Aplikasi pelbagai fungsi hidroksietil metil selulosa (HEMC) dalam bidang pembinaan

1. Ciri-ciri dan kebolehgunaan pembinaan HEMC

Hydroxyethyl methyl cellulose (HEMC) i s terbitan selulosa yang diperoleh melalui tindak balas pengeteran selulosa semula jadi dengan etilena oksida dan metil klorida selepas rawatan pengalkalian. Struktur molekulnya mengandungi dua kumpulan eterifikasi, hidroksietil dan metil. Struktur kimia khas ini memberikan HEMC satu siri sifat yang sangat baik, menjadikannya sangat sesuai untuk aplikasi pembinaan. HEMC ialah polimer bukan ionik, yang bermaksud prestasinya tidak dipengaruhi oleh nilai pH dan boleh kekal stabil dalam persekitaran berasid dan beralkali. Ciri ini amat penting untuk bahan berasaskan simen kerana proses penghidratan simen akan mengalami persekitaran yang berubah daripada alkali kuat kepada neutral.

Keterlarutan air HEMC adalah salah satu ciri terasnya. Berbanding dengan metil selulosa (MC) biasa, disebabkan pengenalan hidroksietil, HEMC mempunyai julat kebolehsuaian suhu yang lebih luas, larut dalam air sejuk dan panas, dan larutan tidak akan menghasilkan gel atau pemendakan akibat perubahan suhu. Ciri ini memastikan kestabilan prestasi bahan binaan di bawah keadaan iklim yang berbeza. Penyelesaian HEMC mempunyai pelbagai kelikatan, daripada kelikatan rendah kepada kelikatan ultra tinggi, yang menyediakan pilihan fleksibel untuk aplikasi pembinaan yang berbeza - mortar meratakan sendiri memerlukan HEMC kelikatan rendah untuk meningkatkan kecairan, manakala mortar plaster memerlukan HEMC kelikatan tinggi untuk meningkatkan sifat anti-kendur.

Dari perspektif alam sekitar, HEMC memenuhi sepenuhnya keperluan industri pembinaan moden untuk bahan hijau. Ia menggunakan selulosa semulajadi sebagai bahan mentah, tidak mempunyai produk sampingan toksik dalam proses pengeluaran, dan produk siap adalah biodegradasi dan mesra alam. Ciri ini membolehkannya mengekalkan daya saing pasaran di bawah peraturan alam sekitar yang semakin ketat dan membantu industri pembinaan mencapai matlamat pembangunan mampan. Biokeserasian HEMC juga menghapuskan risiko kesihatan untuk pekerja pembinaan dan isu keselamatan dalam penggunaan pembinaan kemudian, yang merupakan kelebihan yang tidak dapat dipadankan oleh banyak bahan tambahan polimer sintetik.

Fleksibiliti HEMC dicerminkan dalam fakta bahawa satu bahan tambahan boleh mencapai pelbagai peningkatan prestasi pada masa yang sama. Dalam bahan binaan, HEMC bukan sahaja boleh menebal dan mengekalkan air, tetapi juga memasukkan udara, tetapan perlahan dan meningkatkan ikatan. Ciri "satu dos, pelbagai kesan" ini memudahkan reka bentuk formulasi dan mengurangkan kos pengeluaran. Sebagai contoh, dalam pelekat jubin, HEMC menyediakan tiga fungsi utama: pengekalan air (memastikan penghidratan penuh simen), penebalan (menghalang jubin daripada tergelincir ke bawah) dan memanjangkan masa buka (memudahkan pelarasan kedudukan).

HEMC mempunyai keserasian yang baik dengan bahan tambahan kimia bangunan lain dan boleh digunakan bersama dengan pelbagai bahan tambah seperti pengurang air, penyahbuih, serbuk lateks, dan lain-lain tanpa kesan antagonis. Kesan sinergistik ini membolehkan perumus bahan binaan mengawal sifat bahan dengan tepat untuk memenuhi keperluan kejuruteraan yang berbeza.

2. Mekanisme teras HEMC dalam bahan binaan

Asas fizikokimia untuk pelbagai fungsi hidroksietil metilselulosa dalam bahan binaan berpunca daripada struktur molekulnya yang unik dan tingkah laku penghidratan. Apabila serbuk HEMC bersentuhan dengan air, ikatan hidroksil (-OH) dan eter (-O-) pada rantai molekulnya serta-merta membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air. Daya antara molekul yang kuat ini adalah punca semua sifat aplikasi HEMC. Apabila proses pembubaran berjalan, rantai molekul HEMC secara beransur-ansur terbentang dan membentuk struktur rangkaian tiga dimensi, menukar air bebas kepada air terikat, dengan itu meningkatkan dengan ketara kelikatan dan kapasiti pengekalan air sistem. Perubahan struktur mikro ini secara langsung dicerminkan dalam peningkatan prestasi bahan binaan makroskopik.

