Ảnh hưởng của Hydroxypropyl Methyl Cellulose Ether đến tính chất của vữa xi măng phun bằng máy

Cellulose ether là chất phụ gia thiết yếu trong vữa phun bằng máy.Ảnh hưởng của bốn độ nhớt khác nhau của hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) đến khả năng giữ nước, mật độ, hàm lượng không khí, tính chất cơ học và phân bố kích thước lỗ rỗng của vữa phun bằng máy đã được nghiên cứu.Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng: HPMC có thể cải thiện đáng kể hiệu suất giữ nước của vữa và tỷ lệ giữ nước có thể vượt quá 90% khi lượng HPMC là 0,15%.Rõ ràng nhất;hàm lượng không khí trong vữa tăng khi hàm lượng HPMC tăng: HPMC rõ ràng sẽ làm giảm tính chất cơ lý của vữa xi măng, nhưng tỷ lệ gấp của vữa sẽ tăng lên;kích thước lỗ rỗng của vữa sẽ tăng lên đáng kể sau khi thêm HPMC, Tỷ lệ lỗ có hại và nhiều lỗ có hại tăng lên đáng kể.

Từ khóa: vữa;ete hydroxypropyl methylcellulose;giữ nước;phân bố kích thước lỗ chân lông

0. Lời nói đầu

Những năm gần đây, với sự phát triển không ngừng của ngành và sự cải tiến của công nghệ, thông qua sự du nhập và cải tiến của các máy phun vữa nước ngoài, công nghệ phun trát cơ học ở nước ta đã có bước phát triển vượt bậc.Vữa phun cơ học khác với vữa thông thường, đòi hỏi khả năng giữ nước cao, độ lưu động phù hợp và khả năng chống chảy xệ nhất định.Thông thường, ete xenluloza được thêm vào vữa, trong đó ete hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) được sử dụng rộng rãi nhất.Các chức năng chính của HPMC trong vữa là: khả năng giữ nước tuyệt vời, làm dày và tạo độ nhớt và điều chỉnh lưu biến.Tuy nhiên, không thể bỏ qua những hạn chế của HPMC.HPMC có tác dụng cuốn khí sẽ gây ra nhiều khuyết tật bên trong hơn và làm giảm nghiêm trọng tính chất cơ lý của vữa.Bài báo này nghiên cứu ảnh hưởng của HPMC đến tốc độ giữ nước, mật độ, hàm lượng không khí và tính chất cơ học của vữa từ góc độ vĩ mô và nghiên cứu ảnh hưởng của HPMC đến cấu trúc lỗ rỗng của vữa từ góc độ vi mô.

1. Kiểm tra

1.1 Nguyên liệu thô

Xi măng: có bán trên thị trường P·Xi măng O42.5 có cường độ uốn và chịu nén 28d lần lượt là 6,9 và 48,2 MPa;cát: Cát mịn sông Thừa Đức, cỡ 40-100;cellulose ether: rượu hydroxypropyl được sản xuất bởi một công ty ở Hà Bắc Methyl cellulose ether, bột màu trắng, độ nhớt danh nghĩa 40, 100, 150, 200 Pa·S: Nước: nước máy sạch.

1.2 Phương pháp thử

Theo JGJ/T 105-2011 “Quy định thi công về phun và trát cơ học”, độ đặc của vữa là 80 ~ 120mm và tỷ lệ giữ nước lớn hơn 90%.Trong thử nghiệm này, tỷ lệ vôi-cát được đặt ở mức 1:5, độ đặc được kiểm soát ở mức (93±2) mm, và ete xenlulo được trộn bên ngoài và liều lượng của nó được tính theo khối lượng xi măng.Các đặc tính cơ bản của vữa như mật độ ướt, hàm lượng không khí, tỷ lệ giữ nước và độ đặc được kiểm tra theo tiêu chuẩn JGJ 70-2009 “Phương pháp thử các đặc tính cơ bản của vữa xây dựng” và hàm lượng không khí được kiểm tra và tính toán theo phương pháp mật độCác thử nghiệm chuẩn bị, cường độ uốn và cường độ nén của mẫu thử được thực hiện dựa trên GB/T 17671-1999 “Phương pháp kiểm tra cường độ của cát vữa xi măng (Phương pháp ISO)”.Kích thước lỗ rỗng được kiểm tra bằng phép đo độ xốp thủy ngân.Model máy đo độ xốp thủy ngân là AUTOPORE 9500 và dải đo là 5,5 nm đến 360 nmμm.Tổng cộng có 4 bộ thử nghiệm đã được thực hiện.0, 0,1%, 0,2%, 0,3% (các số là A, B, C, D).

