ჰიდროქსიპროპილ მეთილის ცელულოზის ეთერის ეფექტი მანქანაში შესხურებული ცემენტის ნაღმტყორცნების თვისებებზე

ცელულოზის ეთერი არსებითი დანამატია მანქანით აფეთქებულ ნაღმტყორცნებში. შესწავლილი იყო ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის (HPMC) ოთხი განსხვავებული სიბლანტის ეფექტი წყლის შეკავებაზე, სიმკვრივეზე, ჰაერის შემცველობაზე, მექანიკურ თვისებებზე და ფორების ზომის განაწილებაზე მანქანით აფეთქებული ნაღმტყორცნების. კვლევებმა აჩვენა, რომ: HPMC-ს შეუძლია მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს ნაღმტყორცნების წყლის შეკავების მოქმედება და წყლის შეკავების მაჩვენებელი შეიძლება აღემატებოდეს 90%-ს, როდესაც HPMC-ის რაოდენობა არის 0.15%. ყველაზე აშკარა; ნაღმტყორცნების ჰაერის შემცველობა იზრდება HPMC შემცველობის მატებასთან ერთად: HPMC აშკარად შეამცირებს ცემენტის ნაღმტყორცნების მექანიკურ თვისებებს, მაგრამ გაიზრდება ნაღმტყორცნების დასაკეცი თანაფარდობა; ნაღმტყორცნების ფორების ზომა მნიშვნელოვნად გაიზრდება HPMC-ის დამატების შემდეგ, საგრძნობლად გაიზარდა მავნე ხვრელების და მრავალი მავნე ხვრელების პროპორცია.

საკვანძო სიტყვები: ნაღმტყორცნები; ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის ეთერი; წყლის შეკავება; ფორების ზომის განაწილება

0. წინასიტყვაობა

ბოლო წლებში, მრეწველობის უწყვეტი წინსვლისა და ტექნოლოგიების დახვეწასთან ერთად, უცხოური ნაღმტყორცნების შესხურების მანქანების დანერგვისა და გაუმჯობესების გზით, ჩვენს ქვეყანაში ძალიან განვითარდა მექანიკური შესხურებისა და თაბაშირის ტექნოლოგია. მექანიკური შესაფრქვევი ნაღმტყორცნები განსხვავდება ჩვეულებრივი ნაღმტყორცნებისაგან, რომელიც მოითხოვს წყლის შეკავების მაღალ ეფექტურობას, შესაფერის სითხეს და გარკვეულ დაცვენის საწინააღმდეგო მოქმედებას. ჩვეულებრივ, ნაღმტყორცნებს ემატება ცელულოზის ეთერი, რომელთა შორის ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ჰიდროქსიპროპილ მეთილცელულოზის უბრალო ეთერი (HPMC). HPMC-ის ძირითადი ფუნქციები ნაღმტყორცნებში არის: წყლის შესანარჩუნებელი შესანიშნავი უნარი, გასქელება და ბლანტი და რეოლოგიური რეგულირება. თუმცა, HPMC-ის ნაკლოვანებების იგნორირება არ შეიძლება. HPMC-ს აქვს ჰაერგამტარი ეფექტი, რაც გამოიწვევს მეტ შიდა დეფექტებს და სერიოზულად შეამცირებს ნაღმტყორცნების მექანიკურ თვისებებს. ეს ნაშრომი შეისწავლის HPMC-ის გავლენას წყლის შეკავების სიჩქარეზე, სიმკვრივეზე, ჰაერის შემცველობაზე და ნაღმტყორცნების მექანიკურ თვისებებზე მაკროსკოპული ასპექტიდან და შეისწავლის HPMC-ის გავლენას ნაღმტყორცნების ფოროვან სტრუქტურაზე მიკროსკოპული ასპექტით.

