Entschwefelungsgips ist das Rauchgas, das bei der Verbrennung schwefelhaltiger Brennstoffe (Kohle, Erdöl) entsteht, sowie fester Industrieabfall, der während des Entschwefelungsreinigungsprozesses entsteht, und Halbhydratgips (chemische Formel CaSO4·0,5H2O). Seine Leistung ist mit der von natürlichem Baugips vergleichbar. Daher wird zunehmend an der Verwendung von entschwefeltem Gips anstelle von natürlichem Gips zur Herstellung von selbstnivellierenden Materialien geforscht und dieser auch angewendet. Organische Polymerzusätze wie Wasserreduzierer, Wasserrückhaltemittel und Verzögerer sind wichtige Funktionskomponenten bei der Zusammensetzung selbstnivellierender Mörtelmaterialien. Die Wechselwirkung und der Mechanismus dieser beiden Stoffe mit zementartigen Materialien sind besondere Aufmerksamkeit wert. Aufgrund der Eigenschaften des Entstehungsprozesses ist die Feinheit des entschwefelten Gipses gering (die Partikelgröße liegt hauptsächlich zwischen 40 und 60 μm) und die Pulverkörnung unzumutbar. Daher sind die rheologischen Eigenschaften des entschwefelten Gipses schlecht und der daraus hergestellte Mörtelbrei neigt häufig zu Entmischung, Schichtung und Ausbluten. Celluloseether ist der am häufigsten verwendete Zusatzstoff in Mörtel. Seine kombinierte Verwendung mit einem Wasserreduktionsmittel ist eine wichtige Garantie für die umfassende Leistungsfähigkeit selbstnivellierender Materialien auf Basis von entschwefeltem Gips, wie z. B. Konstruktionsleistung sowie spätere mechanische Leistung und Haltbarkeit.
In dieser Arbeit wird der Fließfähigkeitswert als Kontrollindex verwendet (Ausbreitungsgrad 145 mm ± 5 mm), wobei der Schwerpunkt auf der Auswirkung des Celluloseethergehalts und des Molekulargewichts (Viskositätswert) auf den Wasserverbrauch selbstnivellierender Materialien auf Basis von entschwefeltem Gips, dem Verlust der Fließfähigkeit im Laufe der Zeit und dem Einflussgesetz grundlegender Eigenschaften wie Zeit und frühe mechanische Eigenschaften der Koagulation liegt. Gleichzeitig wird das Einflussgesetz des Celluloseethers auf die Wärmefreisetzung und Wärmefreisetzungsrate der Hydratisierung von entschwefeltem Gips getestet, sein Einfluss auf den Hydratisierungsprozess von entschwefeltem Gips analysiert und zunächst die Kompatibilität dieser Art von Zusatzmitteln mit dem Geliersystem von entschwefeltem Gips erörtert.
1. Rohstoffe und Prüfmethoden
1.1 Rohstoffe
Gipspulver: Entschwefeltes Gipspulver, hergestellt von einem Unternehmen in Tangshan. Die Hauptmineralzusammensetzung ist Halbhydratgips. Seine chemische Zusammensetzung ist in Tabelle 1 und seine physikalischen Eigenschaften in Tabelle 2 aufgeführt.
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Zu den Zusatzstoffen gehören: Celluloseether (Hydroxypropylmethylcellulose, kurz HPMC); Superplastifizierer WR; Entschäumer B-1; EVA-Redispersionslatexpulver S-05, die alle im Handel erhältlich sind.
Zuschlagstoff: natürlicher Flusssand, selbst hergestellter Feinsand, durch ein 0,6 mm Sieb gesiebt.