2. Kết quả và phân tích

2.1 Ảnh hưởng của HPMC đến khả năng giữ nước của vữa xi măng

Khả năng giữ nước đề cập đến khả năng giữ nước của vữa.Trong vữa phun bằng máy, việc bổ sung ete xenlulo có thể duy trì độ ẩm một cách hiệu quả, giảm tốc độ chảy máu và đáp ứng yêu cầu hydrat hóa đầy đủ của vật liệu gốc xi măng.

Từ ảnh hưởng của HPMC đến tỷ lệ giữ nước của vữa có thể thấy, khi hàm lượng HPMC tăng thì tỷ lệ giữ nước của vữa tăng dần.Đường cong của ete xenlulo có độ nhớt 100, 150 và 200 Pa·s về cơ bản là giống nhau.Khi hàm lượng 0,05% đến 0,15%, tỷ lệ giữ nước tăng tuyến tính.Khi hàm lượng 0,15% thì tỷ lệ giữ nước lớn hơn 93%.．Sau 20%, xu hướng giữ nước ngày càng tăng trở nên không thay đổi, cho thấy lượng HPMC gần bão hòa.Đường cong ảnh hưởng của lượng HPMC có độ nhớt 40 Pa·s trên tốc độ giữ nước xấp xỉ một đường thẳng.Khi lượng lớn hơn 0,15%, tỷ lệ giữ nước của vữa thấp hơn đáng kể so với ba loại HPMC còn lại có cùng độ nhớt.Người ta thường tin rằng cơ chế giữ nước của ether cellulose là: nhóm hydroxyl trên phân tử ether cellulose và nguyên tử oxy trên liên kết ether sẽ liên kết với phân tử nước để tạo thành liên kết hydro, do đó nước tự do trở thành nước liên kết , do đó có tác dụng giữ nước tốt;Người ta cũng tin rằng sự khuếch tán xen kẽ giữa các phân tử nước và chuỗi phân tử ete cellulose cho phép các phân tử nước đi vào bên trong chuỗi đại phân tử cellulose ether và chịu lực liên kết mạnh, từ đó cải thiện khả năng giữ nước của vữa xi măng.Khả năng giữ nước tuyệt vời có thể giữ cho vữa đồng nhất, không dễ bị phân tách và đạt được hiệu suất trộn tốt, đồng thời giảm mài mòn cơ học và tăng tuổi thọ của máy phun vữa.

2.2 Ảnh hưởng của HPMC đến tỷ trọng và hàm lượng khí của vữa xi măng

Từ ảnh hưởng của độ nhớt và liều lượng HPMC khác nhau đến mật độ vữa, có thể thấy khi liều lượng HPMC là 0-0,20%, mật độ vữa giảm mạnh khi tăng liều lượng HPMC, từ 2050 kg/m3³ đến khoảng 1650kg/m³ , giảm khoảng 20%;sau khi hàm lượng HPMC vượt quá 0,20%, mật độ giảm có xu hướng ổn định.So sánh 4 loại HPMC có độ nhớt khác nhau có thể thấy độ nhớt càng cao thì tỷ trọng của vữa càng thấp;đường cong mật độ của vữa có độ nhớt hỗn hợp 150 và 200 Pa s HPMC về cơ bản trùng nhau, cho thấy khi độ nhớt của HPMC tiếp tục tăng thì mật độ vữa không còn giảm nữa.

Từ ảnh hưởng của độ nhớt và liều lượng HPMC khác nhau đến hàm lượng không khí trong vữa, có thể thấy sự thay đổi hàm lượng không khí trong vữa trái ngược với mật độ của vữa.Thể tích không khí gần như tăng theo đường thẳng;khi hàm lượng HPMC vượt quá 0,20%, hàm lượng không khí hầu như không thay đổi, chứng tỏ tác dụng cuốn khí của vữa gần bão hòa.Tác dụng cuốn khí của HPMC có độ nhớt 150 và 200 Pa·s lớn hơn HPMC có độ nhớt 40 và 100 Pa·s.

