ผลของเซลลูโลสอีเทอร์ต่อคุณสมบัติของมอร์ตาร์

ศึกษาผลของเซลลูโลสอีเทอร์สองชนิดต่อประสิทธิภาพของปูนขาว ผลการวิจัยพบว่าเซลลูโลสอีเทอร์ทั้งสองชนิดสามารถปรับปรุงการกักเก็บน้ำของปูนและลดความสม่ำเสมอของปูนได้อย่างมีนัยสำคัญ กำลังรับแรงอัดจะลดลงในองศาที่ต่างกัน แต่อัตราส่วนการพับและความแข็งแรงการยึดเกาะของปูนจะเพิ่มขึ้นในองศาที่ต่างกัน จึงทำให้การก่อสร้างปูนดีขึ้น

คำสำคัญ:เซลลูโลสอีเทอร์; สารกักเก็บน้ำ ความแข็งแรงของพันธะ

เซลลูโลสอีเทอร์ (MC)เป็นอนุพันธ์ของเซลลูโลสจากวัสดุธรรมชาติ เซลลูโลสอีเทอร์สามารถใช้เป็นสารกักเก็บน้ำ สารเพิ่มความข้น สารยึดเกาะ สารช่วยกระจายตัว สารทำให้คงตัว สารแขวนลอย อิมัลซิไฟเออร์ และสารช่วยในการสร้างฟิล์ม ฯลฯ เนื่องจากเซลลูโลสอีเทอร์มีผลในการกักเก็บน้ำและการทำให้ข้นขึ้นได้ดีในปูน จึงสามารถปรับปรุงความสามารถในการใช้งานได้อย่างมีนัยสำคัญ ของมอร์ตาร์ ดังนั้นเซลลูโลสอีเทอร์จึงเป็นพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้ที่ใช้กันมากที่สุดในมอร์ตาร์

1. วัสดุทดสอบและวิธีการทดสอบ

1.1 วัตถุดิบ

ปูนซีเมนต์: ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ธรรมดาที่ผลิตโดย Jiaozuo Jianjian Cement Co., Ltd. โดยมีเกรดความแข็งแรง 42.5 ทราย: ทรายสีเหลืองนันยาง, โมดูลัสความละเอียด 2.75, ทรายปานกลาง เซลลูโลสอีเทอร์ (MC): C9101 ผลิตโดย Beijing Luojian Company และ HPMC ผลิตโดย Shanghai Huiguang Company

1.2 วิธีทดสอบ

ในการศึกษานี้ อัตราส่วนปูนขาว-ทรายคือ 1:2 และอัตราส่วนน้ำ-ซีเมนต์เท่ากับ 0.45 เซลลูโลสอีเทอร์ผสมกับซีเมนต์ก่อน จากนั้นจึงเติมทรายและคนให้เข้ากัน ปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์คำนวณตามเปอร์เซ็นต์ของมวลซีเมนต์

การทดสอบกำลังอัดและการทดสอบความสม่ำเสมอดำเนินการโดยอ้างอิง JGJ 70-90 “วิธีทดสอบสำหรับคุณสมบัติพื้นฐานของปูนในอาคาร” การทดสอบความต้านทานแรงดัดงอดำเนินการตาม GB/T 17671–1999 “การทดสอบความแข็งแรงของซีเมนต์มอร์ตาร์”

การทดสอบการกักเก็บน้ำดำเนินการตามวิธีกระดาษกรองที่ใช้ในสถานประกอบการผลิตคอนกรีตมวลเบาของฝรั่งเศส กระบวนการเฉพาะมีดังนี้: (1) ใส่กระดาษกรองช้า 5 ชั้นบนแผ่นพลาสติกทรงกลมแล้วชั่งน้ำหนักมวล (2) วางกระดาษกรองแบบสัมผัสโดยตรงกับปูน วางกระดาษกรองความเร็วสูงลงบนกระดาษกรองความเร็วต่ำ จากนั้นกดกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 56 มม. และสูง 55 มม. บนกระดาษกรองแบบเร็ว (3) เทปูนลงในกระบอกสูบ (4) หลังจากที่ปูนและกระดาษกรองสัมผัสกันเป็นเวลา 15 นาที ให้ชั่งน้ำหนักอีกครั้ง คุณภาพของกระดาษกรองช้าและแผ่นพลาสติก (5) คำนวณมวลน้ำที่กระดาษกรองช้าดูดซับต่อพื้นที่ตารางเมตร ซึ่งเป็นอัตราการดูดซึมน้ำ (6) อัตราการดูดซึมน้ำเป็นค่าเฉลี่ยเลขคณิตของผลการทดสอบทั้งสอง หากความแตกต่างระหว่างค่าอัตราเกิน 10% ควรทดสอบซ้ำ (7) การกักเก็บน้ำของปูนแสดงโดยอัตราการดูดซึมน้ำ