1.2 Prüfverfahren
Fester Entschwefelungsgips: Sand: Wasser = 1:0,5:0,45, entsprechende Menge anderer Zusatzstoffe, Fließfähigkeit als Kontrollindex (Ausdehnung 145 mm ± 5 mm), durch Anpassen des Wasserverbrauchs, jeweils gemischt mit zementartigen Materialien (Entschwefelungsgips + Zement) 0, 0,5 ‰, 1,0 ‰, 2,0 ‰, 3,0 ‰ Celluloseether (HPMC-20.000); Legen Sie die Dosierung des Celluloseethers weiter auf 1 ‰ fest und wählen Sie HPMC-20.000, HPMC-40.000, HPMC-75.000 und HPMC-100.000 Hydroxypropylmethylcelluloseether mit unterschiedlichen Molekulargewichten (die entsprechenden Zahlen sind H2, H4, H7,5 bzw. H10), um die Dosierung und das Molekulargewicht (Viskositätswert) des Celluloseethers zu untersuchen. Die Auswirkung der Änderungen auf die Eigenschaften von selbstnivellierendem Mörtel auf Gipsbasis und der Einfluss der beiden auf die Fließfähigkeit, Abbindezeit und frühen mechanischen Eigenschaften der selbstnivellierenden Mörtelmischung aus entschwefeltem Gips werden diskutiert. Das spezifische Testverfahren wird gemäß den Anforderungen von GB/T 17669.3-1999 „Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Baugips“ durchgeführt.
Der Hydratationswärmetest wird mit einer Blindprobe aus entschwefeltem Gips und Proben mit einem Celluloseethergehalt von 0,5 ‰ bzw. 3 ‰ durchgeführt. Als Gerät wird ein Hydratationswärmetester vom Typ TA-AIR verwendet.
2. Ergebnisse und Analyse
2.1 Einfluss des Celluloseethergehalts auf die Grundeigenschaften von Mörtel
Mit zunehmendem Gehalt verbessern sich Verarbeitbarkeit und Kohäsion des Mörtels deutlich, der Verlust an Fließfähigkeit über die Zeit wird deutlich reduziert und die Konstruktionsleistung wird ausgezeichneter, der ausgehärtete Mörtel zeigt keine Delaminationserscheinungen und die Oberflächenglätte, Glätte und Ästhetik werden stark verbessert. Gleichzeitig erhöht sich der Wasserverbrauch des Mörtels, um die gleiche Fließfähigkeit zu erreichen, deutlich. Bei 5 ‰ erhöht sich der Wasserverbrauch um 102 %, und die endgültige Abbindezeit verlängerte sich um 100 min, was dem 2,5-fachen der Blindprobe entspricht. Die anfänglichen mechanischen Eigenschaften des Mörtels nehmen mit zunehmendem Gehalt an Celluloseether deutlich ab. Bei einem Celluloseethergehalt von 5 ‰ verringerten sich die Biegefestigkeit und die Druckfestigkeit nach 24 h auf 18,75 % bzw. 11,29 % der Blindprobe. Die Druckfestigkeit beträgt 39,47 % bzw. 23,45 % der Blindprobe. Es ist zu beachten, dass mit zunehmender Wasserrückhaltemittelmenge auch die Schüttdichte des Mörtels deutlich abnahm, von 2069 kg/m³ bei 0 auf 1747 kg/m³ bei 5 ‰, was einer Abnahme von 15,56 % entspricht. Die Dichte des Mörtels nimmt ab und die Porosität nimmt zu, was einer der Gründe für die deutliche Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Mörtels ist.
Celluloseether ist ein nichtionisches Polymer. Die Hydroxygruppen der Celluloseetherkette und die Sauerstoffatome der Etherbindung können sich mit Wassermolekülen verbinden und Wasserstoffbrücken bilden. Dadurch wird freies Wasser in gebundenes Wasser umgewandelt, was die Wasserspeicherung fördert. Makroskopisch zeigt sich dies in einer erhöhten Kohäsion der Schlämme [5]. Die erhöhte Viskosität der Schlämme führt nicht nur zu einem höheren Wasserverbrauch, sondern auch zur Adsorption des gelösten Celluloseethers an der Oberfläche der Gipspartikel, was die Hydratationsreaktion behindert und die Abbindezeit verlängert. Beim Rühren entstehen zudem zahlreiche Luftblasen. Beim Aushärten des Mörtels bilden sich Hohlräume, die letztendlich seine Festigkeit verringern. Unter Berücksichtigung des Wasserverbrauchs der Mörtelmischung, der Baueigenschaften, der Abbindezeit, der mechanischen Eigenschaften und der späteren Haltbarkeit sollte der Celluloseethergehalt in selbstnivellierendem Mörtel auf Basis von entschwefeltem Gips 1 ‰ nicht überschreiten.
