פיתוח של אתרי תאית חדשניים של HEMC להפחתת הצטברות בגבס מבוססי גבס המרוססים במכונה

פיתוח של אתרי תאית חדשניים של HEMC להפחתת הצטברות בגבס מבוססי גבס המרוססים במכונה

טיח מרוסס במכונה על בסיס גבס (GSP) נמצא בשימוש נרחב במערב אירופה מאז שנות ה-70. הופעתו של ריסוס מכני שיפרה למעשה את יעילות הבנייה בגבס תוך הפחתת עלויות הבנייה. עם העמקת מסחור GSP, אתר תאית מסיס במים הפך לתוסף מפתח. אתר תאית מקנה ל-GSP ביצועים טובים לאגירת מים, המגבילים את ספיגת הלחות של המצע בטיח, ובכך משיגים זמן התייצבות יציב ותכונות מכניות טובות. בנוסף, העקומה הריאולוגית הספציפית של אתר תאית יכולה לשפר את השפעת הריסוס במכונה ולפשט משמעותית את תהליכי פילוס המרגמה והגימור הבאים.

למרות היתרונות הברורים של אתרי תאית ביישומי GSP, זה יכול גם לתרום להיווצרות גושים יבשים בעת ריסוס. גושים לא מורטבים אלה ידועים גם בתור גושים או התגבשות, והם יכולים להשפיע לרעה על פילוס וגימור המרגמה. צבירה יכולה להפחית את יעילות האתר ולהגדיל את העלות של יישומי מוצרי גבס בעלי ביצועים גבוהים. על מנת להבין טוב יותר את ההשפעה של אתרי תאית על היווצרות גושים ב-GSP, ערכנו מחקר כדי לנסות לזהות את הפרמטרים הרלוונטיים של המוצר המשפיעים על היווצרותם. בהתבסס על תוצאות מחקר זה, פיתחנו סדרה של מוצרי אתר תאית עם נטייה מופחתת להצטבר והערכנו אותם ביישומים מעשיים.

מילות מפתח: אתר תאית; טיח ריסוס מכונת גבס; שיעור הפירוק; מורפולוגיה של חלקיקים

1. מָבוֹא

אתרים של תאית מסיסים במים שימשו בהצלחה בפלסטרים המבוססים על מכונה (GSP) כדי לווסת את הביקוש למים, לשפר את החזקת המים ולשפר את התכונות הריאולוגיות של המרגמות. לכן, הוא עוזר לשפר את ביצועי המרגמה הרטובה, ובכך להבטיח את החוזק הנדרש של המרגמה. בשל תכונותיו הקיימות מבחינה מסחרית וידידותית לסביבה, תערובת יבשה GSP הפכה לחומר בניין פנים בשימוש נרחב ברחבי אירופה במהלך 20 השנים האחרונות.

מכונות לערבוב וריסוס GSP בתערובת יבשה ממוסחרת בהצלחה במשך עשרות שנים. למרות שחלק מהמאפיינים הטכניים של ציוד מיצרנים שונים משתנים, כל מכונות הריסוס הזמינות מסחריות מאפשרות זמן ערבול מוגבל מאוד למים להתערבב עם טיט גבס תערובת יבשה המכילה אתר תאית. בדרך כלל, כל תהליך הערבוב לוקח שניות בודדות בלבד. לאחר הערבוב נשאבת הטיט הרטוב דרך צינור ההספקה ומותזת על דופן המצע. כל התהליך מסתיים תוך דקה. עם זאת, בפרק זמן כה קצר, אתרי תאית צריכים להיות מומסים לחלוטין על מנת לפתח באופן מלא את תכונותיהם ביישום. הוספת מוצרי אתר תאית טחונים דק לניסוחי טיט גבס מבטיחה פירוק מלא במהלך תהליך ריסוס זה.

אתר התאית הטחון דק בונה עקביות במהירות במגע עם מים במהלך ערבול במרסס. העלייה המהירה בצמיגות הנגרמת מהתמוססות האתר התאית גורמת לבעיות בהרטבת מים במקביל של חלקיקי חומר צמנטי הגבס. כשהמים מתחילים להתעבות, הם הופכים פחות נוזליים ואינם יכולים לחדור לתוך הנקבוביות הקטנות שבין חלקיקי הגבס. לאחר חסימת הגישה לנקבוביות, תהליך הרטבת חלקיקי החומר הצמנטי על ידי מים מתעכב. זמן הערבוב במרסס היה קצר מהזמן שנדרש להרטבה מלאה של חלקיקי הגבס, מה שהביא להיווצרות גושי אבקה יבשים במכתש הרטוב הטרי. לאחר היווצרות גושים אלה, הם מעכבים את היעילות של העובדים בתהליכים הבאים: פילוס טיט בגושים בעייתי מאוד ולוקח יותר זמן. גם לאחר התייצבות המרגמה, עשויים להופיע גושים שנוצרו בתחילה. לדוגמה, כיסוי הגושים בפנים במהלך הבנייה יוביל להופעת אזורים כהים בשלב מאוחר יותר, אותם לא נרצה לראות.

