد. 15 ~ 30 دقیقه، سرعت 0 دور در دقیقه است، و سپس طبق روش فوق هر 30 دقیقه یک بار چرخه بزنید و کل زمان تست 120 دقیقه است.

4. نتایج و بحث

4.1 اثر تغییر ویسکوزیته HEMC بر خواص رئولوژیکی ملات سیمان

(مقدار HEMC 0.5٪ از جرم سیمان است)، به طور متناظر منعکس کننده قانون تغییرات تنش تسلیم و ویسکوزیته پلاستیکی ملات است. مشاهده می شود که اگرچه ویسکوزیته HEMC40 بالاتر از HEMC20 است، تنش تسلیم و ویسکوزیته پلاستیکی ملات مخلوط شده با HEMC40 کمتر از ملات مخلوط شده با HEMC20 است. اگرچه ویسکوزیته HEMC45 80٪ بیشتر از HEMC25 است، تنش تسلیم ملات کمی کمتر است و ویسکوزیته پلاستیک بین 90 دقیقه افزایش یافته است. زیرا هرچه ویسکوزیته اتر سلولز بیشتر باشد، سرعت انحلال کندتر است و ملات تهیه شده با آن بیشتر طول می کشد تا به ویسکوزیته نهایی برسد [8]. علاوه بر این، در همان لحظه در آزمایش، چگالی ظاهری ملات مخلوط شده با HEMC40 کمتر از ملات مخلوط شده با HEMC20 بود، و چگالی ملات مخلوط شده با HEMC45 کمتر از ملات مخلوط شده با HEMC25 بود. نشان می‌دهد که HEMC40 و HEMC45 حباب‌های هوای بیشتری را معرفی کرده‌اند و حباب‌های هوا در ملات دارای اثر "Ball" هستند که مقاومت جریان ملات را نیز کاهش می‌دهد.

پس از افزودن HEMC40، تنش تسلیم ملات پس از 60 دقیقه در حالت تعادل قرار گرفت و ویسکوزیته پلاستیک افزایش یافت. پس از افزودن HEMC20، تنش تسلیم ملات پس از 30 دقیقه به تعادل رسید و ویسکوزیته پلاستیک افزایش یافت. این نشان می دهد که HEMC40 نسبت به HEMC20 اثر کند کنندگی بیشتری بر ایجاد تنش تسلیم ملات و ویسکوزیته پلاستیکی دارد و رسیدن به ویسکوزیته نهایی زمان بیشتری می برد.

تنش تسلیم ملات مخلوط شده با HEMC45 از 0 به 120 دقیقه کاهش یافت و ویسکوزیته پلاستیک پس از 90 دقیقه افزایش یافت. در حالی که تنش تسلیم ملات مخلوط شده با HEMC25 پس از 90 دقیقه افزایش یافت و ویسکوزیته پلاستیک پس از 60 دقیقه افزایش یافت. نشان می‌دهد که HEMC45 نسبت به HEMC25 اثر کند کنندگی بیشتری بر ایجاد تنش تسلیم ملات و ویسکوزیته پلاستیک دارد و زمان لازم برای رسیدن به ویسکوزیته نهایی نیز طولانی‌تر است.

4.2 تأثیر محتوای HEMC بر تنش تسلیم ملات سیمان

در طول آزمایش، عوامل موثر بر تنش تسلیم ملات عبارتند از: لایه لایه شدن ملات و خونریزی، آسیب ساختار در اثر هم زدن، تشکیل محصولات هیدراتاسیون، کاهش رطوبت آزاد در ملات و اثر کند کنندگی اتر سلولز. برای اثر تاخیری اتر سلولز، دیدگاه عمومی‌تر پذیرفته‌شده‌تر این است که آن را با جذب مواد افزودنی توضیح دهیم.

مشاهده می شود که وقتی HEMC40 اضافه می شود و محتوای آن کمتر از 0.3٪ است، تنش تسلیم ملات به تدریج با افزایش محتوای HEMC40 کاهش می یابد. هنگامی که محتوای HEMC40 بیشتر از 0.3٪ باشد، تنش تسلیم ملات به تدریج افزایش می یابد. به دلیل خونریزی و لایه لایه شدن ملات بدون اتر سلولز، خمیر سیمان کافی بین سنگدانه ها برای روانکاری وجود ندارد و در نتیجه تنش تسلیم افزایش یافته و در جریان آن مشکل ایجاد می شود. افزودن مناسب اتر سلولز می تواند به طور موثر پدیده لایه لایه شدن ملات را بهبود بخشد، و حباب های هوای معرفی شده معادل "توپ های" کوچک هستند که می توانند تنش تسلیم ملات را کاهش داده و جریان آن را آسان کنند. با افزایش محتوای اتر سلولز، رطوبت ثابت آن نیز به تدریج افزایش می یابد. هنگامی که محتوای اتر سلولز از مقدار معینی فراتر رود، تأثیر کاهش رطوبت آزاد شروع به ایفای نقش اصلی می کند و تنش تسلیم ملات به تدریج افزایش می یابد.

