هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC) مادة بوليمرية شائعة الاستخدام في مواد البناء، وخاصةً في المواد الأسمنتية والجصية. تتميز بخصائص ممتازة في الذوبان في الماء، والالتصاق، والاحتفاظ بالماء، والتكثيف، لذا تُستخدم على نطاق واسع في الملاط، ومسحوق المعجون، ولواصق البلاط، وغيرها من المواد.
1. أسباب انكماش وتشقق مواد البناء
أثناء عملية التصلب، غالبًا ما يتقلص حجم مواد البناء نتيجة تبخر الماء والتفاعلات الكيميائية وتغيرات العوامل البيئية الخارجية، مما يؤدي إلى تركيز الإجهاد وتكوين الشقوق. تشمل أنواع الانكماش الرئيسية ما يلي:
الانكماش البلاستيكي: عندما لا تتصلب المادة القائمة على الأسمنت بعد، يتقلص الحجم بسبب التبخر السريع للماء.
الانكماش الجاف: بعد أن تتصلب المادة، تتعرض للهواء لفترة طويلة، ويتبخر الماء ببطء، مما يؤدي إلى انكماش الحجم.
الانكماش الحراري: تغير في الحجم يحدث بسبب تغير درجات الحرارة، وخاصة في بيئة ذات فرق كبير في درجات الحرارة بين النهار والليل.
الانكماش الذاتي: أثناء عملية ترطيب الأسمنت، ينكمش الحجم الداخلي بسبب استهلاك الماء عن طريق تفاعل الترطيب.
غالبًا ما تؤدي هذه الانكماشات إلى تراكم الإجهاد داخل المادة، مما يؤدي في النهاية إلى تشققات أو شروخ دقيقة، مما يؤثر على متانة وجمالية هيكل المبنى. لتجنب هذه الظاهرة، عادةً ما تكون هناك حاجة إلى إضافات لتحسين أداء المادة، ومن بينها HPMC.
2. آلية عمل HPMC
تلعب HPMC دورًا مهمًا في تقليل انكماش وتشقق مواد البناء، والذي يتحقق بشكل أساسي من خلال الآليات التالية:
احتباس الماء: يتميز HPMC بقدرة عالية على احتباس الماء، ويمكنه تكوين طبقة عازلة للماء في مسحوق الملاط أو المعجون لإبطاء معدل تبخر الماء. ولأن التبخر السريع للماء داخل المادة يسبب انكماشًا لدنًا، فإن تأثير احتباس الماء لـ HPMC يُقلل بفعالية من ظاهرة الانكماش المبكر، ويحافظ على مستوى كافٍ من الماء في المادة، مما يعزز تفاعل الترطيب الكامل للأسمنت، ويقلل من تشققات الانكماش الناتجة عن فقدان الماء أثناء عملية التجفيف. بالإضافة إلى ذلك، يُحسّن HPMC أداء المادة في الظروف الرطبة والجافة، ويُقلل من التشققات الناتجة عن فقدان الماء.
تأثير التثخين والتقوية: يُعدّ HPMC مُكثِّفًا يُحسّن تماسك ولزوجة الملاط بفعالية، ويُحسّن التصاق المادة بشكل عام. أثناء عملية البناء، إذا كانت المادة رقيقة جدًا، فمن السهل تقشيرها أو ترهلها، مما يُؤدي إلى سطح غير مستوٍ أو حتى تشققات. باستخدام HPMC، يُمكن للملاط الحفاظ على اللزوجة المناسبة، وتعزيز قوة وكثافة سطح المادة بعد البناء، وتقليل احتمالية التشقق. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن لـ HPMC أيضًا تعزيز مقاومة القص للمادة ومقاومتها للتشقق.
تحسين مرونة المادة: تلعب جزيئات HPMC دورًا في تعزيز مرونة المواد الأسمنتية أو الجبسية، مما يمنحها مقاومة أفضل للشد والانحناء بعد المعالجة. ونظرًا لأن مواد البناء تتعرض عادةً لإجهاد الشد والانحناء تحت تأثير تغيرات درجات الحرارة والأحمال المحيطة، فإن إضافة HPMC تزيد من مرونة المادة، مما يمتص الإجهاد الخارجي بشكل أفضل ويمنع التشققات الهشة.