2.2 Der Einfluss des Molekulargewichts von Celluloseether auf die Leistung von Mörtel
Normalerweise gilt: Je höher die Viskosität und je feiner die Feinheit des Celluloseethers, desto besser die Wasserspeicherung und desto höher die Bindefestigkeit. Die Leistung wird jedoch negativ beeinflusst. Daher wurde der Einfluss von Celluloseethern mit unterschiedlichem Molekulargewicht auf die grundlegenden Eigenschaften von selbstnivellierenden Mörtelmaterialien auf Gipsbasis weiter untersucht. Der Wasserbedarf des Mörtels stieg bis zu einem gewissen Grad an, hatte jedoch keine erkennbaren Auswirkungen auf die Abbindezeit und das Fließvermögen. Gleichzeitig zeigten die Biegezug- und Druckfestigkeiten des Mörtels in verschiedenen Zuständen einen Abwärtstrend, der Rückgang war jedoch weitaus geringer als der Einfluss des Celluloseethergehalts auf die mechanischen Eigenschaften. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Erhöhung des Molekulargewichts von Celluloseether keine erkennbaren Auswirkungen auf die Leistung von Mörtelmischungen hat. In Anbetracht der Zweckmäßigkeit der Konstruktion sollten als selbstnivellierende Materialien auf Gipsbasis Celluloseether mit niedriger Viskosität und geringem Molekulargewicht ausgewählt werden.
2.3 Einfluss von Celluloseether auf die Hydratationswärme von entschwefeltem Gips
Mit zunehmendem Celluloseethergehalt nimmt der exotherme Hydratisierungspeak des entschwefelten Gipses allmählich ab, und der Zeitpunkt des Erreichens des Peaks verzögert sich leicht, während die exotherme Hydratisierungswärme abnimmt, jedoch nicht offensichtlich. Dies zeigt, dass Celluloseether die Hydratisierungsrate und den Hydratisierungsgrad von entschwefeltem Gips bis zu einem gewissen Grad verzögern kann. Die Dosierung sollte daher nicht zu hoch sein und auf 1 ‰ genau kontrolliert werden. Es ist ersichtlich, dass der kolloidale Film, der sich bildet, wenn Celluloseether auf Wasser trifft, auf der Oberfläche der entschwefelten Gipspartikel adsorbiert, wodurch die Hydratisierungsrate des Gipses vor 2 Stunden reduziert wird. Gleichzeitig verzögert seine einzigartige Wasserrückhalte- und Verdickungswirkung die Verdunstung des Schlammwassers, und seine Ableitung wirkt sich günstig auf die weitere Hydratisierung des entschwefelten Gipses im späteren Stadium aus. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Celluloseether bei kontrollierter Dosierung nur einen begrenzten Einfluss auf die Hydratationsrate und den Hydratationsgrad des entschwefelten Gipses selbst hat. Gleichzeitig führt eine Erhöhung des Celluloseethergehalts und des Molekulargewichts zu einer deutlichen Erhöhung der Viskosität der Aufschlämmung und einer hervorragenden Wasserrückhaltefähigkeit. Um die Fließfähigkeit des selbstnivellierenden Mörtels aus entschwefeltem Gips zu gewährleisten, erhöht sich der Wasserverbrauch aufgrund der längeren Abbindezeit des Mörtels deutlich. Dies ist der Hauptgrund für die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften.
3. Fazit
(1) Bei Verwendung der Fließfähigkeit als Kennwert verlängert sich die Abbindezeit von selbstnivellierendem Mörtel auf Basis von entschwefeltem Gips mit steigendem Celluloseethergehalt deutlich, und die mechanischen Eigenschaften nehmen deutlich ab. Im Vergleich zum Gehalt hat die Erhöhung des Molekulargewichts des Celluloseethers kaum Auswirkungen auf die oben genannten Mörteleigenschaften. Insgesamt sollte Celluloseether mit niedrigem Molekulargewicht (Viskosität unter 20.000 Pa·s) gewählt und die Dosierung auf 1 ‰ des zementartigen Materials begrenzt werden.
(2) Die Ergebnisse der Hydratationswärmemessung von entschwefeltem Gips zeigen, dass Celluloseether im Rahmen dieser Prüfung nur einen begrenzten Einfluss auf die Hydratationsgeschwindigkeit und den Hydratationsprozess von entschwefeltem Gips hat. Der erhöhte Wasserverbrauch und die verringerte Rohdichte sind die Hauptgründe für die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften von Mörtel auf Basis von entschwefeltem Gips.
Beitragszeit: 08. Mai 2023