Ko mēs esam iemācījušies no polikarbonskābes superplastifikatora pēdējo 20 gadu laikā?

Apmēram pirms 20 gadiem Ziemeļamerikas betona būvniecības tirgū tika ieviests jauns superplastifikatora veids, kura pamatā ir polikarboksilāta polimēri (PCE). Tāpat kā naftalīna bāzes piedevu ieviešana 1970. gados ievērojami uzlaboja dažādas gan svaiga, gan sacietējuša betona inženiertehniskās īpašības, polikarboksilāti ir vēl vairāk uzlabojuši betona maisījumu veiktspēju.

Piemēram, PCE ir ļāvuši izstrādāt pašsacietējošo betonu un saglabājuši nogulumu aizturi vairāk nekā divas stundas, būtiski nepagarinot sacietēšanas laiku. Man bija privilēģija būt daļai no pētniecības un izstrādes un mārketinga komandas lielam ķīmisko piejaukumu uzņēmumam, kas deviņdesmitajos gados laida klajā pirmo uz polikarboksilātu balstītu produktu sēriju. Tāpat kā visas jaunās tehnoloģijas, kas ieviestas būvniecības nozarē, ir bijis straujš mācīšanās līkne, izceļot daudzveidīgo materiālu klāstu un pielietojumu betona konstrukcijās. Šajā rakstā ir apkopoti daži galvenie veiktspējas atribūti, kas iegūti gan no komerciāliem lietojumiem, gan laboratorijas pētījumiem. Polikarboksilāta superplastifikatoru priekšrocības ir iepriekš apspriestas un publicētas žurnālā The Concrete Producer.

Polikarboksilātu ģimene

Termins "polikarboksilāts" ietver plašu polimēru saimi, ko ķīmiķi var izstrādāt, lai betona maisījumiem nodrošinātu specifiskas īpašības. Pēc vispārēja pielietojuma PCE superplastifikatoru ieviešanas ir izstrādāti jaunāki produkti, lai piedāvātu augstu agrīnu izturību un dažādu līmeņu noturību, kā arī dažādas iespējas gaisa satura pārvaldībai betonā. Viena polikarboksilātu klase minimāli ietekmē sākotnējo kritumu, bet tai ir laika atbrīvošanās funkcija, kas ļauj paredzami palielināties kritumam, pagarinot sajaukšanas laiku (sk. 1. attēlu). Līdz ar to šāda veida produktu var pievienot dažādās devās iepriekš sajauktam betonam, lai sasniegtu vēlamo nogulsnēšanās saglabāšanu atkarībā no darba apstākļiem (transportēšanas laiks, temperatūra, aizkave pirms izkraušanas utt.). Bieži vien superplastifikatoru veido, izmantojot divu vai vairāku PCE maisījumu, lai panāktu agrīnas stiprības un ilgstošas ​​​​slīdēšanas perioda kombināciju. Pētnieki turpinās aktīvi pielāgot PCE polimēru struktūru, lai pielāgotos mainīgajām materiālu un būvniecības prasībām.

• Gaisa iesprūšana

Gandrīz visi piejaukumi uz polikarboksilāta bāzes ir veidoti ar putu slāpētāju, lai novērstu nevēlamu gaisa ieslodzījumu, kas parasti ir saistīts ar PCE polimēriem. Gan ar gaisu, gan ar gaisu nesaistītā betona lietojumos gaisa saturu parasti var efektīvi kontrolēt, izvēloties PCE superplastifikatora produktu, kas ir visvairāk saderīgs ar izmantotajiem materiāliem. Oglekļa satura mainīgums lidojošos pelnos var sarežģīt konsekventu gaisa satura pārvaldību, jo putu slāpētāju hidrofobiskais raksturs var izraisīt to adsorbciju ar oglekli lidojošos pelnos. Kopumā produkti, kuru pamatā ir PCE, var uzlabot gaisu piesaistošo piejaukumu (AEA) efektivitāti salīdzinājumā ar superplastifikatoriem uz polinaftalīna sulfonāta (PNS) bāzes, ļaujot izmantot mazāku AEA devu, lai sasniegtu līdzvērtīgu gaisa saturu.

