Le réducteur d'eau est un composant indispensable à la préparation moderne du béton. Il est principalement utilisé pour :
- Réduire la consommation d'eau tout en maintenant la teneur en ciment et la fluidité du béton, améliorant ainsi la résistance du béton.
- Augmenter la fluidité tout en maintenant la teneur en ciment et en eau inchangée.
Cet article a pour but de présenter la différence entre les méthodes traditionnelles et les méthodes traditionnelles. Superplastifiants à base de polycarboxylate.
Les réducteurs d'eau traditionnels et leurs limites
Le développement des réducteurs d'eau s'est fait en trois étapes principales :
1. Réducteurs d'eau ordinaire
La première génération de réducteurs d'eau, les réducteurs d'eau ordinaires tels que le résinate de sodium, le lignosulfonate de calcium et le lignosulfonate de sodium, est apparue dans les années 1930, mais leur taux de réduction de l'eau était faible (généralement inférieur à 12%).
2. Réducteurs d'eau à haut rendement
Alors que la demande des ingénieurs pour des taux de réduction d'eau plus élevés augmentait, la deuxième génération de réducteurs d'eau à haut rendement, comme les réducteurs d'eau à base de naphtalène et de mélamine, a été mise au point avec succès dans les années 1960. Ces produits offraient des taux de réduction d'eau plus élevés (14%-25%) et amélioraient la résistance, mais ne permettaient pas de maintenir l'affaissement du béton fraîchement mélangé.
3. Réducteurs d'eau haute performance
Pour remédier à cette limitation, la troisième génération, représentée par les superplastifiants à base de polycarboxylates, a été mise au point au milieu des années 1980. Les réducteurs d'eau à haute performance présentent des taux de réduction d'eau élevés, une excellente rétention de l'affaissement, une amélioration supérieure de la résistance et un faible retrait. En outre, en raison de leurs structures moléculaires hautement concevables, leur fonctionnalité peut être adaptée en modifiant les structures moléculaires ou en introduisant de nouveaux groupes fonctionnels.
Qu'est-ce qu'un superplastifiant à base de polycarboxylate ?
Superplastifiant à base de polycarboxylate est un additif innovant synthétisé par copolymérisation de monomères insaturés sous l'action d'initiateurs, greffant des chaînes latérales avec des groupes actifs sur le squelette du polymère. Il en résulte un produit qui offre une grande efficacité, une perte d'affaissement contrôlée, une résistance au retrait et aucun effet négatif sur la prise et le durcissement du ciment. Les réducteurs d'eau haute performance à base de polycarboxylates sont fondamentalement différents des réducteurs d'eau à base de naphtalène sulfonate formaldéhyde (NSF) et de mélamine sulfonate formaldéhyde (MSF). Même à faible dose, ils confèrent une grande fluidité au mortier et au béton, ainsi qu'une faible viscosité, et maintiennent la performance d'affaissement à de faibles rapports eau/ciment. Ils présentent une compatibilité relativement meilleure avec divers types de ciment et sont des matériaux indispensables pour les bétons à haute résistance et à haute fluidité.
Différences entre les superplastifiants traditionnels et les superplastifiants à base de polycarboxylates
| Superplastifiant traditionnel | Superplastifiant à base de polycarboxylate | |
|---|---|---|
| Mécanisme de dispersion | Répulsion électrostatique | Répulsion électrostatique et effets stériques |
| Taux de réduction de la consommation d'eau | 15-25% | jusqu'à 40% |
| Préservation de l'affaissement | dans les 30 à 60 minutes | jusqu'à 2 heures |
| Impact sur l'environnement | Contiennent du formaldéhyde et d'autres produits chimiques | Sans formaldéhyde |
| Compatibilité | Problèmes d'incompatibilité | Hautement compatible avec divers additifs |
En résumé, comparé aux réducteurs d'eau traditionnels, le superplastifiant à base de polycarboxylate offre les avantages suivants :
- Taux élevé de réduction de la consommation d'eau : Les taux de réduction de l'eau peuvent atteindre 25-40%.
- Taux de croissance élevé de la force : Amélioration significative de la résistance, en particulier dans les premiers stades de développement de la résistance.
