Ontzwavelingsgips is het rookgas dat ontstaat bij de verbranding van zwavelhoudende brandstoffen (steenkool, aardolie), industrieel vast afval dat ontstaat tijdens het ontzwavelingsproces en hemihydraatgips (chemische formule CaSO4·0,5H2O). De prestaties zijn vergelijkbaar met die van natuurlijk bouwgips. Daarom zijn er steeds meer onderzoeken en toepassingen waarbij ontzwavelingsgips in plaats van natuurlijk gips wordt gebruikt voor de productie van zelfnivellerende materialen. Organische polymeeradditieven zoals waterreducerende middelen, waterretentiemiddelen en vertragers zijn essentiële functionele componenten in de samenstelling van zelfnivellerende mortelmaterialen. De interactie en het mechanisme van deze twee met cementachtige materialen zijn een punt van aandacht. Vanwege de kenmerken van het vormingsproces is de fijnheid van ontzwaveld gips klein (de deeltjesgrootte ligt voornamelijk tussen 40 en 60 μm) en is de poedergradatie onredelijk, waardoor de reologische eigenschappen van ontzwaveld gips slecht zijn en de mortel die ermee wordt bereid vaak gemakkelijker ontmengt. Ontmenging, stratificatie en uitbloeding treden op. Cellulose-ether is de meest gebruikte hulpstof in mortel en de combinatie met waterreducerende middelen is een belangrijke garantie voor het realiseren van de algehele prestaties van zelfnivellerende materialen op basis van ontzwaveld gips, zoals bouwprestaties en latere mechanische en duurzaamheidsprestaties.
In dit artikel wordt de vloeibaarheidswaarde gebruikt als controle-index (spreidingsgraad 145 mm±5 mm), met de nadruk op de impact van het gehalte aan cellulose-ether en het molecuulgewicht (viscositeitswaarde) op het waterverbruik van zelfnivellerende materialen op basis van ontzwaveld gips, het verlies aan vloeibaarheid in de loop van de tijd en de coagulatie. De wet van invloed van basiseigenschappen zoals tijd en vroege mechanische eigenschappen; test tegelijkertijd de wet van invloed van cellulose-ether op de warmteafgifte en warmteafgiftesnelheid van hydratatie van ontzwaveld gips, analyseer de invloed ervan op het hydratatieproces van ontzwaveld gips en bespreek in eerste instantie de compatibiliteit van dit type toevoeging met ontzwavelingsgipsgelsysteem.
1. Grondstoffen en testmethoden
1.1 Grondstoffen
Gipspoeder: ontzwaveld gipspoeder geproduceerd door een bedrijf in Tangshan. De belangrijkste minerale samenstelling is gipshemihydraat. De chemische samenstelling ervan is weergegeven in Tabel 1 en de fysieke eigenschappen zijn weergegeven in Tabel 2.
afbeelding
afbeelding
Tot de additieven behoren: cellulose-ether (hydroxypropylmethylcellulose, afgekort HPMC); superplastificeerder WR; antischuimmiddel B-1; herdispergeerbaar EVA-latexpoeder S-05. Deze zijn allemaal commercieel verkrijgbaar.
Aggregaat: natuurlijk rivierzand, zelfgemaakt fijn zand gezeefd door een zeef van 0,6 mm.
1.2 Testmethode
Vaste ontzwavelingsgips: zand: water = 1:0,5:0,45, geschikte hoeveelheid andere hulpstoffen, vloeibaarheid als controle-index (expansie 145 mm ± 5 mm), door aanpassing van het waterverbruik, respectievelijk gemengd met cementachtige materialen (ontzwavelingsgips + cement) 0, 0,5‰, 1,0‰, 2,0‰, 3,0‰ cellulose-ether (HPMC-20.000); Om de dosering van cellulose-ether verder vast te stellen op 1‰, kiest men HPMC-20.000, HPMC-40.000, HPMC-75.000 en HPMC-100.000 hydroxypropylmethylcellulose-ethers met verschillende molecuulgewichten (de corresponderende getallen zijn respectievelijk H2, H4, H7,5 en H10) om de dosering en het molecuulgewicht (viscositeitswaarde) van cellulose-ether te bestuderen. De impact van de veranderingen op de eigenschappen van zelfnivellerende mortel op gipsbasis en de invloed van beide op de vloeibaarheid, uithardingstijd en vroege mechanische eigenschappen van het ontzwavelde zelfnivellerende mortelmengsel van gips worden besproken. De specifieke testmethode wordt uitgevoerd in overeenstemming met de vereisten van GB/T 17669.3-1999 "Bepaling van de mechanische eigenschappen van bouwgips".