1. ტესტი

1.1 ნედლეული

ცემენტი: კომერციულად ხელმისაწვდომი P·O42.5 ცემენტი, მისი 28d მოქნილობა და კომპრესიული სიძლიერეა შესაბამისად 6.9 და 48.2 მპა; ქვიშა: ჩენგდე წვრილი მდინარის ქვიშა, 40-100 ბადე; ცელულოზის ეთერი: ჰიდროქსიპროპილ სპირტი წარმოებული კომპანიის მიერ ჰებეიში მეთილის ცელულოზის ეთერი, თეთრი ფხვნილი, ნომინალური სიბლანტე 40, 100, 150, 200 Pa·S: წყალი: სუფთა ონკანის წყალი.

1.2 ტესტის მეთოდი

JGJ/T 105-2011 „მექანიკური შესხურებისა და თაბაშირის სამშენებლო წესების“ მიხედვით, ნაღმტყორცნების კონსისტენცია არის 80~120 მმ, ხოლო წყლის შეკავების მაჩვენებელი 90%-ზე მეტია. ამ ტესტში კირის-ქვიშის თანაფარდობა დაყენებულია 1:5-ზე, კონსისტენცია კონტროლდება (93±2)მმ, ხოლო ცელულოზის ეთერი გარედან შერეულია და მისი დოზა გამოითვლება ცემენტის მასის მიხედვით. ნაღმტყორცნების ძირითადი თვისებები, როგორიცაა სველი სიმკვრივე, ჰაერის შემცველობა, წყლის შეკავების სიჩქარე და კონსისტენცია, შემოწმებულია JGJ 70-2009 „სამშენებლო ნაღმტყორცნების ძირითადი თვისებების გამოცდის მეთოდების“ მითითებით, ხოლო ჰაერის შემცველობა ტესტირება და გაანგარიშება ხდება სიმკვრივის მეთოდი. ნიმუშების მომზადების, მოქნილობისა და კომპრესიული სიმტკიცის ტესტები ჩატარდა GB/T 17671-1999 „ცემენტის ნაღმტყორცნების ქვიშის სიმტკიცის ტესტირების მეთოდები (ISO მეთოდი)“ მითითებით. ფორების ზომა შემოწმდა ვერცხლისწყლის ფორომეტრიით. ვერცხლისწყლის ფორომეტრის მოდელი იყო AUTOPORE 9500, ხოლო საზომი დიაპაზონი იყო 5,5 ნმ 360-მდე.μმ. სულ ჩატარდა ტესტის 4 კომპლექტი. 0, 0.1%, 0.2%, 0.3% (რიცხვები არის A, B, C, D).

2. შედეგები და ანალიზი

2.1 HPMC-ის ეფექტი ცემენტის ხსნარის წყლის შეკავების სიჩქარეზე

წყლის შეკავება გულისხმობს ნაღმტყორცნების უნარს, შეინარჩუნოს წყალი. მანქანაში შესხურებულ ნაღმტყორცნებში ცელულოზის ეთერის დამატებას შეუძლია ეფექტურად შეინარჩუნოს ტენიანობა, შეამციროს სისხლდენის სიჩქარე და დააკმაყოფილოს ცემენტზე დაფუძნებული მასალების საკმარისი ჰიდრატაციის მოთხოვნები.

