إيثرات السليلوز نوع من مركبات البوليمر العضوية المُعدّلة كيميائيًا من السليلوز الطبيعي. تُستخدم هذه المركبات بشكل شائع في مواد البناء، وخاصةً في المواد الأسمنتية. يتجلى تأثير إيثر السليلوز على عملية ترطيب الأسمنت بشكل رئيسي في الجوانب التالية: تشتت جزيئات الأسمنت، واحتباس الماء، وتأثير التكثيف، وتأثيره على شكل ومتانة منتجات ترطيب الأسمنت.
1. مقدمة عن ترطيب الأسمنت
عملية ترطيب الأسمنت هي سلسلة من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية المعقدة بين الأسمنت والماء. تُسبب هذه التفاعلات تصلب عجينة الأسمنت تدريجيًا لتكوين بنية صلبة، مما يُنتج في النهاية نواتج ترطيب مثل هيدرات سيليكات الكالسيوم (CSH) وهيدروكسيد الكالسيوم (CH). خلال هذه العملية، يؤثر معدل تفاعل ترطيب الأسمنت، وسيولة الملاط واحتباس الماء فيه، وتكوين نواتج الترطيب بشكل مباشر على قوة ومتانة الخرسانة النهائية.
2. آلية عمل إيثرات السليلوز
يلعب إيثر السليلوز دورًا تنظيميًا فيزيائيًا وكيميائيًا هامًا في عملية ترطيب الأسمنت. يؤثر إيثر السليلوز بشكل رئيسي على عملية ترطيب الأسمنت بطريقتين: الأولى من خلال التأثير على توزيع الماء وتبخره في ملاط الأسمنت، والثانية من خلال التأثير على تشتت وتخثر جزيئات الأسمنت.
التحكم في الرطوبة والاحتفاظ بالماء
تُحسّن إيثرات السليلوز بشكل كبير من احتباس الماء في المواد الأسمنتية. بفضل جاذبيتها للماء، يُمكن لإيثر السليلوز تكوين محلول غرواني مستقر في الماء، قادر على امتصاص الرطوبة والاحتفاظ بها. تُعد هذه القدرة على الاحتفاظ بالماء مهمة في تقليل التشققات الناتجة عن فقدان الماء السريع في الخرسانة خلال مرحلة الترطيب المبكرة. خاصةً في البيئات الجافة أو ظروف البناء عالية الحرارة، يُمكن لإيثر السليلوز منع تبخر الماء بسرعة كبيرة، وضمان أن تكون كمية الماء في خليط الأسمنت كافية لدعم تفاعل الترطيب الطبيعي.
علم الروماتيزم والتكثيف
يمكن لإيثرات السليلوز أيضًا تحسين ريولوجيا ملاط الأسمنت. بعد إضافة إيثر السليلوز، يزداد قوام ملاط الأسمنت بشكل ملحوظ. تُعزى هذه الظاهرة بشكل رئيسي إلى بنية السلسلة الطويلة التي تُشكلها جزيئات إيثر السليلوز في الماء. يُمكن لهذه السلسلة الطويلة أن تُقيد حركة جزيئات الأسمنت، مما يزيد من لزوجة وقوام الملاط. تُعد هذه الخاصية مهمة بشكل خاص في تطبيقات مثل التجصيص ومواد لاصقة البلاط، حيث تمنع ملاط الأسمنت من التدفق السريع مع توفير أداء أفضل في البناء.
تأخير الترطيب وضبط وقت التثبيت
يمكن لإيثر السليلوز أن يؤخر تفاعل ترطيب الأسمنت، ويزيد من زمن التصلب الأولي والنهائي لخليط الأسمنت. يحدث هذا التأثير نتيجة امتزاز جزيئات إيثر السليلوز على سطح جزيئات الأسمنت، مما يشكل حاجزًا يمنع التلامس المباشر بين الماء وجزيئات الأسمنت، مما يُبطئ تفاعل الترطيب. بتأخير زمن التصلب، يُحسّن إيثر السليلوز من كفاءة أعمال البناء، مما يمنح عمال البناء وقتًا أطول لإجراء التعديلات والتصحيحات.
3. التأثير على شكل منتجات ترطيب الأسمنت
يؤثر وجود إيثرات السليلوز أيضًا على البنية الدقيقة لمنتجات ترطيب الأسمنت. وقد أظهرت الدراسات أن مورفولوجيا هلام هيدرات سيليكات الكالسيوم (CSH) تتغير بعد إضافة إيثر السليلوز. قد تؤثر جزيئات إيثر السليلوز على البنية البلورية لـ CSH، مما يجعله أكثر مرونة. قد يُقلل هذا التركيب المرن من قوة التماسك الأولية إلى حد ما، ولكنه يُساعد أيضًا على تحسين متانة المادة.
يمكن لإيثرات السليلوز أيضًا أن تقلل من تكوين الإترنجيت أثناء عملية الترطيب. ولأن إيثر السليلوز يُبطئ معدل تفاعل الترطيب، فإنه يُقلل من معدل تكوين الإترنجيت في الأسمنت، مما يُقلل من الإجهاد الداخلي الناتج عن تمدد الحجم أثناء عملية المعالجة.
4. التأثير على تطوير القوة
لإيثرات السليلوز تأثيرٌ كبيرٌ أيضًا على تطور قوة المواد الأسمنتية. ولأن إيثرات السليلوز تُبطئ معدل ترطيب الأسمنت، فإن تطور قوة معاجين الأسمنت في مراحله الأولى يكون أبطأ عادةً. ومع ذلك، مع استمرار تفاعل الترطيب، قد يظهر تدريجيًا التأثير المُنظِّم لاحتباس الماء في إيثر السليلوز وشكل ناتج الترطيب، مما يُساعد على تحسين القوة في المراحل اللاحقة.
تجدر الإشارة إلى أن كمية ونوع إيثر السليلوز المضافة لهما تأثير مزدوج على المتانة. فكمية مناسبة من إيثر السليلوز تُحسّن أداء البناء وتزيد من المتانة لاحقًا، إلا أن الإفراط في استخدامه قد يُقلل من المتانة الأولية للمواد الأسمنتية ويؤثر على الخواص الميكانيكية النهائية. لذلك، في التطبيقات العملية، يجب تحسين نوع إيثر السليلوز وجرعته وتصميمهما وفقًا للمتطلبات الهندسية المحددة.
يؤثر إيثر السليلوز على عملية الترطيب وخصائص مادة الأسمنت من خلال تحسين احتباس الماء في المواد الأسمنتية، وتعديل معدل الترطيب، والتأثير على شكل نواتج الترطيب. على الرغم من أن إيثر السليلوز قد يُسبب فقدانًا في القوة في المراحل المبكرة، إلا أنه يُحسّن متانة الخرسانة ومتانتها على المدى الطويل. كما يُمكن لإضافة إيثر السليلوز تحسين أداء البناء بشكل ملحوظ، خاصةً في التطبيقات التي تتطلب أوقات عمل طويلة ومتطلبات احتباس ماء عالية. له مزايا لا تُعوض. في التطبيقات الهندسية الفعلية، يُمكن للاختيار المُناسب لنوع إيثر السليلوز وجرعته أن يُوازن بين متطلبات القوة والأداء الإنشائي والمتانة للمادة.
وقت النشر: ٢٧ سبتمبر ٢٠٢٤