Vandens reduktorius yra nepakeičiamas šiuolaikinio betono paruošimo komponentas. Jis visų pirma naudojamas:
- Sumažinkite vandens sąnaudas, išlaikydami cemento kiekį ir betono skystumą, taip padidindami betono stiprumą.
- Padidinkite skystumą, išlaikydami nepakitusį cemento ir vandens kiekį.
Šiame straipsnyje pristatomas skirtumas tarp tradicinių ir Polikarboksilatų superplastifikatoriai.
Tradiciniai vandens reduktoriai ir jų apribojimai
Vandens reduktorių kūrimas vyko trimis pagrindiniais etapais:
1. Įprasti vandens reduktoriai
Pirmosios kartos vandens reduktoriai - paprastieji vandens reduktoriai, tokie kaip natrio rezinatas, kalcio lignosulfonatas ir natrio lignosulfonatas - atsirado 1930 m., tačiau jų vandens redukavimo greitis buvo mažas (paprastai mažesnis nei 12%).
2. Didelio efektyvumo vandens reduktoriai
Didėjant inžineriniams poreikiams, susijusiems su didesniu vandens kiekio mažinimu, septintajame dešimtmetyje buvo sėkmingai sukurti antrosios kartos didelio efektyvumo vandens reduktoriai, pvz., naftaleno ir melamino pagrindu pagaminti vandens reduktoriai. Šie reduktoriai pasižymėjo didesniu vandens kiekio mažinimu (14%-25%) ir geresniu stiprumo didinimu, tačiau jiems nepavyko išlaikyti šviežiai sumaišyto betono slankumo.
3. Didelio našumo vandens reduktoriai
Siekiant pašalinti šį apribojimą, aštuntojo dešimtmečio viduryje buvo sukurta trečioji karta - polikarboksilatiniai superplastifikatoriai. Aukštos kokybės vandens reduktoriai pasižymi dideliu vandens kiekio mažinimu, puikiu nuosėdų išlaikymu, geresniu stiprumo didinimu ir mažu susitraukimu. Be to, dėl labai lengvai projektuojamos molekulinės struktūros jų funkcionalumą galima pritaikyti modifikuojant molekulinę struktūrą arba įvedant naujas funkcines grupes.
Kas yra polikarboksilato superplastifikatorius?
Polikarboksilato superplastiklis yra naujoviškas priedas, sintetinamas nesočiųjų monomerų kopolimerizacijos būdu, veikiant iniciatoriams, į polimero pagrindą įskiepijant šonines grandines su aktyviosiomis grupėmis. Taip gaunamas produktas, pasižymintis dideliu efektyvumu, kontroliuojamu slankumo praradimu, atsparumu susitraukimui ir neturintis neigiamo poveikio cemento rišimuisi ir kietėjimui. Polikarboksilatų pagrindu pagaminti didelio efektyvumo vandens reduktoriai iš esmės skiriasi nuo naftaleno sulfonato formaldehido (NSF) ir melamino sulfonato formaldehido (MSF) vandens reduktorių. Net ir nedidelėmis dozėmis jie skiediniui ir betonui suteikia didelį skystumą, taip pat mažą klampumą ir išlaiko slankumą esant mažam vandens ir cemento santykiui. Jie pasižymi santykinai geresniu suderinamumu su įvairių rūšių cementu ir yra nepakeičiamos medžiagos didelio stiprumo ir didelio klampumo betonui.
Tradicinio ir polikarboksilatinio superplastiklio skirtumai
| Tradicinis superplastiklis | Polikarboksilato superplastiklis | |
|---|---|---|
| Dispersijos mechanizmas | Elektrostatinis atstūmimas | Elektrostatinis atstūmimas ir sterinis poveikis |
| Vandens sumažinimo norma | 15-25% | iki 40% |
| Nuosmukio išsaugojimas | per 30-60 minučių | iki 2 valandų |
| Poveikis aplinkai | turi formaldehido ir kitų cheminių medžiagų | Be formaldehido |
| Suderinamumas | Nesuderinamumo problemos | Puikiai dera su įvairiais priedais |
Apibendrinant galima teigti, kad, palyginti su tradiciniais vandens reduktoriais, polikarboksilato superplastifikatorius turi šiuos privalumus:
- Didelis vandens mažinimo greitis: Vandens sumažinimo koeficientas gali siekti 25-40%.
- Didelis stiprumo augimo tempas: Ženkliai padidėjęs stiprumas, ypač ankstyvojoje stiprumo raidos stadijoje.