HPMC-ის ზემოქმედებიდან ნაღმტყორცნების წყლის შეკავების სიჩქარეზე ჩანს, რომ HPMC შემცველობის მატებასთან ერთად, ნაღმტყორცნების წყლის შეკავების მაჩვენებელი თანდათან იზრდება. ცელულოზის ეთერების მრუდები 100, 150 და 200 Pa სიბლანტით·ძირითადად იგივეა. როდესაც შემცველობა არის 0.05%-დან 0.15%-მდე, წყლის შეკავების მაჩვენებელი ხაზობრივად იზრდება. როდესაც შემცველობა არის 0.15%, წყლის შეკავების მაჩვენებელი 93% -ზე მეტია..20%-ის შემდეგ წყლის შეკავების მზარდი ტენდენცია ბრტყელი ხდება, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ HPMC-ის რაოდენობა ახლოსაა გაჯერებასთან. HPMC-ის რაოდენობის გავლენის მრუდი 40 Pa სიბლანტით·s წყლის შეკავების სიჩქარეზე არის დაახლოებით სწორი ხაზი. როდესაც რაოდენობა აღემატება 0,15%-ს, ნაღმტყორცნების წყლის შეკავების სიჩქარე მნიშვნელოვნად დაბალია, ვიდრე იგივე სიბლანტის მქონე HPMC-ის დანარჩენი სამი ტიპისა. ზოგადად მიჩნეულია, რომ ცელულოზის ეთერის წყლის შეკავების მექანიზმი არის: ჰიდროქსილის ჯგუფი ცელულოზის ეთერის მოლეკულაზე და ჟანგბადის ატომი ეთერის ობლიგაციებზე დაუკავშირდება წყლის მოლეკულას წყალბადის ბმას, ასე რომ თავისუფალი წყალი ხდება შეკრული წყალი. , რითაც თამაშობს წყლის შეკავების კარგ ეფექტს; ასევე ითვლება, რომ წყლის მოლეკულებსა და ცელულოზის ეთერის მოლეკულურ ჯაჭვებს შორის ინტერდიფუზია საშუალებას აძლევს წყლის მოლეკულებს შევიდეს ცელულოზის ეთერის მაკრომოლეკულური ჯაჭვების შიგნით და დაექვემდებაროს ძლიერ შემაკავშირებელ ძალებს, რითაც აუმჯობესებს ცემენტის ხსნარის წყლის შეკავებას. წყლის შესანიშნავ შეკავებას შეუძლია შეინარჩუნოს ნაღმტყორცნები ერთგვაროვანი, არ არის ადვილი განცალკევება და მიაღწიოს კარგი შერევის შესრულებას, ხოლო შეამციროს მექანიკური ცვეთა და გაზარდოს ნაღმტყორცნების შესხურების მანქანა.

2.2 HPMC-ის გავლენა ცემენტის ნაღმტყორცნების სიმკვრივესა და ჰაერის შემცველობაზე

HPMC-ის სხვადასხვა სიბლანტისა და დოზების ზემოქმედებიდან ნაღმტყორცნების სიმკვრივეზე ჩანს, რომ როდესაც HPMC-ის დოზაა 0-0.20%, ნაღმტყორცნების სიმკვრივე მკვეთრად მცირდება HPMC-ის დოზის მატებასთან ერთად, 2050 კგ/მ-დან.³ დაახლოებით 1650 კგ/მ-მდე³ , შემცირდა დაახლოებით 20%-ით; მას შემდეგ, რაც HPMC შემცველობა გადააჭარბებს 0.20%-ს, სიმკვრივის კლება ბრტყელი ხდება. ოთხი სახის HPMC-ის სხვადასხვა სიბლანტის შედარებისას, ჩანს, რომ რაც უფრო მაღალია სიბლანტე, მით უფრო დაბალია ნაღმტყორცნების სიმკვრივე; 150 და 200 Pa s HPMC შერეული სიბლანტის მქონე ნაღმტყორცნების სიმკვრივის მრუდები ძირითადად ემთხვევა ერთმანეთს, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ HPMC-ის სიბლანტის ზრდასთან ერთად ნაღმტყორცნების სიმკვრივე აღარ იკლებს.

HPMC-ის სხვადასხვა სიბლანტისა და დოზების გავლენიდან ნაღმტყორცნების ჰაერის შემცველობაზე ჩანს, რომ ნაღმტყორცნების ჰაერის შემცველობის ცვლილება საპირისპიროა ნაღმტყორცნების სიმკვრივისა. ჰაერის მოცულობა თითქმის იზრდება სწორი ხაზით; როდესაც HPMC-ის შემცველობა აღემატება 0.20%-ს, ჰაერის შემცველობა თითქმის არ იცვლება, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ნაღმტყორცნების ჰაერის შემწოვი ეფექტი ახლოსაა გაჯერებასთან. HPMC-ის ჰაერგამტარი ეფექტი 150 და 200 Pa სიბლანტით·s მეტია HPMC-ის სიბლანტეზე 40 და 100 Pa·s.

