I.  GIỚI THIỆU

Trong công nghiệp vữa trộn khô hiện đại, một số lượng lớn phụ gia được sử dụng nhằm điều chỉnh đặc tính lưu biến. Công thức vữa trộn thường là hỗn hợp hơn mười loại nguyên liệu khác nhau và quá trình phát triển các công thức như thế đòi hỏi sự nỗ lực rất lớn. Để giảm thiểu tối đa các yêu cầu về thử nghiệm, lựa chọn chuẩn các thành phần là điều cần thiết, sự hiểu biết về chế độ hoạt động và mối tương tác có thể tồn tại là điều cốt lõi. Đằng sau vật liệu ê-te xen-lu-lô, thì ê-te tinh bột đóng vai trò quan trọng như chất phụ gia, cho dù tỉ lệ bổ sung vào rất thấp (khoảng 0.01 đến 0.05%). Dạo gần đây tất cả ê-te tinh bột thường được sử dụng trong vữa trộn là tinh bột hydropropyl (HPS).

II. Ê-TE TINH BỘT DÙNG LÀM GÌ?

Mục đích duy nhất của ê-te tinh bột được dùng trong vữa trộn là nhằm thay đổi độ đặc quánh như cách vữa trát tường sẽ không bị lún xuống, và gạch tráng men sẽ không tuột ra khi được lát trên các bức tường thẳng đứng.Ê-te tinh bột làm tăng độ nhớt của vữa trộn với tỉ lệ biến dạng thấp và có nhiệm vụ sản sinh độ nén biến dạng trong vữa trộn tươi. Chúng có tác dụng như keo, các hạt mịn thấm qua các liên kết hạt, đem lại hiệu quả như mong đợi.

III. CẤU TRÚC VÀ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG

Tinh bột có thể được xem như dạng polyme glucozo đặc, bao gồm tổ hợp các anhydroglucozo. Thành phần chính của tinh bột là amylopectin, một trong những phân tử lớn nhất trong tự nhiên với hệ số polyme hóa trung bình khoảng 2 triệu (tương ứng với một khối lượng mol trung bình khoảng 4 triệu). Nó có cấu trúc dạng nhánh, bao gồm các mắt xích thẳng ngắn với hệ số polyme hóa từ 10 đến 60 tổ hợp glucozo. Trong dung dịch, nó sẽ nở rộng thành cấu trúc dạng ngọn cây (Hình 1). Một phân tử ê-te tinh bột, hòa tan trong dung dịch lọc của xi măng, sẽ có đường kính đặc trưng khoảng 0.3 microns. Tuy nhiên, có rất ít tài liệu công bố về bán kính thủy động lực học của ê-te, và những dữ liệu đã công bố thường được xác định trong nước có nồng độ pH trung tính [1].

Thông thường, ê-te tinh bột hay liên quan đến các loại polyme phi ion. Điều này không sai, nhưng nó tính tới – nồng độ pH cao – một vài nhóm hydroxy sẽ giảm proton và ê-te tinh bột sẽ trở thành một polyme ion hóa.

Các phân tử ê-tetinh bột phải đồng thời hấp thụ trên hai hạt, liên kết chúng lại với nhau. Để làm điều này hiệu quả, các phân tử cần được anion hóa. Chất siêu dẻo trở thành chất anion hóa với nguyên nhân tương tự. Khả năng hấp thụ tốt trên bề mặt hạt với phạm vi lớn của các loại vữa trộn giống như polyme anion hóa.Trong dung dịch lọc xi măng, mọi ê-te tinh bột sẽ là một ion vì sự giảm proton đã đề cập trên. Sự tương tự này cũng đúng cho vôi hydrat chứa thạch cao. Nhưng ở nồng độ pH trung tính, ví dụ như vữa thạch cao nguyên chất, HPS không hoạt động hiệu quả. Trong trường hợp này, ê-te tinh bột sẽ bị anion hóa tự nhiên. Vì thế, cụ thể một số loại ê-te tinh bột trong vữa thạch cao nồng độ pH trung tính thường là tinh bột cacboxymethylhydroxypropyl(CM-HPS). Cacboxymethylat là thúc đẩy hiệu suất đông đặc của tinh bột không chỉ với môi trường trung tính mà còn với nồng độ pH cao. HPS dựa trên tinh bột khoai tây thường thích hợp với môi trường trung tính, nhưng không hiệu quả. Các sản phẩm dựa trên nguồn tinh bột thực vật khác không thể hiện hiệu ứng kết tụ với nồng độ pH trung tính. Nguyên nhân dẫn đến hoạt động của tinh bột khoai tây là do phân tử của nó bao gồm các nhóm ê-te phốt phát có điện tích âm.

