Vodni reduktor je nepogrešljiva sestavina sodobne priprave betona. Uporablja se predvsem za:
- Zmanjšajte porabo vode, hkrati pa ohranite vsebnost cementa in tekočnost betona ter tako povečajte trdnost betona.
- Povečajte tekočnost, medtem ko vsebnost cementa in vode ostane nespremenjena.
V tem članku je predstavljena razlika med tradicionalnimi in Polikarboksilatni superplastifikatorji.
Tradicionalni reduktorji vode in njihove omejitve
Razvoj reduktorjev vode je potekal v treh glavnih fazah:
1. Redukcije za navadno vodo
Prva generacija reduktorjev vode, navadni reduktorji vode, kot so natrijev rezinat, kalcijev lignosulfonat in natrijev lignosulfonat, se je pojavila v tridesetih letih prejšnjega stoletja, vendar je imela nizko stopnjo redukcije vode (običajno pod 12%).
2. Visoko učinkoviti reduktorji vode
Zaradi vse večjih inženirskih zahtev po višjih stopnjah zmanjševanja količine vode je bila v šestdesetih letih prejšnjega stoletja uspešno razvita druga generacija visoko učinkovitih reduktorjev vode, kot so reduktorji vode na osnovi naftalina in melamina. Ti so ponujali višje stopnje redukcije vode (14%-25%) in izboljšano povečanje trdnosti, vendar niso bili uspešni pri ohranjanju strmine sveže zmešanega betona.
3. Visoko zmogljivi reduktorji vode
Za odpravo te omejitve je bila sredi osemdesetih let 20. stoletja razvita tretja generacija, ki jo predstavljajo polikarboksilatni superplastifikatorji. Visoko zmogljivi vodni reducenti imajo visoko stopnjo zmanjšanja količine vode, odlično zadrževanje strmine, odlično povečanje trdnosti in majhno krčenje. Poleg tega je zaradi njihove zelo načrtovane molekularne strukture mogoče prilagoditi njihovo funkcionalnost z modifikacijo molekularne strukture ali uvedbo novih funkcionalnih skupin.
Kaj je polikarboksilatni superplastifikator?
Polikarboksilatni superplastifikator je inovativen dodatek, ki se sintetizira s kopolimerizacijo nenasičenih monomerov pod vplivom iniciatorjev, pri čemer se na ogrodje polimera cepijo stranske verige z aktivnimi skupinami. Tako nastane izdelek, ki zagotavlja visoko učinkovitost, nadzorovano izgubo zdrsa, odpornost proti krčenju ter nima škodljivih učinkov na strjevanje in strjevanje cementa. Visoko učinkoviti vodni reduktorji na osnovi polikarboksilata se bistveno razlikujejo od naftalen sulfonat formaldehidnih (NSF) in melamin sulfonat formaldehidnih (MSF) vodnih reduktorjev. Že pri majhnih odmerkih dajejo malti in betonu visoko tekočnost in nizko viskoznost ter ohranjajo učinkovitost zdrsa pri nizkih razmerjih med vodo in cementom. Izkazujejo relativno boljšo združljivost z različnimi vrstami cementa in so nepogrešljivi materiali za beton z visoko trdnostjo in tekočino.
Razlike med tradicionalnim in polikarboksilatnim superplastifikatorjem
| Tradicionalni superplastifikator | Polikarboksilatni superplastifikator | |
|---|---|---|
| Mehanizem disperzije | Elektrostatični odboj | Elektrostatični odboj in sterični učinki |
| Stopnja zmanjšanja porabe vode | 15-25% | do 40% |
| Ohranjanje drsenja | v 30-60 minutah | do 2 uri |
| Vpliv na okolje | vsebujejo formaldehid in druge kemikalije | Brez formaldehida |
| Združljivost | Težave z nezdružljivostjo | Visoka združljivost z različnimi aditivi |
Če povzamemo, ima polikarboksilatni superplastifikator v primerjavi s tradicionalnimi reduktorji vode naslednje prednosti:
- Visoka stopnja zmanjšanja količine vode: Stopnja zmanjšanja količine vode lahko doseže 25-40%.
- Visoka stopnja rasti moči: Znatno povečana moč, zlasti v zgodnji fazi razvoja moči.