למרות שאתרים של תאית שימשו כתוספים ב-GSP במשך שנים רבות, השפעתם על היווצרות גושים לא מורטבים לא נחקרה הרבה עד כה. מאמר זה מציג גישה שיטתית שניתן להשתמש בה כדי להבין את סיבת השורש של צבירה מנקודת מבט של אתר תאית.

2. סיבות להיווצרות גושים לא מורטבים ב-GSP

2.1 הרטבה של טיח על בסיס טיח

בשלבים הראשונים של הקמת תוכנית המחקר, הורכבו מספר סיבות שורש אפשריות להיווצרות גושים ב-CSP. לאחר מכן, באמצעות ניתוח ממוחשב, הבעיה מתמקדת בשאלה האם יש פתרון טכני מעשי. באמצעות עבודות אלו, סונן מראש הפתרון האופטימלי להיווצרות אגלומרטים ב-GSP. משיקולים טכניים ומסחריים כאחד, נשלל הדרך הטכנית של שינוי הרטבה של חלקיקי גבס על ידי טיפול פני השטח. מבחינה מסחרית, נשלל הרעיון של החלפת הציוד הקיים בציוד ריסוס בעל תא ערבוב מעוצב במיוחד שיכול להבטיח ערבוב מספק של מים וטיט.

אפשרות נוספת היא להשתמש בחומרי הרטבה כתוספים בתכשירי טיח גבס וכבר מצאנו לכך פטנט. עם זאת, תוספת של תוסף זה משפיעה בהכרח לרעה על יכולת העבודה של הטיח. חשוב מכך, זה משנה את התכונות הפיזיקליות של המרגמה, במיוחד קשיות וחוזק. אז לא התעמקנו בזה יותר מדי. בנוסף, תוספת של חומרי הרטבה נחשבת גם כבעלת השפעה שלילית על הסביבה.

בהתחשב בכך שאתר תאית הוא כבר חלק מניסוח הטיח המבוסס על גבס, אופטימיזציה של אתר תאית עצמו הופך לפתרון הטוב ביותר שניתן לבחור. יחד עם זאת, אסור לו להשפיע על תכונות החזקת המים או להשפיע לרעה על התכונות הריאולוגיות של הטיח בשימוש. בהתבסס על ההשערה שהוצעה קודם לכן, שיצירת אבקות לא מורטבות ב-GSP נובע מהעלייה המהירה מדי בצמיגות של אתרי תאית לאחר מגע עם מים במהלך ערבוב, שליטה במאפייני הפירוק של אתרי תאית הפכה למטרה העיקרית של המחקר שלנו. .

2.2 זמן המסת אתר תאית

דרך קלה להאט את קצב ההתמוססות של אתרי תאית היא להשתמש במוצרים גרגירים. החיסרון העיקרי בשימוש בגישה זו ב-GSP הוא שחלקיקים גסים מדי אינם מתמוססים לחלוטין בתוך חלון התסיסה הקצר של 10 שניות במרסס, מה שמוביל לאובדן החזקת מים. בנוסף, התנפחות אתר תאית בלתי מומס בשלב מאוחר יותר תוביל לעיבוי לאחר הטיח ותשפיע על ביצועי הבנייה, וזה מה שאנחנו לא רוצים לראות.

אפשרות נוספת להפחית את קצב הפירוק של אתרי תאית היא להצליב באופן הפיך את פני השטח של אתרי תאית עם גליוקסל. עם זאת, מכיוון שתגובת ההצלבה מבוקרת pH, קצב הפירוק של אתרי תאית תלוי מאוד ב-pH של התמיסה המימית שמסביב. ערך ה-pH של מערכת ה-GSP המעורבבת עם סיד שפוי גבוה מאוד, והקשרים המצליבים של גליוקסל על פני השטח נפתחים במהירות לאחר מגע עם מים, והצמיגות מתחילה לעלות באופן מיידי. לכן, טיפולים כימיים כאלה אינם יכולים למלא תפקיד בשליטה על קצב הפירוק ב-GSP.

