Veden vähentäjä on välttämätön osa nykyaikaista betoninvalmistusta. Sitä käytetään ensisijaisesti:
- Vähentää vedenkulutusta säilyttäen samalla sementtipitoisuuden ja betonin juoksevuuden, mikä parantaa betonin lujuutta.
- Lisää juoksevuutta sementin ja vesipitoisuuden pysyessä ennallaan.
Tässä artikkelissa esitellään ero perinteisen ja Polykarboksylaattipolymeeri-polymeeri-polymeeri pehmittimet.
Perinteiset veden vähentäjät ja niiden rajoitukset
Veden vähentäjien kehittäminen on edennyt kolmen päävaiheen kautta:
1. Tavalliset veden vähentäjät
Ensimmäisen sukupolven vedenpienentäjät, tavalliset vedenpienentäjät, kuten natriumresinaatti, kalsiumlignosulfonaatti ja natriumlignosulfonaatti, tulivat markkinoille 1930-luvulla, mutta niiden vedenpienentämisasteet olivat alhaiset (yleensä alle 12%).
2. Korkean hyötysuhteen veden vähentimet
Kun tekniset vaatimukset suuremmista vedenpienennystehoista kasvoivat, toisen sukupolven korkean hyötysuhteen vedenpienentimet, kuten naftaleenipohjaiset ja melamiinipohjaiset vedenpienentimet, kehitettiin menestyksekkäästi 1960-luvulla. Nämä tarjosivat korkeampia veden vähentämisasteita (14%-25%) ja paransivat lujuutta, mutta eivät pystyneet säilyttämään tuoreen betonin notkoa.
3. Korkean suorituskyvyn veden vähentäjät
Tämän rajoituksen poistamiseksi kehitettiin 1980-luvun puolivälissä kolmas sukupolvi, jota edustavat polykarboksylaattipolymeerit. Korkean suorituskyvyn omaavilla vedenpienentäjillä on korkea vedenpoistokyky, erinomainen notkeuden säilyminen, erinomainen lujuuden parantaminen ja alhainen kutistuma. Koska niiden molekyylirakenteet ovat erittäin hyvin muotoiltavissa, niiden toiminnallisuutta voidaan lisäksi mukauttaa muuttamalla molekyylirakenteita tai lisäämällä uusia funktionaalisia ryhmiä.
Mikä on polykarboksylaattipolymeeri?
Polykarboksylaatti Superplastifikaattori on innovatiivinen lisäaine, joka syntetisoidaan tyydyttymättömien monomeerien kopolymeroinnilla initiaattoreiden vaikutuksesta, jolloin aktiivisia ryhmiä sisältävät sivuketjut siirretään polymeerin runkoon. Tuloksena on tuote, joka tarjoaa korkean hyötysuhteen, hallitun notkahdushäviön, kutistumisen kestävyyden eikä vaikuta haitallisesti sementin kovettumiseen ja kovettumiseen. Polykarboksylaattipohjaiset korkean suorituskyvyn vedenpuhdistimet eroavat olennaisesti naftaleenisulfonaattiformaldehydi- (NSF) ja melamiinisulfonaattiformaldehydi- (MSF) vedenpuhdistimista. Ne antavat laastille ja betonille suuren juoksevuuden ja alhaisen viskositeetin jo pienilläkin annoksilla ja säilyttävät sakkaustuloksen alhaisilla vesi-sementtisuhteilla. Ne sopivat suhteellisen hyvin yhteen eri sementtityyppien kanssa ja ovat välttämättömiä materiaaleja korkealujuus- ja juoksevuusbetonissa.
Perinteisen ja polykarboksylaattipolymeerimassan erot
| Perinteinen superplastisoija | Polykarboksylaatti Superplastifikaattori | |
|---|---|---|
| Hajotusmekanismi | Sähköstaattinen repulsio | Sähköstaattinen repulsio ja steriiliset vaikutukset |
| Veden vähentämisaste | 15-25% | enintään 40% |
| Slumpin säilyttäminen | 30-60 minuutin kuluessa | enintään 2 tuntia |
| Ympäristövaikutukset | sisältävät formaldehydiä ja muita kemikaaleja | Formaldehydivapaa |
| Yhteensopivuus | Yhteensopimattomuusongelmat | Erittäin yhteensopiva eri lisäaineiden kanssa |
Yhteenvetona voidaan todeta, että polykarboksylaattipolymeeri tarjoaa perinteisiin veden vähentäjiin verrattuna seuraavat edut:
- Korkea veden vähentämisaste: Veden vähentämisaste voi olla jopa 25-40%.
- Korkea lujuuden kasvuvauhti: Merkittävästi parantunut lujuus, erityisesti lujuuden kehityksen alkuvaiheessa.
