Kaj smo se naučili od polikarboksilnega superplastifikatorja v zadnjih 20 letih?

Pred približno 20 leti je bila na severnoameriškem trgu betonskih konstrukcij uvedena nova vrsta superplastifikatorja na osnovi polikarboksilatnih polimerov (PCE). Tako kot je uvedba dodatkov na osnovi naftalena v sedemdesetih letih 20. stoletja znatno izboljšala različne inženirske lastnosti tako svežega kot strjenega betona, so polikarboksilati še izboljšali učinkovitost betonskih mešanic.

PCE so na primer omogočili razvoj samoutrditvenega betona in ohranili zadrževanje padca več kot dve uri, ne da bi bistveno podaljšali čas strjevanja. Imel sem čast biti del ekipe za raziskave in razvoj ter trženje velikega podjetja za kemične dodatke, ki je v devetdesetih letih prejšnjega stoletja lansiralo prvo serijo izdelkov na osnovi polikarboksilata. Kot vse nove tehnologije, ki so bile uvedene v gradbeni sektor, se je tudi tu zgodila strma krivulja učenja, ki poudarja raznoliko paleto materialov in aplikacij v betonski konstrukciji. Ta članek povzema nekatere ključne lastnosti delovanja, ki izhajajo iz komercialnih aplikacij in laboratorijskih raziskav. Prednosti polikarboksilatnih superplastifikatorjev so bile že obravnavane in objavljene v The Concrete Producer.

Družina polikarboksilatov

Izraz "polikarboksilat" zajema obsežno družino polimerov, ki jih lahko kemiki oblikujejo, da betonskim mešanicam posredujejo posebne lastnosti. Po uvedbi superplastifikatorjev PCE za splošno uporabo so bili novejši izdelki razviti posebej za zagotavljanje visoke zgodnje trdnosti in različnih stopenj zadrževanja padca ter različnih zmogljivosti za upravljanje vsebnosti zraka v betonu. En razred polikarboksilatov minimalno vpliva na začetni upad, vendar ima funkcijo časovnega sproščanja, ki omogoča, da se upad predvidljivo poveča, ko se čas mešanja podaljšuje (glejte sliko 1). Posledično se ta vrsta izdelka lahko dodaja v različnih odmerkih vnaprej mešanemu betonu, da se doseže želeno zadrževanje usedline glede na delovne pogoje (čas transporta, temperatura, zakasnitev pred izpustom itd.). Pogosto je superplastifikator formuliran z uporabo mešanice dveh ali več PCE, da se doseže kombinacija zgodnje trdnosti in podaljšane življenjske dobe. Raziskovalci bodo še naprej aktivno prilagajali strukturo polimera PCE, da se bo prilagodila razvijajočim se zahtevam glede materialov in konstrukcije.

• Zračna zapora

Skoraj vsi dodatki na osnovi polikarboksilatov so oblikovani z sredstvom proti penjenju za obvladovanje neželenega ujetja zraka, ki je običajno povezano s polimeri PCE. Pri uporabi betona z vnosom zraka in brez njega je vsebnost zraka na splošno mogoče učinkovito nadzorovati z izbiro produkta superplastifikatorja PCE, ki je najbolj združljiv z uporabljenimi materiali. Spremenljivost vsebnosti ogljika v letečem pepelu lahko oteži dosledno upravljanje vsebnosti zraka, saj lahko hidrofobna narava sredstev proti penjenju privede do njihove adsorpcije z ogljikom v letečem pepelu. Na splošno lahko izdelki na osnovi PCE izboljšajo učinkovitost dodatkov za vnos zraka (AEA) v primerjavi s superplastifikatorji na osnovi polinaftalen sulfonata (PNS), kar omogoča nižji odmerek AEA za doseganje enakovredne vsebnosti zraka.

• Vpliv gline

V nasprotju s superplastifikatorji PNS se polimer PCE zlahka in nepovratno adsorbira z določenimi drobnimi delci gline, ki so lahko prisotni v različnih virih agregatov. Slika 2 prikazuje, kako lahko pesek, ki vsebuje glino, z vrednostjo metilen modrega 1,30 vpliva na zahtevane odmerke PNS v primerjavi s superplastifikatorji na osnovi PCE, da se doseže združljivo upadanje. Običajno se pri peskih brez gline ali peskih z nizko vsebnostjo gline PCE dozira približno ena tretjina količine superplastifikatorjev na osnovi PNS za podobno upadanje. Če pa so v nekaterih peskih prisotne gline, bo morda potreben odmerek PCE do 50 % večji od PNS. Če torej pride do nepričakovanega povečanja odmerka superplastifikatorja PCE, je treba dati prednost preverjanju drobnih delcev gline v dobavi agregata.

• Prilagodljivo odmerjanje

Za razliko od superplastifikatorjev na osnovi PNS, ki jih je treba vedno dodati z zakasnitvijo (tj. po tem, ko se cement in voda začneta mešati), so PCE relativno neobčutljivi na čas dodajanja, kar omogoča večjo prilagodljivost med postopkom mešanja betona.

• Nezdružljivost s superplastifikatorji PNS

Uporaba izdelkov na osnovi PCE in PNS v isti betonski mešanici lahko povzroči hitro izgubo obdelovalnosti. Zato teh dveh tehnologij, PNS in PCE, ne bi smeli kombinirati v isti betonski mešanici.

• Sinergija moči s pospeševalci utrjevanja na osnovi kalcija

Ko se superplastifikatorji PCE uporabljajo skupaj s pospeševalci strjevanja in zaviralci korozije, ki vsebujejo kalcijeve soli, so opazili nepričakovano povečanje trdnosti v primerjavi s podobnimi betonskimi mešanicami, ki uporabljajo izdelke na osnovi PNS. Ta sinergija pri izboljšanju trdnosti je bila prvič opažena v mešanici, ki je vsebovala zaviralec korozije na osnovi kalcijevega nitrita. Podatke, povzete v tabeli 1, je poročal proizvajalec betona, ki je predhodno uporabljal kombinacijo reduktorja vode ASTM C494 tipa A na osnovi lignosulfonata in superplastifikatorja na osnovi PNS/lignina tipa G za izdelavo prednapetih pilotov.

Izjemna razlika v trdnosti, dosežena preprosto s preklopom superplastifikatorja s PNS na polikarboksilat, je bila potrjena z znanstveno študijo in lahko pomaga zmanjšati vsebnost cementa, medtem ko še vedno izpolnjuje zahteve glede trdnosti. Zanimivo je, da se zdi, da razlika v trdnosti ni povezana s povečano toploto hidratacije, temveč z gostejšo mikrostrukturo, ki nastane s kombinacijo dodatkov za pospeševanje ali zaviranje korozije na osnovi kalcija in dodatkov na osnovi polikarboksilata.

Superplastifikator PCE je nadomestil tako PNS/lignin kot produkte za zmanjševanje vode tipa A pri približno eni tretjini stopnje odmerjanja. Poleg tega je treba omeniti, da je bil odmerek AEA, potreben za doseganje enake vsebnosti zraka, zmanjšan za 50 % v betonu z dodatkom PCE.

Če povzamemo, medtem ko je industrija betona pridobila pomemben vpogled v izkoriščanje vsestranskosti in razumevanje omejitev superplastifikatorjev PCE, bodo kemiki v sodelovanju s tehnologi za beton še naprej spreminjali strukture polimerov, da bi razvili nove zmogljivosti za proizvodnjo, namestitev in razširitev storitev. življenjska doba betonskih mešanic.