ცელულოზის ეთერის ჰაერგამტარი ეფექტი ძირითადად განისაზღვრება მისი მოლეკულური სტრუქტურით. ცელულოზის ეთერს აქვს როგორც ჰიდროფილური ჯგუფები (ჰიდროქსილი, ეთერის ჯგუფები) ასევე ჰიდროფობიური ჯგუფები (მეთილის ჯგუფები, გლუკოზის რგოლები) და წარმოადგენს ზედაპირულ აქტიურ ნივთიერებას. , აქვს ზედაპირული აქტივობა, რითაც აქვს ჰაერგამტარი ეფექტი. ერთის მხრივ, შეყვანილ გაზს შეუძლია იმოქმედოს როგორც ბურთულა ნაღმტყორცნებში, გააუმჯობესოს ნაღმტყორცნების სამუშაო მოქმედება, გაზარდოს მოცულობა და გაზარდოს გამომუშავება, რაც მომგებიანია მწარმოებლისთვის. მაგრამ მეორეს მხრივ, ჰაერის შემწოვი ეფექტი ზრდის ნაღმტყორცნების ჰაერის შემცველობას და ფორიანობას გამკვრივების შემდეგ, რის შედეგადაც იზრდება მავნე ფორები და მნიშვნელოვნად ამცირებს მექანიკურ თვისებებს. მიუხედავად იმისა, რომ HPMC-ს აქვს ჰაერგამტარი გარკვეული ეფექტი, მას არ შეუძლია შეცვალოს ჰაერის შემწოვი აგენტი. გარდა ამისა, როდესაც HPMC და ჰაერის შემწოვი აგენტი გამოიყენება ერთდროულად, ჰაერის შემწოვი აგენტი შეიძლება ვერ მოხერხდეს.

2.3 HPMC-ის გავლენა ცემენტის ნაღმტყორცნების მექანიკურ თვისებებზე

28d მოქნილობის სიმტკიციდან და 28d კომპრესიული სიმტკიციდან ჩანს, რომ როდესაც HPMC-ის რაოდენობა არის მხოლოდ 0.05%, ნაღმტყორცნების მოქნილობა მნიშვნელოვნად მცირდება, რაც დაახლოებით 25%-ით დაბალია, ვიდრე ცარიელი ნიმუშის HPMC-ის გარეშე, და კომპრესიული სიძლიერე შეიძლება იყოს მხოლოდ ცარიელი ნიმუშის 65%-ის მიღწევა. 80%. როდესაც HPMC-ის შემცველობა აღემატება 0,20%-ს, ხსნარის მოქნილობისა და კომპრესიული სიმტკიცის შემცირების ხარისხი აშკარა არ არის. HPMC-ის სიბლანტე მცირე გავლენას ახდენს ნაღმტყორცნების მექანიკურ თვისებებზე. HPMC შემოაქვს უამრავ პაწაწინა ჰაერის ბუშტებს, ხოლო ნაღმტყორცნებზე ჰაერის შემწოვი ეფექტი ზრდის ნაღმტყორცნების შიდა ფორიანობას და მავნე ფორებს, რის შედეგადაც მცირდება კომპრესიული სიმტკიცე და მოქნილობა. ნაღმტყორცნების სიმტკიცის შემცირების კიდევ ერთი მიზეზი არის ცელულოზის ეთერის წყლის შეკავების ეფექტი, რომელიც ინახავს წყალს გამაგრებულ ნაღმტყორცნებში, ხოლო წყლის შემკვრელის დიდი თანაფარდობა იწვევს საცდელი ბლოკის სიმტკიცის შემცირებას. მექანიკური სამშენებლო ნაღმტყორცნებისთვის, თუმცა ცელულოზის ეთერს შეუძლია მნიშვნელოვნად გაზარდოს ნაღმტყორცნების წყლის შეკავების სიჩქარე და გააუმჯობესოს მისი სამუშაოუნარიანობა, თუ რაოდენობა ძალიან დიდია, ეს სერიოზულად იმოქმედებს ნაღმტყორცნების მექანიკურ თვისებებზე, ამიტომ მათ შორის ურთიერთობა გონივრულად უნდა იყოს შეფასებული.

