اثر هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر بر خواص ملات سیمان پاشیده شده با ماشین

اتر سلولز یک افزودنی ضروری در ملات انفجاری ماشینی است. اثرات چهار ویسکوزیته مختلف هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) بر احتباس آب، چگالی، محتوای هوا، خواص مکانیکی و توزیع اندازه منافذ ملات انفجاری با ماشین مورد مطالعه قرار گرفت. مطالعات نشان داده اند که: HPMC می تواند عملکرد حفظ آب ملات را به طور قابل توجهی بهبود بخشد، و نرخ نگهداری آب می تواند زمانی که مقدار HPMC 0.15٪ باشد از 90٪ تجاوز کند. واضح ترین؛ محتوای هوای ملات با افزایش محتوای HPMC افزایش می‌یابد: HPMC به وضوح خواص مکانیکی ملات سیمان را کاهش می‌دهد، اما نسبت تا شدن ملات افزایش می‌یابد. اندازه منافذ ملات پس از افزودن HPMC به طور قابل توجهی افزایش می یابد، نسبت سوراخ های مضر و سوراخ های مضر متعدد به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

کلمات کلیدی: ملات; هیدروکسی پروپیل متیل سلولز اتر؛ احتباس آب؛ توزیع اندازه منافذ

0. پیشگفتار

در سال های اخیر با پیشرفت مستمر صنعت و ارتقای تکنولوژی، از طریق معرفی و بهبود ماشین های ملات پاش خارجی، تکنولوژی پاشش مکانیکی و گچ کاری در کشور ما بسیار توسعه یافته است. ملات پاشش مکانیکی با ملات معمولی متفاوت است که نیاز به عملکرد نگهداری آب بالا، سیالیت مناسب و عملکرد ضد افتادگی خاصی دارد. معمولاً اتر سلولز به ملات اضافه می شود که در میان آنها هیدروکسی پروپیل متیل سلولز ساده اتر (HPMC) بیشترین کاربرد را دارد. عملکردهای اصلی HPMC در ملات عبارتند از: ظرفیت نگهداری آب عالی، ضخیم شدن و ویسکوزیزه کردن و تنظیم رئولوژیکی. با این حال، کاستی های HPMC را نمی توان نادیده گرفت. HPMC دارای اثر حباب کننده هوا است که باعث ایجاد عیوب داخلی بیشتر و کاهش شدید خواص مکانیکی ملات می شود. این مقاله تأثیر HPMC بر میزان نگهداری آب، چگالی، محتوای هوا و خواص مکانیکی ملات را از جنبه ماکروسکوپی بررسی می‌کند و تأثیر HPMC را بر ساختار منافذ ملات از جنبه میکروسکوپی مورد مطالعه قرار می‌دهد.

1. تست کنید

1.1 مواد اولیه

سیمان: تجاری موجود P·سیمان O42.5، مقاومت خمشی و فشاری 28d آن به ترتیب 6.9 و 48.2 مگاپاسکال است. شن و ماسه: شن و ماسه رودخانه خوب چنگده، مش 40-100. اتر سلولز: هیدروکسی پروپیل الکل تولید شده توسط یک شرکت در هبی متیل سلولز اتر، پودر سفید، ویسکوزیته اسمی 40، 100، 150، 200 Pa·S: آب: آب لوله کشی تمیز.

1.2 روش تست

مطابق JGJ/T 105-2011 "مقررات ساخت و ساز برای پاشش مکانیکی و گچ کاری"، قوام ملات 80 تا 120 میلی متر است و میزان نگهداری آب بیشتر از 90٪ است. در این آزمایش نسبت آهک به ماسه 1:5 تنظیم شده و قوام در (93) کنترل می شود.±2) میلی متر، و اتر سلولز به صورت خارجی مخلوط می شود و دوز آن با توجه به جرم سیمان محاسبه می شود. خواص اساسی ملات مانند چگالی مرطوب، محتوای هوا، میزان نگهداری آب و قوام با ارجاع به JGJ 70-2009 "روش های آزمایشی برای ویژگی های اساسی ملات ساختمانی" آزمایش شده و محتوای هوا مطابق با روش چگالی آزمایش‌های آماده‌سازی، خمشی و مقاومت فشاری نمونه‌ها با استناد به GB/T 17671-1999 «روش‌های آزمایش مقاومت ماسه ملات سیمان (روش ISO)» انجام شد. اندازه منافذ توسط تخلخل سنجی جیوه آزمایش شد. مدل تخلخل سنج جیوه ای AUTOPORE 9500 و محدوده اندازه گیری 5.5 نانومتر تا 360 بود.μمتر در مجموع 4 مجموعه آزمایش انجام شد. 0، 0.1٪، 0.2٪، 0.3٪ (اعداد A، B، C، D هستند).

