Redukčný prostriedok na vodu je nepostrádateľnou súčasťou modernej prípravy betónu. Používa sa predovšetkým na:
- Zníženie spotreby vody pri zachovaní obsahu cementu a tekutosti betónu, čím sa zvyšuje pevnosť betónu.
- Zvýšenie tekutosti pri zachovaní obsahu cementu a vody.
Tento článok sa zaoberá rozdielom medzi tradičnými a Polykarboxylátové superplastifikátory.
Tradičné reduktory vody a ich obmedzenia
Vývoj reduktorov vody prešiel tromi hlavnými etapami:
1. Obyčajné redukcie vody
Prvá generácia reduktorov vody, obyčajné reduktory vody, ako je živica sodná, lignosulfonát vápenatý a lignosulfonát sodný, sa objavila v 30. rokoch 20. storočia, ale mala nízky stupeň redukcie vody (vo všeobecnosti nižší ako 12%).
2. Vysokoúčinné reduktory vody
Keďže technické požiadavky na vyššiu mieru redukcie vody rástli, v 60. rokoch 20. storočia sa úspešne vyvinula druhá generácia vysokoúčinných reduktorov vody, ako sú reduktory vody na báze naftalénu a melamínu. Tie ponúkali vyššiu mieru redukcie vody (14%-25%) a lepšie zvýšenie pevnosti, ale nedosahovali dostatočnú úroveň pri udržiavaní sklzu čerstvo namiešaného betónu.
3. Vysoko výkonné reduktory vody
Na riešenie tohto obmedzenia bola v polovici 80. rokov 20. storočia vyvinutá tretia generácia, ktorú predstavujú polykarboxylátové superplastifikátory. Vysokoúčinné reduktory vody vykazujú vysokú mieru redukcie vody, vynikajúcu retenciu sklzu, vynikajúce zvýšenie pevnosti a nízke zmrštenie. Okrem toho sa vďaka ich vysoko dizajnovateľnej molekulárnej štruktúre dá ich funkčnosť prispôsobiť modifikáciou molekulárnej štruktúry alebo zavedením nových funkčných skupín.
Čo je polykarboxylátový superplastifikátor?
Polykarboxylátový superplastifikátor je inovatívna prísada syntetizovaná kopolymerizáciou nenasýtených monomérov pôsobením iniciátorov, pričom sa na chrbticu polyméru štepia bočné reťazce s aktívnymi skupinami. Výsledkom je produkt, ktorý ponúka vysokú účinnosť, kontrolovanú stratu spádu, odolnosť proti zmršťovaniu a nemá nepriaznivé účinky na tuhnutie a tvrdnutie cementu. Vysokoúčinné vodné reduktory na báze polykarboxylátov sa zásadne líšia od naftalénsulfonátformaldehydových (NSF) a melamínsulfonátformaldehydových (MSF) vodných reduktorov. Aj pri nízkych dávkach dodávajú malte a betónu vysokú tekutosť, ako aj nízku viskozitu a udržujú spádové vlastnosti pri nízkych pomeroch vody k cementu. Vykazujú relatívne lepšiu kompatibilitu s rôznymi druhmi cementu a sú nepostrádateľnými materiálmi pre vysokopevnostné betóny s vysokou tekutosťou.
Rozdiely medzi tradičným a polykarboxylátovým superplastifikátorom
| Tradičný superplastifikátor | Polykarboxylátový superplastifikátor | |
|---|---|---|
| Mechanizmus rozptylu | Elektrostatické odpudzovanie | Elektrostatické odpudzovanie a sterické účinky |
| Miera zníženia spotreby vody | 15-25% | do 40% |
| Konzervácia prepadov | do 30-60 minút | do 2 hodín |
| Vplyv na životné prostredie | Obsahujú formaldehyd a iné chemikálie | Bez formaldehydu |
| Kompatibilita | Problémy s nekompatibilitou | Vysoko kompatibilný s rôznymi prísadami |
V porovnaní s tradičnými reduktormi vody ponúka polykarboxylátový superplastifikátor tieto výhody:
- Vysoká miera redukcie vody: Hodnoty redukcie vody môžu dosiahnuť 25-40%.
- Vysoká rýchlosť rastu pevnosti: Výrazne zvýšená pevnosť, najmä v počiatočnom štádiu vývoja pevnosti.
