Vannreduksjonsmiddel er en uunnværlig komponent i moderne betongpreparering. Det brukes først og fremst til å:
- Reduserer vannforbruket samtidig som sementinnholdet og betongens flyteevne opprettholdes, noe som forbedrer betongens styrke.
- Øker flyteevnen samtidig som sement- og vanninnholdet holdes uendret.
Denne artikkelen skal introdusere forskjellen mellom tradisjonell og Polykarboksylat-superplastifiseringsmidler.
Tradisjonelle vannreduserende midler og deres begrensninger
Utviklingen av vannreduserende midler har gått gjennom tre hovedfaser:
1. Vanlige vannreduksjoner
Den første generasjonen av vannreduksjonsmidler, vanlige vannreduksjonsmidler som natriumharpiksat, kalsiumlignosulfonat og natriumlignosulfonat, dukket opp på 1930-tallet, men hadde lave vannreduksjonsrater (vanligvis under 12%).
2. Høyeffektiv vannreduksjon
Etter hvert som kravene til høyere vannreduksjon økte, ble andre generasjon - høyeffektive vannreduksjonsmidler som naftalenbaserte og melaminbaserte vannreduksjonsmidler - utviklet på 1960-tallet. Disse ga høyere vannreduksjonsrater (14%-25%) og forbedret styrke, men kom til kort når det gjaldt å opprettholde fallhøyden i nyblandet betong.
3. Vannreduksjoner med høy ytelse
For å løse dette problemet ble den tredje generasjonen - representert ved polykarboksylatsuperplastisatorer - utviklet på midten av 1980-tallet. Disse høytytende vannreduksjonsmidlene har høy vannreduksjon, utmerket slumpretensjon, overlegen styrkeforbedring og lav krymping. I tillegg kan funksjonaliteten skreddersys ved å endre molekylstrukturen eller introdusere nye funksjonelle grupper, på grunn av deres svært designbare molekylstrukturer.
Hva er et polykarboksylat-superplastifiseringsmiddel?
Polykarboksylat-superplastifiseringsmiddel er et innovativt tilsetningsstoff som syntetiseres gjennom kopolymerisering av umettede monomerer under påvirkning av initiatorer, som poder sidekjeder med aktive grupper på polymerens ryggrad. Dette resulterer i et produkt med høy effektivitet, kontrollert falltap, krympemotstand og ingen negative effekter på sementens herding. Polykarboksylatbaserte høytytende vannreduksjonsmidler er fundamentalt forskjellige fra naftalen sulfonat formaldehyd (NSF) og melaminsulfonat formaldehyd (MSF). Selv i lave doser gir de mørtel og betong høy flyteevne og lav viskositet, og de opprettholder synkeevnen ved lave vann-til-sement-forhold. De er relativt godt kompatible med ulike typer sement og er uunnværlige materialer for betong med høy styrke og høy flyteevne.
Forskjeller mellom tradisjonelle og polykarboksylatbaserte superplastisatorer
| Tradisjonelt superplastiseringsmiddel | Polykarboksylat-superplastifiseringsmiddel | |
|---|---|---|
| Dispergeringsmekanisme | Elektrostatisk frastøting | Elektrostatisk frastøting og steriske effekter |
| Vannreduksjonsrate | 15-25% | opp til 40% |
| Konservering av fall | innen 30-60 minutter | opptil 2 timer |
| Miljøpåvirkning | Inneholder formaldehyd og andre kjemikalier | Fri for formaldehyd |
| Kompatibilitet | Problemer med inkompatibilitet | Meget kompatibel med ulike tilsetningsstoffer |
Sammenlignet med tradisjonelle vannreduksjonsmidler har Polycarboxylate Superplasticizer følgende fordeler
- Høy vannreduksjonshastighet: Vannreduksjonshastigheter kan nå 25-40%.
- Høy veksthastighet for styrke: Betydelig forbedret styrke, spesielt i de tidlige stadiene av styrkeutviklingen.