De hydratatiewarmtetest wordt uitgevoerd met een blanco monster van ontzwaveld gips en monsters met een cellulose-ethergehalte van respectievelijk 0,5‰ en 3‰. Het gebruikte instrument is een hydratatiewarmtetester van het type TA-AIR.
2. Resultaten en analyse
2.1 Effect van het cellulose-ethergehalte op de basiseigenschappen van mortel
Met de toename van het gehalte worden de verwerkbaarheid en cohesie van de mortel aanzienlijk verbeterd, wordt het verlies aan vloeibaarheid in de loop van de tijd aanzienlijk verminderd en zijn de bouwprestaties uitstekend, en heeft de uitgeharde mortel geen delaminatiefenomeen, en zijn de oppervlaktegladheid, gladheid en esthetiek sterk verbeterd. Tegelijkertijd nam het waterverbruik van de mortel om dezelfde vloeibaarheid te bereiken aanzienlijk toe. Bij 5‰ nam het waterverbruik toe met 102% en werd de uiteindelijke uithardingstijd met 100 minuten verlengd, wat 2,5 keer zo hoog was als die van het blanco monster. De vroege mechanische eigenschappen van de mortel namen aanzienlijk af met de toename van het cellulose-ethergehalte. Toen het cellulose-ethergehalte 5‰ was, namen de buigsterkte en druksterkte na 24 uur af tot respectievelijk 18,75% en 11,29% van het blanco monster. De druksterkte is respectievelijk 39,47% en 23,45% van het blanco monster. Het is opmerkelijk dat met de toename van de hoeveelheid waterretentiemiddel ook de bulkdichtheid van de mortel aanzienlijk afnam, van 2069 kg/m³ bij 0°C tot 1747 kg/m³ bij 5°C, een afname van 15,56%. De dichtheid van de mortel neemt af en de porositeit neemt toe, wat een van de redenen is voor de duidelijke afname van de mechanische eigenschappen van de mortel.
Cellulose-ether is een niet-ionisch polymeer. De hydroxylgroepen op de cellulose-etherketen en de zuurstofatomen op de etherbinding kunnen zich verbinden met watermoleculen om waterstofbruggen te vormen, waardoor vrij water wordt omgezet in gebonden water en zo een rol speelt bij waterretentie. Macroscopisch manifesteert dit zich als een toename van de cohesie van de slurry [5]. De toename van de viscositeit van de slurry zal niet alleen het waterverbruik verhogen, maar ook zal de opgeloste cellulose-ether worden geadsorbeerd aan het oppervlak van gipsdeeltjes, waardoor de hydratatiereactie wordt belemmerd en de uithardingstijd wordt verlengd; tijdens het roeren zullen ook een groot aantal luchtbellen worden geïntroduceerd. Er zullen holtes ontstaan naarmate de mortel uithardt, wat uiteindelijk de sterkte van de mortel vermindert. Rekening houdend met het unilaterale waterverbruik van het mortelmengsel, de bouwprestaties, de uithardingstijd en mechanische eigenschappen, en de latere duurzaamheid, enz., mag het gehalte aan cellulose-ether in zelfnivellerende mortel op basis van ontzwavelde gips niet meer dan 1‰ bedragen.
