脱硫石膏は、硫黄含有燃料（石炭、石油）の燃焼によって生成される排ガス、脱硫精製過程で生成される産業固形廃棄物、そして半水石膏（化学式CaSO4・0.5H2O）であり、その性能は天然建築石膏に匹敵します。そのため、天然石膏の代わりに脱硫石膏を用いてセルフレベリング材を製造する研究と応用がますます増えています。減水剤、保水剤、遅延剤などの有機高分子混和剤は、セルフレベリングモルタル材料の構成において不可欠な機能成分です。これら2つとセメント系材料との相互作用とそのメカニズムは、注目すべき課題です。脱硫石膏の形成過程の特性により、脱硫石膏の粉末度は小さく（粒径は主に40～60μmに分布）、粉末の粒度分布は不均一であるため、レオロジー特性が悪く、調製したモルタルスラリーは分離、成層化、ブリーディングが発生しやすくなります。セルロースエーテルはモルタルに最も一般的に使用される混和剤であり、減水剤との併用は、脱硫石膏系セルフレベリング材の施工性能、その後の機械的性能、耐久性能など、総合的な性能を実現するための重要な保証となります。
本稿では、流動性値を制御指標（広がり度145mm±5mm）として、セルロースエーテル含有量と分子量（粘度値）が脱硫石膏系セルフレベリング材の水分消費量、時間の経過による流動性の低下、凝固時間や初期機械的性質などの基本特性に与える影響に焦点を当て、同時に、セルロースエーテルが脱硫石膏の水和時の発熱量と発熱速度に与える影響をテストし、脱硫石膏の水和プロセスへの影響を分析し、まずこのタイプの混和剤が脱硫石膏ゲル化システムと適合性があるかどうかについて議論しました。
1. 原材料および試験方法
1.1 原材料
石膏粉末：唐山の会社が生産した脱硫石膏粉末で、主な鉱物組成は半水石膏で、化学組成は表1に示され、物理的性質は表2に示される。
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混和剤には、セルロースエーテル（ヒドロキシプロピルメチルセルロース、略して HPMC）、高性能減水剤 WR、消泡剤 B-1、EVA 再分散性ラテックス粉末 S-05 などがあり、すべて市販されています。
骨材：天然の川砂、0.6mmのふるいにかけた自家製の細砂。
1.2 試験方法
固定脱硫石膏：砂：水＝1：0.5：0.45、その他の混和材を適量、流動性を制御指標（膨張145mm±5mm）として、水使用量を調整し、それぞれ0、0.5‰、1.0‰、2.0‰、3.0‰のセルロースエーテル（HPMC-20,000）をセメント系材料（脱硫石膏＋セメント）と混合した。さらに、セルロースエーテルの添加量を1‰に固定し、異なる分子量（それぞれ対応する数字はH2、H4、H7.5、H10）のHPMC-20,000、HPMC-40,000、HPMC-75,000、HPMC-100,000ヒドロキシプロピルメチルセルロースエーテルを選択し、セルロースエーテルの添加量と分子量（粘度値）の変化が石膏ベースのセルフレベリングモルタルの特性に及ぼす影響、および脱硫石膏セルフレベリングモルタル混合物の流動性、凝結時間、および初期機械的性質に及ぼす影響について検討しました。具体的な試験方法は、GB / T 17669.3-1999「建築用石膏の機械的性質の測定」の要求に従って実施します。
水和熱試験は、脱硫石膏のブランクサンプルとセルロースエーテル含有量がそれぞれ0.5‰と3‰のサンプルを使用して実施し、使用した装置はTA-AIR型水和熱試験装置です。
2. 結果と分析
2.1 セルロースエーテル含有量がモルタルの基本特性に与える影響
含有量の増加に伴い、モルタルの作業性と凝集性が大幅に向上し、流動性の経時低下が大幅に減少し、施工性がより優れ、硬化モルタルには層間剥離現象がなく、表面平滑性、滑らかさ、美観が大幅に向上しました。 同時に、同じ流動性を達成するためのモルタルの水消費量が大幅に増加しました。 5‰では、水消費量が102％増加し、最終凝結時間は100分延長され、ブランクサンプルの2.5倍になりました。 モルタルの初期機械的性質は、セルロースエーテルの含有量の増加とともに大幅に低下しました。 セルロースエーテルの含有量が5‰のとき、24時間曲げ強度と圧縮強度は、それぞれブランクサンプルの18.75％と11.29％に低下しました。 圧縮強度は、それぞれブランクサンプルの39.47％と23.45％です。注目すべきは、保水剤の使用量の増加に伴い、モルタルの嵩密度も大幅に減少し、0℃における2069kg/m³から5℃における1747kg/m³へと15.56%減少したことです。モルタルの密度が低下し、多孔度が増加します。これが、モルタルの機械的特性が明らかに低下する一因となっています。