Mekanisme pengekalan air adalah salah satu mekanisme tindakan HEMC yang paling penting. Dalam bahan berasaskan simen, HEMC mencapai fungsi pengekalan air dalam dua cara: satu ialah molekul HEMC membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air untuk menukar air bebas menjadi air terikat; yang lain ialah struktur rangkaian yang dibentuk oleh keterjeratan rantai makromolekul HEMC secara fizikal menghalang penghijrahan air. Kajian telah menunjukkan bahawa walaupun 0.1%-0.3% HEMC (mengikut berat serbuk kering) ditambah, kadar pengekalan air mortar boleh ditingkatkan daripada 70% kepada lebih daripada 95%, yang memastikan simen boleh terhidrat sepenuhnya pada substrat kering atau berliang untuk mengelakkan kehilangan kekuatan akibat kekurangan air. Kesan pengekalan air HEMC dipengaruhi oleh banyak faktor: pada dos yang sama, lebih tinggi kelikatan HEMC, lebih baik pengekalan air; peningkatan suhu ambien akan mengurangkan kesan pengekalan air; dan dos yang sesuai (biasanya 0.1%-0.5%) boleh mencapai kadar pengekalan air yang ideal. Walaupun meningkatkan lagi dos boleh meningkatkan pengekalan air, prestasi kos menurun.

Kesan penebalan dan thixotropic HEMC mengubah sifat reologi bahan binaan. Penyelesaian HEMC mempunyai ciri penipisan ricih yang jelas - kelikatan berkurangan pada kadar ricih yang tinggi untuk mengacau atau menggunakan, yang sesuai untuk operasi pembinaan; semasa ia memulihkan kelikatan yang tinggi dalam keadaan ricih statik atau rendah untuk mengelakkan bahan daripada mengendur atau mendapan. Ciri tindak balas pintar ini menjadikan HEMC sangat sesuai untuk mortar plaster dan pelekat jubin untuk pembinaan permukaan menegak. Kesan penebalan terutamanya bergantung pada berat molekul dan kepekatan HEMC - lebih besar berat molekul dan lebih tinggi kepekatan, lebih ketara kesan pemekatan. Walau bagaimanapun, kelikatan yang terlalu tinggi akan menjejaskan prestasi pembinaan, jadi adalah perlu untuk memilih produk HEMC dengan kelikatan yang sesuai mengikut aplikasi yang berbeza.

Sebagai surfaktan, HEMC mempamerkan dua ciri dalam bahan berasaskan simen: kumpulan hidrofilik (kumpulan hidroksil dan ikatan eter) dan kumpulan hidrofobik (kumpulan metil dan cincin glukosa) dalam molekul menjadikannya aktif permukaan, yang boleh mengurangkan ketegangan permukaan air dan memperkenalkan buih halus. Gelembung ini bertindak sebagai "galas bebola" dalam mortar, meningkatkan kelancaran pembinaan dan meningkatkan hasil buburan bahan (peningkatan volum). Walau bagaimanapun, terlalu banyak buih akan mengurangkan kekuatan badan yang mengeras, jadi selalunya perlu menggunakannya bersama-sama dengan defoamer untuk mencapai struktur liang terbaik. Kemasukan udara HEMC biasanya antara 5% dan 15%, yang sangat dipengaruhi oleh dos, kaedah pencampuran dan bahan tambahan lain.

HEMC mempunyai kesan melambatkan yang ketara pada proses penghidratan simen, yang mempunyai kedua-dua kelebihan dan kekurangan. Molekul HEMC diserap pada permukaan zarah simen, menghalang sentuhan antara air dan mineral, memperlahankan kadar tindak balas penghidratan, dan memanjangkan masa penetapan. Hartanah yang melambatkan ini sangat berharga dalam pembinaan dengan suhu tinggi pada musim panas atau masa operasi yang panjang; tetapi ia mungkin menjadi kelemahan pada musim sejuk apabila suhu rendah atau memerlukan penetapan pantas. Dengan melaraskan dos HEMC (biasanya 0.05%-0.2% boleh memanjangkan masa penetapan sebanyak 1-4 jam) atau menggunakannya dengan koagulan, masa penetapan boleh dikawal dengan tepat untuk memenuhi keperluan kejuruteraan.

Mekanisme peningkatan ikatan HEMC melibatkan kedua-dua kesan fizikal dan kimia. Secara fizikal, HEMC meningkatkan kelikatan mortar dan meningkatkan kawasan sentuhan dengan substrat; secara kimia, kumpulan polar dalam molekul HEMC membentuk ikatan hidrogen dan daya van der Waals dengan permukaan bahan bukan organik. Dalam aplikasi seperti pelekat jubin dan mortar plaster, HEMC boleh meningkatkan kekuatan ikatan dengan ketara (biasanya sebanyak 20%-50%) dan mengurangkan risiko berlubang dan jatuh. Kesan peningkatan ikatan ini amat ketara pada permukaan licin atau substrat penyerapan air yang rendah (seperti jubin vitrified).

