Ūdens reduktors ir neaizstājama sastāvdaļa mūsdienu betona sagatavošanā. To galvenokārt izmanto, lai:
- Samazina ūdens patēriņu, vienlaikus saglabājot cementa saturu un betona plūstamību, tādējādi palielinot betona stiprību.
- Palielina plūstamību, saglabājot nemainīgu cementa un ūdens saturu.
Šis raksts ir par to, lai iepazīstinātu ar atšķirībām starp tradicionālo un Polikarboksilātu superplastifikatori.
Tradicionālie ūdens reduktori un to ierobežojumi
Ūdens reduktoru izstrādes gaitā ir notikuši trīs galvenie posmi:
1. Parastie ūdens reduktori
Pirmās paaudzes ūdens reduktori, tādi parastie ūdens reduktori kā nātrija rezināts, kalcija lignosulfonāts un nātrija lignosulfonāts, parādījās pagājušā gadsimta 30. gados, bet tiem bija zems ūdens reducēšanas ātrums (parasti zem 12%).
2. Augstas efektivitātes ūdens reduktori
Tā kā inženiertehniskās prasības pēc augstākiem ūdens samazināšanas rādītājiem pieauga, 20. gadsimta 60. gados tika veiksmīgi izstrādāta otrā paaudze - augstas efektivitātes ūdens reducētāji, piemēram, ūdens reducētāji uz naftalīna un melamīna bāzes. Tie nodrošināja lielāku ūdens samazināšanas ātrumu (14%-25%) un labāku stiprības uzlabošanu, bet nepietiekami saglabāja svaigi samaisītā betona slīpumu.
3. Augstas veiktspējas ūdens reduktori
Lai novērstu šo ierobežojumu, 80. gadu vidū tika izstrādāta trešā paaudze, ko pārstāv polikarboksilātu superplastifikatori. Augstas efektivitātes ūdens reducētājiem piemīt augsts ūdens samazinājuma līmenis, teicama slīpuma noturība, izcila stiprības palielināšana un zema saraušanās. Turklāt, ņemot vērā to ļoti viegli pārveidojamo molekulāro struktūru, to funkcionalitāti var pielāgot, modificējot molekulāro struktūru vai ieviešot jaunas funkcionālās grupas.
Kas ir polikarboksilātu superplastifikators?
Polikarboksilātu superplastifikators ir inovatīva piedeva, ko sintezē, iniciatoru iedarbībā kopolimerizējot nepiesātinātos monomērus, uz polimēra mugurkaula uzpotējot sānu ķēdes ar aktīvajām grupām. Tā rezultātā tiek iegūts produkts, kas nodrošina augstu efektivitāti, kontrolētus slīpuma zudumus, noturību pret saraušanos un nerada nelabvēlīgu ietekmi uz cementa sacietēšanu un sacietēšanu. Uz polikarboksilātu bāzes izgatavoti augstas efektivitātes ūdens reducētāji būtiski atšķiras no naftalīnsulfonāta formaldehīda (NSF) un melamīnsulfonāta formaldehīda (MSF) ūdens reducētājiem. Pat nelielās devās tie piešķir javai un betonam augstu šķidrumu, kā arī zemu viskozitāti un saglabā slīpuma rādītājus pie zemiem ūdens un cementa attiecību līmeņiem. Tiem piemīt relatīvi labāka saderība ar dažādiem cementa veidiem, un tie ir neaizstājami materiāli augstas stiprības un augstas plūstamības betonam.
Atšķirības starp tradicionālo un polikarboksilātu superplastifikatoru
| Tradicionālais superplastifikators | Polikarboksilātu superplastifikators | |
|---|---|---|
| Dispersijas mehānisms | Elektrostatiskā atgrūšana | Elektrostatiskā atgrūšana un steriskā ietekme |
| Ūdens samazinājuma koeficients | 15-25% | līdz 40% |
| Slīpuma saglabāšana | 30-60 minūšu laikā | līdz 2 stundām |
| Ietekme uz vidi | satur formaldehīdu un citas ķīmiskās vielas | Bez formaldehīda |
| Savietojamība | Nesaderības problēmas | Augsta saderība ar dažādām piedevām |
Kopumā, salīdzinot ar tradicionālajiem ūdens reduktoriem, polikarboksilātu superplastifikatoram ir šādas priekšrocības:
- Augsts ūdens samazināšanas koeficients: Ūdens samazināšanas rādītāji var sasniegt 25-40%.
- Augsts stiprības pieauguma ātrums: Ievērojami palielināta izturība, īpaši izturības attīstības sākumposmā.