זמן הפירוק של אתרי תאית תלוי גם במורפולוגיה של החלקיקים שלהם. עם זאת, עובדה זו לא זכתה לתשומת לב רבה עד כה, אם כי ההשפעה משמעותית ביותר. יש להם קצב פירוק ליניארי קבוע [ק"ג/(מ"ר).•s)], כך שהפירוק והצטברות הצמיגות שלהם פרופורציונליים למשטח הזמין. שיעור זה יכול להשתנות באופן משמעותי עם שינויים במורפולוגיה של חלקיקי התאית. בחישובים שלנו מניחים שצמיגות מלאה (100%) מושגת לאחר 5 שניות של ערבוב ערבוב.

חישובים של מורפולוגיות חלקיקים שונות הראו שלחלקיקים כדוריים יש צמיגות של 35% מהצמיגות הסופית במחצית מזמן הערבוב. באותה תקופה, חלקיקי אתר תאית בצורת מוט יכולים להגיע רק ל-10%. החלקיקים בצורת דיסק רק התחילו להתמוסס לאחר מכן2.5 שניות.

כלולים גם מאפייני מסיסות אידיאליים עבור אתרי תאית ב-GSP. דחה את הצטברות הצמיגות הראשונית ליותר מ-4.5 שניות. לאחר מכן, הצמיגות עלתה במהירות כדי להגיע לצמיגות הסופית תוך 5 שניות מזמן הערבוב. ב-GSP, זמן פירוק כה מושהה מאפשר למערכת להיות בעלת צמיגות נמוכה, והמים הנוספים יכולים להרטיב את חלקיקי הגבס במלואם ולהיכנס לנקבוביות שבין החלקיקים ללא הפרעה.

3. מורפולוגיה של חלקיקים של אתר תאית

3.1 מדידת מורפולוגיה של חלקיקים

מכיוון שלצורה של חלקיקי אתר תאית יש השפעה כה משמעותית על המסיסות, יש צורך קודם כל לקבוע את הפרמטרים המתארים את צורתם של חלקיקי האתר התאית, ולאחר מכן לזהות את ההבדלים בין אי-הרטבה. היווצרות אגרטים היא פרמטר רלוונטי במיוחד. .

השגנו את מורפולוגיית החלקיקים של אתר תאית על ידי טכניקת ניתוח תמונה דינמית. ניתן לאפיין את מורפולוגיית החלקיקים של אתרי תאית באמצעות מנתח תמונה דיגיטלי SYMPATEC (תוצרת גרמניה) וכלי ניתוח תוכנה ספציפיים. הפרמטרים החשובים ביותר של צורת החלקיקים נמצאו כאורך ממוצע של סיבים מבוטא כ-LEFI(50,3) והקוטר הממוצע מבוטא כ-DIFI(50,3). נתוני אורך ממוצע של סיבים נחשבים לאורכו המלא של חלקיק אתר תאית פרוס מסוים.

בדרך כלל ניתן לחשב נתוני התפלגות גודל החלקיקים כגון קוטר הסיבים הממוצע DIFI בהתבסס על מספר החלקיקים (מסומן ב-0), אורך (מסומן ב-1), שטח (מסומן ב-2) או נפח (מסומן ב-3). כל מדידות נתוני החלקיקים במאמר זה מבוססות על נפח ולכן מסומנות בסיומת 3. לדוגמה, ב-DIFI(50,3), 3 פירושו התפלגות הנפח, ו-50 פירושו ש-50% מעקומת חלוקת גודל החלקיקים קטנה מהערך המצוין, וה-50% האחרים גדולים מהערך המצוין. נתוני צורת חלקיקי אתר תאית ניתנים במיקרומטרים (מיקרומטר).

3.2 אתר תאית לאחר אופטימיזציה של מורפולוגיה של חלקיקים

בהתחשב בהשפעה של משטח החלקיקים, זמן פירוק החלקיקים של חלקיקי אתר תאית עם צורת חלקיק דמוי מוט תלוי מאוד בקוטר הסיבים הממוצע DIFI (50,3). בהתבסס על הנחה זו, עבודת פיתוח על אתרי תאית נועדה להשיג מוצרים בעלי קוטר סיבים ממוצע גדול יותר DIFI (50,3) כדי לשפר את מסיסות האבקה.