- Odlično zadrževanje gnitja: Izjemno ohranjanje strdka zagotavlja minimalno izgubo strdka skozi čas.
- Izjemna homogenost: Betonu daje odlično tekočnost, kar olajša vlivanje in zgoščevanje ter je primerno za samonivelirni in samozgoščevalni beton.
- Nadzorovana proizvodnja: Prilagoditve molekulske mase polimera, dolžine stranske verige, gostote in vrste skupin stranskih verig omogočajo prilagojene stopnje zmanjševanja količine vode, zadrževanje zdrsa in lastnosti, ki zadržujejo zrak.
- Široka združljivost: Izkazuje dobro disperzibilnost in sposobnost zadrževanja strmine z različnimi vrstami cementa, vključno z navadnim portlandskim cementom, cementom iz žlindre in mešanim cementom.
- Majhno krčenje: V primerjavi z vodnimi reduktorji na osnovi naftalina izboljša stabilnost volumna, saj zmanjša 28-dnevno krčenje za približno 20%, kar zmanjšuje tveganje za nastanek razpok.
- Okolju prijazno: ni strupeno, ni korozivno, ne vsebuje formaldehida in drugih škodljivih sestavin.
Dodatno pojasnilo
Visoko zmogljivi polikarboksilatni reduktorji vode so zasnovani na podlagi načel molekulske strukture z uporabo teorije DLVO o odboju naboja in teorije steričnih ovir. Aktivne skupine z različnimi funkcionalnostmi so cepljene na glavno verigo in tvorijo polimer. Glavna veriga molekule polikarboksilata se trdno adsorbira na površino cementnih delcev, s čimer učinkovito ovira hidratacijo in izboljšuje zadrževanje drsnosti, medtem ko stranske verige obkrožajo cementne delce ter zagotavljajo sterično oviranje in elektrostatični odboj. Ta mehanizem, ki se razlikuje od elektrostatičnega odbijanja, ki ga uporabljajo tradicionalni reduktorji vode za disperzijo cementnih delcev, omogoča boljšo disperzijo in zmanjšanje količine vode, kar izboljša splošne lastnosti malte in betonskih izdelkov.
Polikarboksilatni vodni reduktorji se sintetizirajo s prosto radikalno polimerizacijo vodne raztopine, ki vsebuje minimalno kloridnih ionov in za nevtralizacijo potrebuje le majhno količino alkalij, zaradi česar je vsebnost alkalij zelo nizka. Nasprotno pa se vsebnost alkalij v vodnih reduktorjih na osnovi naftalina močno razlikuje zaradi razlik v postopkih sulfoniranja.
Alkalije so glavni dejavnik alkalno-agregatnih reakcij (AAR), ki so povzročile številne primere propadanja betona po vsem svetu. Alkalije v betonu izvirajo predvsem iz cementa, elektrofiltrskega pepela, vodnih reducentov in drugih surovin. Na svetovni ravni je velik poudarek na nadzoru vsebnosti alkalij. Na primer:
- Južna Afrika predpisuje največjo skupno vsebnost alkalij 2,1 kg/m³.
- Pri kitajskem projektu Tri soteske je omejitev 2,5 kg/m³.
- V Združenih državah Amerike je ta vrednost omejena na 3,3 kg/m³.
Ker je ena od petih bistvenih sestavin betona, vsebnost alkalij v reduktorjih vode, zlasti Na2SO4, neposredno vpliva na skupno vsebnost alkalij v betonu. Zaradi proizvodnih postopkov, ki vključujejo sulfoniranje s koncentrirano žveplovo kislino in nevtralizacijo z natrijevim hidroksidom, vsebujejo nekateri vodni reducenti na osnovi naftalina celo 30% Na2SO4, večina okoli 10%, vsebnost kloridnih ionov pa običajno presega 0,3% ali več. Nasprotno pa se reduktorji vode na osnovi polikarboksilatov sintetizirajo s polimerizacijo vodne raztopine brez sulfoniranja, pri čemer je za prilagoditev pH potrebna le minimalna količina natrijevega hidroksida, zaradi česar je vsebnost alkalnih in kloridnih ionov zanemarljiva. To znatno poveča trajnost malte in betona, zato so vodni reducenti na osnovi polikarboksilatov bistvene sestavine za proizvodnjo zelenega in visoko zmogljivega betona.
