HPMC (Hydroxypropylmethylcellulose) ist ein Polymermaterial, das häufig in Baumaterialien, insbesondere in zement- und gipsbasierten Materialien, verwendet wird. Es verfügt über gute Wasserlöslichkeit, Haftung, Wasserrückhaltevermögen und Verdickungseigenschaften und wird daher häufig in Mörtel, Kittpulver, Fliesenkleber und anderen Materialien verwendet.
1. Ursachen für Schrumpfung und Rissbildung von Baustoffen
Während des Aushärtungsprozesses schrumpfen Baustoffe häufig aufgrund von Wasserverdunstung, chemischen Reaktionen und Veränderungen äußerer Umweltfaktoren. Dies führt zu Spannungskonzentrationen und Rissbildung. Zu den wichtigsten Schrumpfungsarten gehören:
Plastische Schwindung: Bei noch nicht ausgehärtetem zementbasierten Material kommt es durch die schnelle Verdunstung des Wassers zu einer Volumenschwindung.
Trockenschrumpfung: Nach dem Aushärten des Materials wird es längere Zeit der Luft ausgesetzt und das Wasser verdunstet langsam, was zu einer Volumenschrumpfung führt.
Temperaturschrumpfung: Volumenänderung durch Temperaturänderungen, insbesondere in einer Umgebung mit großen Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht.
Autogenes Schrumpfen: Während des Zementhydratationsprozesses schrumpft das Innenvolumen aufgrund des Wasserverbrauchs durch die Hydratationsreaktion.
Diese Schrumpfungen führen häufig zu Spannungsansammlungen im Material und schließlich zu Mikrorissen oder Rissen, die die Haltbarkeit und Ästhetik der Baustruktur beeinträchtigen. Um dieses Phänomen zu vermeiden, sind in der Regel Additive erforderlich, um die Leistung des Materials zu verbessern. HPMC ist eines dieser Additive.
2. Wirkungsmechanismus von HPMC
HPMC spielt eine wichtige Rolle bei der Reduzierung des Schrumpfens und Reißens von Baumaterialien, was hauptsächlich durch die folgenden Mechanismen erreicht wird:
Wasserspeicherung: HPMC besitzt ein hohes Wasserspeichervermögen und kann in Mörtel oder Kittpulver einen Wasserspeicherfilm bilden, der die Verdunstungsrate des Wassers verlangsamt. Da die schnelle Verdunstung von Wasser im Material zu plastischem Schwinden führt, kann die Wasserspeicherwirkung von HPMC das frühe Schwinden wirksam reduzieren, den Wassergehalt im Material ausreichend halten und so die vollständige Hydratation des Zements fördern und Schwindrisse durch Wasserverlust während des Trocknungsprozesses reduzieren. Darüber hinaus kann HPMC die Leistung des Materials unter nassen und trockenen Bedingungen verbessern und wasserverlustbedingte Risse reduzieren.
Verdickungs- und Verstärkungseffekt: HPMC ist ein Verdickungsmittel, das die Konsistenz und Viskosität von Mörtel effektiv erhöht und die Gesamthaftung des Materials verbessert. Ist das Material während des Bauprozesses zu dünn, kann es leicht delaminieren oder durchhängen, was zu unebenen Oberflächen oder sogar Rissen führt. Durch den Einsatz von HPMC behält der Mörtel seine angemessene Viskosität, verbessert die Festigkeit und Oberflächendichte des Materials nach der Verarbeitung und verringert die Rissgefahr. Darüber hinaus kann HPMC auch die Scherfestigkeit des Materials erhöhen und seine Rissbeständigkeit verbessern.
Verbesserung der Materialflexibilität: HPMC-Moleküle können die Flexibilität von zement- oder gipsbasierten Materialien verbessern, sodass das Material nach dem Aushärten eine bessere Zug- und Biegefestigkeit aufweist. Da Baumaterialien bei Umgebungstemperaturschwankungen und -belastungen üblicherweise Zug- oder Biegespannungen ausgesetzt sind, erhöht sich nach der Zugabe von HPMC die Flexibilität des Materials, wodurch äußere Belastungen besser absorbiert und Sprödrisse vermieden werden können.