28-დღიანი დასაკეცი თანაფარდობიდან ჩანს, რომ HPMC-ის შემცველობის მატებასთან ერთად, ნაღმტყორცნების მთლიანი დასაკეცი თანაფარდობა გვიჩვენებს მზარდი ტენდენციას, რაც ძირითადად წრფივი კავშირია. ეს იმიტომ ხდება, რომ დამატებული ცელულოზის ეთერი შემოაქვს ჰაერის ბუშტების დიდ რაოდენობას, რაც იწვევს ნაღმტყორცნების შიგნით უფრო მეტ დეფექტს, რის შედეგადაც მკვეთრად მცირდება ნაღმტყორცნების კომპრესიული სიმტკიცე და მიუხედავად იმისა, რომ მოქნილობის სიმტკიცე ასევე მცირდება გარკვეულწილად; მაგრამ ცელულოზის ეთერს შეუძლია გააუმჯობესოს ნაღმტყორცნების მოქნილობა და გაუძლოს. დასაკეცი სიმტკიცე ხელსაყრელია, რაც ამცირებს შემცირების სიჩქარეს. ყოვლისმომცველი გათვალისწინებით, ამ ორის კომბინირებული ეფექტი იწვევს დასაკეცი თანაფარდობის ზრდას.

2.4 HPMC-ის ეფექტი ნაღმტყორცნების ფორების ზომაზე

ფორების ზომის განაწილების მრუდები ოთხი ჯგუფის ნიმუშების A, B, C და D გაზომილი იყო ვერცხლისწყლის შეჭრის ფორომეტრიით.

ფორების ზომის განაწილების მრუდის, ფორების ზომის განაწილების მონაცემების და AD ნიმუშების სხვადასხვა სტატისტიკური პარამეტრების მიხედვით, HPMC დიდ გავლენას ახდენს ცემენტის ნაღმტყორცნების ფორების სტრუქტურაზე:

(1) HPMC დამატების შემდეგ, ცემენტის ნაღმტყორცნების ფორების ზომა მნიშვნელოვნად იზრდება. ფორების ზომის განაწილების მრუდზე გამოსახულების ფართობი მოძრაობს მარჯვნივ და პიკური მნიშვნელობის შესაბამისი ფორების მნიშვნელობა უფრო დიდი ხდება. ასევე ფორების ზომის განაწილების სტატისტიკური მონაცემებიდან და ფორების მედიანური ზომა სხვადასხვა სტატისტიკური პარამეტრების ტესტის შედეგებში, ჩანს, რომ ცემენტის ნაღმტყორცნების საშუალო ფორების ზომა HPMC-ის დამატების შემდეგ მნიშვნელოვნად აღემატება ცარიელი ნიმუშის და ნიმუშში 0.3% დოზირებით მნიშვნელობის დიაფრაგმა 2 ბრძანებით მაღალია, ვიდრე ცარიელი ნიმუშის.