2. نتایج و تجزیه و تحلیل

2.1 اثر HPMC بر میزان نگهداری آب ملات سیمان

احتباس آب به توانایی ملات در نگهداری آب اشاره دارد. در ملات اسپری ماشینی، افزودن اتر سلولز می تواند به طور موثر رطوبت را حفظ کند، سرعت خونریزی را کاهش دهد و نیازهای هیدراتاسیون کافی مواد پایه سیمان را برآورده کند.

از تأثیر HPMC بر میزان نگهداری آب ملات، می توان دریافت که با افزایش محتوای HPMC، میزان نگهداری آب ملات به تدریج افزایش می یابد. منحنی اترهای سلولزی با ویسکوزیته 100، 150 و 200 Pa·s در اصل یکسان هستند. هنگامی که محتوای 0.05٪ تا 0.15٪ باشد، میزان احتباس آب به صورت خطی افزایش می یابد. هنگامی که محتوای آن 0.15٪ باشد، میزان احتباس آب بیشتر از 93٪ است..پس از 20% روند افزایشی احتباس آب صاف می شود که نشان می دهد مقدار HPMC نزدیک به اشباع است. منحنی تاثیر مقدار HPMC با ویسکوزیته 40 Pa·s در میزان احتباس آب تقریباً یک خط مستقیم است. هنگامی که مقدار بیشتر از 0.15٪ باشد، میزان نگهداری آب ملات به طور قابل توجهی کمتر از سه نوع دیگر HPMC با مقدار ویسکوزیته یکسان است. عموماً اعتقاد بر این است که مکانیسم نگهداری آب اتر سلولز به این صورت است: گروه هیدروکسیل روی مولکول اتر سلولز و اتم اکسیژن روی پیوند اتر با مولکول آب پیوند می‌یابند و پیوند هیدروژنی تشکیل می‌دهند، به طوری که آب آزاد به آب متصل می‌شود. ، بنابراین یک اثر احتباس آب خوب را بازی می کند. همچنین اعتقاد بر این است که انتشار بین مولکول‌های آب و زنجیره‌های مولکولی اتر سلولز به مولکول‌های آب اجازه می‌دهد تا به داخل زنجیره‌های ماکرومولکولی اتر سلولز وارد شوند و در معرض نیروهای اتصال قوی قرار گیرند و در نتیجه حفظ آب دوغاب سیمان را بهبود بخشند. حفظ آب عالی می تواند ملات را یکنواخت نگه دارد، جداسازی آن آسان نیست و عملکرد اختلاط خوبی را به دست آورد، در حالی که سایش مکانیکی را کاهش می دهد و عمر دستگاه پاشش ملات را افزایش می دهد.

2.2 اثر HPMC بر چگالی و محتوای هوای ملات سیمان

از تأثیر ویسکوزیته ها و دوزهای مختلف HPMC بر تراکم ملات، می توان دریافت که وقتی دوز HPMC 0-0.20٪ باشد، چگالی ملات با افزایش دوز HPMC به شدت کاهش می یابد، از 2050 کیلوگرم بر متر.³ تا حدود 1650 کیلوگرم بر متر³ ، حدود 20 درصد کاهش یافته است. پس از اینکه محتوای HPMC از 0.20% فراتر رفت، کاهش چگالی صاف می‌شود. با مقایسه چهار نوع HPMC با ویسکوزیته های مختلف، می توان دریافت که هر چه ویسکوزیته بالاتر باشد، چگالی ملات کمتر است. منحنی‌های چگالی ملات‌ها با ویسکوزیته‌های مخلوط 150 و 200 Pa s HPMC اساساً همپوشانی دارند، که نشان می‌دهد با ادامه افزایش ویسکوزیته HPMC، چگالی ملات دیگر کاهش نمی‌یابد.