- Puikus nuosėdų sulaikymas: Išskirtinis gniužulo išlaikymas užtikrina minimalų gniužulo praradimą laikui bėgant.
- Puikus vienalytiškumas: suteikia betonui puikų skystumą, todėl jį lengva pilti ir tankinti, tinka savaime išsilyginančiam ir savaime sutankėjančiam betonui.
- Kontroliuojama gamyba: Reguliuojant polimero molekulinę masę, šoninės grandinės ilgį, tankį ir šoninės grandinės grupių tipą, galima pritaikyti vandens mažinimo greitį, šlaito slankumo išlaikymą ir orą sulaikančias savybes.
- Platus suderinamumas: pasižymi geru dispersiškumu ir slankumo išlaikymu su įvairių rūšių cementu, įskaitant įprastą portlandcemenčio, šlakcemenčio ir mišriojo cemento rūšis.
- Mažas susitraukimas: Lyginant su naftaleno pagrindu pagamintais vandens reduktoriais, 28 dienų susitraukimas sumažėja maždaug 20%, todėl sumažėja įtrūkimų rizika.
- Draugiškas aplinkai: netoksiškas, nekorozinis, be formaldehido ir kitų kenksmingų komponentų.
Papildomas paaiškinimas
Polikarboksilatų didelio efektyvumo vandens reduktoriai sukurtos remiantis molekulinės struktūros principais, taikant DLVO krūvio atstojamojo poveikio teoriją ir sterinių kliūčių teoriją. Į pagrindinę grandinę įskiepijamos skirtingo funkcionalumo aktyviosios grupės ir taip suformuojamas polimeras. Pagrindinė polikarboksilato molekulės grandinė tvirtai adsorbuojasi ant cemento dalelių paviršiaus, veiksmingai stabdydama hidrataciją ir didindama slankumo išlaikymą, o šoninės grandinės supa cemento daleles, užtikrindamos ir sterinę kliūtį, ir elektrostatinį atstūmimą. Šis mechanizmas, kuris skiriasi nuo elektrostatinio atstūmimo, kurį naudoja tradiciniai vandens reduktoriai, disperguojantys cemento daleles, lemia geresnį dispersiškumą ir vandens kiekio mažinimą, o tai pagerina bendras skiedinio ir betono gaminių savybes.
Polikarboksilatų vandens reduktoriai sintetinami laisvųjų radikalų vandeninio tirpalo polimerizacijos būdu, kuriame yra minimalus chlorido jonų kiekis, o neutralizavimui reikia tik nedidelio kiekio šarmo, todėl šarmų kiekis yra labai mažas. Tuo tarpu naftaleno pagrindo vandens reduktorių sudėtyje esančių šarmų kiekis labai skiriasi dėl skirtingų sulfonavimo procesų.
Šarmai yra pagrindinis šarmų ir agregatų reakcijų (ŠAR), dėl kurių visame pasaulyje yra daugybė betono irimo atvejų, veiksnys. Šarmas betone pirmiausia atsiranda iš cemento, pelenų, vandens reduktorių ir kitų žaliavų. Pasaulyje daug dėmesio skiriama šarmų kiekio kontrolei. Pvz:
- Pietų Afrikos Respublikoje nustatyta, kad didžiausias bendras šarmų kiekis yra 2,1 kg/m³.
- Kinijos Trijų tarpeklių projekte jis ribojamas iki 2,5 kg/m³.
- Jungtinėse Amerikos Valstijose ji neviršija 3,3 kg/m³.
Vienas iš penkių esminių betono komponentų, todėl vandens reduktorių, ypač Na2SO4, šarmų kiekis turi tiesioginės įtakos bendram šarmų kiekiui betone. Dėl gamybos procesų, kurių metu vyksta koncentruotos sieros rūgšties sulfonavimas ir natrio hidroksido neutralizavimas, kai kuriuose naftaleno pagrindu pagamintuose vandens reduktoriuose Na2SO4 kiekis siekia 30%, daugumoje jų yra apie 10%, o chlorido jonų kiekis paprastai viršija 0,3% arba yra didesnis. Priešingai, polikarboksilatų pagrindu pagaminti vandens reduktoriai sintetinami polimerizuojant vandeninį tirpalą be sulfonavimo, todėl pH reguliuoti reikia tik minimalaus natrio hidroksido kiekio, todėl šarmų ir chlorido jonų kiekis yra nereikšmingas. Dėl to gerokai padidėja skiedinio ir betono ilgaamžiškumas, o polikarboksilatų pagrindu pagaminti vandens reduktoriai tampa esminiais komponentais gaminant ekologišką, aukštos kokybės betoną.