- Excellente rétention de l'affaissement : La rétention exceptionnelle de l'affaissement garantit une perte d'affaissement minimale au fil du temps.
- Homogénéité supérieure : confère une excellente fluidité au béton, facilitant le coulage et le compactage, convient au béton autonivelant et autoplaçant.
- Production contrôlable : Les ajustements du poids moléculaire des polymères, de la longueur des chaînes latérales, de la densité et du type de groupes de chaînes latérales permettent d'adapter les taux de réduction de l'eau, la rétention de l'affaissement et les propriétés d'entraînement de l'air.
- Large compatibilité : Présente une bonne dispersibilité et une bonne rétention d'affaissement avec divers types de ciment, y compris le ciment Portland ordinaire, le ciment au laitier et le ciment mélangé.
- Faible retrait : Améliore la stabilité du volume, en réduisant le retrait à 28 jours d'environ 20% par rapport aux réducteurs d'eau à base de naphtalène, atténuant ainsi les risques de fissuration.
- Respectueux de l'environnement : non toxique, non corrosif et exempt de formaldéhyde et d'autres composants nocifs.
Explication complémentaire
Réducteurs d'eau à haute performance à base de polycarboxylates sont conçus sur la base des principes de la structure moléculaire, en utilisant la théorie de la répulsion de charge DLVO et la théorie de l'encombrement stérique. Des groupes actifs avec différentes fonctionnalités sont greffés sur la chaîne principale, formant ainsi le polymère. La chaîne principale de la molécule de polycarboxylate s'adsorbe fermement sur la surface des particules de ciment, entravant efficacement l'hydratation et améliorant la rétention de l'affaissement, tandis que les chaînes latérales entourent les particules de ciment, assurant à la fois l'encombrement stérique et la répulsion électrostatique. Ce mécanisme, différent de la répulsion électrostatique utilisée par les réducteurs d'eau traditionnels pour disperser les particules de ciment, se traduit par une dispersibilité et une réduction de l'eau supérieures, ce qui améliore les performances globales des mortiers et des produits en béton.
Les réducteurs d'eau à base de polycarboxylates sont synthétisés par polymérisation en solution aqueuse à radicaux libres. Ils contiennent un minimum d'ions chlorure et ne nécessitent qu'une petite quantité d'alcali pour la neutralisation, ce qui se traduit par une très faible teneur en alcali. En revanche, la teneur en alcali des réducteurs d'eau à base de naphtalène varie considérablement en raison des différences dans les processus de sulfonation.
L'alcali est un facteur essentiel des réactions alcali-granulats (RAG), qui sont à l'origine de nombreux cas de détérioration du béton dans le monde entier. L'alcali dans le béton provient principalement du ciment, des cendres volantes, des réducteurs d'eau et d'autres matières premières. Au niveau mondial, l'accent est mis sur le contrôle de la teneur en alcali. Par exemple :
- L'Afrique du Sud impose une teneur totale maximale en alcali de 2,1 kg/m³.
- Le projet chinois des Trois Gorges le limite à 2,5 kg/m³.
- Les États-Unis la limitent à 3,3 kg/m³.
En tant que l'un des cinq composants essentiels du béton, la teneur en alcalins des réducteurs d'eau, en particulier Na2SO4, a un impact direct sur la teneur totale en alcalins du béton. En raison des processus de production impliquant une sulfonation à l'acide sulfurique concentré et une neutralisation à l'hydroxyde de sodium, certains réducteurs d'eau à base de naphtalène contiennent des niveaux de Na2SO4 aussi élevés que 30%, la plupart se situant autour de 10% et la teneur en ions chlorure dépassant généralement 0,3% ou plus. En revanche, les réducteurs d'eau à base de polycarboxylate sont synthétisés par polymérisation en solution aqueuse sans sulfonation, ne nécessitant qu'un minimum d'hydroxyde de sodium pour l'ajustement du pH, ce qui se traduit par une teneur négligeable en ions alcalins et en ions chlorure. Cela améliore considérablement la durabilité du mortier et du béton et fait des réducteurs d'eau à base de polycarboxylate des composants essentiels pour la production de béton vert à haute performance.