עם זאת, עלייה באורך הסיבים הממוצע DIFI(50,3) לא צפויה להיות מלווה בעלייה בגודל החלקיקים הממוצע. הגדלת שני הפרמטרים יחד תגרום לחלקיקים גדולים מכדי להתמוסס לחלוטין בתוך זמן הערבול הטיפוסי של 10 שניות של ריסוס מכני.

לכן, הידרוקסיאתיל מתיל צלולוז (HEMC) אידיאלי צריך להיות בעל קוטר סיבים ממוצע גדול יותר DIFI(50,3) תוך שמירה על אורך הסיבים הממוצע LEFI(50,3). אנו משתמשים בתהליך ייצור אתר תאית חדש כדי לייצר HEMC משופר. צורת החלקיקים של אתר התאית המסיס במים המתקבל בתהליך ייצור זה שונה לחלוטין מצורת החלקיקים של התאית המשמשת כחומר הגלם לייצור. במילים אחרות, תהליך הייצור מאפשר לעיצוב צורת החלקיקים של אתר תאית להיות בלתי תלוי בחומרי הגלם הייצור שלו.

שלוש תמונות מיקרוסקופ אלקטרוני סורק: אחת של אתר תאית המיוצר בתהליך הסטנדרטי, ואחת של אתר תאית המיוצר בתהליך החדש בקוטר גדול יותר של DIFI(50,3) מאשר מוצרי כלי תהליך קונבנציונליים. כמו כן מוצגת המורפולוגיה של התאית הטחונה דק המשמשת לייצור שני מוצרים אלה.

בהשוואה בין מיקרוגרפי האלקטרונים של תאית ואתר תאית המיוצרים בתהליך הסטנדרטי, קל לגלות שלשניים יש מאפיינים מורפולוגיים דומים. המספר הגדול של החלקיקים בשתי התמונות מציג בדרך כלל מבנים ארוכים ודקים, מה שמצביע על כך שהתכונות המורפולוגיות הבסיסיות לא השתנו גם לאחר שהתרחשה התגובה הכימית. ברור שמאפייני המורפולוגיה של החלקיקים של תוצרי התגובה נמצאים בקורלציה גבוהה עם חומרי הגלם.

נמצא כי המאפיינים המורפולוגיים של אתר התאית המיוצר בתהליך החדש שונים באופן משמעותי, הוא בעל קוטר ממוצע גדול יותר DIFI (50,3), והוא מציג בעיקר צורות חלקיקים עגולות קצרות ועבות, בעוד החלקיקים הדקים והארוכים האופייניים בחומרי גלם תאית כמעט נכחד.

נתון זה מראה שוב כי מורפולוגיית החלקיקים של אתרי התאית המיוצרים בתהליך החדש אינה קשורה עוד למורפולוגיה של חומר הגלם התאית - הקשר בין המורפולוגיה של חומר הגלם לתוצר הסופי אינו קיים עוד.

4. השפעת מורפולוגיה של חלקיקי HEMC על היווצרות גושים לא מורטבים ב-GSP

GSP נבדק בתנאי יישום בשטח כדי לוודא שההשערה שלנו לגבי מנגנון העבודה (ששימוש במוצר אתר תאית עם קוטר ממוצע גדול יותר DIFI (50,3) יפחית צבירה לא רצויה) הייתה נכונה. HEMCs עם קטרים ​​ממוצעים DIFI(50,3) הנעים בין 37 מיקרומטר ל-52 מיקרומטר שימשו בניסויים אלה. על מנת למזער את ההשפעה של גורמים אחרים מלבד מורפולוגיה של החלקיקים, בסיס טיח הגבס וכל שאר התוספים נשמרו ללא שינוי. הצמיגות של אתר התאית נשמרה קבועה במהלך הבדיקה (60,000mPa.s, תמיסה מימית של 2%, נמדדה עם rheometer HAAKE).

בניסויי היישום נעשה שימוש במרסס גבס זמין מסחרי (PFT G4) לריסוס. התמקדו בהערכת היווצרותם של גושים לא מורטבים של טיט גבס מיד לאחר הנחתו על הקיר. הערכה של גושים בשלב זה לאורך תהליך יישום הטיח תגלה בצורה הטובה ביותר הבדלים בביצועי המוצר. במבחן, עובדים מנוסים דירגו את מצב הגיבוש, כאשר 1 הוא הטוב ביותר ו-6 הוא הגרוע ביותר.