Kontrolle der Zementhydratationsreaktion: Bei zementbasierten Materialien beeinflusst die Geschwindigkeit der Hydratationsreaktion direkt die Leistung des Materials. Bei zu schneller Hydratationsreaktion können die Spannungen im Material nicht rechtzeitig abgebaut werden, was zu Rissen führt. HPMC kann die Hydratationsreaktion durch seine Wasserspeicherung und Schutzfilmbildung angemessen verlangsamen, einen zu schnellen Wasserverlust des Zements im Frühstadium verhindern und so spontanes Schwinden und Rissbildung während des Aushärtungsprozesses des Materials vermeiden.
Verbesserte Bauleistung: HPMC kann die Bauleistung von Baustoffen verbessern, was sich vor allem in seiner guten Fließfähigkeit, Wasserrückhaltefähigkeit und Gleitfähigkeit zeigt, die Gleichmäßigkeit der Materialien erhöht und Risse durch unsachgemäße Konstruktion reduziert. Es kann das Verteilen und Nivellieren von Mörtel, Kittpulver usw. während des Baus erleichtern, den Porenanteil der Materialien verringern, die Gesamtdichte und Festigkeit der Materialien verbessern und das Risiko lokaler Risse durch ungleichmäßige Konstruktion verringern.
3. Anwendung von HPMC in spezifischen Baumaterialien
Fliesenkleber: HPMC kann die Rutschfestigkeit von Fliesenklebern deutlich verbessern, eine gleichmäßige Haftung der Fliesen während der Verlegung gewährleisten und Ablösen oder Risse durch ungleichmäßige Belastung oder Schrumpfung reduzieren. Darüber hinaus ermöglichen die verdickenden und wasserspeichernden Effekte von HPMC dem Fliesenkleber eine längere Offenzeit nach dem Bau, verbessern die Baueffizienz und reduzieren Risse durch ungleichmäßige Aushärtung.
Kittpulver: Die wasserspeichernde Eigenschaft von HPMC kann verhindern, dass der Kitt während des Trocknungsprozesses zu schnell Wasser verliert, und so das durch Wasserverlust verursachte Schrumpfen und die Rissbildung reduzieren. Gleichzeitig verbessert die verdickende Wirkung von HPMC die Konstruktionseigenschaften des Kitts, erleichtert das gleichmäßige Auftragen an der Wand und reduziert Oberflächenrisse durch ungleichmäßiges Auftragen.
Mörtel: Die Zugabe von HPMC zum Mörtel kann dessen Verarbeitungsleistung effektiv verbessern, den Mörtel während der Bauphase glatter machen, Entmischung und Schichtung reduzieren und so die Gleichmäßigkeit und Haftung des Mörtels verbessern. Gleichzeitig kann die wasserspeichernde Wirkung von HPMC dazu führen, dass das Wasser während des Aushärtungsprozesses des Mörtels langsamer verdunstet, wodurch Schrumpfung und Rissbildung durch frühzeitigen Wasserverlust vermieden werden.
4. Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von HPMC
Dosierungskontrolle: Die zugesetzte HPMC-Menge hat direkten Einfluss auf die Wirkung und muss in der Regel an das Materialverhältnis und die spezifischen Anwendungsszenarien angepasst werden. Zu viel HPMC führt zu einer zu hohen Konsistenz des Materials, was die Konstruktionsleistung beeinträchtigt. Zu wenig HPMC hingegen kann die gewünschte Wasserspeicherung und Verdickung nicht gewährleisten.
Verwendung mit anderen Additiven: HPMC wird üblicherweise in Kombination mit anderen chemischen Additiven (wie Wasserreduzierern, Luftporenbildnern, Weichmachern usw.) verwendet, um bessere Ergebnisse zu erzielen. Bei der Verwendung ist das Zusammenspiel verschiedener Additive zu berücksichtigen, um eine gegenseitige Beeinflussung der Materialleistung zu vermeiden.
Als wichtiger Bauzusatzstoff trägt HPMC maßgeblich zur Reduzierung von Schwindung und Rissbildung in Baustoffen bei. Es reduziert effektiv Risse, die durch Wasserverlust und Spannungskonzentration entstehen, indem es die Wasserspeicherung, Verdickung und Flexibilität des Materials verbessert und die Zementhydratationsreaktionsrate steigert. Der sinnvolle Einsatz von HPMC kann nicht nur die Bauleistung des Materials verbessern, sondern auch die Lebensdauer der Baustruktur verlängern und die späteren Instandhaltungskosten senken. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Baustofftechnologie wird die Anwendung von HPMC im Bauwesen umfassender und intensiver.
Veröffentlichungszeit: 21. September 2024