Ο μειωτής νερού είναι ένα απαραίτητο συστατικό στη σύγχρονη προετοιμασία σκυροδέματος. Χρησιμοποιείται κυρίως για:
- Μειώστε τη χρήση νερού, διατηρώντας παράλληλα την περιεκτικότητα σε τσιμέντο και τη ρευστότητα του σκυροδέματος, ενισχύοντας έτσι την αντοχή του σκυροδέματος.
- Αύξηση της ρευστότητας, διατηρώντας την περιεκτικότητα σε τσιμέντο και νερό αμετάβλητη.
Αυτό το άρθρο πρόκειται να παρουσιάσει τη διαφορά μεταξύ των παραδοσιακών και των Πολυκαρβοξυλικοί υπερρευστοποιητές.
Παραδοσιακοί μειωτήρες νερού και οι περιορισμοί τους
Η ανάπτυξη των μειωτήρων νερού έχει προχωρήσει σε τρία βασικά στάδια:
1. Συνήθεις μειωτήρες νερού
Η πρώτη γενιά μειωτών νερού, οι συνήθεις μειωτές νερού, όπως το ρετσινικό νάτριο, το λιγνοσουλφονικό ασβέστιο και το λιγνοσουλφονικό νάτριο, εμφανίστηκαν τη δεκαετία του 1930, αλλά είχαν χαμηλούς ρυθμούς μείωσης του νερού (γενικά κάτω από 12%).
2. Μειωτήρες νερού υψηλής απόδοσης
Καθώς οι απαιτήσεις των μηχανικών για υψηλότερα ποσοστά μείωσης του νερού αυξάνονταν, η δεύτερη γενιά - μειωτές νερού υψηλής απόδοσης, όπως οι μειωτές νερού με βάση το ναφθαλένιο και τη μελαμίνη - αναπτύχθηκε με επιτυχία τη δεκαετία του 1960. Αυτοί προσέφεραν υψηλότερα ποσοστά μείωσης του νερού (14%-25%) και βελτιωμένη ενίσχυση της αντοχής, αλλά δεν ήταν επαρκείς στη διατήρηση της κάθισης του φρεσκοαναμεμειγμένου σκυροδέματος.
3. Μειωτήρες νερού υψηλής απόδοσης
Για να αντιμετωπιστεί αυτός ο περιορισμός, η τρίτη γενιά -που αντιπροσωπεύεται από τους πολυκαρβοξυλικούς υπερρευστοποιητές- αναπτύχθηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1980. Οι μειωτές νερού υψηλής απόδοσης παρουσιάζουν υψηλά ποσοστά μείωσης του νερού, εξαιρετική συγκράτηση της κάθισης, ανώτερη ενίσχυση της αντοχής και χαμηλή συρρίκνωση. Επιπλέον, λόγω των εξαιρετικά σχεδιασμένων μοριακών δομών τους, η λειτουργικότητά τους μπορεί να προσαρμοστεί με την τροποποίηση των μοριακών δομών ή την εισαγωγή νέων λειτουργικών ομάδων.
Τι είναι ο πολυκαρβοξυλικός υπερρευστοποιητής;
Πολυκαρβοξυλικός υπερρευστοποιητής είναι ένα καινοτόμο πρόσθετο που συντίθεται μέσω του συμπολυμερισμού ακόρεστων μονομερών υπό τη δράση εκκινητών, εμβολιάζοντας πλευρικές αλυσίδες με ενεργές ομάδες στον πολυμερικό κορμό. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα προϊόν που προσφέρει υψηλή απόδοση, ελεγχόμενη απώλεια κάθισης, αντίσταση στη συρρίκνωση και δεν έχει αρνητικές επιδράσεις στην πήξη και τη σκλήρυνση του τσιμέντου. Οι μειωτές νερού υψηλής απόδοσης με βάση τα πολυκαρβοξυλικά είναι θεμελιωδώς διαφορετικοί από τους μειωτές νερού με σουλφονική φορμαλδεΰδη ναφθαλίνης (NSF) και σουλφονική φορμαλδεΰδη μελαμίνης (MSF). Ακόμη και σε χαμηλές δόσεις, προσδίδουν υψηλή ρευστότητα στο κονίαμα και το σκυρόδεμα, καθώς και χαμηλό ιξώδες, και διατηρούν την απόδοση κατάρρευσης σε χαμηλές αναλογίες νερού προς τσιμέντο. Παρουσιάζουν σχετικά καλύτερη συμβατότητα με διάφορους τύπους τσιμέντου και είναι απαραίτητα υλικά για σκυρόδεμα υψηλής αντοχής και ρευστότητας.