• Mālu ietekme

Atšķirībā no PNS superplastifikatoriem, PCE polimēru viegli un neatgriezeniski adsorbē noteiktas māla daļiņas, kas var būt dažādos agregātu avotos. 2. attēlā parādīts, kā mālu saturošas smiltis ar metilēnzilo vērtību 1,30 var ietekmēt vajadzīgās PNS devas salīdzinājumā ar superplastifikatoriem, kuru pamatā ir PCE, lai panāktu saderīgu kritumu. Parasti ar smiltīm, kas nesatur mālu vai ar zemu mālu, PCE tiek dozēts apmēram viena trešdaļa no PNS bāzes superplastifikatoru daudzuma līdzīgam kritumam. Tomēr, ja noteiktās smiltīs ir māli, var būt nepieciešama PCE deva līdz 50% lielāka nekā PNS. Tādējādi, ja notiek negaidīts PCE superplastifikatora devas palielinājums, par prioritāti jānosaka māla daļiņu pārbaude pildvielu piegādē.

• Elastīga deva

Atšķirībā no superplastifikatoriem, kuru pamatā ir PNS, kas vienmēr jāpievieno novēloti (ti, pēc tam, kad cements un ūdens ir sācis sajaukties), PCE ir relatīvi nejutīgi pret pievienošanas laiku, tādējādi nodrošinot lielāku elastību betona sastādīšanas procesā.

• Nesaderība ar PNS superplastifikatoriem

Izmantojot PCE un PNS produktus vienā un tajā pašā betona maisījumā, var strauji zaudēt apstrādājamību. Tāpēc šīs divas tehnoloģijas, PNS un PCE, nevajadzētu apvienot vienā betona maisījumā.

• Stiprības sinerģija ar komplekta paātrinātājiem, kuru pamatā ir kalcijs

Ja PCE superplastifikatorus izmanto kopā ar nostiprinātiem paātrinātājiem un korozijas inhibitoriem, kas satur kalcija sāļus, ir novēroti negaidīti stiprības pieaugumi, salīdzinot ar līdzīgiem betona maisījumiem, kuros izmanto PNS bāzes produktus. Šī sinerģija stiprības uzlabošanā vispirms tika novērota maisījumā, kas satur kalcija nitrītu saturošu korozijas inhibitoru. 1. tabulā apkopotos datus sniedza betona ražotājs, kurš iepriekš bija izmantojis uz lignosulfonātu bāzes ASTM C494 A tipa ūdens reduktora un G tipa PNS/lignīna bāzes superplastifikatora kombināciju, lai ražotu spriegotus pāļus.

Ievērojamā stiprības atšķirība, kas panākta, vienkārši pārslēdzot superplastifikatoru no PNS uz polikarboksilātu, ir apstiprināta zinātniskos pētījumos un var palīdzēt samazināt cementa saturu, vienlaikus izpildot stiprības prasības. Interesanti, ka stiprības atšķirība, šķiet, nav saistīta ar paaugstinātu hidratācijas siltumu, bet drīzāk ar blīvāku mikrostruktūru, ko rada kalcija bāzes paātrinošu vai koroziju inhibējošu piejaukumu un polikarboksilātu saturošu piejaukumu kombinācija.

PCE superplastifikators aizstāja gan PNS/lignīnu, gan A tipa ūdens samazināšanas produktus ar aptuveni vienu trešdaļu no devas ātruma. Turklāt jāatzīmē, ka AEA deva, kas nepieciešama, lai sasniegtu tādu pašu gaisa saturu, tika samazināta par 50% betonā ar PCE piejaukumu.

Rezumējot, lai gan betona nozare ir guvusi nozīmīgu ieskatu PCE superplastifikatoru daudzpusības izmantošanā un to ierobežojumu izpratnē, ķīmiķi sadarbībā ar betona tehnologiem turpinās pārveidot polimēru struktūras, lai izstrādātu jaunas iespējas pakalpojumu ražošanai, izvietošanai un paplašināšanai. betona maisījumu kalpošanas laiks.