Reductorul de apă este o componentă indispensabilă în prepararea betonului modern. Acesta este utilizat în principal pentru:
- Reduceți consumul de apă, menținând în același timp conținutul de ciment și fluiditatea betonului, sporind astfel rezistența betonului.
- Crește fluiditatea menținând conținutul de ciment și apă neschimbat.
Acest articol urmează să prezinte diferența dintre tradițional și Superplastifianți policarboxilați.
Reductoarele de apă tradiționale și limitările lor
Dezvoltarea reductoarelor de apă a trecut prin trei etape principale:
1. Reductoare de apă obișnuită
Prima generație de reducători de apă, reducători de apă obișnuiți, cum ar fi rezinatul de sodiu, lignosulfonatul de calciu și lignosulfonatul de sodiu, a apărut în anii 1930, dar avea rate scăzute de reducere a apei (în general sub 12%).
2. Reductoare de apă de înaltă eficiență
Pe măsură ce cerințele tehnice pentru rate mai mari de reducere a apei au crescut, a doua generație de reductoare de apă cu eficiență ridicată, cum ar fi reductoarele de apă pe bază de naftalină și melamină, a fost dezvoltată cu succes în anii 1960. Aceștia au oferit rate mai mari de reducere a apei (14%-25%) și au îmbunătățit rezistența, dar nu au reușit să mențină înclinarea betonului proaspăt amestecat.
3. Reductoare de apă de înaltă performanță
Pentru a aborda această limitare, a treia generație - reprezentată de superplastifianții policarboxilați - a fost dezvoltată la mijlocul anilor 1980. Reductorii de apă de înaltă performanță prezintă rate ridicate de reducere a apei, o excelentă retenție a suspensiei, o creștere superioară a rezistenței și o contracție redusă. În plus, datorită structurilor lor moleculare foarte ușor de proiectat, funcționalitatea lor poate fi adaptată prin modificarea structurilor moleculare sau introducerea de noi grupe funcționale.
Ce este un superplastifiant policarboxilat?
Superplastifiant policarboxilat este un aditiv inovator sintetizat prin copolimerizarea monomerilor nesaturați sub acțiunea inițiatorilor, grefând lanțuri laterale cu grupe active pe coloana vertebrală a polimerului. Rezultă astfel un produs care oferă eficiență ridicată, pierdere controlată a slump-ului, rezistență la contracție și fără efecte adverse asupra prizei și întăririi cimentului. Reductorii de apă de înaltă performanță pe bază de policarboxilat sunt fundamental diferiți de reductorii de apă naftalen sulfonat formaldehidă (NSF) și melamină sulfonat formaldehidă (MSF). Chiar și la doze mici, acestea conferă mortarului și betonului o fluiditate ridicată, precum și o vâscozitate scăzută, și mențin performanța de prăbușire la raporturi scăzute apă/ciment. Acestea prezintă o compatibilitate relativ mai bună cu diferite tipuri de ciment și sunt materiale indispensabile pentru betonul cu rezistență ridicată și fluiditate ridicată.
Diferențe între superplastifiantul tradițional și cel policarboxilat
| Superplastifiant tradițional | Superplastifiant policarboxilat | |
|---|---|---|
| Mecanismul de dispersie | Repulsia electrostatică | Repulsia electrostatică și efectele sterice |
| Rata de reducere a consumului de apă | 15-25% | până la 40% |
| Conservarea alunecărilor | în 30-60 de minute | până la 2 ore |
| Impactul asupra mediului | Conțin formaldehidă și alte substanțe chimice | Fără formaldehidă |
| Compatibilitate | Probleme de incompatibilitate | Compatibilitate ridicată cu diverși aditivi |
Pe scurt, în comparație cu reducătorii de apă tradiționali, Superplastifiantul policarboxilat oferă următoarele avantaje:
- Rata ridicată de reducere a apei: Ratele de reducere a apei pot ajunge la 25-40%.
- Rata ridicată de creștere a rezistenței: Rezistență îmbunătățită semnificativ, în special în stadiul incipient de dezvoltare a rezistenței.
