Vattenreducerare är en oumbärlig komponent i modern betongberedning. Den används främst för att:
- Minskar vattenanvändningen samtidigt som cementhalten och betongens flytbarhet bibehålls, vilket förbättrar betongens hållfasthet.
- Öka flytförmågan samtidigt som cement- och vatteninnehållet förblir oförändrat.
Den här artikeln handlar om skillnaden mellan traditionella och Superplasticeringsmedel av polykarboxylat.
Traditionella vattenreducerare och deras begränsningar
Utvecklingen av vattenreducerare har skett i tre huvudsakliga steg:
1. Reducerare för vanligt vatten
Den första generationen av vattenreducerare, vanliga vattenreducerare som natriumresinat, kalciumlignosulfonat och natriumlignosulfonat, kom på 1930-talet men hade låga vattenreduceringsgrader (i allmänhet under 12%).
2. Högeffektiva vattenreducerare
I takt med att kraven på högre vattenreduktion ökade utvecklades den andra generationens högeffektiva vattenreducerare, t.ex. naftalen- och melaminbaserade vattenreducerare, framgångsrikt under 1960-talet. Dessa erbjöd högre vattenreduceringsgrader (14%-25%) och förbättrad hållfasthetsförbättring men räckte inte till för att bibehålla sänkningen av nyblandad betong.
3. Högpresterande vattenreducerare
För att åtgärda denna begränsning utvecklades den tredje generationen - representerad av polykarboxylat-superplasticerare - i mitten av 1980-talet. Högpresterande vattenreducerare uppvisar höga vattenreduktionshastigheter, utmärkt slumpretention, överlägsen hållfasthetsförbättring och låg krympning. På grund av deras mycket designbara molekylstrukturer kan deras funktionalitet dessutom skräddarsys genom att modifiera molekylstrukturer eller införa nya funktionella grupper.
Vad är ett polykarboxylat superplasticeringsmedel?
Polykarboxylat Superplasticeringsmedel är en innovativ tillsats som syntetiseras genom sampolymerisation av omättade monomerer under inverkan av initiatorer, varvid sidokedjor med aktiva grupper ympas på polymerens ryggrad. Detta resulterar i en produkt som ger hög effektivitet, kontrollerad slumpförlust, krympningsbeständighet och inga negativa effekter på cementets härdning. Polykarboxylatbaserade högpresterande vattenreducerare skiljer sig fundamentalt från naftalen sulfonat formaldehyd (NSF) och melamin sulfonat formaldehyd (MSF) vattenreducerare. Även vid låga doser ger de murbruk och betong hög flytbarhet, låg viskositet och bibehåller flytförmågan vid låga vatten-cementförhållanden. De uppvisar relativt bättre kompatibilitet med olika typer av cement och är oumbärliga material för höghållfast betong med hög fluiditet.
Skillnader mellan traditionella och polykarboxylatbaserade superplasticeringsmedel
| Traditionellt superplasticeringsmedel | Polykarboxylat Superplasticeringsmedel | |
|---|---|---|
| Dispersionsmekanism | Elektrostatisk repulsion | Elektrostatisk repulsion och steriska effekter |
| Minskning av vattenförbrukning | 15-25% | upp till 40% |
| Bevarande av nedgång | inom 30-60 minuter | upp till 2 timmar |
| Miljöpåverkan | Innehåller formaldehyd och andra kemikalier | Formaldehydfri |
| Kompatibilitet | Problem med inkompatibilitet | Mycket kompatibel med olika tillsatser |
Sammanfattningsvis erbjuder Polycarboxylate Superplasticizer följande fördelar jämfört med traditionella vattenreducerare:
- Hög vattenreduktionsgrad: Vattenreduceringsgraden kan nå 25-40%.
- Hög tillväxttakt för styrka: Betydligt förbättrad styrka, särskilt i det tidiga skedet av styrkeutvecklingen.
- Utmärkt slumpretention: Exceptionell slumpretention säkerställer minimal slumpförlust över tid.
- Överlägsen homogenitet: Ger betongen utmärkt flytbarhet, vilket underlättar gjutning och packning och är lämpligt för självutjämnande och självkompakterande betong.
- Kontrollerbar produktion: Justeringar av polymerens molekylvikt, sidokedjelängd, densitet och typ av sidokedjegrupper möjliggör skräddarsydda vattenreduktionshastigheter, slumpretention och luftgenererande egenskaper.
- Bred kompatibilitet: Uppvisar god dispergerbarhet och slumpretention med olika typer av cement, inklusive vanlig Portlandcement, slaggcement och cementblandningar.
- Låg krympning: Förbättrar volymstabiliteten genom att minska 28-dagars krympningen med ca 20% jämfört med naftalenbaserade vattenreducerare, vilket minskar risken för sprickbildning.
- Miljövänlig: Giftfri, icke-frätande och fri från formaldehyd och andra skadliga komponenter.
Ytterligare förklaring
Högpresterande vattenreducerare av polykarboxylat är utformade enligt principer för molekylstruktur, med hjälp av DLVO-teorin för laddningsrepulsion och teorin för steriskt hinder. Aktiva grupper med olika funktionaliteter ympas på huvudkedjan och bildar polymeren. Polykarboxylatmolekylens huvudkedja adsorberas fast på cementpartiklarnas yta, vilket effektivt hindrar hydratisering och förbättrar slumpretentionen, medan sidokedjorna omger cementpartiklarna och ger både steriskt hinder och elektrostatisk repulsion. Denna mekanism, som skiljer sig från den elektrostatiska repulsion som används av traditionella vattenreducerare för att dispergera cementpartiklar, resulterar i överlägsen dispergerbarhet och vattenreduktion, vilket i slutändan höjer den totala prestandan hos murbruk och betongprodukter.
Polykarboxylatvattenreducerare syntetiseras via vattenlösningspolymerisation med fria radikaler, innehåller minimalt med kloridjoner och kräver endast en liten mängd alkali för neutralisering, vilket resulterar i mycket låg alkalihalt. Däremot varierar alkaliinnehållet i naftalenbaserade vattenreducerare avsevärt på grund av skillnader i sulfoneringsprocesser.
Alkali är en primär faktor i alkali-aggregatreaktioner (AAR), som har orsakat många fall av betongförsämring över hela världen. Alkali i betong härrör främst från cement, flygaska, vattenreducerare och andra råmaterial. Globalt sett läggs stor vikt vid att kontrollera alkaliinnehållet. Exempelvis
- Sydafrika föreskriver en högsta total alkalihalt på 2,1 kg/m³.
- Kinas Three Gorges Project begränsar den till 2,5 kg/m³.
- I USA är gränsen satt till 3,3 kg/m³.
Som en av de fem viktigaste komponenterna i betong har alkaliinnehållet i vattenreducerare, särskilt Na2SO4, en direkt inverkan på betongens totala alkaliinnehåll. På grund av produktionsprocesser som involverar koncentrerad svavelsyrasulfonering och natriumhydroxidneutralisering innehåller vissa naftalenbaserade vattenreducerare Na2SO4-nivåer så höga som 30%, med de flesta runt 10% och kloridjoninnehåll som i allmänhet överstiger 0,3% eller högre. Polykarboxylatbaserade vattenreducerare syntetiseras däremot via polymerisation i vattenlösning utan sulfonering och kräver endast minimal natriumhydroxid för pH-justering, vilket resulterar i försumbar alkali- och kloridjonhalt. Detta förbättrar avsevärt hållbarheten hos murbruk och betong och gör polykarboxylatbaserade vattenreducerare till viktiga komponenter för att producera grön, högpresterande betong.
