تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز HPMC على خصائص ملاط ​​التفجير الآلي

مع التقدم المستمر للصناعة وتطور التكنولوجيا، ومن خلال إدخال وتحسين آلات رش الملاط الأجنبية، شهدت تقنية الرش والتجصيص الميكانيكية تطورًا كبيرًا في بلدي في السنوات الأخيرة. يختلف ملاط ​​الرش الميكانيكي عن الملاط العادي، إذ يتطلب أداءً عاليًا في الاحتفاظ بالماء، وسيولة مناسبة، ومقاومة معينة للترهل. عادةً ما يُضاف هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز إلى الملاط، ويُعد إيثر السليلوز (HPMC) الأكثر استخدامًا. تتمثل الوظائف الرئيسية لهيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز HPMC في الملاط في: التكثيف واللزوجة، وتعديل الريولوجيا، وقدرة ممتازة على الاحتفاظ بالماء. ومع ذلك، لا يمكن تجاهل عيوب HPMC. فلدى HPMC تأثير احتجاز الهواء، مما يؤدي إلى المزيد من العيوب الداخلية ويقلل بشكل كبير من الخصائص الميكانيكية للملاط. قامت شركة شاندونج تشينبانج للكيماويات الدقيقة المحدودة بدراسة تأثير HPMC على معدل الاحتفاظ بالماء والكثافة ومحتوى الهواء والخصائص الميكانيكية للملاط من الجانب العياني، ودرست تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز HPMC على بنية L للملاط من الجانب المجهري.

1. اختبار

1.1 المواد الخام

الأسمنت: أسمنت متوفر تجاريا P.0 42.5، قوته الانثناءية والضغطية 28d هي 6.9 و 48.2 ميجا باسكال على التوالي؛ الرمل: رمل نهر تشنغده الناعم، 40-100 شبكة؛ إيثر السليلوز: من إنتاج شركة شاندونج تشينبانج للكيماويات الدقيقة المحدودة. إيثر هيدروكسي بروبيل ميثيل السليلوز، مسحوق أبيض، اللزوجة الاسمية 40، 100، 150، 200 باسكال-ثانية؛ الماء: ماء الصنبور النظيف.

1.2 طريقة الاختبار

وفقًا لـ JGJ/T 105-2011 "لوائح البناء للرش الميكانيكي والتجصيص"، يتراوح قوام الملاط بين 80 و120 مم، ويزيد معدل احتباس الماء عن 90%. في هذه التجربة، حُددت نسبة الجير إلى الرمل عند 1:5، وحُدد القوام عند (93+2) مم، ومزج إيثر السليلوز خارجيًا، واستندت كمية المزج إلى كتلة الأسمنت. اختُبرت الخصائص الأساسية للملاط، مثل الكثافة الرطبة ومحتوى الهواء واحتباس الماء والقوام، وفقًا لـ JGJ 70-2009 "طرق اختبار الخصائص الأساسية لملاط البناء"، واختُبر محتوى الهواء وحُسب وفقًا لطريقة الكثافة. أُجريت اختبارات تحضير العينات وقوة الانحناء والضغط وفقًا لـ GB/T 17671-1999 "طرق اختبار قوة رمل ملاط ​​الأسمنت (طريقة ISO)". تم قياس قطر اليرقات باستخدام مقياس مسامية الزئبق. كان طراز مقياس مسامية الزئبق هو AUTOPORE 9500، ونطاق القياس 5.5 نانومتر - 360 ميكرومتر. أُجريت أربع مجموعات من الاختبارات. كانت نسبة الأسمنت إلى الرمل 1:5، ولزوجة HPMC 100 باسكال-ثانية، والجرعة 0، 0.1%، 0.2%، 0.3% (الأرقام هي A، B، C، D على التوالي).

2. النتائج والتحليل

2.1 تأثير HPMC على معدل احتباس الماء في ملاط ​​الأسمنت

يشير مصطلح احتباس الماء إلى قدرة الملاط على الاحتفاظ بالماء. في الملاط المُرشوش آليًا، يُمكن لإضافة إيثر السليلوز الاحتفاظ بالماء بفعالية، وتقليل معدل النزيف، وتلبية متطلبات الترطيب الكامل للمواد الأسمنتية. تأثير HPMC على احتباس الماء في الملاط.