セルロースエーテルは非イオン性ポリマーである。セルロースエーテル鎖上の水酸基とエーテル結合上の酸素原子は水分子と結合して水素結合を形成し、自由水を結合水に変えることで保水作用を発揮する。マクロ的にはスラリーの凝集力の増加として現れる[5]。スラリー粘度の上昇は、水使用量が増加するだけでなく、溶解したセルロースエーテルが石膏粒子の表面に吸着し、水和反応を阻害して凝結時間を延長する。また、撹拌過程で大量の気泡が発生する。モルタルが硬化するにつれて空隙が形成され、最終的にモルタルの強度が低下する。モルタル混合物の片側水使用量、施工性、凝結時間と機械的性質、その後の耐久性などを総合的に考慮すると、脱硫石膏系セルフレベリングモルタル中のセルロースエーテル含有量は1‰を超えてはならず、1‰を超えるべきではない。
2.2 セルロースエーテルの分子量がモルタルの性能に与える影響
通常、セルロースエーテルの粘度が高く、細粒度が細かいほど、保水性が向上し、接着強度が増加します。性能は悪影響を受けます。そのため、異なる分子量のセルロースエーテルが石膏ベースのセルフレベリングモルタル材料の基本特性に及ぼす影響をさらにテストしました。モルタルの水分要求量はある程度増加しましたが、凝結時間と流動性には明らかな影響はありませんでした。同時に、さまざまな状態のモルタルの曲げ強度と圧縮強度は低下傾向を示しましたが、その低下はセルロースエーテル含有量が機械的特性に及ぼす影響よりもはるかに小さかったです。要約すると、セルロースエーテルの分子量の増加は、モルタル混合物の性能に明らかな影響を与えません。施工の利便性を考慮すると、低粘度で分子量の小さいセルロースエーテルを脱硫石膏ベースのセルフレベリング材として選択する必要があります。
2.3 セルロースエーテルの脱硫石膏の水和熱への影響
セルロースエーテルの含有量が増加するにつれて、脱硫石膏の水和発熱ピークは徐々に減少し、ピーク位置の時間はわずかに遅れ、水和発熱は減少しましたが、顕著ではありませんでした。これは、セルロースエーテルが脱硫石膏の水和速度と水和度をある程度遅らせることができることを示しているため、投与量が多すぎてはならず、1‰以内に制御する必要があります。セルロースエーテルが水と出会った後に形成されるコロイド膜が脱硫石膏粒子の表面に吸着され、2時間前に石膏の水和速度が低下することがわかります。同時に、その独特の保水および増粘効果はスラリー水の蒸発を遅らせ、消散は後期の脱硫石膏のさらなる水和に有益です。まとめると、適切な添加量を制御すれば、セルロースエーテルは脱硫石膏自体の水和速度および水和度に及ぼす影響は限定的である。同時に、セルロースエーテル含有量および分子量の増加は、スラリーの粘度を大幅に上昇させ、優れた保水性能を示す。脱硫石膏セルフレベリングモルタルの流動性を確保するために、モルタルの凝結時間が長くなるため、水の使用量が大幅に増加する。これが、機械的性質の低下の主な原因である。
3. 結論
（1）流動性を制御指標とした場合、セルロースエーテル含有量の増加に伴い、脱硫石膏系セルフレベリングモルタルの凝結時間が大幅に延長し、機械的性質が大幅に低下します。含有量と比較すると、セルロースエーテルの分子量の増加はモルタルの上記特性にほとんど影響を与えません。総合的に判断すると、セルロースエーテルは分子量の小さいもの（粘度20,000Pa·s未満）を選択し、添加量はセメント質材料の1‰以内に制御する必要があります。
（2）脱硫石膏の水和熱試験結果によると、本試験の範囲内では、セルロースエーテルは脱硫石膏の水和速度および水和過程に限られた影響しか及ぼさないことが示された。脱硫石膏モルタルの機械的性質低下の主な原因は、水使用量の増加と嵩密度の低下である。
投稿日時: 2023年5月8日