Tác dụng cuốn khí của ete cellulose chủ yếu được xác định bởi cấu trúc phân tử của nó.Cellulose ether có cả nhóm ưa nước (nhóm hydroxyl, ether) và nhóm kỵ nước (nhóm methyl, vòng glucose) và là chất hoạt động bề mặt., có hoạt động bề mặt, do đó có tác dụng cuốn khí.Một mặt, khí được đưa vào có thể hoạt động như một ổ bi trong vữa, cải thiện hiệu suất làm việc của vữa, tăng thể tích và tăng sản lượng, điều này có lợi cho nhà sản xuất.Nhưng mặt khác, hiệu ứng cuốn khí làm tăng hàm lượng không khí trong vữa và độ xốp sau khi đông cứng dẫn đến tăng các lỗ rỗng có hại và làm giảm đáng kể tính chất cơ học.Mặc dù HPMC có tác dụng cuốn khí nhất định nhưng nó không thể thay thế tác nhân cuốn khí.Ngoài ra, khi sử dụng HPMC và chất cuốn khí cùng lúc, chất cuốn khí có thể bị hỏng.

2.3 Ảnh hưởng của HPMC đến tính chất cơ lý của vữa xi măng

Từ cường độ uốn 28d và cường độ nén 28d, có thể thấy khi lượng HPMC chỉ bằng 0,05% thì cường độ uốn của vữa giảm đáng kể, thấp hơn khoảng 25% so với mẫu trắng không có HPMC, và cường độ nén chỉ có thể đạt 65% mẫu trắng.80%.Khi hàm lượng HPMC vượt quá 0,20% thì mức độ giảm cường độ uốn và cường độ nén của vữa là không rõ ràng.Độ nhớt của HPMC ít ảnh hưởng đến tính chất cơ học của vữa.HPMC tạo ra nhiều bọt khí nhỏ, tác dụng cuốn khí lên vữa làm tăng độ xốp bên trong và các lỗ rỗng có hại của vữa, dẫn đến cường độ nén và cường độ uốn giảm đáng kể.Một nguyên nhân khác làm giảm cường độ vữa là do tác dụng giữ nước của ete xenlulo giữ nước trong vữa cứng và tỷ lệ chất kết dính nước lớn dẫn đến giảm cường độ của khối thử nghiệm.Đối với vữa xây dựng cơ học, mặc dù ete xenlulo có thể làm tăng đáng kể tỷ lệ giữ nước của vữa và cải thiện khả năng thi công của nó, nhưng nếu lượng quá lớn sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính chất cơ học của vữa, vì vậy cần cân nhắc mối quan hệ giữa hai yếu tố này một cách hợp lý.

Từ tỷ lệ gấp 28 ngày, có thể thấy rằng với sự gia tăng hàm lượng HPMC, tỷ lệ gấp tổng thể của vữa có xu hướng tăng lên, về cơ bản là mối quan hệ tuyến tính.Điều này là do ete xenlulo được thêm vào tạo ra một số lượng lớn bọt khí, gây ra nhiều khuyết tật bên trong vữa, dẫn đến cường độ nén của vữa giảm mạnh, mặc dù cường độ uốn cũng giảm ở một mức độ nhất định;nhưng ete cellulose có thể cải thiện tính linh hoạt của vữa và khả năng chống chịu. Độ bền gấp thuận lợi, khiến tốc độ giảm chậm lại.Xem xét một cách toàn diện, tác động kết hợp của cả hai dẫn đến sự gia tăng tỷ lệ gấp.

2.4 Ảnh hưởng của HPMC đến kích thước lỗ xốp của vữa

Đường cong phân bố kích thước lỗ rỗng của bốn nhóm mẫu A, B, C và D được đo bằng phép đo độ xốp xâm nhập thủy ngân.