- Utmerket slumpretensjon: Eksepsjonell slumpretensjon sikrer minimalt slumptap over tid.
- Overlegen homogenitet: Gir betongen utmerket flytbarhet, noe som gjør den enkel å helle og komprimere, egnet for selvnivellerende og selvkomprimerende betong.
- Kontrollerbar produksjon: Justeringer i polymerens molekylvekt, sidekjedelengde, tetthet og type sidekjedegrupper gjør det mulig å skreddersy vannreduksjon, slumpretensjon og luftinntrengende egenskaper.
- Bred kompatibilitet: God dispergerbarhet og slumpretensjon med ulike typer sement, inkludert vanlig Portland-sement, slaggsement og blandet sement.
- Lav krymping: Forbedrer volumstabiliteten og reduserer 28-dagers krymping med ca. 20% sammenlignet med naftalenbaserte vannreduserende midler, noe som reduserer risikoen for sprekkdannelser.
- Miljøvennlig: Giftfri, ikke-etsende og fri for formaldehyd og andre skadelige komponenter.
Ytterligere forklaring
Polykarboksylater med høy ytelse som vannreduserende middel er designet basert på molekylstrukturprinsipper, ved hjelp av DLVO-ladningsavstøtningsteori og sterisk hindringsteori. Aktive grupper med ulike funksjonaliteter blir podet på hovedkjeden og danner polymeren. Hovedkjeden av polykarboksylatmolekylet adsorberer fast på overflaten av sementpartiklene, noe som effektivt hindrer hydratisering og forbedrer slumpretensjonen, mens sidekjedene omgir sementpartiklene og gir både sterisk hindring og elektrostatisk frastøting. Denne mekanismen, som skiller seg fra den elektrostatiske frastøtningen som brukes av tradisjonelle vannreduksjonsmidler for å dispergere sementpartikler, resulterer i overlegen dispergerbarhet og vannreduksjon, noe som til syvende og sist øker den generelle ytelsen til mørtel- og betongprodukter.
Polykarboksylat-vannreduksjonsmidler syntetiseres via fri radikal polymerisering i vandig løsning, inneholder minimalt med kloridioner og krever bare en liten mengde alkali for nøytralisering, noe som resulterer i et svært lavt alkaliinnhold. I motsetning til dette varierer alkaliinnholdet i naftalenbaserte vannreduksjonsmidler betydelig på grunn av forskjeller i sulfoneringsprosessene.
Alkali er en primær faktor i alkali-aggregatreaksjoner (AAR), som har forårsaket en rekke tilfeller av betongforringelse verden over. Alkali i betong stammer først og fremst fra sement, flyveaske, vannreduksjonsmidler og andre råmaterialer. På verdensbasis legges det stor vekt på å kontrollere alkaliinnholdet. For eksempel
- Sør-Afrika krever et maksimalt totalt alkaliinnhold på 2,1 kg/m³.
- Kinas Three Gorges-prosjekt begrenser den til 2,5 kg/m³.
- I USA er grensen satt til 3,3 kg/m³.
Som en av de fem essensielle komponentene i betong har alkaliinnholdet i vannreduksjonsmidler, spesielt Na2SO4, direkte innvirkning på det totale alkaliinnholdet i betongen. På grunn av produksjonsprosesser som involverer konsentrert svovelsyresulfonering og nøytralisering av natriumhydroksid, inneholder noen naftalenbaserte vannreduksjonsmidler Na2SO4-nivåer helt opp til 30%, med de fleste rundt 10% og et kloridioninnhold som vanligvis overstiger 0,3% eller høyere. Polykarboksylatbaserte vannreduksjonsmidler syntetiseres derimot via polymerisering i vandig løsning uten sulfonering, og krever bare minimalt med natriumhydroksid for pH-justering, noe som resulterer i et ubetydelig innhold av alkali- og kloridioner. Dette forbedrer holdbarheten til mørtel og betong betydelig, og gjør polykarboksylatbaserte vannreduksjonsmidler til viktige komponenter for produksjon av grønn betong med høy ytelse.
