Гидроразбавитель - незаменимый компонент современного бетонного состава. В первую очередь он используется для:
- Сокращение расхода воды при сохранении содержания цемента и текучести бетона, что повышает его прочность.
- Повышение текучести при неизменном содержании цемента и воды.
В этой статье мы расскажем о разнице между традиционными и Поликарбоксилатные суперпластификаторы.
Традиционные редукторы воды и их ограничения
Разработка редукторов воды прошла три основных этапа:
1. Редукторы обычной воды
Первое поколение восстановителей воды - обычные восстановители воды, такие как резинат натрия, лигносульфонат кальция и лигносульфонат натрия, появились в 1930-х годах, но имели низкую скорость восстановления воды (обычно ниже 12%).
2. Высокоэффективные редукторы воды
Поскольку инженерные требования к более высоким показателям водопонижения росли, в 1960-х годах было успешно разработано второе поколение высокоэффективных водопонизителей, таких как водопонизители на основе нафталина и меламина. Они обеспечивали более высокие показатели водопонижения (14%-25%) и улучшали прочностные характеристики, но не позволяли сохранить просадку свежезамешанного бетона.
3. Высокопроизводительные редукторы воды
Для решения этой проблемы в середине 1980-х годов было разработано третье поколение - поликарбоксилатные суперпластификаторы. Высокоэффективные водоредуцирующие добавки отличаются высокими показателями водоредуцирования, превосходным удержанием просадки, высоким уровнем прочности и низкой усадкой. Кроме того, благодаря высококонструктивным молекулярным структурам их функциональность можно изменять путем модификации молекулярных структур или введения новых функциональных групп.
Что такое поликарбоксилатный суперпластификатор?
Поликарбоксилатный суперпластификатор это инновационная добавка, синтезированная путем сополимеризации ненасыщенных мономеров под действием инициаторов, прививающих боковые цепи с активными группами к полимерной основе. В результате получается продукт, обладающий высокой эффективностью, контролируемой потерей просадки, устойчивостью к усадке и не оказывающий негативного влияния на схватывание и твердение цемента. Высокоэффективные водоредуцирующие добавки на основе поликарбоксилатов принципиально отличаются от нафталинсульфонат-формальдегидных (NSF) и меламинсульфонат-формальдегидных (MSF) водоредуцирующих добавок. Даже при низких дозировках они придают раствору и бетону высокую текучесть, низкую вязкость и сохраняют просадочные характеристики при низких соотношениях воды и цемента. Они демонстрируют относительно лучшую совместимость с различными типами цемента и являются незаменимыми материалами для высокопрочных, высокотекучих бетонов.
Различия между традиционным и поликарбоксилатным суперпластификатором
| Традиционный суперпластификатор | Поликарбоксилатный суперпластификатор | |
|---|---|---|
| Механизм диспергирования | Электростатическое отталкивание | Электростатическое отталкивание и стерические эффекты |
| Коэффициент снижения расхода воды | 15-25% | до 40% |
| Сохранение просадки | в течение 30-60 минут | до 2 часов |
| Воздействие на окружающую среду | Содержат формальдегид и другие химические вещества | Без формальдегида |
| Совместимость | Проблемы несовместимости | Высокая совместимость с различными добавками |
В целом, по сравнению с традиционными водоредуцирующими добавками, поликарбоксилатный суперпластификатор обладает следующими преимуществами:
- Высокая скорость снижения воды: Скорость снижения воды может достигать 25-40%.
- Высокие темпы роста прочности: Значительное увеличение прочности, особенно на ранних стадиях развития прочности.
- Отличное сохранение просадочности: Исключительное сохранение просадочности обеспечивает минимальную потерю просадочности с течением времени.
- Превосходная однородность: придает бетону отличную текучесть, облегчая заливку и уплотнение, подходит для самовыравнивающегося и самоуплотняющегося бетона.
- Контролируемое производство: Регулировка молекулярной массы полимера, длины боковой цепи, плотности и типа групп боковой цепи позволяет изменять показатели водопонижения, удержания осадка и воздухововлекающих свойств.
- Широкая совместимость: Обладает хорошей дисперсностью и устойчивостью к оседанию с различными типами цемента, включая обычный портландцемент, шлакопортландцемент и смешанный цемент.
- Низкая усадка: Повышает стабильность объема, снижая 28-дневную усадку примерно на 20% по сравнению с водоредуцирующими добавками на основе нафталина, тем самым снижая риск растрескивания.
- Экологически чистый: нетоксичен, не вызывает коррозии, не содержит формальдегида и других вредных компонентов.
Дополнительные пояснения
Поликарбоксилатные высокоэффективные водопонижающие средства разработаны на основе принципов молекулярной структуры с использованием теории зарядового отталкивания DLVO и теории стерических помех. Активные группы с различной функциональностью прививаются к основной цепи, образуя полимер. Основная цепь молекулы поликарбоксилата прочно адсорбируется на поверхности частиц цемента, эффективно препятствуя гидратации и повышая просадочность, в то время как боковые цепи окружают частицы цемента, обеспечивая стерические препятствия и электростатическое отталкивание. Этот механизм, отличный от электростатического отталкивания, используемого традиционными водоредуцирующими добавками для диспергирования частиц цемента, приводит к превосходной дисперсности и снижению водопотребления, что в конечном итоге повышает общие характеристики растворов и бетонных изделий.
Поликарбоксилатные восстановители воды синтезируются путем свободнорадикальной полимеризации в водном растворе, содержат минимальное количество хлорид-ионов и требуют лишь небольшого количества щелочи для нейтрализации, что приводит к очень низкому содержанию щелочи. В отличие от этого, содержание щелочи в восстановителях воды на основе нафталина значительно варьируется из-за различий в процессах сульфонирования.
Щелочь является основным фактором щелочно-агрегатных реакций (ЩАР), которые являются причиной многочисленных случаев разрушения бетона во всем мире. Щелочь в бетоне в основном образуется из цемента, летучей золы, водоредуцирующих и других сырьевых материалов. Во всем мире большое внимание уделяется контролю содержания щелочи. Например:
- В Южной Африке максимальное общее содержание щелочи составляет 2,1 кг/м³.
- Китайский проект "Три ущелья" ограничивает его до 2,5 кг/м³.
- В Соединенных Штатах он составляет не более 3,3 кг/м³.
Являясь одним из пяти основных компонентов бетона, содержание щелочи в восстановителях воды, в частности Na2SO4, напрямую влияет на общее содержание щелочи в бетоне. Из-за производственных процессов, включающих сульфонирование концентрированной серной кислотой и нейтрализацию гидроксидом натрия, некоторые водные восстановители на основе нафталина содержат Na2SO4 до 30%, а большинство - около 10%, а содержание хлорид-ионов обычно превышает 0,3% или выше. В отличие от них, восстановители воды на основе поликарбоксилатов синтезируются путем полимеризации водного раствора без сульфонирования и требуют лишь минимального количества гидроксида натрия для регулировки рН, что приводит к незначительному содержанию щелочи и хлорид-ионов. Это значительно повышает долговечность растворов и бетонов и делает водоредуцирующие добавки на основе поликарбоксилатов незаменимыми компонентами для производства экологичных бетонов с высокими эксплуатационными характеристиками.