Theo đường cong phân bố kích thước lỗ rỗng, dữ liệu phân bố kích thước lỗ rỗng và các thông số thống kê khác nhau của mẫu AD, HPMC có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc lỗ rỗng của vữa xi măng:

(1) Sau khi thêm HPMC, kích thước lỗ rỗng của vữa xi măng tăng lên đáng kể.Trên đường cong phân bố kích thước lỗ rỗng, diện tích hình ảnh di chuyển sang phải và giá trị lỗ rỗng tương ứng với giá trị cực đại trở nên lớn hơn.Cũng từ số liệu thống kê về phân bố kích thước lỗ rỗng và kích thước lỗ trung bình trong kết quả thử nghiệm của các thông số thống kê khác nhau, có thể thấy rằng kích thước lỗ trung bình của vữa xi măng sau khi thêm HPMC lớn hơn đáng kể so với mẫu trắng, và trong mẫu với liều lượng 0,3% Khẩu độ giá trị cao hơn 2 bậc so với mẫu trắng.

(2) Wu Zhongwei và cộng sự.chia các lỗ chân lông trong bê tông thành bốn loại, đó là những lỗ chân lông vô hại (≤20 nm), ít lỗ chân lông có hại (20–100 nm), lỗ chân lông có hại (100–200 nm) và nhiều lỗ chân lông có hại (≥200nm).200nm).Từ dữ liệu thống kê phân bố kích thước lỗ chân lông và kết quả kiểm tra các thông số thống kê khác nhau, có thể thấy rằng số lượng lỗ chân lông vô hại hoặc lỗ chân lông ít gây hại giảm đáng kể và số lượng lỗ chân lông có hại hoặc lỗ chân lông có hại hơn tăng lên sau khi thêm HPMC.Các lỗ rỗng vô hại hoặc ít độc hại hơn của mẫu không có HPMC là khoảng 49,4%, và các lỗ chân lông vô hại hoặc ít độc hại hơn sẽ giảm đáng kể sau khi thêm HPMC.Lấy liều lượng 0,1% làm ví dụ, lỗ chân lông vô hại hoặc ít gây hại sẽ giảm khoảng 45%., số lượng lỗ chân lông có hại lớn hơn 10μm tăng khoảng 9 lần.

3) Đường kính lỗ rỗng trung bình, đường kính lỗ rỗng trung bình, thể tích lỗ rỗng riêng và diện tích bề mặt riêng không tuân theo quy tắc thay đổi rất nghiêm ngặt khi hàm lượng HPMC tăng lên, có thể liên quan đến sự phân tán lớn của việc chọn mẫu trong thử nghiệm phun thủy ngân.Nhưng nhìn chung, đường kính lỗ rỗng trung bình, đường kính lỗ trung bình và thể tích lỗ rỗng riêng của mẫu trộn HPMC có xu hướng tăng so với mẫu trắng, trong khi diện tích bề mặt riêng giảm.

3. Kết luận

(1) Tỷ lệ giữ nước của vữa tăng khi hàm lượng HPMC tăng.Đường cong của ete xenlulo có độ nhớt 100, 150 và 200 Pa·S về cơ bản là giống nhau và tỷ lệ giữ nước lớn hơn 93% khi hàm lượng 0,15%.Khi hàm lượng 40 Pa·s ete cellulose lớn hơn 0,15%, tỷ lệ giữ nước thấp hơn so với ba loại HPMC độ nhớt còn lại.

(2) Mật độ vữa giảm dần khi tăng hàm lượng HPMC và hàm lượng là 0,05%.Mật độ giảm rõ rệt nhất ở mức 0,20%, khoảng 20%;khi hàm lượng vượt quá 0,20% thì mật độ hầu như không thay đổi;hàm lượng không khí của vữa tăng khi hàm lượng HPMC tăng.

(3) Hàm lượng HPMC tăng lên rõ ràng sẽ làm giảm tính chất cơ học của vữa xi măng, nhưng tỷ lệ gấp tương ứng của vữa sẽ tăng lên và độ dẻo của vữa sẽ trở nên tốt hơn.

(4) Sau khi thêm HPMC, kích thước lỗ rỗng của vữa tăng lên đáng kể, tỷ lệ lỗ chân lông có hại và nhiều lỗ chân lông có hại tăng lên đáng kể.Mẫu có hàm lượng HPMC 0,1% giảm khoảng 45% so với mẫu trắng không có hoặc ít lỗ chân lông gây hại và số lượng lỗ chân lông có hại lớn hơn 10μm tăng khoảng 9 lần.