Šta smo naučili od polikarboksilnog superplastifikatora u proteklih 20 godina?

Prije otprilike 20 godina, nova vrsta superplastifikatora na bazi polikarboksilatnih polimera (PCE) uvedena je na sjevernoameričko tržište betonskih građevina. Baš kao što je uvođenje dodataka na bazi naftalena 1970-ih značajno poboljšalo različita inženjerska svojstva kako svježeg tako i očvrslog betona, polikarboksilati su dodatno poboljšali performanse betonskih mješavina.

Na primjer, PCE su omogućili razvoj samokonsolidirajućeg betona i održavali zadržavanje slijeganja preko dva sata bez značajnog produžavanja vremena vezivanja. Imao sam privilegiju da budem dio R&D i marketinškog tima za veliku kompaniju za hemijske dodatke koja je lansirala prvu seriju proizvoda na bazi polikarboksilata 1990-ih. Kao i sve nove tehnologije uvedene u građevinski sektor, došlo je do strme krivulje učenja, naglašavajući raznoliku lepezu materijala i primjena u betonskoj konstrukciji. Ovaj članak sažima neke ključne atribute performansi izvedene iz komercijalnih aplikacija i laboratorijskih istraživanja. Prednosti polikarboksilatnih superplastifikatora su prethodno razmatrane i objavljene u The Concrete Producer.

Porodica polikarboksilata

Termin "polikarboksilat" obuhvata ogromnu porodicu polimera koje hemičari mogu dizajnirati da daju specifične performanse betonskim mešavinama. Nakon uvođenja PCE superplastifikatora opće namjene, noviji proizvodi su razvijeni posebno da ponude visoku ranu čvrstoću i različite nivoe zadržavanja slijeganja, kao i različite mogućnosti upravljanja sadržajem zraka u betonu. Jedna klasa polikarboksilata minimalno utiče na početno opadanje, ali ima funkciju vremenskog otpuštanja koja omogućava da se opadanje predvidivo povećava kako se vreme mešanja produžava (vidi sliku 1). Shodno tome, ova vrsta proizvoda može se dodati u različitim dozama u prethodno izmiješani beton kako bi se postiglo željeno zadržavanje slijeganja na osnovu radnih uvjeta (vrijeme transporta, temperatura, kašnjenje prije pražnjenja, itd.). Često se superplastifikator formulira korištenjem mješavine dva ili više PCE-a kako bi se postigla kombinacija rane čvrstoće i produženog vijeka slijeganja. Istraživači će nastaviti aktivno prilagođavati polimernu strukturu PCE kako bi se prilagodili rastućim zahtjevima materijala i konstrukcije.

• Air Entrapment

Gotovo sve primjese na bazi polikarboksilata su formulisane sa sredstvom protiv pjene kako bi se spriječilo neželjeno zarobljavanje zraka koje se obično povezuje s PCE polimerima. I za primjenu betona sa udjelom zraka i bez nje, sadržaj zraka se općenito može učinkovito kontrolisati odabirom PCE proizvoda superplastifikatora koji je najkompatibilniji sa materijalima koji se koriste. Promjenjivost sadržaja ugljika unutar elektrofilterskog pepela može zakomplikovati dosljedno upravljanje sadržajem zraka, jer hidrofobna priroda defoamera može dovesti do njihove adsorpcije ugljika u elektrofilterskom pepelu. Sve u svemu, proizvodi na bazi PCE mogu poboljšati efikasnost dodataka za uvlačenje vazduha (AEA) u poređenju sa superplastifikatorima na bazi polinaftalen sulfonata (PNS), omogućavajući nižu dozu AEA za postizanje ekvivalentnog sadržaja vazduha.

• Uticaj gline

Za razliku od PNS superplastifikatora, PCE polimer se lako i nepovratno adsorbira od strane određenih finoća gline koje mogu biti prisutne u različitim izvorima agregata. Slika 2 ilustruje kako pijesak koji sadrži glinu sa vrijednošću metilen plavog od 1,30 može utjecati na potrebne doze PNS-a u odnosu na superplastifikatore na bazi PCE-a kako bi se postigao kompatibilan pad. Tipično, za pijesak bez gline ili s malo gline, PCE se dozira u količini od oko jedne trećine količine superplastifikatora na bazi PNS-a za sličan pad. Međutim, kada su gline prisutne u određenim pijescima, može biti potrebna doza PCE do 50% veća od PNS. Stoga, ako dođe do neočekivanog povećanja doze PCE superplastifikatora, treba dati prioritet provjeravanju finoće gline u zalihama agregata.

• Fleksibilno doziranje

Za razliku od superplastifikatora baziranih na PNS-u, koje uvijek treba dodavati odloženo (tj. nakon što se cement i voda počnu miješati), PCE su relativno neosjetljivi na vrijeme dodavanja, što omogućava veću fleksibilnost tokom procesa doziranja betona.

• Nekompatibilnost sa PNS superplastifikatorima

Upotreba PCE-a i proizvoda na bazi PNS-a u istoj betonskoj mješavini može dovesti do brzog gubitka obradivosti. Stoga se ove dvije tehnologije, PNS i PCE, ne smiju kombinirati u istoj betonskoj mješavini.

• Sinergija snage sa akceleratorima na bazi kalcijuma

Kada se PCE superplastifikatori koriste uz akceleratore vezivanja i inhibitore korozije koji sadrže kalcijeve soli, primijećena su neočekivana povećanja čvrstoće u usporedbi sa sličnim betonskim mješavinama koje koriste proizvode na bazi PNS-a. Ova sinergija u povećanju čvrstoće prvi put je zabilježena u mješavini koja sadrži inhibitor korozije na bazi kalcijum nitrita. Podatke sažete u tablici 1 izvijestio je proizvođač betona koji je prethodno koristio kombinaciju reduktora vode ASTM C494 tipa A na bazi lignosulfonata i superplastifikatora na bazi PNS/lignina tipa G za proizvodnju prednapregnutih pilota.

Izvanredna razlika u čvrstoći koja se postiže jednostavnim prebacivanjem superplastifikatora sa PNS-a na polikarboksilat potvrđena je kroz naučnu studiju i može pomoći u smanjenju sadržaja cementa dok se i dalje ispunjavaju zahtjevi za čvrstoćom. Zanimljivo, čini se da razlika u čvrstoći nije povezana s povećanom toplinom hidratacije, već s gustijom mikrostrukturom proizvedenom kombinacijom dodataka za ubrzavanje ili inhibiranje korozije na bazi kalcija i primjesa na bazi polikarboksilata.

PCE superplastifikator zamijenio je i PNS/lignin i proizvode za smanjenje vode tipa A u otprilike jednoj trećini doziranja. Dodatno, važno je napomenuti da je doza AEA potrebna za postizanje istog sadržaja zraka smanjena za 50% u betonu s dodanom PCE.

Ukratko, dok je industrija betona stekla značajan uvid u iskorištavanje svestranosti i razumijevanje ograničenja PCE superplastifikatora, kemičari će, u suradnji s betonskim tehnolozima, nastaviti modificirati polimerne strukture kako bi razvili nove mogućnosti za proizvodnju, postavljanje i proširenje usluge. vijek trajanja betonskih smjesa.