תוצאות הבדיקה מראות בבירור את המתאם בין קוטר הסיבים הממוצע DIFI (50,3) לבין ציון ביצועי הגושים. בהתאם להשערה שלנו שמוצרי אתר תאית עם DIFI(50,3) גדולים יותר הניבו ביצועים טובים יותר ממוצרי DIFI(50,3) קטנים יותר, הציון הממוצע ל-DIFI(50,3) של 52 מיקרומטר היה 2 (טוב), בעוד אלו עם DIFI( 50,3) של 37µm ו-40µm קיבלו 5 (כישלון).

כפי שציפינו, התנהגות הגיבוש ביישומי GSP תלויה באופן משמעותי בקוטר הממוצע DIFI (50,3) של אתר התאית בשימוש. יתרה מכך, הוזכר בדיון הקודם שבין כל הפרמטרים המורפולוגיים DIFI(50,3) השפיע מאוד על זמן ההמסה של אבקות אתר תאית. זה מאשר שזמן פירוק אתר תאית, שנמצא בקורלציה גבוהה עם מורפולוגיה של החלקיקים, משפיע בסופו של דבר על היווצרות גושים ב- GSP. DIFI גדול יותר (50,3) גורם לזמן פירוק ארוך יותר של האבקה, מה שמפחית משמעותית את הסיכוי להצטברות. עם זאת, זמן פירוק אבקה ארוך מדי יקשה על אתר התאית להתמוסס לחלוטין בזמן הערבול של ציוד הריסוס.

המוצר החדש של HEMC עם פרופיל פירוק אופטימלי הודות לקוטר סיבים ממוצע גדול יותר DIFI(50,3) לא רק בעל הרטבה טובה יותר של אבקת הגבס (כפי שניתן לראות בהערכת הגיבוש), אלא גם אינו משפיע על ביצועי החזקת המים של המוצר. לא ניתן היה להבחין בין החזקת המים שנמדדה לפי EN 459-2 ממוצרי HEMC בעלי אותה צמיגות עם DIFI(50,3) מ-37 µm עד 52µm. כל המדידות לאחר 5 דקות ו-60 דקות נופלות בטווח הנדרש המוצג בגרף.

עם זאת, אושר גם שאם DIFI(50,3) יהפוך לגדול מדי, חלקיקי האתר התאית לא יתמוססו עוד לחלוטין. זה נמצא בעת בדיקת DIFI(50,3) של מוצר 59 µM. תוצאות בדיקת החזקת המים שלו לאחר 5 דקות ובמיוחד לאחר 60 דקות לא עמדו במינימום הנדרש.

5. סיכום

אתרים תאית הם תוספים חשובים בניסוחי GSP. עבודת המחקר ופיתוח המוצר כאן בוחנת את המתאם בין מורפולוגיית החלקיקים של אתרי תאית לבין היווצרות של גושים לא מורטבים (מה שנקרא גושים) בעת ריסוס מכני. הוא מבוסס על ההנחה של מנגנון העבודה שזמן ההמסה של אבקת אתר תאית משפיע על הרטבת אבקת גבס במים ובכך משפיע על היווצרות גושים.

זמן הפירוק תלוי במורפולוגיה של החלקיקים של אתר התאית וניתן להשיגו באמצעות כלי ניתוח תמונה דיגיטליים. ב-GSP, לאתרי תאית עם קוטר ממוצע גדול של DIFI (50,3) יש מאפייני פירוק אבקה אופטימליים, המאפשרים יותר זמן למים להרטיב היטב את חלקיקי הגבס, ובכך לאפשר אנטי-צבירה אופטימלית. אתר תאית מסוג זה מיוצר בתהליך ייצור חדש, וצורת החלקיקים שלו אינה תלויה בצורתו המקורית של חומר הגלם לייצור.

לקוטר הסיבים הממוצע DIFI (50,3) יש השפעה חשובה מאוד על גושים, אשר אומתה על ידי הוספת מוצר זה לבסיס גבס מרוסס במכונה זמין לריסוס במקום. יתר על כן, בדיקות ריסוס שדה אלו אישרו את תוצאות המעבדה שלנו: מוצרי אתר תאית עם הביצועים הטובים ביותר עם DIFI גדול (50,3) היו מסיסים לחלוטין בחלון הזמן של ערבול GSP. לכן, מוצר אתר תאית עם התכונות הטובות ביותר נגד התגבשות לאחר שיפור צורת החלקיקים עדיין שומר על ביצועי החזקת המים המקוריים.