การทดสอบความแข็งแรงของพันธะดำเนินการโดยอ้างอิงวิธีการที่แนะนำโดย Japan Society for Materials Science และความแข็งแรงของพันธะนั้นมีลักษณะเฉพาะคือความแข็งแรงของแรงดัดงอ การทดสอบใช้ตัวอย่างปริซึมที่มีขนาด 160 มม×40มม×40มม. ตัวอย่างปูนธรรมดาที่ทำไว้ล่วงหน้าบ่มจนอายุ 28 วัน แล้วจึงตัดเป็นสองซีก ตัวอย่างทั้งสองครึ่งถูกสร้างเป็นตัวอย่างด้วยปูนธรรมดาหรือปูนโพลีเมอร์ จากนั้นจึงบ่มตามธรรมชาติในอาคารจนถึงช่วงอายุหนึ่ง จากนั้นทดสอบตามวิธีทดสอบเพื่อหาค่าความต้านทานแรงดัดงอของปูนซีเมนต์มอร์ต้า

2. ผลการทดสอบและการวิเคราะห์

2.1 ความสม่ำเสมอ

จากผลกระทบของเซลลูโลสอีเทอร์ต่อความสม่ำเสมอของมอร์ตาร์ จะเห็นได้ว่าเมื่อปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์เพิ่มขึ้น ความสม่ำเสมอของมอร์ตาร์โดยทั่วไปมีแนวโน้มลดลง และการลดลงของความสม่ำเสมอของมอร์ตาร์ที่ผสมกับ HPMC จะเร็วขึ้น กว่าปูนผสม C9101 เนื่องจากความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์ขัดขวางการไหลของปูน และความหนืดของ HPMC นั้นสูงกว่าของ C9101

2.2 การกักเก็บน้ำ

ในมอร์ต้าร์ วัสดุผสมซีเมนต์ เช่น ซีเมนต์และยิปซั่ม จะต้องเติมน้ำให้ชุ่มก่อนจึงจะเซ็ตตัวได้ เซลลูโลสอีเทอร์ในปริมาณที่เหมาะสมสามารถกักเก็บความชื้นในปูนไว้ได้นานพอสมควร เพื่อให้กระบวนการเซ็ตตัวและการแข็งตัวสามารถดำเนินต่อไปได้

จากผลกระทบของปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์ต่อการกักเก็บน้ำของปูน จะเห็นได้ว่า (1) ด้วยการเพิ่มขึ้นของปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์ของ C9101 หรือ HPMC อัตราการดูดซึมน้ำของปูนลดลงอย่างมีนัยสำคัญ กล่าวคือ การกักเก็บน้ำของปูนขาว ปูนได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผสมกับปูนของ HPMC การกักเก็บน้ำสามารถปรับปรุงได้มากขึ้น (2) เมื่อปริมาณ HPMC อยู่ที่ 0.05% ถึง 0.10% ปูนจะมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดการกักเก็บน้ำในกระบวนการก่อสร้างอย่างสมบูรณ์

เซลลูโลสอีเทอร์ทั้งสองเป็นโพลีเมอร์ที่ไม่ใช่ไอออนิก หมู่ไฮดรอกซิลบนสายโซ่โมเลกุลเซลลูโลสอีเทอร์และอะตอมออกซิเจนบนพันธะอีเทอร์สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของน้ำ ทำให้น้ำอิสระกลายเป็นน้ำที่ถูกยึด ดังนั้นจึงมีบทบาทสำคัญในการกักเก็บน้ำ