التحكم في معدل تفاعل ترطيب الأسمنت: في المواد الأسمنتية، تؤثر سرعة تفاعل الترطيب بشكل مباشر على أداء المادة. إذا كان تفاعل الترطيب سريعًا جدًا، فلن يتم تخفيف الضغط داخل المادة في الوقت المناسب، مما يؤدي إلى ظهور الشقوق. يمكن لـ HPMC إبطاء معدل تفاعل الترطيب بشكل مناسب من خلال احتباس الماء وتكوين طبقة واقية، مما يمنع فقدان الأسمنت للماء بسرعة كبيرة في المرحلة المبكرة، وبالتالي تجنب ظاهرة الانكماش والتشقق التلقائي أثناء عملية تصلب المادة.
تحسين أداء البناء: يُحسّن HPMC أداء مواد البناء، ويتجلى ذلك بشكل رئيسي في سيولته الجيدة، واحتباسه للماء، وقدرته على التشحيم، وزيادة تجانس المواد، وتقليل التشققات الناتجة عن سوء البناء. كما يُسهّل نشر وتسوية الملاط ومسحوق المعجون، وما إلى ذلك، أثناء البناء، ويقلل من نسبة الفراغات في المواد، ويحسّن الكثافة الكلية وقوة المواد، ويقلل من خطر التشققات الموضعية الناتجة عن عدم تساوي البناء.
3. تطبيق HPMC في مواد بناء محددة
لاصق البلاط: يُحسّن HPMC بشكل كبير من أداء لاصق البلاط المقاوم للانزلاق، ويضمن تثبيت البلاط بالتساوي على السطح أثناء التركيب، ويقلل من التساقط أو التشقق الناتج عن الإجهاد أو الانكماش غير المتساوي. كما أن خصائص HPMC في التكثيف واحتباس الماء تُمكّن لاصق البلاط من الحفاظ على فترة عمل أطول بعد التركيب، وتحسين كفاءة البناء، وتقليل التشققات الناتجة عن عدم تساوي درجة المعالجة.
مسحوق المعجون: بفضل خاصية الاحتفاظ بالماء التي يتميز بها HPMC، فإنه يمنع فقدان الماء بسرعة أثناء التجفيف، ويقلل من الانكماش والتشقق الناتج عن فقدان الماء. في الوقت نفسه، يُحسّن تأثير HPMC المُكثّف من أداء المعجون الإنشائي، مما يُسهّل توزيعه بالتساوي على الجدران، ويُقلل من تشققات السطح الناتجة عن التوزيع غير المتساوي.
الملاط: إضافة HPMC إلى الملاط يُحسّن أداءه العملي بشكل فعال، ويجعله أكثر نعومةً أثناء البناء، ويُقلل من الانفصال والطبقية، وبالتالي يُحسّن تجانس الملاط وقوة التصاقه. في الوقت نفسه، يُساعد تأثير HPMC على احتباس الماء على إبطاء تبخر الماء أثناء عملية تصلب الملاط، مما يُجنّب الانكماش والتشقق الناتجين عن فقدان الماء المُبكر.
4. احتياطات استخدام HPMC
التحكم في الجرعة: تؤثر كمية HPMC المضافة بشكل مباشر على فعالية الخرسانة، وعادةً ما يلزم تعديلها وفقًا لنسبة المواد وظروف الاستخدام المحددة. يؤدي الإفراط في استخدام HPMC إلى زيادة تماسك المادة، مما يؤثر على أداء البناء؛ بينما يؤدي نقص HPMC إلى عدم قدرتها على الاحتفاظ بالماء وزيادة سماكتها كما ينبغي.
الاستخدام مع إضافات أخرى: يُستخدم HPMC عادةً مع إضافات كيميائية أخرى (مثل مُخفِّضات الماء، وعوامل سحب الهواء، والمُلَيِّنات، وغيرها) لتحقيق نتائج أفضل. عند الاستخدام، من الضروري مراعاة تفاعل الإضافات المختلفة لتجنب التأثير المتبادل على أداء المواد.
بصفته مادةً مُضافةً مهمةً في البناء، يُؤثر HPMC بشكلٍ كبير في تقليل انكماش وتشقق مواد البناء. فهو يُقلل بفعالية من التشققات الناتجة عن فقدان الماء وتركيز الإجهاد، وذلك من خلال تحسين احتباس الماء، وزيادة سُمك المادة، ومرونتها، ومعدل تفاعل ترطيب الأسمنت. الاستخدام المُحكم لـ HPMC لا يُحسّن فقط من أداء البناء، بل يُطيل أيضًا من عمر خدمة هيكل المبنى، ويُقلل من تكاليف الصيانة اللاحقة. مع التطور المُستمر في تكنولوجيا مواد البناء، سيزداد استخدام HPMC في مجال البناء شمولًا وعمقًا.
وقت النشر: ٢١ سبتمبر ٢٠٢٤