هنگامی که مقدار HEMC40 کمتر از 0.3٪ باشد، تنش تسلیم ملات به تدریج در عرض 0-120 دقیقه کاهش می یابد، که عمدتاً مربوط به لایه لایه شدن شدید ملات است، زیرا فاصله مشخصی بین تیغه و کف ملات وجود دارد. ابزار و مصالح پس از فرورفتن لایه لایه به پایین، مقاومت بالایی کوچکتر می شود. هنگامی که محتوای HEMC40 0.3٪ است، ملات به سختی لایه لایه می شود، جذب اتر سلولز محدود است، هیدراتاسیون غالب است و تنش تسلیم افزایش خاصی دارد. محتوای HEMC40 زمانی است که محتوای اتر سلولز 0.5٪ - 0.7٪ باشد، جذب اتر سلولز به تدریج افزایش می یابد، سرعت هیدراتاسیون کاهش می یابد و روند توسعه تنش تسلیم ملات شروع به تغییر می کند. در سطح، سرعت هیدراتاسیون کمتر است و تنش تسلیم ملات با گذشت زمان کاهش می یابد.

4.3 اثر محتوای HEMC بر ویسکوزیته پلاستیک ملات سیمان

مشاهده می شود که پس از افزودن HEMC40، ویسکوزیته پلاستیک ملات به تدریج با افزایش محتوای HEMC40 افزایش می یابد. این به این دلیل است که اتر سلولز دارای اثر غلیظ کننده است که می تواند ویسکوزیته مایع را افزایش دهد و هر چه دوز بیشتر باشد، ویسکوزیته ملات بیشتر می شود. دلیل کاهش ویسکوزیته پلاستیک ملات پس از افزودن 0.1% HEMC40 نیز به دلیل اثر "توپ" ورود حباب های هوا و کاهش خونریزی و لایه لایه شدن ملات است.

ویسکوزیته پلاستیک ملات معمولی بدون افزودن اتر سلولز به تدریج با گذشت زمان کاهش می یابد که این نیز مربوط به تراکم پایین قسمت بالایی است که در اثر لایه بندی ملات ایجاد می شود. هنگامی که محتوای HEMC40 0.1٪ - 0.5٪ است، ساختار ملات نسبتا یکنواخت است و ساختار ملات پس از 30 دقیقه نسبتا یکنواخت است. ویسکوزیته پلاستیک زیاد تغییر نمی کند. در این زمان، عمدتاً اثر ویسکوزیته خود اتر سلولز را منعکس می کند. پس از اینکه محتوای HEMC40 از 0.7 درصد بیشتر شد، ویسکوزیته پلاستیک ملات به تدریج با افزایش زمان افزایش می‌یابد، زیرا ویسکوزیته ملات با اتر سلولز نیز مرتبط است. ویسکوزیته محلول اتر سلولز به تدریج در یک دوره زمانی پس از شروع اختلاط افزایش می یابد. هر چه دوز بیشتر باشد، اثر افزایش با گذشت زمان بیشتر است.

V. نتیجه گیری

عواملی مانند تغییر ویسکوزیته HEMC، اصلاح یا عدم اصلاح آن و تغییر دوز به طور قابل توجهی بر خواص رئولوژیکی ملات تأثیر می گذارد که می تواند توسط دو پارامتر تنش تسلیم و ویسکوزیته پلاستیک منعکس شود.

برای HEMC اصلاح نشده، هرچه ویسکوزیته بیشتر باشد، تنش تسلیم و ویسکوزیته پلاستیکی ملات در 0-120 دقیقه کمتر می شود. تأثیر تغییر ویسکوزیته HEMC اصلاح شده بر خواص رئولوژیکی ملات ضعیف تر از HEMC اصلاح نشده است. فرقی نمی‌کند اصلاح دائمی باشد یا خیر، هرچه ویسکوزیته HEMC بیشتر باشد، تأثیر تأخیر در ایجاد تنش تسلیم ملات و ویسکوزیته پلاستیک مهم‌تر است.

هنگام اضافه کردن HEMC40 با ویسکوزیته 40000mPa·s و محتوای آن بیشتر از 0.3٪، تنش تسلیم ملات به تدریج افزایش می یابد. هنگامی که محتوای بیش از 0.9٪ است، تنش تسلیم ملات شروع به نشان دادن روند کاهش تدریجی با زمان می کند. ویسکوزیته پلاستیک با افزایش محتوای HEMC40 افزایش می یابد. هنگامی که محتوای بیشتر از 0.7٪ باشد، ویسکوزیته پلاستیک ملات شروع به نشان دادن روند افزایش تدریجی با زمان می کند.