مع زيادة محتوى HPMC، يزداد معدل احتباس الماء في الملاط تدريجيًا. تكون منحنيات إيثر هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز مع اللزوجة 100 و 150 و 200 باسكال متماثلة بشكل أساسي. عندما يكون المحتوى 0.05٪ -0.15٪، يزداد معدل احتباس الماء خطيًا، وعندما يكون المحتوى 0.15٪، يكون معدل احتباس الماء أكبر من 93٪. عندما تتجاوز كمية الحصى 0.20٪، يصبح الاتجاه المتزايد لمعدل احتباس الماء مسطحًا، مما يشير إلى أن كمية HPMC قريبة من التشبع. منحنى تأثير كمية HPMC ذات اللزوجة 40 باسكال على معدل احتباس الماء هو خط مستقيم تقريبًا. عندما تكون الكمية أكبر من 0.15٪، يكون معدل احتباس الماء في الملاط أقل بكثير من الأنواع الثلاثة الأخرى من HPMC بنفس مقدار اللزوجة. يُعتقد عمومًا أن آلية احتباس الماء في إيثر السليلوز هي: ارتباط مجموعة الهيدروكسيل في جزيء إيثر السليلوز وذرة الأكسجين في رابطة الإيثر بجزيء الماء لتكوين رابطة هيدروجينية، مما يُؤدي إلى احتباس جيد للماء. ويُعتقد أيضًا أن الانتشار المتبادل بين جزيئات الماء وسلاسل جزيئات إيثر السليلوز يسمح لجزيئات الماء بالدخول إلى داخل سلاسل جزيئات إيثر السليلوز الكبيرة والتعرض لقوى ربط قوية، مما يُحسّن احتباس الماء في ملاط ​​الأسمنت. يُحافظ احتباس الماء الممتاز على تجانس الملاط، ويمنع انفصاله بسهولة، ويحقق أداء خلط ممتازًا، مع تقليل التآكل الميكانيكي وإطالة عمر آلة رش الملاط.

2.2 تأثير هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز HPMC على كثافة ومحتوى الهواء في ملاط ​​الأسمنت

عندما تكون نسبة HPMC بين 0 و0.20%، تنخفض كثافة الملاط بشكل حاد مع زيادة هذه النسبة، من 2050 كجم/م3 إلى حوالي 1650 كجم/م3، أي أقل بنحو 20%؛ وعندما تتجاوز نسبة HPMC 0.20%، تنخفض الكثافة. بمقارنة الأنواع الأربعة من HPMC ذات اللزوجة المختلفة، كلما زادت اللزوجة، انخفضت كثافة الملاط؛ تتداخل منحنيات كثافة الملاط ذات اللزوجة المختلطة من 150 و200 باسكال.ثانية HPMC بشكل أساسي، مما يشير إلى أنه مع استمرار زيادة لزوجة HPMC، تتوقف الكثافة عن الانخفاض.

قانون تغير محتوى الهواء في الملاط معاكس لتغير كثافته. عندما يكون محتوى هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز HPMC بين 0 و0.20%، يزداد محتوى الهواء في الملاط بشكل خطي تقريبًا مع زيادة محتوى HPMC؛ وعندما يتجاوز محتوى HPMC 0.20%، لا يتغير محتوى الهواء تقريبًا، مما يشير إلى أن تأثير سحب الهواء في الملاط يقترب من التشبع. يكون تأثير سحب الهواء لـ HPMC بلزوجة 150 و200 باسكال أكبر من تأثير HPMC بلزوجة 40 و100 باسكال.

يتحدد تأثير إيثر السليلوز في سحب الهواء بشكل رئيسي من خلال بنيته الجزيئية. يحتوي إيثر السليلوز على مجموعات محبة للماء (هيدروكسيل، إيثر) ومجموعات كارهة للماء (ميثيل، حلقة جلوكوز)، وهو مادة خافضة للتوتر السطحي. يتمتع بنشاط سطحي، مما يُحدث تأثير سحب الهواء. من ناحية، يعمل الغاز المُدخل كمحمل كروي في الملاط، مما يُحسّن أداءه العملي، ويزيد حجمه، ويزيد من إنتاجيته، مما يعود بالنفع على المُصنّع. من ناحية أخرى، يزيد تأثير سحب الهواء من محتوى الهواء في الملاط ومساميته بعد التصلب، مما يؤدي إلى زيادة المسام الضارة وتقليل الخواص الميكانيكية بشكل كبير. على الرغم من أن HPMC له تأثير سحب هواء معين، إلا أنه لا يُمكن أن يحل محل عامل سحب الهواء. بالإضافة إلى ذلك، عند استخدام HPMC وعامل سحب الهواء في نفس الوقت، فقد يفشل عامل سحب الهواء.