การกักเก็บน้ำของเซลลูโลสอีเทอร์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความหนืด ขนาดอนุภาค อัตราการละลาย และปริมาณการเติม โดยทั่วไป ยิ่งปริมาณที่เติมมากเท่าใด ความหนืดก็จะยิ่งสูงขึ้น และยิ่งความละเอียดยิ่งมาก การกักเก็บน้ำก็จะยิ่งสูงขึ้น ทั้ง C9101 และ HPMC เซลลูโลสอีเทอร์มีกลุ่ม methoxy และ hydroxypropoxy ในสายโซ่โมเลกุล แต่เนื้อหาของ methoxy ใน HPMC เซลลูโลสอีเทอร์นั้นสูงกว่าของ C9101 และความหนืดของ HPMC นั้นสูงกว่าของ C9101 ดังนั้นการกักเก็บน้ำของปูน ผสมกับ HPMC ได้สูงกว่าปูนผสม HPMC C9101 ปูนขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม หากความหนืดและน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์ของเซลลูโลสอีเทอร์สูงเกินไป ความสามารถในการละลายก็จะลดลงตามไปด้วย ซึ่งจะส่งผลเสียต่อความแข็งแรงและความสามารถในการใช้งานของปูน ความแข็งแรงของโครงสร้างเพื่อให้ได้ผลการยึดเกาะที่ดีเยี่ยม

2.3 ความต้านทานแรงดัดงอและกำลังรับแรงอัด

จากผลของเซลลูโลสอีเทอร์ต่อกำลังรับแรงดัดและแรงอัดของปูน จะเห็นได้ว่าเมื่อปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์เพิ่มขึ้น แรงดัดและแรงอัดของปูนที่อายุ 7 และ 28 วันมีแนวโน้มลดลง สาเหตุหลักมาจาก: (1) เมื่อเติมเซลลูโลสอีเทอร์ลงในมอร์ตาร์ โพลีเมอร์ที่ยืดหยุ่นในรูพรุนของมอร์ตาร์จะเพิ่มขึ้น และโพลีเมอร์ที่ยืดหยุ่นเหล่านี้ไม่สามารถให้การสนับสนุนที่เข้มงวดได้เมื่อเมทริกซ์คอมโพสิตถูกบีบอัด ส่งผลให้กำลังรับแรงดัดและแรงอัดของปูนลดลง (2) ด้วยการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของเซลลูโลสอีเทอร์ ผลการกักเก็บน้ำเริ่มดีขึ้นเรื่อยๆ ดังนั้นหลังจากสร้างบล็อกทดสอบปูนแล้ว ความพรุนในบล็อกทดสอบปูนจะเพิ่มขึ้น ความแข็งแรงดัดและแรงอัดจะลดลง ; (3) เมื่อปูนผสมแห้งผสมกับน้ำ อนุภาคน้ำยางเซลลูโลสอีเทอร์จะถูกดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคซีเมนต์เป็นอันดับแรกเพื่อสร้างฟิล์มน้ำยาง ซึ่งจะช่วยลดความชุ่มชื้นของซีเมนต์ จึงลดความแข็งแรงของ ครก

2.4 อัตราส่วนพับ

ความยืดหยุ่นของปูนทำให้ปูนมีความสามารถในการเปลี่ยนรูปได้ดี ซึ่งช่วยให้สามารถปรับให้เข้ากับความเครียดที่เกิดจากการหดตัวและการเสียรูปของซับสเตรต จึงช่วยเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะและความทนทานของปูนได้อย่างมาก

จากผลกระทบของปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์ต่ออัตราส่วนการพับของมอร์ตาร์ (ff/fo) จะเห็นได้ว่าด้วยการเพิ่มขึ้นของปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์ C9101 และ HPMC อัตราการพับของมอร์ตาร์โดยทั่วไปมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ว่าความยืดหยุ่นของมอร์ตาร์นั้น ดีขึ้น

เมื่อเซลลูโลสอีเทอร์ละลายลงในมอร์ตาร์ เนื่องจากเมทอกซิลและไฮดรอกซีโพรพอกซิลบนสายโซ่โมเลกุลจะทำปฏิกิริยากับ Ca2+ และ Al3+ ในสารละลาย จึงเกิดเจลที่มีความหนืดและเติมลงในช่องว่างของปูนซีเมนต์ จึงมีบทบาทในการเติมที่ยืดหยุ่น และการเสริมแรงแบบยืดหยุ่น ปรับปรุงความกะทัดรัดของปูน และแสดงให้เห็นว่าความยืดหยุ่นของปูนดัดแปลงได้รับการปรับปรุงในระดับมหภาค