Διαφορές μεταξύ παραδοσιακού και πολυκαρβοξυλικού υπερρευστοποιητή
| Παραδοσιακός υπερρευστοποιητής | Πολυκαρβοξυλικός υπερρευστοποιητής | |
|---|---|---|
| Μηχανισμός διασποράς | Ηλεκτροστατική απώθηση | Ηλεκτροστατική απώθηση και στερικές επιδράσεις |
| Ποσοστό μείωσης νερού | 15-25% | έως 40% |
| Συντήρηση πτώσης | εντός 30-60 λεπτών | έως 2 ώρες |
| Περιβαλλοντικές επιπτώσεις | Περιέχουν φορμαλδεΰδη και άλλες χημικές ουσίες | Χωρίς φορμαλδεΰδη |
| Συμβατότητα | Ζητήματα ασυμβατότητας | Εξαιρετικά συμβατό με διάφορα πρόσθετα |
Συνοπτικά, σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς μειωτές νερού, ο πολυκαρβοξυλικός υπερρευστοποιητής προσφέρει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
- Υψηλός ρυθμός μείωσης νερού: 40%.
- Υψηλός ρυθμός ανάπτυξης αντοχής: Σημαντικά ενισχυμένη αντοχή, ιδιαίτερα σε πρώιμο στάδιο ανάπτυξης αντοχής.
- Εξαιρετική συγκράτηση σάκκου: Εξαιρετική συγκράτηση κάθισης εξασφαλίζει ελάχιστη απώλεια κάθισης με την πάροδο του χρόνου.
- Εξαιρετική ομοιογένεια: Προσδίδει εξαιρετική ρευστότητα στο σκυρόδεμα, διευκολύνοντας την εύκολη έκχυση και συμπύκνωση, κατάλληλο για αυτοεπιπεδούμενο και αυτοσυμπυκνούμενο σκυρόδεμα.
- Ελεγχόμενη παραγωγή: Ρυθμίσεις του μοριακού βάρους του πολυμερούς, του μήκους της πλευρικής αλυσίδας, της πυκνότητας και του τύπου των ομάδων της πλευρικής αλυσίδας επιτρέπουν προσαρμοσμένα ποσοστά μείωσης του νερού, συγκράτηση της μάζας και ιδιότητες που επηρεάζουν τον αέρα.
- Ευρεία συμβατότητα: Με διάφορους τύπους τσιμέντου, συμπεριλαμβανομένου του συνηθισμένου τσιμέντου Πόρτλαντ, του τσιμέντου σκωρίας και του μικτού τσιμέντου.
- Χαμηλή συρρίκνωση: Μειώνει τη συρρίκνωση 28 ημερών κατά περίπου 20% σε σύγκριση με τους μειωτές νερού με βάση τη ναφθαλίνη, μειώνοντας έτσι τους κινδύνους ρηγμάτωσης.
- Φιλικό προς το περιβάλλον: Μη τοξικό, μη διαβρωτικό και απαλλαγμένο από φορμαλδεΰδη και άλλα επιβλαβή συστατικά.