- Retenție excelentă a suspensiei: Retenția excepțională a suspensiei asigură o pierdere minimă a suspensiei în timp.
- Omogenitate superioară: conferă betonului o fluiditate excelentă, facilitând turnarea și compactarea ușoară, potrivită pentru beton autonivelant și autocompactant.
- Producție controlabilă: Ajustarea greutății moleculare a polimerului, a lungimii lanțului lateral, a densității și a tipului de grupări ale lanțului lateral permit obținerea unor rate de reducere a apei, a retenției de înclinare și a proprietăților de antrenare a aerului personalizate.
- Compatibilitate largă: Prezintă o bună dispersabilitate și o bună retenție a tasării cu diferite tipuri de ciment, inclusiv ciment Portland obișnuit, ciment de zgură și ciment amestecat.
- Contracție redusă: Îmbunătățește stabilitatea volumului, reducând contracția la 28 de zile cu aproximativ 20% comparativ cu reductoarele de apă pe bază de naftalină, reducând astfel riscurile de fisurare.
- Ecologic: Non-toxic, non-coroziv și fără formaldehidă și alte componente dăunătoare.
Explicație suplimentară
Reducători de apă policarboxilați de înaltă performanță sunt concepute pe baza principiilor structurii moleculare, utilizând teoria repulsiei de sarcină DLVO și teoria impedimentului steric. Grupurile active cu funcționalități diferite sunt grefate pe lanțul principal, formând polimerul. Lanțul principal al moleculei de policarboxilat se adsorbe ferm pe suprafața particulelor de ciment, împiedicând în mod eficient hidratarea și îmbunătățind retenția de prăbușire, în timp ce lanțurile laterale înconjoară particulele de ciment, oferind atât obstacol steric, cât și respingere electrostatică. Acest mecanism, diferit de respingerea electrostatică utilizată de reductorii de apă tradiționali pentru a dispersa particulele de ciment, are ca rezultat o dispersabilitate și o reducere a apei superioare, crescând în cele din urmă performanța generală a produselor din mortar și beton.
Reductorii de apă policarboxilați sunt sintetizați prin polimerizare radicalară în soluție apoasă, conținând o cantitate minimă de ioni de clorură și necesitând doar o cantitate mică de alcalii pentru neutralizare, rezultând un conținut foarte scăzut de alcalii. În schimb, conținutul de alcali al reductorilor de apă pe bază de naftalină variază semnificativ din cauza diferențelor în procesele de sulfonare.
Alcali este un factor principal în reacțiile alcali-agregate (AAR), care au cauzat numeroase cazuri de deteriorare a betonului în întreaga lume. Alcali din beton provine în principal din ciment, cenușă zburătoare, reducători de apă și alte materii prime. La nivel mondial, se pune un accent semnificativ pe controlul conținutului de alcali. De exemplu:
- Africa de Sud impune un conținut total maxim de alcali de 2,1 kg/m³.
- Proiectul Three Gorges din China îl limitează la 2,5 kg/m³.
- Statele Unite îl limitează la 3,3 kg/m³.
Fiind unul dintre cele cinci componente esențiale ale betonului, conținutul alcalin al reductoarelor de apă, în special Na2SO4, are un impact direct asupra conținutului total de alcalin al betonului. Datorită proceselor de producție care implică sulfonarea cu acid sulfuric concentrat și neutralizarea cu hidroxid de sodiu, unii reducători de apă pe bază de naftalină conțin niveluri de Na2SO4 de până la 30%, majoritatea având în jur de 10%, iar conținutul de ioni clorură depășește în general 0,3% sau mai mult. În schimb, reductorii de apă pe bază de policarboxilat sunt sintetizați prin polimerizare în soluție apoasă fără sulfonare, necesitând doar o cantitate minimă de hidroxid de sodiu pentru ajustarea pH-ului, rezultând un conținut neglijabil de ioni alcalini și de clorură. Acest lucru sporește semnificativ durabilitatea mortarului și a betonului și face din reducătorii de apă pe bază de policarboxilat componente esențiale pentru producerea betonului ecologic, de înaltă performanță.