2.5 ความแข็งแรงของพันธะ

จากผลของปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์ต่อความแข็งแรงของพันธะมอร์ตาร์ จะเห็นได้ว่าความแข็งแรงของพันธะมอร์ตาร์จะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มขึ้นของปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์

การเติมเซลลูโลสอีเทอร์สามารถสร้างฟิล์มโพลีเมอร์กันน้ำชั้นบางๆ ระหว่างเซลลูโลสอีเทอร์กับอนุภาคซีเมนต์ไฮเดรต ฟิล์มนี้มีเอฟเฟกต์การปิดผนึกและปรับปรุงปรากฏการณ์ "พื้นผิวแห้ง" ของปูน เนื่องจากการกักเก็บน้ำที่ดีของเซลลูโลสอีเทอร์ น้ำจึงถูกกักเก็บไว้ในปูนอย่างเพียงพอ ดังนั้นจึงรับประกันการแข็งตัวของน้ำในซีเมนต์และการพัฒนาความแข็งแรงอย่างเต็มที่ และปรับปรุงความแข็งแรงการยึดเกาะของซีเมนต์เพสต์ นอกจากนี้ การเติมเซลลูโลสอีเทอร์ยังช่วยเพิ่มการยึดเกาะของมอร์ตาร์ และทำให้ปูนมีความเป็นพลาสติกและความยืดหยุ่นที่ดี ซึ่งทำให้ปูนสามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนรูปการหดตัวของซับสเตรตได้ดี จึงช่วยเพิ่มความแข็งแรงในการยึดเกาะของปูน .

2.6 การหดตัว

จะเห็นได้จากผลกระทบของปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์ต่อการหดตัวของปูน: (1) ค่าการหดตัวของปูนเซลลูโลสอีเทอร์ต่ำกว่าค่าการหดตัวของปูนเปล่ามาก (2) ด้วยการเพิ่มขึ้นของปริมาณ C9101 ค่าการหดตัวของปูนจึงค่อยๆ ลดลง แต่เมื่อปริมาณถึง 0.30% ค่าการหดตัวของปูนก็เพิ่มขึ้น เนื่องจากยิ่งปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์มากขึ้น ความหนืดก็จะยิ่งมากขึ้น ส่งผลให้ความต้องการน้ำเพิ่มขึ้น (3) ด้วยการเพิ่มขึ้นของปริมาณ HPMC ค่าการหดตัวของปูนจึงลดลงเรื่อย ๆ แต่เมื่อปริมาณถึง 0.20% ค่าการหดตัวของปูนก็เพิ่มขึ้นแล้วลดลง เนื่องจากความหนืดของ HPMC มากกว่าความหนืดของ C9101 ยิ่งความหนืดของเซลลูโลสอีเทอร์สูงขึ้น ยิ่งกักเก็บน้ำได้ดีขึ้น ปริมาณอากาศก็จะมากขึ้น เมื่อปริมาณอากาศถึงระดับหนึ่ง ค่าการหดตัวของปูนก็จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นในแง่ของค่าการหดตัว ปริมาณที่เหมาะสมของ C9101 คือ 0.05%~0.20% ปริมาณที่เหมาะสมของ HPMC คือ 0.05%~0.10%

3. บทสรุป

1. เซลลูโลสอีเทอร์สามารถปรับปรุงการกักเก็บน้ำของปูนและลดความสม่ำเสมอของปูน การปรับปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์สามารถตอบสนองความต้องการของปูนที่ใช้ในโครงการต่างๆ

2. การเติมเซลลูโลสอีเทอร์จะช่วยลดกำลังรับแรงดัดและแรงอัดของปูน แต่เพิ่มอัตราการพับและความแข็งแรงในการยึดเกาะในระดับหนึ่ง จึงช่วยเพิ่มความทนทานของปูน

3. การเติมเซลลูโลสอีเทอร์สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการหดตัวของปูนได้ และด้วยการเพิ่มขึ้นของเนื้อหา ค่าการหดตัวของปูนจะเล็กลงเรื่อยๆ แต่เมื่อปริมาณเซลลูโลสอีเทอร์ถึงระดับหนึ่ง ค่าการหดตัวของปูนจะเพิ่มขึ้นในระดับหนึ่งเนื่องจากปริมาณการกักเก็บอากาศเพิ่มขึ้น