Waterreduceermiddel is een onmisbaar bestanddeel in de moderne betonbereiding. Het wordt voornamelijk gebruikt om:
- Verminder het waterverbruik met behoud van het cementgehalte en de vloeibaarheid van het beton, waardoor de betonsterkte toeneemt.
- Verhoog de vloeibaarheid terwijl het cement- en watergehalte ongewijzigd blijven.
Dit artikel gaat over het verschil tussen traditionele en Polycarboxylaat superweekmakers.
Traditionele waterreductoren en hun beperkingen
De ontwikkeling van waterreductiemiddelen heeft drie hoofdfasen doorlopen:
1. Gewone waterverlagers
De eerste generatie waterreductiemiddelen, gewone waterreductiemiddelen zoals natriumharsinaat, calciumlignosulfonaat en natriumlignosulfonaat, kwamen op in de jaren 1930, maar hadden een lage waterreductiesnelheid (over het algemeen lager dan 12%).
2. Hoogefficiënte waterreduceers
Toen de vraag van ingenieurs naar hogere waterreductiesnelheden toenam, werd in de jaren 1960 met succes de tweede generatie hoogrendementswaterreductiemiddelen ontwikkeld, zoals waterreductiemiddelen op basis van naftaleen en melamine. Deze boden hogere waterreductiesnelheden (14%-25%) en een verbeterde sterkteverbetering, maar konden de slump van vers gemengd beton niet handhaven.
3. Waterreductoren met hoge prestaties
Om deze beperking aan te pakken werd halverwege de jaren 1980 de derde generatie - polycarboxylaat superweekmakers - ontwikkeld. Hoogwaardige waterreductiemiddelen vertonen hoge waterreductiesnelheden, een uitstekend behoud van de slump, superieure sterkteverbetering en lage krimp. Bovendien kan hun functionaliteit worden aangepast door de moleculaire structuur te wijzigen of nieuwe functionele groepen toe te voegen, dankzij hun zeer ontwerpbare moleculaire structuur.
Wat is een polycarboxylaat superweekmaker?
Polycarboxylaat Superweekmaker is een innovatief additief dat wordt gesynthetiseerd door copolymerisatie van onverzadigde monomeren onder invloed van initiatoren, waarbij zijketens met actieve groepen op de polymeerruggengraat worden geënt. Dit resulteert in een product met een hoge efficiëntie, gecontroleerd instortverlies, weerstand tegen krimpen en geen nadelige effecten op de uitharding en verharding van cement. Sterk presterende waterreductiemiddelen op basis van polycarboxylaat verschillen fundamenteel van naftaleensulfonaatformaldehyde (NSF) en melamine-sulfonaatformaldehyde (MSF) waterreductiemiddelen. Zelfs bij lage doseringen geven ze mortel en beton een hoge vloeibaarheid en een lage viscositeit en behouden ze de prestaties van slump bij lage water-cementverhoudingen. Ze vertonen een relatief betere compatibiliteit met verschillende soorten cement en zijn onmisbare materialen voor beton met hoge sterkte en hoge vloeibaarheid.
Verschillen tussen traditionele en polycarboxylaat superweekmakers
| Traditionele Superplasticizer | Polycarboxylaat Superweekmaker | |
|---|---|---|
| Dispersiemechanisme | Elektrostatische afstoting | Elektrostatische afstoting en sterische effecten |
| Water Reductie | 15-25% | tot 40% |
| Behoud van instorten | binnen 30-60 minuten | tot 2 uur |
| Milieu-impact | Bevatten formaldehyde en andere chemicaliën | Formaldehydevrij |
| Compatibiliteit | Incompatibiliteitsproblemen | Zeer compatibel met verschillende additieven |
Samengevat biedt Polycarboxylaat Superplasticizer in vergelijking met traditionele waterreductiemiddelen de volgende voordelen:
- Hoog waterreductiepercentage: Waterreductiesnelheden kunnen oplopen tot 25-40%.
- Sterke groeisnelheid: Aanzienlijk verbeterde sterkte, vooral in het beginstadium van krachtontwikkeling.
- Uitstekend behoud van klonters: Uitzonderlijk klontvast zorgt voor minimaal klontverlies na verloop van tijd.
