تحقیق و پیشرفت سلولز اصلاح شده در ملات

ملات های مخلوط خشک مانند ملات معمولی مخلوط خشک، ملات عایق دیوار خارجی، ملات خود تراز و ملات ضد آب به بخش مهمی از مصالح ساختمانی بر پایه سیمان تبدیل شده اند. اتر سلولز مشتقی از اتر سلولز طبیعی است و یک افزودنی اصلاح شده مهم برای انواع ملات مخلوط خشک است. عملکردهای کند کننده، احتباس آب، ضخیم شدن، حباب هوا و اتصال را ایفا می کند.

نقش سلولز در ملات عمدتاً در بهبود کارایی ملات و اطمینان از هیدراتاسیون سیمان در ملات منعکس می شود. بهبود کارایی ملات عمدتاً در جنبه هایی مانند حفظ آب، مقاومت در برابر افتادگی و زمان باز شدن منعکس می شود. مزایای اجتماعی و اقتصادی مهمی به ویژه در حصول اطمینان از کاردینگ ملات لایه نازک، گچ کاری روکش ملات و افزایش سرعت ساخت ملات چسباننده ویژه دارد.

اگرچه کارهای تحقیقاتی زیادی روی سلولز در ملات انجام شده و نتایج قابل توجهی در ملات اصلاح شده با سلولز به دست آمده است، اما هنوز هم کاستی هایی در تعامل بین اترهای سلولزی و سیمان، سنگدانه ها و ماتریس در محیط های خاص وجود دارد. بدین منظور، این مقاله بر اساس جمع بندی تحقیقات مربوطه، دما و سازگاری اتر سلولز اصلاح شده با سایر افزودنی ها را بیشتر مورد بررسی قرار می دهد.

Types of cellulose ethers

انواع زیادی از اترهای سلولزی وجود دارد و تقریباً همه آنها وجود دارد. به طور کلی می توان آنها را با توجه به خواص یونیزاسیون به دو دسته تقسیم کرد: یونی و غیر یونی. در مواد مبتنی بر سیمان، اترهای سلولز یونی، مانند کربوکسی متیل سلولز (CMC)، با Ca2+ رسوب می‌کنند و ناپایدار می‌شوند، بنابراین به ندرت مورد استفاده قرار می‌گیرند. اترهای سلولز غیریونی را می توان بر اساس (1) ویسکوزیته محلول آبی استاندارد (2) نوع جایگزین (3) درجه جایگزینی (4) ساختار فیزیکی (5) خواص حلالیت و غیره طبقه بندی کرد.

خواص اترهای سلولزی عمدتاً به نوع، تعداد و توزیع جانشین ها بستگی دارد، بنابراین اترهای سلولزی معمولاً بر اساس نوع جانشین ها تقسیم می شوند. به عنوان مثال، متیل سلولز اتر (MC) محصولی است که در آن گروه هیدروکسیل روی واحد گلوکز سلولز طبیعی با یک گروه متوکسی جایگزین می شود و اتر هیدروکسی پروپیل متیل سلولز (HPMC) محصولی است که در آن گروه هیدروکسیل با یک گروه متوکسی و یک گروه هیدروکسی پروپیل جایگزین می شود. بیش از 90 درصد از اترهای سلولزی مورد استفاده در حال حاضر عمدتاً متیل هیدروکسی پروپیل سلولز اتر (HPMC) و اتر متیل هیدروکسی اتیل سلولز (MHEC) هستند.

نقش سلولز در ملات

نقش سلولز در ملات عمدتاً در سه جنبه زیر منعکس می شود: ظرفیت نگهداری آب عالی، تأثیر بر قوام ملات و تیکسوتروپی، و تنظیم رئولوژی.