2.3 تأثير HPMC على الخواص الميكانيكية لملاط الأسمنت

عندما تكون كمية HPMC 0.05٪ فقط، تنخفض قوة انثناء الملاط بشكل كبير، وهو أقل بنحو 25٪ من العينة الفارغة بدون هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز HPMC، ويمكن أن تصل قوة الضغط فقط إلى 65٪ من العينة الفارغة -80٪. عندما تتجاوز كمية HPMC 0.20٪، فإن الانخفاض في قوة الانثناء وقوة الضغط للملاط ليس واضحًا. لزوجة HPMC لها تأثير ضئيل على الخصائص الميكانيكية للملاط. يقدم HPMC الكثير من فقاعات الهواء الصغيرة، ويؤدي تأثير احتجاز الهواء على الملاط إلى زيادة المسامية الداخلية والمسام الضارة للملاط، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في قوة الضغط وقوة الانثناء. سبب آخر لانخفاض قوة الملاط هو تأثير احتباس الماء لإيثر السليلوز، الذي يحتفظ بالماء في الملاط المتصلب، وتؤدي نسبة الماء إلى الرابطة الكبيرة إلى انخفاض في قوة كتلة الاختبار. بالنسبة لملاط البناء الميكانيكي، على الرغم من أن إيثر السليلوز يمكن أن يزيد بشكل كبير من معدل احتباس الماء في الملاط ويحسن قابليته للعمل، إذا كانت الجرعة كبيرة جدًا، فسوف تؤثر بشكل خطير على الخصائص الميكانيكية للملاط، لذلك يجب أن يتم وزن العلاقة بين الاثنين بشكل معقول.

مع زيادة محتوى هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز HPMC، أظهرت نسبة طي الملاط اتجاهًا تصاعديًا عامًا، وهو في الأساس علاقة خطية. وذلك لأن إضافة إيثر السليلوز تُدخل عددًا كبيرًا من فقاعات الهواء، مما يُسبب المزيد من العيوب داخل الملاط، وتنخفض قوة ضغط ملاط ​​الوردة الدليلية بشكل حاد، على الرغم من انخفاض قوة الانحناء أيضًا إلى حد ما؛ إلا أن إيثر السليلوز يُمكن أن يُحسّن مرونة الملاط، وهو مفيد لقوة الانحناء، مما يُبطئ معدل الانخفاض. وبالنظر إلى الأمر بشكل شامل، فإن التأثير المُشترك للاثنين يؤدي إلى زيادة في نسبة الطي.

2.4 تأثير HPMC على القطر L للملاط

من منحنى توزيع حجم المسام وبيانات توزيع حجم المسام والمعلمات الإحصائية المختلفة لعينات AD، يمكن ملاحظة أن HPMC له تأثير كبير على بنية مسام ملاط ​​الأسمنت:

(1) بعد إضافة HPMC، يزداد حجم مسام ملاط ​​الأسمنت بشكل ملحوظ. على منحنى توزيع حجم المسام، تتحرك مساحة الصورة إلى اليمين، وتزداد قيمة المسام المقابلة لقيمة الذروة. بعد إضافة HPMC، يصبح متوسط ​​قطر مسام ملاط ​​الأسمنت أكبر بكثير من متوسط ​​قطر مسام العينة الفارغة، ويزداد متوسط ​​قطر مسام العينة بجرعة 0.3% بمقدار مرتبتين من حيث الحجم مقارنةً بالعينة الفارغة.

(2) قسّم المسام في الخرسانة إلى أربعة أنواع، وهي المسام غير الضارة (≤20 نانومتر)، والمسام الأقل ضررًا (20-100 نانومتر)، والمسام الضارة (100-200 نانومتر) والعديد من المسام الضارة (≥200 نانومتر). يمكن ملاحظة من الجدول 1 أن عدد الثقوب غير الضارة أو الثقوب الأقل ضررًا ينخفض ​​بشكل كبير بعد إضافة HPMC، ويزداد عدد الثقوب الضارة أو الثقوب الأكثر ضررًا. تبلغ المسام غير الضارة أو المسام الأقل ضررًا للعينات غير المختلطة بـ HPMC حوالي 49.4٪. بعد إضافة HPMC، تقل المسام غير الضارة أو المسام الأقل ضررًا بشكل كبير. بأخذ جرعة 0.1٪ كمثال، تقل المسام غير الضارة أو المسام الأقل ضررًا بنحو 45٪. ٪، زاد عدد الثقوب الضارة التي يزيد حجمها عن 10 ميكرومتر بنحو 9 مرات.

(3) لا تخضع قيم قطر المسام المتوسط، وحجم المسام النوعي، ومساحة السطح النوعية لقاعدة تغير صارمة مع زيادة محتوى هيدروكسي بروبيل ميثيل سلولوز HPMC، وقد يكون ذلك مرتبطًا باختيار العينة في اختبار حقن الزئبق، أو بتشتت كبير. ولكن بشكل عام، يميل قطر المسام المتوسط، وقطر المسام المتوسط، وحجم المسام النوعي للعينة الممزوجة بـ HPMC إلى الزيادة مقارنةً بالعينة الفارغة، بينما تنخفض مساحة السطح النوعية.