3. Prestasi penggunaan HEMC dalam mortar campuran kering

Mortar campuran kering adalah bahagian penting dalam industri pembinaan moden, dan prestasinya berkaitan secara langsung dengan kecekapan pembinaan dan kualiti projek. Hydroxyethyl methylcellulose, sebagai bahan tambahan utama dalam mortar campuran kering, terdapat dalam hampir semua formula mortar khas dan memainkan peranan yang tidak boleh ditukar ganti.

Pelekat jubin adalah salah satu kawasan paling tipikal dalam aplikasi HEMC. Dalam proses menampal jubin mortar simen tradisional, masalah seperti berlubang dan jatuh adalah perkara biasa, dan pelekat jubin dengan 0.3% -0.7% HEMC boleh menyelesaikan masalah ini sepenuhnya. HEMC membentuk struktur rangkaian tiga dimensi dalam pelekat jubin, memberikan mortar basah sifat anti-gelincir yang sangat baik. Malah jubin bersaiz besar tidak akan menggelongsor ke bawah di dinding, meningkatkan kecekapan dan keselamatan pembinaan. Pada masa yang sama, HEMC memastikan simen terhidrat sepenuhnya melalui pengekalan air. Walaupun ia dibina dalam suhu tinggi, persekitaran berangin atau pada substrat yang sangat menyerap, ia boleh membentuk struktur batu simen berkekuatan tinggi untuk mengelakkan penurunan daya ikatan akibat penghidratan yang tidak mencukupi. HEMC juga boleh memanjangkan masa terbuka pelekat jubin (biasanya lebih daripada 30 minit), memberi pekerja pembinaan masa yang cukup untuk melaraskan kedudukan jubin, yang amat penting dalam projek besar.

Sistem penebat haba luaran (ETICS) adalah satu lagi kawasan aplikasi penting untuk HEMC. Dalam sistem ini, HEMC digunakan terutamanya untuk mengikat mortar dan melepa mortar, dan jumlah tambahan biasanya 0.2%-0.5%. Fungsi pengekalan air HEMC amat kritikal di sini, kerana bahan penebat (seperti papan EPS atau bulu batu) biasanya mempunyai penyerapan air yang sangat rendah. Air dalam mortar tradisional akan menyejat atau berhijrah dengan cepat, mengakibatkan penghidratan simen tidak mencukupi. Selepas menambah HEMC, mortar juga boleh mengekalkan air yang mencukupi pada substrat penyerapan air yang rendah untuk melengkapkan tindak balas penghidratan dan memastikan kekuatan ikatan. Pada masa yang sama, peningkatan fleksibiliti yang dibawa oleh pemerangkapan udara HEMC membantu menampan tegasan haba sistem penebat dan mengurangkan risiko keretakan.

Keperluan prestasi HEMC untuk mortar meratakan sendiri adalah sangat berbeza daripada aplikasi di atas. Bahan meratakan sendiri memerlukan kebolehcairan dan keupayaan meratakan diri yang sangat baik, tetapi ia tidak boleh menyahlamina dan berdarah, yang memerlukan penggunaan HEMC berkelikatan rendah tetapi penahan air yang baik. Dalam aplikasi ini, dos HEMC biasanya rendah (0.02%-0.1%), dan ia memainkan peranan utama untuk menstabilkan sistem untuk mengelakkan zarah pepejal daripada mendap dan air terapung. Kesan sinergistik HEMC dan pengurang air amat ketara di sini - pengurang air memberikan kecairan, dan HEMC memastikan sistem seragam dan stabil. Gabungan kedua-duanya boleh mendapatkan bahan meratakan prestasi tinggi dengan kecairan lebih daripada 130mm dan kekuatan mampatan 28 hari lebih daripada 30MPa.

Pembaikan mortar adalah satu lagi kawasan aplikasi HEMC yang tidak boleh diabaikan. Projek pembaikan biasanya menghadapi cabaran seperti pengeringan substrat, bentuk kompleks dan pembangunan kekuatan pesat, dan kepelbagaian HEMC ditunjukkan sepenuhnya di sini. Dalam pembaikan kerosakan konkrit, menambah 0.3%-0.8% HEMC boleh meningkatkan kekuatan ikatan antara mortar dan konkrit lama dengan ketara (meningkat 40-100%) dan mengurangkan kecacatan antara muka. Pengekalan air HEMC memastikan bahawa air tidak akan hilang terlalu cepat semasa pembinaan pada permukaan menegak dan atas, dan kesan penetapannya yang perlahan memberikan masa operasi bahan pembaikan yang mencukupi. Untuk pembaikan cepat, masa penetapan boleh dipendekkan dengan melaraskan dos HEMC (turun kepada 0.05%-0.1%) atau menggunakannya dengan koagulan. Amalan penyelenggaraan bangunan menunjukkan bahawa hayat mortar pembaikan yang diubah suai dengan HEMC adalah 3-5 kali lebih lama daripada bahan tradisional, sekali gus mengurangkan kos penyelenggaraan.