2.2 Het effect van het molecuulgewicht van cellulose-ether op de prestaties van mortel
Doorgaans geldt: hoe hoger de viscositeit en hoe fijner de fijnheid van cellulose-ether, hoe beter de waterretentie en de bindingssterkte. De prestaties worden negatief beïnvloed. Daarom werd de invloed van cellulose-ethers met verschillende molecuulgewichten op de basiseigenschappen van zelfnivellerende mortelmaterialen op gipsbasis verder getest. De waterbehoefte van de mortel nam enigszins toe, maar had geen duidelijk effect op de uithardingstijd en vloeibaarheid. Tegelijkertijd vertoonden de buig- en druksterkte van mortel in verschillende toestanden een dalende trend, maar de daling was veel minder dan de invloed van het cellulose-ethergehalte op de mechanische eigenschappen. Kortom, de toename van het molecuulgewicht van cellulose-ether heeft geen duidelijk effect op de prestaties van mortelmengsels. Gezien het gemak van de constructie, zouden laagviskeuze en laagmoleculaire cellulose-ethers moeten worden gekozen als zelfnivellerende materialen op gipsbasis.
2.3 Effect van cellulose-ether op de hydratatiewarmte van ontzwavelde gips
Met de toename van het gehalte aan cellulose-ether nam de exotherme hydratatiepiek van ontzwavelde gips geleidelijk af en werd de piekpositie enigszins vertraagd, terwijl de exotherme hydratatiewarmte afnam, maar niet duidelijk. Dit toont aan dat cellulose-ether de hydratatiesnelheid en hydratatiegraad van ontzwavelde gips tot op zekere hoogte kan vertragen. De dosering mag daarom niet te hoog zijn en moet binnen 1‰ worden gecontroleerd. Te zien is dat de colloïdale film die ontstaat nadat cellulose-ether in contact komt met water, wordt geadsorbeerd aan het oppervlak van ontzwavelde gipsdeeltjes, wat de hydratatiesnelheid van gips binnen 2 uur vermindert. Tegelijkertijd vertragen de unieke waterretentie- en verdikkingseffecten de verdamping van slibwater en is dissipatie gunstig voor de verdere hydratatie van ontzwavelde gips in een later stadium. Kortom, bij een gecontroleerde dosering heeft cellulose-ether een beperkte invloed op de hydratatiesnelheid en -graad van ontzwavelde gips zelf. Tegelijkertijd zal een toename van het cellulose-ethergehalte en het molecuulgewicht de viscositeit van de slurry aanzienlijk verhogen en een uitstekende waterretentie vertonen. Om de vloeibaarheid van de zelfnivellerende mortel van ontzwavelde gips te garanderen, zal het waterverbruik aanzienlijk toenemen, wat te wijten is aan de langere uithardingstijd van de mortel. Dit is de belangrijkste reden voor de afname van de mechanische eigenschappen.
3. Conclusie
(1) Wanneer vloeibaarheid als controle-index wordt gebruikt, neemt de uithardingstijd van zelfnivellerende mortel op basis van ontzwavelde gips aanzienlijk toe naarmate het gehalte aan cellulose-ether toeneemt, en nemen de mechanische eigenschappen aanzienlijk af; vergeleken met het gehalte heeft het molecuulgewicht van cellulose-ether weinig effect op de bovengenoemde eigenschappen van de mortel. Alles bij elkaar genomen, dient cellulose-ether te worden gekozen met een laag molecuulgewicht (viscositeitswaarde lager dan 20.000 Pa·s) en moet de dosering binnen 1‰ van het cementmateriaal worden gehouden.
(2) De testresultaten van de hydratatiewarmte van ontzwavelde gips tonen aan dat cellulose-ether binnen het kader van deze test een beperkte invloed heeft op de hydratatiesnelheid en het hydratatieproces van ontzwavelde gips. De toename van het waterverbruik en de afname van de bulkdichtheid zijn de belangrijkste redenen voor de afname van de mechanische eigenschappen van mortel op basis van ontzwavelde gips.
Geplaatst op: 8 mei 2023