Hiện trên thị trường có hai loại ê-te tinh bột khác nhau trong các sản phẩm thương mại. Điều này đã được phát hiện năm 2003 và công bố năm 2005 [2]. Chúng khác nhau về sự phụ thuộc vào hiệu suất đông đặc theo liều lượng (Hình 2).

Ê-te tinh bột loại 1thể hiện điểm cực đại trong hiệu ứng kết đông, trong khi sản phẩm loại 2 sẽ tăng dần đều theo liều lượng. Đỉnh điểm của ê-te tinh bột loại 1 đánh dấu liều lượng tại điểm khử kết tụ và tính ổn định bắt đầu tăng (Hình 3).Theo kinh nghiệm của tác giả, điểm cực đại được tìm thấy trong phạm vi từ 0.08 đến 0.3%, dựa trên công thức, nhân tố nước/chất kết dính, kéo dài nhưng không phải thấp nhất, đó là ê-te tinh bột. Lượng hấp thụ bão hòa đạt được khi hiệu ứng kết đông đạt vị trí tối thiểu. Ê-te loại 2 hoạt động theo cơ cấu khác một chút và không thể hiện khả năng tản mát. Điều này có thể là do khối lượng phân tử cao hơn. Tác giả không thể xác định mức độ phân bố khối lượng của phân tử, vì thế nó chỉ là suy đoán có tính toán.

Hình 1. Mô hình phân tử amylopection (bên trái), và cấu trúc giãn nở trong dung dịch

Hình 2. Sơ đồ đơn giản hóa của hiệu ứng kết đông theo liệu lượng của hai loại

Hai loại đạt điểm cực đại, có các sản phẩm xảy rahiệu ứng ở khoảng giữa. Tuy nhiên, hầu hết các ê-te tinh bột bán chạy nhất trên thị trường đều thuộc loại 1. Ê-te tinh bột có một tác dụng phụ duy nhất: Hầu hết chúng đều làm chậm quá trình hydrat xi măng khá mạnh. Chúng không chỉ có tác dụng phụ lên đặc tính lưu biến, mà còn ảnh hưởng đến sự phát triển của độ bền và việc thiết lập, cũng giống như vật liệu siêu dẻo. Bảng 1 liệt kê các dữ liệu về các ê-te tinh bột thông dụng trên thị trường.

IV. SỰ TƯƠNG TÁC VỚI CÁC THÀNH PHẦN KHÁC

Ở Châu Âu, có ba công ty lớn sản xuất ê-te tinh bột, lần lượt (theo bảng chữ cái): Agrana, Avebe, và Tập đoàn Emsland Group.Trong bảng số liệu sản phẩm, họ đều tuyên bố rằng không có sự khác nhau giữa chúng, thậm chí là các loại ê-te này không được công bố (ví dụ: HP, CM-HP), có ít các thông tin chi tiết về mối tương tác có thể với các thành phần khác. Những khách hàng dần đơn độc và những thông tin sản phẩm gần như là phổ biến toàn cầu và phù hợp cho cả loại vữa trộn kiềm và trung tính. Tuy nhiên, thực tế chỉ ra rằng chỉ có một nửa là đúng sự thật.

Theo kinh nghiệm của tác giả, các hiệu ứng riêng biệt của ê-te tinh bột khác nhau phụ thuộc vào: a) hỗn hợp xi măng, b) hỗn hợp pha nước, đặc biệt là nồng độ can xi, và c) cấu trúc của ê-te tinh bột, cụ thể là sự phân bố chất thay thế bên trong tổ hợp glucozo, và dọc theo các mắt xích polyme.

