Vandreduktionsmiddel er en uundværlig komponent i moderne betonforberedelse. Det bruges primært til:
- Reducerer vandforbruget, samtidig med at cementindholdet og betonens flydeevne bevares, hvilket øger betonens styrke.
- Øg fluiditeten, mens cement- og vandindholdet forbliver uændret.
Denne artikel handler om at introducere forskellen mellem traditionelle og Polycarboxylat-superblødgørere.
Traditionelle vandreduktionsmidler og deres begrænsninger
Udviklingen af vandreduktionsmidler har gennemgået tre hovedfaser:
1. Almindelige vandreduktioner
Den første generation af vandreduktionsmidler, almindelige vandreduktionsmidler som natriumresinat, calciumlignosulfonat og natriumlignosulfonat, kom frem i 1930'erne, men havde lave vandreduktionsrater (generelt under 12%).
2. Højeffektive vandreduktionsanlæg
Da ingeniørernes krav om højere vandreduktionsrater voksede, blev anden generation - højeffektive vandreduktionsmidler som naphthalenbaserede og melaminbaserede vandreduktionsmidler - udviklet med succes i 1960'erne. Disse tilbød højere vandreduktionsrater (14%-25%) og forbedret styrkeforbedring, men kom til kort med hensyn til at opretholde faldet i friskblandet beton.
3. Højtydende vandreduktioner
For at imødekomme denne begrænsning blev den tredje generation - repræsenteret af polycarboxylat-superplastificeringsmidler - udviklet i midten af 1980'erne. Højtydende vandreduktionsmidler udviser høje vandreduktionshastigheder, fremragende slumpretention, overlegen styrkeforbedring og lav krympning. På grund af deres meget designbare molekylære strukturer kan deres funktionalitet desuden skræddersys ved at ændre molekylære strukturer eller indføre nye funktionelle grupper.
Hvad er et polycarboxylat-superplastificeringsmiddel?
Polycarboxylat superplastificeringsmiddel er et innovativt additiv syntetiseret gennem copolymerisering af umættede monomerer under påvirkning af initiatorer, der poder sidekæder med aktive grupper på polymerens rygrad. Dette resulterer i et produkt, der giver høj effektivitet, kontrolleret fald, svindmodstand og ingen negative virkninger på cementens afbinding og hærdning. Polycarboxylatbaserede højtydende vandreduktionsmidler er fundamentalt forskellige fra naphthalensulfonatformaldehyd (NSF) og melaminsulfonatformaldehyd (MSF) vandreduktionsmidler. Selv ved lave doseringer giver de mørtel og beton en høj flydeevne samt lav viskositet og opretholder faldhøjden ved lave vand-til-cement-forhold. De udviser relativt bedre kompatibilitet med forskellige cementtyper og er uundværlige materialer til beton med høj styrke og høj flydeevne.
Forskelle mellem traditionelle og polycarboxylat-superplastificeringsmidler
| Traditionelt superplastificeringsmiddel | Polycarboxylat superplastificeringsmiddel | |
|---|---|---|
| Dispersionsmekanisme | Elektrostatisk frastødning | Elektrostatisk frastødning og steriske effekter |
| Vandreduktionsrate | 15-25% | op til 40% |
| Konservering af fald | inden for 30-60 minutter | op til 2 timer |
| Miljøpåvirkning | Indeholder formaldehyd og andre kemikalier | Fri for formaldehyd |
| Kompatibilitet | Problemer med inkompatibilitet | Meget kompatibel med forskellige tilsætningsstoffer |
Sammenfattende giver Polycarboxylate Superplasticizer følgende fordele i forhold til traditionelle vandreducerende midler:
- Høj vandreduktionsrate: Vandreduktionsraten kan nå 25-40%.
- Høj væksthastighed for styrke: Betydeligt forbedret styrke, især i den tidlige fase af styrkeudviklingen.
- Fremragende fastholdelse af fald: Enestående slump retention sikrer minimalt tab af slump over tid.