از تأثیر ویسکوزیته و دوزهای مختلف HPMC بر محتوای هوای ملات، می توان دریافت که تغییر محتوای هوای ملات برخلاف چگالی ملات است. حجم هوا تقریباً در یک خط مستقیم افزایش می یابد. هنگامی که محتوای HPMC از 0.20٪ بیشتر شود، محتوای هوا به سختی تغییر می کند، که نشان می دهد اثر جذب هوا ملات نزدیک به اشباع است. اثر حباب هوا HPMC با ویسکوزیته 150 و 200 Pa·s بیشتر از HPMC با ویسکوزیته 40 و 100 Pa است·s.

اثر جذب هوای اتر سلولز عمدتاً توسط ساختار مولکولی آن تعیین می شود. اتر سلولز دارای هر دو گروه آبدوست (هیدروکسیل، گروه های اتر) و گروه های آبگریز (گروه های متیل، حلقه های گلوکز) است و یک سورفکتانت است. ، دارای فعالیت سطحی است، بنابراین دارای اثر جذب هوا است. از یک طرف، گاز معرفی شده می تواند به عنوان یک بلبرینگ در ملات عمل کند، عملکرد کاری ملات را بهبود بخشد، حجم را افزایش دهد و خروجی را افزایش دهد که برای سازنده مفید است. اما از طرف دیگر اثر حباب هوا باعث افزایش میزان هوای ملات و تخلخل پس از سخت شدن می شود و در نتیجه منافذ مضر افزایش یافته و خواص مکانیکی آن بسیار کاهش می یابد. اگرچه HPMC اثر هواگیری خاصی دارد، اما نمی تواند جایگزین عامل حباب کننده هوا شود. علاوه بر این، هنگامی که HPMC و عامل حباب کننده هوا به طور همزمان استفاده می شوند، عامل حباب کننده هوا ممکن است از کار بیفتد.

2.3 اثر HPMC بر خواص مکانیکی ملات سیمان

از مقاومت خمشی 28d و مقاومت فشاری 28d، می توان دریافت که وقتی مقدار HPMC فقط 0.05٪ باشد، مقاومت خمشی ملات به طور قابل توجهی کاهش می یابد، که حدود 25٪ کمتر از نمونه خالی بدون HPMC است. مقاومت فشاری فقط می تواند به 65٪ از نمونه خالی برسد. 80 درصد هنگامی که محتوای HPMC از 0.20٪ بیشتر شود، درجه کاهش مقاومت خمشی و مقاومت فشاری ملات مشخص نیست. ویسکوزیته HPMC تأثیر کمی بر خواص مکانیکی ملات دارد. HPMC حباب های هوای ریز زیادی وارد می کند و اثر حباب هوا بر روی ملات، تخلخل داخلی و منافذ مضر ملات را افزایش می دهد و در نتیجه مقاومت فشاری و مقاومت خمشی را کاهش می دهد. یکی دیگر از دلایل کاهش استحکام ملات، اثر حفظ آب اتر سلولزی است که آب را در ملات سخت شده نگه می دارد و نسبت آب به چسب بزرگ منجر به کاهش استحکام بلوک آزمایش می شود. برای ملات ساختمانی مکانیکی، اگرچه اتر سلولز می تواند میزان نگهداری آب ملات را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و کارایی آن را بهبود بخشد، اما اگر مقدار آن خیلی زیاد باشد، خواص مکانیکی ملات را به طور جدی تحت تاثیر قرار می دهد، بنابراین رابطه بین این دو باید به طور منطقی سنجیده شود.

از نسبت تاشو 28 روزه می توان دریافت که با افزایش محتوای HPMC، نسبت تاشوی کلی ملات روند افزایشی را نشان می دهد که اساساً یک رابطه خطی است. این به این دلیل است که اتر سلولز اضافه شده تعداد زیادی حباب هوا وارد می کند و باعث ایجاد عیوب بیشتر در داخل ملات می شود و در نتیجه مقاومت فشاری ملات به شدت کاهش می یابد و اگرچه مقاومت خمشی نیز تا حدی کاهش می یابد. اما اتر سلولز می تواند انعطاف پذیری ملات را بهبود بخشد و مقاومت کند. استحکام تاشو مطلوب است که باعث کاهش سرعت کاهش می شود. با در نظر گرفتن جامع، اثر ترکیبی این دو منجر به افزایش نسبت تاشو می شود.

2.4 اثر HPMC بر اندازه منافذ ملات

منحنی های توزیع اندازه منافذ چهار گروه نمونه A، B، C و D با استفاده از تخلخل سنجی نفوذ جیوه اندازه گیری شد.