- Izcila slāņa noturība: Izcili noturīga recekļa noturība nodrošina minimālu recekļa zudumu laika gaitā.
- Izcila viendabība: piešķir betonam lielisku plūstamību, atvieglojot vieglu betonēšanu un blīvēšanu, piemērots pašizlīdzinošam un pašblīvējošam betonam.
- Kontrolējama ražošana: Pielāgojot polimēru molekulmasu, sānu ķēžu garumu, blīvumu un sānu ķēžu grupu tipu, iespējams pielāgot ūdens samazināšanas ātrumu, slīdes noturību un gaisa savilkšanas īpašības.
- Plaša saderība: Izrāda labu dispersiju un noturību ar dažādiem cementa veidiem, tostarp parasto portlandcementu, izdedžu cementu un cementa maisījumiem.
- Zema saraušanās: Salīdzinot ar ūdens reduktoriem uz naftalīna bāzes, tas uzlabo tilpuma stabilitāti, samazinot 28 dienu saraušanos par aptuveni 20%, tādējādi mazinot plaisu rašanās risku.
- Videi draudzīgs: netoksisks, nerūsējošs, bez formaldehīda un citām kaitīgām sastāvdaļām.
Papildu paskaidrojums
Augstas efektivitātes polikarboksilātu ūdens reduktori ir izstrādāti, pamatojoties uz molekulārās struktūras principiem, izmantojot DLVO lādiņa atgrūšanas teoriju un sterisko šķēršļu teoriju. Uz galvenās ķēdes tiek uzpotētas aktīvās grupas ar dažādu funkcionalitāti, veidojot polimēru. Polikarboksilāta molekulas galvenā ķēde stingri adsorbējas uz cementa daļiņu virsmas, efektīvi kavējot hidratāciju un uzlabojot slīpuma noturību, savukārt sānu ķēdes ieskauj cementa daļiņas, nodrošinot gan sterisko kavēšanu, gan elektrostatisko atgrūšanu. Šis mehānisms, kas atšķiras no elektrostatiskās pretestības, ko izmanto tradicionālie ūdens reducētāji, lai disperģētu cementa daļiņas, nodrošina labāku dispersiju un ūdens samazināšanos, tādējādi uzlabojot javas un betona izstrādājumu kopējās īpašības.
Polikarboksilātu ūdens reduktorus sintezē, izmantojot brīvo radikāļu ūdens šķīduma polimerizāciju, kas satur minimālu hlorīda jonu daudzumu un neitralizācijai nepieciešams tikai neliels sārmu daudzums, kā rezultātā sārmu saturs ir ļoti zems. Turpretī sārmu saturs ūdens reducētājos uz naftalīna bāzes ievērojami atšķiras sulfonēšanas procesu atšķirību dēļ.
Sārmi ir galvenais faktors sārmu-agregātu reakcijās (AAR), kas ir izraisījušas daudzus betona bojāšanās gadījumus visā pasaulē. Sārmu betona sastāvā galvenokārt ir cements, vieglie pelni, ūdens reducenti un citas izejvielas. Pasaulē tiek pievērsta liela uzmanība sārmu satura kontrolei. Piemēram:
- Dienvidāfrika nosaka maksimālo kopējo sārmu saturu 2,1 kg/m³.
- Ķīnas Trīs aizas projektā tas nepārsniedz 2,5 kg/m³.
- Amerikas Savienotajās Valstīs tas nepārsniedz 3,3 kg/m³.
Tā kā ūdens reduktoru, jo īpaši Na2SO4, sārmu saturs ir viena no piecām būtiskām betona sastāvdaļām, tas tieši ietekmē kopējo sārmu saturu betonā. Tā kā ražošanas procesi ietver koncentrētas sērskābes sulfonēšanu un nātrija hidroksīda neitralizāciju, dažos ūdens reducētājos uz naftalīna bāzes Na2SO4 saturs sasniedz 30%, lielākajā daļā no tiem Na2SO4 saturs ir aptuveni 10%, bet hlorīda jonu saturs parasti pārsniedz 0,3% vai vairāk. Turpretim ūdens reducētāji uz polikarboksilātu bāzes tiek sintezēti, izmantojot ūdens šķīduma polimerizāciju bez sulfonēšanas, un pH regulēšanai nepieciešams tikai minimāls nātrija hidroksīda daudzums, kā rezultātā sārmu un hlorīda jonu saturs ir niecīgs. Tas ievērojami uzlabo javas un betona izturību un padara polikarboksilātu bāzes ūdens reducētājus par būtisku sastāvdaļu videi draudzīga, augstas kvalitātes betona ražošanā.