(2) ვუ ჟონგვეი და სხვ. ბეტონის ფორები დაყავით ოთხ ტიპად, რომლებიც უვნებელი ფორებია (≤20 ნმ), რამდენიმე მავნე ფორები (20-100 ნმ), მავნე ფორები (100-200 ნმ) და ბევრი მავნე ფორები (≥200 ნმ). 200 ნმ). ფორების ზომის განაწილების სტატისტიკური მონაცემებიდან და სხვადასხვა სტატისტიკური პარამეტრების ტესტის შედეგებიდან ჩანს, რომ უვნებელი ფორების ან ნაკლებად მავნე ფორების რაოდენობა მნიშვნელოვნად მცირდება, ხოლო მავნე ფორების ან მეტი მავნე ფორების რაოდენობა იზრდება HPMC-ის დამატების შემდეგ. HPMC-ის გარეშე ნიმუშის უვნებელი ან ნაკლებად მავნე ფორები შეადგენს დაახლოებით 49,4%-ს, ხოლო უვნებელი ან ნაკლებად მავნე ფორები მნიშვნელოვნად მცირდება HPMC-ის დამატების შემდეგ. მაგალითად, 0.1% დოზით, უვნებელი ან ნაკლებად მავნე ფორები მცირდება დაახლოებით 45%-ით. 10-ზე მეტი მავნე ფორების რაოდენობაμმ გაიზარდა დაახლოებით 9-ჯერ.

3) ფორების მედიანური დიამეტრი, ფორების საშუალო დიამეტრი, ფორების სპეციფიკური მოცულობა და ზედაპირის სპეციფიკური ფართობი არ შეესაბამება ძალიან მკაცრ ცვლილების წესს HPMC-ის შემცველობის ზრდით, რაც შეიძლება დაკავშირებული იყოს ვერცხლისწყლის ინექციის ტესტში ნიმუშის შერჩევის დიდ დისპერსიასთან. მაგრამ მთლიანობაში, ფორების მედიანური დიამეტრი, ფორების საშუალო დიამეტრი და HPMC-ით შერეული ნიმუშის სპეციფიკური ფორების მოცულობა იზრდება ცარიელ ნიმუშთან შედარებით, ხოლო სპეციფიური ზედაპირის ფართობი მცირდება.

3. დასკვნა

(1) ნაღმტყორცნების წყლის შეკავების სიჩქარე იზრდება HPMC შემცველობის მატებასთან ერთად. ცელულოზის ეთერის მრუდები 100, 150 და 200 Pa სიბლანტით·S ძირითადად იგივეა და წყლის შეკავების მაჩვენებელი 93%-ზე მეტია, როცა შემცველობა 0.15%-ია. როდესაც შინაარსი 40 Pa·ცელულოზის ეთერი 0,15%-ზე მეტია, წყლის შეკავების მაჩვენებელი დაბალია, ვიდრე სხვა სამი სახის HPMC სიბლანტის.

(2) ნაღმტყორცნების სიმკვრივე თანდათან მცირდება HPMC შემცველობის მატებასთან ერთად და შემცველობა შეადგენს 0.05%. სიმკვრივის შემცირება ყველაზე აშკარაა 0.20%, დაახლოებით 20%; როდესაც შინაარსი აღემატება 0,20% -ს, სიმკვრივე თითქმის არ იცვლება; ნაღმტყორცნების ჰაერის შემცველობა იზრდება HPMC შემცველობის მატებასთან ერთად.

(3) HPMC შემცველობის ზრდა აშკარად შეამცირებს ცემენტის ნაღმტყორცნების მექანიკურ თვისებებს, მაგრამ ხსნარის შესაბამისი დასაკეცი თანაფარდობა გაიზრდება და ხსნარის მოქნილობა უკეთესი გახდება.

(4) HPMC-ის დამატების შემდეგ, ნაღმტყორცნების ფორების ზომა მნიშვნელოვნად იზრდება და მავნე ფორებისა და მრავალი მავნე ფორების წილი მნიშვნელოვნად იზრდება. 0.1% HPMC შემცველობის ნიმუში შემცირდა დაახლოებით 45%-ით ცარიელ ნიმუშთან შედარებით, რომელსაც არ აქვს ან ნაკლებად მავნე ფორები, და უფრო მავნე ფორების რაოდენობა 10-ზე მეტი.μმ გაიზარდა დაახლოებით 9-ჯერ.