Redukce vody je nepostradatelnou součástí moderní přípravy betonu. Používá se především k:
- Snižuje spotřebu vody při zachování obsahu cementu a tekutosti betonu, čímž zvyšuje pevnost betonu.
- Zvýšení tekutosti při zachování obsahu cementu a vody.
Tento článek se zabývá rozdílem mezi tradičním a Polykarboxylátové superplastifikátory.
Tradiční redukce vody a jejich omezení
Vývoj reduktorů vody prošel třemi hlavními etapami:
1. Obyčejné redukce vody
První generace reduktorů vody, běžné reduktory vody, jako je resinát sodný, lignosulfonan vápenatý a lignosulfonan sodný, se objevily ve 30. letech 20. století, ale měly nízký stupeň redukce vody (obvykle pod 12%).
2. Vysoce účinné reduktory vody
S rostoucími technickými požadavky na vyšší míru redukce vody byla v 60. letech 20. století úspěšně vyvinuta druhá generace vysoce účinných reduktorů vody, jako jsou reduktory vody na bázi naftalenu a melaminu. Ty nabízely vyšší míru redukce vody (14%-25%) a lepší zvýšení pevnosti, ale nedokázaly udržet spád čerstvě namíchaného betonu.
3. Vysoce výkonné reduktory vody
K řešení tohoto omezení byla v polovině 80. let vyvinuta třetí generace, kterou představují polykarboxylátové superplastifikátory. Vysoce účinné reduktory vody vykazují vysokou míru redukce vody, vynikající retenci spádu, vynikající zvýšení pevnosti a nízké smrštění. Navíc díky jejich vysoce designérské molekulární struktuře lze jejich funkčnost přizpůsobit modifikací molekulární struktury nebo zavedením nových funkčních skupin.
Co je polykarboxylátový superplastifikátor?
Polykarboxylátový superplastifikátor je inovativní aditivum syntetizované kopolymerizací nenasycených monomerů působením iniciátorů, které na páteř polymeru roubují postranní řetězce s aktivními skupinami. Výsledkem je produkt, který se vyznačuje vysokou účinností, kontrolovanou ztrátou spádu, odolností proti smršťování a žádnými nepříznivými účinky na tuhnutí a tvrdnutí cementu. Vysoce účinné reduktory vody na bázi polykarboxylátu se zásadně liší od reduktorů vody na bázi naftalen-sulfonát-formaldehydu (NSF) a melamin-sulfonát-formaldehydu (MSF). I při nízkém dávkování dodávají maltě a betonu vysokou tekutost a nízkou viskozitu a udržují spádové vlastnosti při nízkých poměrech vody k cementu. Vykazují relativně lepší snášenlivost s různými druhy cementu a jsou nepostradatelnými materiály pro vysokopevnostní a vysoce tekutý beton.
Rozdíly mezi tradičním a polykarboxylátovým superplastifikátorem
| Tradiční superplastifikátor | Polykarboxylátový superplastifikátor | |
|---|---|---|
| Mechanismus rozptylu | Elektrostatické odpuzování | Elektrostatické odpuzování a sterické účinky |
| Míra snížení spotřeby vody | 15-25% | do 40% |
| Konzervace propadů | do 30-60 minut | až 2 hodiny |
| Dopad na životní prostředí | Obsahují formaldehyd a další chemické látky | Bez formaldehydu |
| Kompatibilita | Problémy s nekompatibilitou | Vysoce kompatibilní s různými aditivy |
Souhrnně lze říci, že ve srovnání s tradičními reduktory vody nabízí polykarboxylátový superplastifikátor následující výhody:
- Vysoká míra redukce vody: Může dosáhnout až 25-40%.
- Vysoká rychlost růstu síly: Výrazně zvýšená pevnost, zejména v rané fázi vývoje pevnosti.
- Vynikající retence kalu: Výjimečné udržení hrudkovitosti zajišťuje minimální ztrátu hrudkovitosti v průběhu času.