احتباس آب اتر سلولز نه تنها می تواند زمان باز شدن و فرآیند انعقاد سیستم ملات را تنظیم کند، در نتیجه زمان عملکرد سیستم را تنظیم می کند، بلکه از جذب سریع آب بیش از حد مواد پایه جلوگیری می کند و مانع از تبخیر آب می شود تا از آزاد شدن تدریجی آب در هنگام هیدراته شدن سیمان اطمینان حاصل شود. حفظ آب سلولز عمدتاً به مقدار سلولز اضافه شده، ویسکوزیته، ظرافت و دمای محیط استفاده مربوط می شود. اثر حفظ آب سلولز اصلاح شده به جذب آب لایه پایه، ضخامت لایه ترکیب ملات، نیاز آب و زمان گیرش ماده سیمانی بستگی دارد.

نیاز آبی سیستم ملات یک پارامتر مهم است. نیاز اولیه آب و خروجی ملات مربوطه به فرمول ملات بستگی دارد و ترکیب سلولز می تواند به طور موثر تقاضای آب و خروجی ملات را تنظیم کند. در بسیاری از سیستم های مصالح ساختمانی، از سلولز به عنوان غلیظ کننده برای تنظیم قوام سیستم استفاده می شود. اثر غلیظ شدن سلولز به درجه پلیمریزاسیون سلولز، غلظت محلول، سرعت برش، دما و سایر شرایط بستگی دارد. محلول های آبی سلولز با ویسکوزیته بالا تیکسوتروپی بالایی دارند. هنگامی که دما افزایش می یابد، یک ژل ساختاری تشکیل می شود و جریان تیکسوتروپیک بالا رخ می دهد.

افزودن سلولز می تواند به طور موثر رئولوژی سیستم مصالح ساختمانی را تنظیم کند، در نتیجه عملکرد کار را بهبود می بخشد و باعث می شود ملات کارایی بهتر و خواص ضد افتادگی بهتری داشته باشد. این خواص باعث می شود ملات تراز شود و عمل آوری آسان تر شود.

سلولز اصلاح شده علاوه بر عملکرد خوب ملات، می تواند گرمای هیدراتاسیون اولیه سیمان را کاهش داده و فرآیند دینامیک هیدراتاسیون سیمان را به تاخیر بیندازد. بر اساس موارد مختلف استفاده از ملات، در روش های ارزیابی عملکرد آن نیز تفاوت هایی وجود دارد.

سازگاری سلولز اصلاح شده با سایر مواد افزودنی در ملات

سلولز معمولاً همراه با سایر افزودنی ها در ملات مخلوط خشک مانند کف زدا، کاهنده آب، پودر لاستیک و غیره استفاده می شود که هر یک از این اجزا نقش متفاوتی در ملات دارند. مطالعه سازگاری سلولز اصلاح شده با سایر مواد افزودنی پیش نیاز استفاده بهینه از این اجزا است.

عوامل کاهنده آب اصلی مورد استفاده در ملات مخلوط خشک عبارتند از: کازئین، عامل کاهنده آب بر پایه لیگنین، عامل کاهنده آب بر پایه نفتالین، میعانات ملامین فرمالدئید و عامل کاهنده آب پلی کربوکسیلیک اسید. فوق روان کننده پلی کربوکسیلات (PCE) آخرین فناوری توسعه یافته با راندمان بالا و بدون انتشار فرمالدئید است. از آنجایی که اترهای سلولزی هنگام ترکیب با عوامل کاهش دهنده آب مبتنی بر نفتالین معمولاً آگلومره می شوند و باعث می شوند مخلوط بتن کارایی خود را از دست بدهد، لازم است از عوامل کاهنده آب با راندمان بالا غیر نفتالین در مهندسی استفاده شود. اگرچه مطالعاتی در مورد اثر ترکیبی سلولز اصلاح شده و مواد افزودنی مختلف انجام شده است، اما به دلیل تعداد زیاد مواد افزودنی مختلف و انواع سلولز و تحقیقات زیاد در مورد مکانیسم برهمکنش، هنوز سوء تفاهمات زیادی در حین استفاده وجود دارد و تعداد زیادی آزمایش برای بهینه سازی آنها مورد نیاز است.