- Overlegen homogenitet: Giver betonen en fremragende flydeevne, der gør det nemt at hælde og komprimere, og som er velegnet til selvnivellerende og selvkomprimerende beton.
- Kontrollerbar produktion: Justeringer i polymerens molekylvægt, sidekædelængde, densitet og typen af sidekædegrupper giver mulighed for skræddersyede vandreduktionshastigheder, slumpretention og luftindtagende egenskaber.
- Bred kompatibilitet: Udviser god dispergerbarhed og slumpretention med forskellige cementtyper, herunder almindelig Portlandcement, slaggecement og blandet cement.
- Lavt svind: Forbedrer volumenstabiliteten og reducerer 28-dages krympning med ca. 20% sammenlignet med naphthalenbaserede vandreduktionsmidler, hvilket mindsker risikoen for revnedannelse.
- Miljøvenlig: Ugiftig, ikke-ætsende og fri for formaldehyd og andre skadelige komponenter.
Yderligere forklaring
Højtydende vandreduktionsmidler af polycarboxylat er designet ud fra principper om molekylær struktur ved hjælp af DLVO-ladningsafvisningsteori og teori om sterisk hindring. Aktive grupper med forskellige funktionaliteter er podet på hovedkæden og danner polymeren. Polycarboxylatmolekylets hovedkæde adsorberer fast på overfladen af cementpartiklerne, hvilket effektivt forhindrer hydrering og forbedrer fastholdelse af fald, mens sidekæderne omgiver cementpartiklerne, hvilket giver både sterisk hindring og elektrostatisk frastødning. Denne mekanisme, der adskiller sig fra den elektrostatiske frastødning, som traditionelle vandreduktionsmidler bruger til at sprede cementpartikler, resulterer i overlegen spredningsevne og vandreduktion, hvilket i sidste ende øger den samlede ydeevne for mørtel- og betonprodukter.
Polycarboxylat-vandreduktionsmidler syntetiseres via fri radikal vandig opløsningspolymerisation, der indeholder minimale chloridioner og kun kræver en lille mængde alkali til neutralisering, hvilket resulterer i et meget lavt alkaliindhold. I modsætning hertil varierer alkaliindholdet i naphthalenbaserede vandreduktionsmidler betydeligt på grund af forskelle i sulfoneringsprocesser.
Alkali er en primær faktor i alkali-aggregatreaktioner (AAR), som har forårsaget adskillige tilfælde af betonforringelse verden over. Alkali i beton stammer primært fra cement, flyveaske, vandreduktionsmidler og andre råmaterialer. På verdensplan lægges der stor vægt på at kontrollere alkaliindholdet. Det gælder f.eks:
- Sydafrika kræver et maksimalt samlet alkaliindhold på 2,1 kg/m³.
- Kinas Three Gorges Project begrænser det til 2,5 kg/m³.
- USA begrænser det til 3,3 kg/m³.
Som en af de fem væsentlige komponenter i beton har alkaliindholdet i vandreduktionsmidler, især Na2SO4, direkte indflydelse på det samlede alkaliindhold i beton. På grund af produktionsprocesser, der involverer koncentreret svovlsyresulfonering og natriumhydroxidneutralisering, indeholder nogle naphthalenbaserede vandreduktionsmidler Na2SO4-niveauer så høje som 30%, med de fleste omkring 10% og et chloridionindhold, der generelt overstiger 0,3% eller højere. I modsætning hertil syntetiseres polycarboxylatbaserede vandreduktionsmidler via vandig opløsningspolymerisation uden sulfonering, hvilket kun kræver minimal natriumhydroxid til pH-justering, hvilket resulterer i ubetydeligt indhold af alkali- og kloridioner. Dette forbedrer holdbarheden af mørtel og beton betydeligt og gør polycarboxylatbaserede vandreduktionsmidler til vigtige komponenter i produktionen af grøn, højtydende beton.