- Superieure homogeniteit: Geeft het beton een uitstekende vloeibaarheid, wat het storten en verdichten vergemakkelijkt, geschikt voor zelfnivellerend en zelfverdichtend beton.
- Controleerbare productie: Aanpassingen in het moleculaire gewicht van het polymeer, de lengte van de zijketen, de dichtheid en het type zijketengroepen maken waterreductiesnelheden, het behoud van de drempelwaarde en luchtbelemmerende eigenschappen op maat mogelijk.
- Brede compatibiliteit: Vertoont een goede dispergeerbaarheid en schuimretentie met verschillende cementsoorten, waaronder gewoon portlandcement, slakkencement en gemengd cement.
- Lage krimp: Verbetert de volumestabiliteit en vermindert de krimp op 28 dagen met ongeveer 20% in vergelijking met waterreductiemiddelen op naftaleenbasis, waardoor het risico op barsten wordt beperkt.
- Milieuvriendelijk: Niet-giftig, niet-corrosief en vrij van formaldehyde en andere schadelijke bestanddelen.
Extra uitleg
Hoogwaardige waterreductiemiddelen op basis van polycarboxylaat worden ontworpen op basis van moleculaire structuurprincipes, gebruikmakend van de DLVO ladingsafstotingstheorie en de sterische hindernistheorie. Actieve groepen met verschillende functionaliteiten worden geënt op de hoofdketen en vormen zo het polymeer. De hoofdketen van de polycarboxylaatmolecule adsorbeert stevig aan het oppervlak van cementdeeltjes, waardoor hydratatie effectief wordt verhinderd en het instorten beter wordt vastgehouden, terwijl de zijketens de cementdeeltjes omringen en zorgen voor zowel sterische hinder als elektrostatische afstoting. Dit mechanisme, dat verschilt van de elektrostatische afstoting die door traditionele waterreductiemiddelen wordt gebruikt om cementdeeltjes te dispergeren, resulteert in een superieure dispergeerbaarheid en waterreductie, wat uiteindelijk de algehele prestaties van mortel- en betonproducten verbetert.
Polycarboxylaatwaterreductiemiddelen worden gesynthetiseerd via polymerisatie in waterige oplossingen met vrije radicalen, bevatten minimale chloride-ionen en vereisen slechts een kleine hoeveelheid alkali voor neutralisatie, wat resulteert in een zeer laag alkaligehalte. Het alkaligehalte van waterreductiemiddelen op basis van naftaleen varieert daarentegen aanzienlijk door verschillen in sulfonatieprocessen.
Alkali is een primaire factor in alkali-aggregaatreacties (AAR), die wereldwijd talrijke gevallen van betonaantasting hebben veroorzaakt. Alkali in beton is voornamelijk afkomstig van cement, vliegas, waterreductiemiddelen en andere grondstoffen. Wereldwijd wordt er veel nadruk gelegd op het beheersen van het alkaligehalte. Bijvoorbeeld:
- Zuid-Afrika stelt een maximaal totaal alkaligehalte van 2,1 kg/m³ verplicht.
- Het Three Gorges Project in China beperkt het tot 2,5 kg/m³.
- De Verenigde Staten beperken het tot 3,3 kg/m³.
Als een van de vijf essentiële bestanddelen van beton heeft het alkaligehalte van waterreductiemiddelen, met name Na2SO4, een directe invloed op het totale alkaligehalte van beton. Als gevolg van productieprocessen waarbij geconcentreerd zwavelzuur wordt gezwaveld en natriumhydroxide wordt geneutraliseerd, bevatten sommige waterreductiemiddelen op basis van naftaleen Na2SO4-gehaltes tot 30%, met de meeste rond 10% en een chloride-iongehalte dat meestal hoger is dan 0,3% of hoger. Waterreductiemiddelen op basis van polycarboxylaat daarentegen worden gesynthetiseerd via polymerisatie in een waterige oplossing zonder sulfonering, waarbij slechts een minimale hoeveelheid natriumhydroxide nodig is voor pH-aanpassing, wat resulteert in een verwaarloosbaar gehalte aan alkali- en chloride-ionen. Dit verbetert de duurzaamheid van mortel en beton aanzienlijk en maakt waterreductiemiddelen op basis van polycarboxylaat tot essentiële componenten voor de productie van groen, hoogwaardig beton.