- Erinomainen notkistuman pidättyminen: Poikkeuksellinen muhkuran säilyminen takaa minimaalisen muhkurahäviön ajan myötä.
- Erinomainen homogeenisuus: Antaa betonille erinomaisen juoksevuuden, mikä helpottaa valamista ja tiivistämistä, sopii itsetasaavaan ja itsetiivistyvään betoniin.
- Hallittavissa oleva tuotanto: Polymeerin molekyylipainon, sivuketjujen pituuden, tiheyden ja sivuketjuryhmien tyypin säätäminen mahdollistaa räätälöidyn vedenpoistokyvyn, notkeuden ja ilmansuodatusominaisuuksien säätämisen.
- Laaja yhteensopivuus: Sementti: Hyvät dispergoituvuusominaisuudet ja sementtimassan pysyvyys eri sementtityyppien kanssa, mukaan lukien tavallinen portlandsementti, kuonasementti ja sementtisekoite.
- Alhainen kutistuminen: Vähentää 28 päivän kutistumaa noin 20% verrattuna naftaleenipohjaisiin veden vähentäjiin, mikä vähentää halkeiluriskiä.
- Ympäristöystävällinen: myrkytön, syövyttämätön ja vapaa formaldehydistä ja muista haitallisista aineosista.
Lisäselvitys
Polykarboksylaattiset tehokkaat veden vähentäjät suunnitellaan molekyylirakenteen periaatteiden pohjalta käyttäen DLVO:n varauksen hylkimisvoimateoriaa ja steriittisen esteen teoriaa. Erilaisia funktionaalisuuksia omaavat aktiiviset ryhmät siirretään pääketjuun, jolloin muodostuu polymeeri. Polykarboksylaattimolekyylin pääketju adsorboituu lujasti sementtihiukkasten pinnalle, mikä estää tehokkaasti hydratoitumista ja parantaa murtuman pidättymistä, kun taas sivuketjut ympäröivät sementtihiukkasia ja tarjoavat sekä steriittisen esteen että sähköstaattisen hylkimisen. Tämä mekanismi, joka eroaa sähköstaattisesta hylkimisestä, jota perinteiset veden vähentäjät käyttävät sementtihiukkasten dispergoimiseksi, johtaa parempaan dispergoituvuuteen ja veden vähentämiseen, mikä viime kädessä parantaa laastin ja betonituotteiden yleistä suorituskykyä.
Polykarboksylaattiveden pelkistimet syntetisoidaan vapaan radikaalin vesiliuospolymerisaation avulla, jolloin kloridi-ionien määrä on minimaalinen ja neutralointi vaatii vain pienen määrän alkalia, jolloin alkalipitoisuus on hyvin alhainen. Sitä vastoin naftaleenipohjaisten veden pelkistimien alkalipitoisuus vaihtelee merkittävästi sulfonointiprosessien eroista johtuen.
Alkali on ensisijainen tekijä alkali-aggregaattireaktioissa (AAR), jotka ovat aiheuttaneet lukuisia betonin rappeutumistapauksia maailmanlaajuisesti. Betonin sisältämä alkali on peräisin pääasiassa sementistä, lentotuhkasta, veden vähentäjistä ja muista raaka-aineista. Maailmanlaajuisesti on kiinnitetty paljon huomiota alkalipitoisuuden hallintaan. Esim:
- Etelä-Afrikka edellyttää, että kokonaisalkalipitoisuus on enintään 2,1 kg/m³.
- Kiinan Three Gorges Project -hankkeessa se on rajoitettu 2,5 kg/m³:iin.
- Yhdysvalloissa se on rajoitettu 3,3 kg/m³:iin.
Koska veden vähentäjien, erityisesti Na2SO4:n, alkalipitoisuus on yksi betonin viidestä keskeisestä komponentista, se vaikuttaa suoraan betonin kokonaisalkalipitoisuuteen. Koska tuotantoprosessit sisältävät väkevää rikkihapposulfonointia ja natriumhydroksidin neutralointia, jotkin naftaleenipohjaiset veden pelkistimet sisältävät jopa 30%:n Na2SO4-pitoisuuden, useimmat noin 10%:n ja kloridi-ionipitoisuus yleensä yli 0,3%:n tai enemmän. Sitä vastoin polykarboksylaattipohjaiset veden pelkistimet syntetisoidaan vesiliuospolymeroinnilla ilman sulfonointia, jolloin pH:n säätöön tarvitaan vain vähän natriumhydroksidia, jolloin alkali- ja kloridi-ionipitoisuus on vähäinen. Tämä parantaa merkittävästi laastin ja betonin kestävyyttä ja tekee polykarboksylaattipohjaisista vedenpuhdistimista olennaisia komponentteja vihreän, korkean suorituskyvyn betonin valmistuksessa.