- Vynikající homogenita: Dodává betonu vynikající tekutost, usnadňuje lití a hutnění, je vhodný pro samonivelační a samozhutnitelný beton.
- Řízená výroba: Úpravy molekulové hmotnosti polymeru, délky postranního řetězce, hustoty a typu skupin postranních řetězců umožňují přizpůsobit míru redukce vody, zadržování spádu a vlastnosti zadržování vzduchu.
- Široká kompatibilita: Vykazuje dobrou dispergovatelnost a udržení spádu s různými druhy cementu, včetně běžného portlandského cementu, struskového cementu a směsného cementu.
- Nízké smrštění: Zvyšuje objemovou stabilitu a snižuje 28denní smrštění přibližně o 20% ve srovnání s vodními reduktory na bázi naftalenu, čímž snižuje riziko vzniku trhlin.
- Šetrné k životnímu prostředí: Netoxické, nekorozivní, bez formaldehydu a dalších škodlivých složek.
Další vysvětlení
Polykarboxylátové vysoce účinné reduktory vody jsou navrženy na základě principů molekulární struktury s využitím teorie nábojového odpuzování DLVO a teorie sterických překážek. Na hlavní řetězec jsou naroubovány aktivní skupiny s různými funkcemi, které tvoří polymer. Hlavní řetězec molekuly polykarboxylátu se pevně adsorbuje na povrch částic cementu, čímž účinně brání hydrataci a zvyšuje zadržování spádu, zatímco postranní řetězce obklopují částice cementu a zajišťují jak sterickou překážku, tak elektrostatické odpuzování. Tento mechanismus, odlišný od elektrostatického odpuzování používaného tradičními reduktory vody k dispergaci částic cementu, vede k lepší dispergovatelnosti a redukci vody, což v konečném důsledku zvyšuje celkové vlastnosti maltových a betonových výrobků.
Polykarboxylátové vodní reduktory se syntetizují volnou radikálovou polymerací ve vodném roztoku, obsahují minimální množství chloridových iontů a k neutralizaci vyžadují pouze malé množství alkálií, což vede k velmi nízkému obsahu alkálií. Naproti tomu obsah alkálií v reduktorech vody na bázi naftalenu se výrazně liší v důsledku rozdílů v sulfonačních procesech.
Alkálie jsou hlavním faktorem alkalicko-agregátových reakcí (AAR), které způsobují četné případy poškození betonu po celém světě. Alkálie v betonu pocházejí především z cementu, popílku, reduktorů vody a dalších surovin. V celosvětovém měřítku je kladen značný důraz na kontrolu obsahu alkálií. Např:
- Jihoafrická republika předepisuje maximální celkový obsah alkálií 2,1 kg/m3.
- Čínský projekt Tři soutěsky ji omezuje na 2,5 kg/m3.
- Ve Spojených státech je limit 3,3 kg/m³.
Obsah alkálií ve vodních reduktorech, zejména Na2SO4, jako jedné z pěti základních složek betonu, přímo ovlivňuje celkový obsah alkálií v betonu. Vzhledem k výrobním procesům zahrnujícím sulfonaci koncentrovanou kyselinou sírovou a neutralizaci hydroxidem sodným obsahují některé reduktory vody na bázi naftalenu obsah Na2SO4 až 30%, většinou kolem 10% a obsah chloridových iontů obvykle přesahuje 0,3% nebo více. Naproti tomu reduktory vody na bázi polykarboxylátů jsou syntetizovány polymerací vodného roztoku bez sulfonace, což vyžaduje pouze minimální obsah hydroxidu sodného pro úpravu pH, což vede k zanedbatelnému obsahu alkalických a chloridových iontů. To významně zvyšuje trvanlivost malty a betonu a činí z reduktorů vody na bázi polykarboxylátů základní komponenty pro výrobu ekologického betonu s vysokou účinností.
