Водният редуктор е незаменим компонент в съвременното приготвяне на бетон. Той се използва главно за:
- Намалява употребата на вода, като същевременно запазва съдържанието на цимент и флуидността на бетона, като по този начин повишава здравината на бетона.
- Повишаване на течливостта при непроменено съдържание на цимент и вода.
В тази статия ще представим разликата между традиционните и Поликарбоксилатни суперпластификатори.
Традиционни редуктори на вода и техните ограничения
Разработването на редуктори на вода преминава през три основни етапа:
1. Редуктори за обикновена вода
Първото поколение редуктори на вода, обикновени редуктори на вода, като натриев ресинат, калциев лигносулфонат и натриев лигносулфонат, се появяват през 30-те години на миналия век, но имат нисък коефициент на редукция на вода (обикновено под 12%).
2. Високоефективни редуктори за вода
С нарастването на инженерните изисквания за по-висока степен на редуциране на водата, през 60-те години на миналия век успешно се разработва второто поколение - високоефективни редуктори на вода, като редуктори на вода на базата на нафталин и меламин. Те предлагат по-високи нива на редуциране на водата (14%-25%) и подобрено повишаване на якостта, но не успяват да запазят слягането на прясно смесения бетон.
3. Високоефективни редуктори за вода
За да се преодолее това ограничение, в средата на 80-те години на миналия век беше разработено третото поколение, представено от поликарбоксилатни суперпластификатори. Високоефективните редуктори се характеризират с висока степен на редуциране на водата, отлично задържане на слягането, отлично повишаване на якостта и ниско свиване. Освен това, благодарение на техните молекулярни структури, които могат да се проектират, функционалността им може да бъде адаптирана чрез модифициране на молекулярните структури или въвеждане на нови функционални групи.
Какво е поликарбоксилатен суперпластификатор?
Поликарбоксилатен суперпластификатор е иновативна добавка, синтезирана чрез съполимеризация на ненаситени мономери под действието на инициатори, които присаждат странични вериги с активни групи върху гръбнака на полимера. В резултат на това се получава продукт, който предлага висока ефективност, контролирана загуба на слягане, устойчивост на свиване и липса на неблагоприятни ефекти върху втвърдяването и твърдостта на цимента. Високоефективните редуктори на вода на базата на поликарбоксилати се различават съществено от редукторите на вода на базата на нафтален сулфонат формалдехид (NSF) и меламин сулфонат формалдехид (MSF). Дори в ниски дози те придават висока течливост на разтвора и бетона, както и нисък вискозитет, и поддържат характеристиките на слягане при ниски съотношения на водата към цимента. Те проявяват относително по-добра съвместимост с различни видове цимент и са незаменими материали за бетон с висока якост и течливост.
Разлики между традиционния и поликарбоксилатния суперпластификатор
| Традиционен суперпластификатор | Поликарбоксилатен суперпластификатор | |
|---|---|---|
| Механизъм на дисперсия | Електростатично отблъскване | Електростатично отблъскване и стерични ефекти |
| Степен на намаляване на водата | 15-25% | до 40% |
| Запазване на сляганията | в рамките на 30-60 минути | до 2 часа |
| Въздействие върху околната среда | Съдържат формалдехид и други химикали | Без формалдехид |
| Съвместимост | Проблеми с несъвместимостта | Висока съвместимост с различни добавки |
В обобщение, в сравнение с традиционните редуктори на вода, поликарбоксилатният суперпластификатор предлага следните предимства:
- Висока степен на редукция на водата: Степента на намаляване на водата може да достигне 25-40%.
- Висока степен на растеж на силата: Значително повишена здравина, особено в ранния етап на развитие на здравината.
- Отлично задържане на утайката: Изключително запазване на утайката осигурява минимална загуба на утайка с течение на времето.
- Превъзходна хомогенност: Придава отлична течливост на бетона, улеснявайки изливането и уплътняването, подходящ за саморазливен и самоуплътняващ се бетон.
- Контролируемо производство: Регулирането на молекулното тегло на полимера, дължината на страничната верига, плътността и вида на групите на страничната верига позволява адаптиране на степента на редуциране на водата, задържането на слягането и свойствата за задържане на въздуха.
- Широка съвместимост: Проявява добра дисперсност и задържане на слягането с различни видове цимент, включително обикновен портландцимент, шлаков цимент и смесен цимент.
- Ниско свиване: Подобрява стабилността на обема, като намалява 28-дневното свиване с приблизително 20% в сравнение с редукторите на вода на основата на нафталин, като по този начин намалява рисковете от напукване.
- Екологично чист: нетоксичен, некорозивен, без формалдехид и други вредни компоненти.
Допълнително обяснение
Високоефективни редуктори на вода с поликарбоксилати са проектирани въз основа на принципите на молекулната структура, като се използват теорията за отблъскване на зарядите DLVO и теорията за стеричните препятствия. Активни групи с различна функционалност се присаждат върху основната верига, като образуват полимера. Основната верига на поликарбоксилатната молекула здраво се адсорбира върху повърхността на циментовите частици, като ефективно възпрепятства хидратацията и подобрява задържането на слягането, докато страничните вериги обграждат циментовите частици, осигурявайки едновременно стерична пречка и електростатично отблъскване. Този механизъм, различен от електростатичното отблъскване, използвано от традиционните редуктори на вода за диспергиране на циментовите частици, води до по-добра диспергируемост и намаляване на водата, което в крайна сметка повишава общите характеристики на разтворите и бетонните продукти.
Поликарбоксилатните редуктори на вода се синтезират чрез свободно радикална полимеризация на воден разтвор, като съдържат минимално количество хлоридни йони и изискват само малко количество алкали за неутрализация, което води до много ниско съдържание на алкали. За разлика от тях съдържанието на алкални вещества в редукторите на вода на основата на нафталин варира значително поради различията в процесите на сулфонация.
Алкалите са основен фактор за алкално-агрегатните реакции (ААР), които са причина за многобройни случаи на влошаване на състоянието на бетона в световен мащаб. Алкалите в бетона произхождат основно от цимента, летливата пепел, редукторите на вода и други суровини. В световен мащаб се обръща значително внимание на контрола върху съдържанието на алкали. Например:
- Южна Африка изисква максимално общо съдържание на алкали от 2,1 kg/m³.
- Проектът "Три ждрела" в Китай го ограничава до 2,5 kg/m³.
- В САЩ ограничението е до 3,3 kg/m³.
Като един от петте основни компонента на бетона, съдържанието на алкални вещества в редукторите на вода, по-специално Na2SO4, оказва пряко влияние върху общото съдържание на алкални вещества в бетона. Поради производствените процеси, включващи сулфониране с концентрирана сярна киселина и неутрализиране с натриев хидроксид, някои редуктори за вода на основата на нафталин съдържат нива на Na2SO4 до 30%, като повечето са около 10%, а съдържанието на хлоридни йони обикновено надхвърля 0,3% или повече. За разлика от тях, редукторите на вода на поликарбоксилатна основа се синтезират чрез полимеризация на воден разтвор без сулфонация, като се изисква само минимално количество натриев хидроксид за регулиране на рН, което води до незначително съдържание на алкални и хлоридни йони. Това значително повишава дълготрайността на разтворите и бетона и превръща редукторите на вода на поликарбоксилатна основа в основни компоненти за производството на екологичен бетон с високи експлоатационни качества.