- Vynikajúca retencia kalu: Výnimočná retencia hrudkovitosti zabezpečuje minimálnu stratu hrudkovitosti v priebehu času.
- Vynikajúca homogenita: Dodáva betónu vynikajúcu tekutosť, uľahčuje jeho liatie a zhutňovanie, je vhodný na samonivelačný a samozhutňujúci betón.
- Kontrolovaná výroba: Úpravy molekulovej hmotnosti polyméru, dĺžky bočného reťazca, hustoty a typu skupín bočného reťazca umožňujú prispôsobiť mieru redukcie vody, zadržiavanie spádu a vlastnosti zabraňujúce prístupu vzduchu.
- Široká kompatibilita: Vykazuje dobrú dispergovateľnosť a udržanie sklzu s rôznymi typmi cementu vrátane bežného portlandského cementu, struskového cementu a zmiešaného cementu.
- Nízke zmrštenie: Zvyšuje objemovú stabilitu, znižuje 28-dňové zmrštenie približne o 20% v porovnaní s vodnými reduktormi na báze naftalénu, čím znižuje riziko vzniku trhlín.
- Šetrné k životnému prostrediu: Netoxické, nekorozívne, bez formaldehydu a iných škodlivých zložiek.
Dodatočné vysvetlenie
Vysokoúčinné polykarboxylátové reduktory vody sú navrhnuté na základe princípov molekulovej štruktúry s využitím teórie nábojového odpudzovania DLVO a teórie sterických prekážok. Na hlavný reťazec sa štepia aktívne skupiny s rôznou funkčnosťou, čím sa vytvára polymér. Hlavný reťazec polykarboxylátovej molekuly sa pevne adsorbuje na povrch častíc cementu, čím účinne bráni hydratácii a zvyšuje zadržiavanie spádu, zatiaľ čo bočné reťazce obklopujú častice cementu a zabezpečujú sterickú prekážku aj elektrostatické odpudzovanie. Tento mechanizmus, odlišný od elektrostatického odpudzovania, ktoré používajú tradičné reduktory vody na rozptýlenie častíc cementu, vedie k vynikajúcej disperzite a redukcii vody, čo v konečnom dôsledku zvyšuje celkové vlastnosti maltových a betónových výrobkov.
Polykarboxylátové vodné reduktory sa syntetizujú voľnoradikálovou polymerizáciou vo vodnom roztoku, pričom obsahujú minimálne množstvo chloridových iónov a na neutralizáciu vyžadujú len malé množstvo alkálií, čo vedie k veľmi nízkemu obsahu alkálií. Naproti tomu obsah alkálií v reduktoroch vody na báze naftalénu sa výrazne líši v dôsledku rozdielov v sulfonizačných procesoch.
Alkálie sú hlavným faktorom alkalicko-agregátových reakcií (AAR), ktoré spôsobujú početné prípady znehodnotenia betónu na celom svete. Alkálie v betóne pochádzajú predovšetkým z cementu, popolčeka, reduktorov vody a iných surovín. Na celom svete sa kladie veľký dôraz na kontrolu obsahu alkálií. Napríklad:
- Južná Afrika predpisuje maximálny celkový obsah alkálií 2,1 kg/m3.
- Čínsky projekt Tri rokliny ho obmedzuje na 2,5 kg/m3.
- V Spojených štátoch je limit 3,3 kg/m³.
Obsah alkálií v reduktoroch vody, najmä Na2SO4, ako jednej z piatich základných zložiek betónu priamo ovplyvňuje celkový obsah alkálií v betóne. V dôsledku výrobných procesov zahŕňajúcich sulfonáciu koncentrovanou kyselinou sírovou a neutralizáciu hydroxidom sodným obsahujú niektoré vodné reduktory na báze naftalénu až 30%, pričom väčšina z nich má obsah Na2SO4 okolo 10% a obsah chloridových iónov vo všeobecnosti presahuje 0,3% alebo viac. Naproti tomu reduktory vody na báze polykarboxylátov sa syntetizujú polymerizáciou vodného roztoku bez sulfonácie, pričom na úpravu pH je potrebný len minimálny hydroxid sodný, čo vedie k zanedbateľnému obsahu alkalických a chloridových iónov. To výrazne zvyšuje trvanlivosť malty a betónu a robí z vodných reduktorov na báze polykarboxylátov základné komponenty na výrobu ekologického betónu s vysokou účinnosťou.
