Kakšna je združljivost med superplastifikatorjem polikarboksilne kisline in betonsko surovino?

Obdelovalnost in trdnost betona sta bili vedno tesno povezani z vodocementnim razmerjem. Na primer, priprava betona visoke trdnosti običajno zahteva nizko vodocementno razmerje, vendar nižje vodocementno razmerje neizogibno zmanjša fluidnost betona, kar oteži gradnjo. Uvedba reducirjev vode je uspešno ublažila protislovje med obdelavnostjo in trdnostjo, ki ga povzroča vodocementno razmerje, kar omogoča pripravo betona z dobro obdelavnostjo in visoko trdnostjo.

Polikarboksilatni superplastifikator se vse pogosteje uporablja zaradi svojih prednosti, kot so nizko odmerjanje, visoka stopnja zmanjšanja količine vode, dobro zadrževanje padcev, nastavljiva molekularna struktura in prijaznost do okolja. Postal je prednostni reduktor vode za pripravo visoko zmogljivih betonov, kot so črpani betoni z ultra visoko močjo, samozgoščevalni betoni in betoni visoke trdnosti. Kljub naraščajoči uporabi polikarboksilatnega superplastifikatorja pa so v praktičnih aplikacijah opazili težave, kot so slaba redukcija in disperzija vode, nenormalno strjevanje betona, čezmerna izguba padca skozi čas in celo zmanjšana trdnost betona. Eden od glavnih razlogov je vprašanje združljivosti med polikarboksilatnim superplastifikatorjem in različnimi surovinami v betonu.

Glede na JC/T 1083-2008Preskusne metode za združljivost med reducirji cementa in vode, se združljivost med cementom in vodnim reduktorjem šteje za dobro, če je točka nasičenja vodnega reduktorja jasna, začetna fluidnost cementne paste je dobra, izguba skozi čas je majhna in ni očitnega krvavitve ali segregacije. Združljivost polikarboksilatnega superplastifikatorja z različnimi surovinami v betonu se lahko odraža v naslednjih vidikih:

Cement

Pri uporabi istega polikarboksilatnega superplastifikatorja z različnimi cementi je možno, da je superplastifikator zelo združljiv z enim cementom, vendar slabo združljiv z drugim. Podobno lahko pride do podobnih situacij pri uporabi istega cementa z različnimi polikarboksilatnimi superplastifikatorji. Na prvi pogled se zdi, da te težave povzročajo razlike v vrstah cementa in polikarboksilatnih superplastifikatorjev, vendar je glavni vzrok v njihovih fizikalnih in kemijskih lastnostih. Poleg tega je specifična površina cementa še en dejavnik, ki vpliva na njegovo združljivost s polikarboksilatnim superplastifikatorjem. Ko se specifična površina cementa poveča, se poveča kontaktna površina med delci cementa in vodo ter molekulami polikarboksilatnega superplastifikatorja, kar povzroči povečanje površinske energije in hitrejšo stopnjo hidratacije cementa, s čimer se izboljša adsorpcija in posledično večja izgube sčasoma, kar lahko povzroči slabo združljivost.

Mineralni dodatki

Industrijski trdni odpadki, kot so elektrofiltrski pepel, žlindra in silicijev dioksid, se običajno uporabljajo kot dodatki betonu, ne le da služijo okoljskim namenom, ampak so tudi bistvene surovine za pripravo visoko zmogljivega betona s tehničnega vidika. Združljivost med mineralnimi dodatki in polikarboksilatnim superplastifikatorjem je predvsem posledica adsorpcijskega učinka dodatkov na superplastifikator. Granulirana plavžna žlindra in visokokakovosten leteči pepel z visoko vsebnostjo sferičnega stekla imata nizko adsorpcijo polikarboksilatnega superplastifikatorja, zato izkazujeta dobro združljivost z njim.

Vsebnost ogljika v letečem pepelu je glavni dejavnik, ki vpliva na njegovo združljivost s polikarboksilatnim superplastifikatorjem. Elektrofiltrski pepel z visoko vsebnostjo ogljika lahko adsorbira velike količine superplastifikatorja in vode, kar ima za posledico slabo združljivost. Silicijev dioksid lahko zaradi svoje zelo visoke specifične površine absorbira znatno količino polikarboksilatnega superplastifikatorja, kar povzroči slabo združljivost.

Drugi kemični dodatki

Kombinacija različnih dodatkov lahko povzroči prekrivni učinek in ta tehnična pot se vedno bolj uporablja na področju betona. Včasih en sam vodni reduktor ne more zadostiti konstrukcijskim zahtevam, zato je potrebna uporaba kombinacije različnih vodnih reduktorjev. Prilagodljivost polikarboksilatnega superplastifikatorja z drugimi reduktorji vode se razlikuje glede na vrsto drugega reduktorja. Dobro deluje z reduktorji vode na osnovi lignosulfonata, vendar ima lahko negativne interakcije, če se uporablja z reduktorji vode na osnovi naftalena. Poleg tega ima lahko polikarboksilatni superplastifikator težave z združljivostjo z drugimi dodatki, kot so sredstva za zgodnjo krepitev, zaviralci in ekspanzijska sredstva. Zlasti vsebnost sulfatov in alkalij v teh dodatkih lahko bistveno vpliva na njihovo združljivost s polikarboksilatnim superplastifikatorjem.

Agregati

Agregati neposredno vplivajo na različne lastnosti betona, pri čemer je vsebnost blata eden ključnih pokazateljev kakovosti agregata. Pred uvedbo polikarboksilatnega superplastifikatorja je bil vpliv blatnega prahu v agregatih na zmogljivost betona, dokler je bil v mejah standarda, relativno majhen in pogosto spregledan. Ker pa se je uporaba polikarboksilatnega superplastifikatorja povečala in so visokokakovostni naravni viri agregatov postali redki, je uporaba proizvedenega peska z visoko vsebnostjo prahu in naravnega peska z večjo vsebnostjo blata v betonu pokazala slabo združljivost s polikarboksilatnim superplastifikatorjem. Superplastifikator je še posebej občutljiv na vsebnost blata v agregatih, visoka vsebnost blata pa lahko resno zmanjša učinkovitost superplastifikatorja pri zmanjševanju vode in disperziji, kar na koncu vpliva na obdelavnost in trdnost betona.

Vsebnost sulfatov in alkalij

Sulfati v betonu večinoma izvirajo iz cementnega klinkerja, dodatkov, drugih kemičnih dodatkov in zunanjega mavca, ki se uporablja za nadzor strjevanja cementa. Študije so pokazale, da sulfati po eni strani tekmujejo s polikarboksilatnim superplastifikatorjem za adsorpcijo, kar zmanjšuje količino superplastifikatorja, ki je na voljo za razpršitev cementnih delcev. Po drugi strani pa lahko prisotnost sulfatov zmanjša učinek sterične ovire superplastifikatorja, kar vpliva na njegovo sposobnost zmanjševanja vode in dispergiranja.