Do hiệu ứng làm chậm, các ê-te tinh bột thường kết hợp với chất kích thích. Chất kích thích xi măng thông dụng nhất là muối can xi, ví dụ: canxi fomat, canxi chlorit, canxi nitrit.

Bảng I.  So sánh các đặc tính ứng dụng và hiệu ứng cạnh của ê-te tinh bột loại 1 và loại 2; danh mục các sản phẩm nổi tiếng theo bảng chữ cái

Loại 1  Loại2
Quá liều lượng sẽ dẫn đến sự sụt giảm khả năng chống lúnQuá liều lượng là không thể xảy ra, khả năng chống lún sẽ được phát hiện
Làm chậm quá trình hydrat xi măng nhanh chóngCó hiệu ứng làm chậm nhẹ lên quá trình hydrat xi măng
Độ dính của vữa trộn giảmĐộ dính và độ hút ẩm của vữa trộn sụt giảm nhanh
Amitrolit 8850, Amylotex 8100,Amylotex ST 2000 and ST 2100Casucol 301, Opagel CMTOpagel FP 6, Tylovis SE 7Solvitose FC 50, Solvitose H 2060Eloset 542, Casucol Fix-1  ** in-between type 1& 2

Hình 3. Khi có sự tồn tại của một số phân tử ê-te tinh bột, độ kết tụ xảy ra (bên trái), ngay khi vượt ngưỡng liều lượng cho phép, sự giải kết tụ sẽ hình thành (bên phải)

Trong công thức vữa trộn của Đức, canxi fomat được sử dụng nhiều hơn, tác giả đã nghiên cứu độ nhạy cảm của canxi của 20 loại ê-te tinh bột bằng cách thêm 1% canxi fomat vào xi măng Portland và với liều lượng ê-te tinh bột khác nhau [2]. Ngày đó vẫn chưa có hiểu biết về tinh bột ở nồng độ pH cao là polyme anion và vì thế, nguyên nhân dẫn đến hoạt động này không thể giải thích. Ngày nay, chúng ta có thể nhận biệt sự khác nhau về độ nhạy cảm của canxi như một chỉ số biểu thị sự khác nhau về cấu trúc dẫn đến mật độ nạp anion khác nhau.

V. PHỤ GIA BỔ SUNG VÀ THAY THẾ

Có 2 loại phụ gia thay thế ê-te tinh bột – khoáng vật sét và polyacrylamit.

Khoáng vật sét thường được sử dụng rộng rãi như chất cô đặc và tác nhân lưu biến: Bentonit, attapulgit, and sepiolit. Không nhầm lẫn chúng với hydration xi măng và tăng đáng kể hoạt động xúc biến của vữa trộn nền xi măng. Theo kinh nghiệm của tác giả, khoáng vật sét thường được xem như chất bổ sung, chứ không phải là phụ gia thay thế cho ê-te tinh bột. XemPolyacrylamit (PAA) là polyme tổng hợp, thực tế chúng là chất đồng trùng hợp (copolyme) của acrylamit với chất đơn phân, và chúng thường được sử dụng như chất kết tụ trong các ứng dụng rộng rãi.PAA anionic thường là chất kết tụ thích hợp cho vữa trộn khô, nhưng hiệu ứng này rất nhạy cảm với lịch sử biến dạng bởi vì chúng rất nhạy cảm với sự phân rã cơ học. Đọc thêm [3].

VI. SỰ PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI

Trong thời gian ngắn, vẫn cầncải thiện. Ê-te tinh bột đầu tiên được tối ưu hóa trong vữa trộn kiềm và được tung ra thị trường vào những năm 1970. Kể từ sau đó, tốc độ phát triển được duy trì ổn định. Được so sánh với chất liệu siêu dẻo đã cải thiện từ licnosulphonat (1930) thông qua naphthalen fomandehytsulfonat và melamin formandehyt sulfonat (1960) và thế hệ đầu tiên của PCE (2000) đến vật liệu hiện tại với thế hệ thứ ba của PCE, ê-te tinh bột đã không trải qua quá trình cải thiện cơ bản.

Leave a Reply

Your email address will not be published.