Πρόσθετη επεξήγηση
Πολυκαρβοξυλικοί μειωτές νερού υψηλής απόδοσης σχεδιάζονται με βάση τις αρχές της μοριακής δομής, χρησιμοποιώντας τη θεωρία απώθησης φορτίου DLVO και τη θεωρία στερικών εμποδίων. Ενεργές ομάδες με διαφορετικές λειτουργικότητες εμβολιάζονται στην κύρια αλυσίδα, σχηματίζοντας το πολυμερές. Η κύρια αλυσίδα του πολυκαρβοξυλικού μορίου προσροφάται σταθερά στην επιφάνεια των σωματιδίων τσιμέντου, παρεμποδίζοντας αποτελεσματικά την ενυδάτωση και ενισχύοντας τη διατήρηση της κάθισης, ενώ οι πλευρικές αλυσίδες περιβάλλουν τα σωματίδια τσιμέντου, παρέχοντας τόσο στερική παρεμπόδιση όσο και ηλεκτροστατική απώθηση. Αυτός ο μηχανισμός, που διαφέρει από την ηλεκτροστατική απώθηση που χρησιμοποιούν οι παραδοσιακοί μειωτές νερού για τη διασπορά των σωματιδίων τσιμέντου, έχει ως αποτέλεσμα ανώτερη διασπορά και μείωση του νερού, αυξάνοντας τελικά τη συνολική απόδοση των προϊόντων κονιάματος και σκυροδέματος.
Οι πολυκαρβοξυλικοί μειωτές νερού συντίθενται μέσω πολυμερισμού σε υδατικό διάλυμα ελεύθερων ριζών, περιέχουν ελάχιστα ιόντα χλωρίου και απαιτούν μόνο μια μικρή ποσότητα αλκαλίων για την εξουδετέρωση, με αποτέλεσμα πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε αλκάλια. Αντίθετα, η περιεκτικότητα σε αλκάλια των μειωτών νερού με βάση το ναφθαλένιο ποικίλλει σημαντικά λόγω των διαφορών στις διαδικασίες σουλφονοποίησης.
Τα αλκάλια αποτελούν πρωταρχικό παράγοντα στις αντιδράσεις αλκαλίων-συσσωματωμάτων (AAR), οι οποίες έχουν προκαλέσει πολυάριθμες περιπτώσεις φθοράς του σκυροδέματος παγκοσμίως. Τα αλκάλια στο σκυρόδεμα προέρχονται κυρίως από το τσιμέντο, την ιπτάμενη τέφρα, τα μειωτικά νερού και άλλες πρώτες ύλες. Σε παγκόσμιο επίπεδο, δίνεται σημαντική έμφαση στον έλεγχο της περιεκτικότητας σε αλκάλια. Για παράδειγμα, η εφαρμογή της τεχνολογίας των αλκαλίων είναι πολύ σημαντική:
- Η Νότια Αφρική επιβάλλει μέγιστη συνολική περιεκτικότητα σε αλκάλια 2,1 kg/m³.
- Το έργο "Τρία φαράγγια" της Κίνας το περιορίζει σε 2,5 kg/m³.
- Οι Ηνωμένες Πολιτείες το περιορίζουν σε 3,3 kg/m³.
Ως ένα από τα πέντε βασικά συστατικά του σκυροδέματος, η περιεκτικότητα σε αλκάλια των μειωτών νερού, ιδίως του Na2SO4, επηρεάζει άμεσα τη συνολική περιεκτικότητα του σκυροδέματος σε αλκάλια. Λόγω των διεργασιών παραγωγής που περιλαμβάνουν σουλφονοποίηση με πυκνό θειικό οξύ και εξουδετέρωση με υδροξείδιο του νατρίου, ορισμένα μειωτικά νερού με βάση το ναφθαλίνη περιέχουν επίπεδα Na2SO4 έως και 30%, με τα περισσότερα γύρω στα 10% και περιεκτικότητα σε ιόντα χλωρίου που γενικά υπερβαίνει το 0,3% ή και περισσότερο. Αντίθετα, οι μειωτές νερού με βάση τα πολυκαρβοξυλικά συντίθενται μέσω πολυμερισμού σε υδατικό διάλυμα χωρίς σουλφονοποίηση, απαιτώντας μόνο ελάχιστο υδροξείδιο του νατρίου για τη ρύθμιση του pH, με αποτέλεσμα αμελητέα περιεκτικότητα σε αλκάλια και ιόντα χλωρίου. Αυτό ενισχύει σημαντικά την ανθεκτικότητα του κονιάματος και του σκυροδέματος και καθιστά τους μειωτές νερού με βάση τα πολυκαρβοξυλικά βασικά συστατικά για την παραγωγή πράσινου σκυροδέματος υψηλής απόδοσης.