با توجه به منحنی توزیع اندازه منافذ، داده‌های توزیع اندازه منافذ و پارامترهای آماری مختلف نمونه‌های AD، HPMC تأثیر زیادی بر ساختار منافذ ملات سیمان دارد:

(1) پس از افزودن HPMC، اندازه منافذ ملات سیمان به طور قابل توجهی افزایش می یابد. در منحنی توزیع اندازه منافذ، مساحت تصویر به سمت راست حرکت می کند و مقدار منافذ مربوط به مقدار پیک بزرگتر می شود. همچنین از داده های آماری توزیع اندازه منافذ و اندازه منافذ میانه در نتایج آزمون پارامترهای آماری مختلف، می توان دریافت که اندازه منافذ میانه ملات سیمان پس از افزودن HPMC به طور قابل توجهی بزرگتر از نمونه خالی است. در نمونه با دوز 0.3 درصد دیافراگم مقدار 2 مرتبه بزرگتر از نمونه خالی است.

(2) وو ژونگ وی و همکاران. منافذ بتن را به چهار نوع تقسیم کرد که منافذ بی ضرر هستند.≤20 نانومتر)، تعداد کمی منافذ مضر (20–100 نانومتر)، منافذ مضر (100–200 نانومتر) و بسیاری از منافذ مضر (≥200 نانومتر). 200 نانومتر). از داده های آماری توزیع اندازه منافذ و نتایج آزمایش پارامترهای آماری مختلف، می توان دریافت که تعداد منافذ بی ضرر یا منافذ کم مضر به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و پس از افزودن HPMC، تعداد منافذ مضر یا منافذ مضر بیشتر افزایش می یابد. منافذ بی ضرر یا کم مضر نمونه بدون HPMC حدود 49.4 درصد است و منافذ بی ضرر یا کم مضر پس از افزودن HPMC به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. با در نظر گرفتن دوز 0.1٪ به عنوان مثال، منافذ بی ضرر یا کمتر مضر حدود 45٪ کاهش می یابد. ، تعداد منافذ مضر بزرگتر از 10μمتر حدود 9 برابر افزایش یافته است.

3) قطر منافذ متوسط، قطر متوسط ​​منافذ، حجم منافذ خاص و سطح ویژه از یک قانون تغییر بسیار دقیق با افزایش محتوای HPMC پیروی نمی کند، که ممکن است به پراکندگی زیاد انتخاب نمونه در آزمایش تزریق جیوه مربوط باشد. اما به طور کلی، قطر منافذ متوسط، قطر متوسط ​​منافذ و حجم منفذ خاص نمونه مخلوط شده با HPMC در مقایسه با نمونه خالی تمایل به افزایش دارد، در حالی که سطح ویژه کاهش می‌یابد.

3. نتیجه گیری

(1) میزان نگهداری آب ملات با افزایش محتوای HPMC افزایش می یابد. منحنی های اتر سلولز با ویسکوزیته 100، 150 و 200 Pa·S اساساً یکسان هستند و میزان احتباس آب بیشتر از 93٪ است که محتوای آن 0.15٪ باشد. هنگامی که محتوای 40 Pa·اتر سلولز بیشتر از 0.15٪ است، میزان احتباس آب کمتر از سه نوع دیگر HPMC ویسکوزیته است.

(2) چگالی ملات به تدریج با افزایش محتوای HPMC کاهش می یابد و محتوای آن 0.05٪ است. کاهش چگالی در 0.20٪، حدود 20٪ واضح ترین است. هنگامی که محتوای بیش از 0.20٪ باشد، چگالی به سختی تغییر می کند. محتوای هوای ملات با افزایش محتوای HPMC افزایش می یابد.

(3) افزایش محتوای HPMC به وضوح خواص مکانیکی ملات سیمان را کاهش می دهد، اما نسبت تاشوی مربوطه ملات افزایش می یابد و انعطاف پذیری ملات بهتر می شود.

(4) پس از افزودن HPMC، اندازه منافذ ملات به طور قابل توجهی افزایش می یابد و نسبت منافذ مضر و منافذ مضر متعدد به طور قابل توجهی افزایش می یابد. نمونه با محتوای HPMC 0.1 درصد در مقایسه با نمونه خالی بدون منافذ یا کمتر مضر و تعداد منافذ مضر بیشتر از 10 حدود 45 درصد کاهش یافت.μمتر حدود 9 برابر افزایش یافته است.