Mitä olemme oppineet polykarboksyylisestä superpehmittimestä viimeisten 20 vuoden aikana?

Noin 20 vuotta sitten uudentyyppinen polykarboksylaattipolymeereihin (PCE) perustuva superpehmitin tuotiin Pohjois-Amerikan betonirakennusmarkkinoille. Aivan kuten naftaleenipohjaisten lisäaineiden käyttöönotto 1970-luvulla paransi merkittävästi sekä tuoreen että kovettuneen betonin erilaisia ​​teknisiä ominaisuuksia, polykarboksylaatit ovat edelleen parantaneet betoniseosten suorituskykyä.

Esimerkiksi PCE:t ovat mahdollistaneet itsekiinteytyvän betonin kehittämisen ja säilyttäneet painuman pysyvyyden yli kaksi tuntia pidentämättä kovettumisaikoja oleellisesti. Minulla oli etuoikeus kuulua T&K- ja markkinointitiimiin suuressa kemiallisia sekoituksia valmistavassa yrityksessä, joka toi markkinoille ensimmäisen sarjan polykarboksylaattipohjaisia ​​tuotteita 1990-luvulla. Kuten kaikki rakennusalalle tuodut uudet teknologiat, myös rakennusalalla on ollut jyrkkä oppimiskäyrä, joka korostaa betonirakentamisen materiaalien ja sovellusten monipuolisuutta. Tässä artikkelissa on yhteenveto joistakin keskeisistä suorituskykyominaisuuksista, jotka on johdettu sekä kaupallisista sovelluksista että laboratoriotutkimuksesta. Polykarboksylaattisuperpehmittimien eduista on keskusteltu ja julkaistu aiemmin The Concrete Producerissa.

Polykarboksylaattiperhe

Termi "polykarboksylaatti" kattaa suuren joukon polymeerejä, jotka kemistit voivat suunnitella antamaan betoniseoksille erityisiä ominaisuuksia. Yleiskäyttöisten PCE-superpehmittimien käyttöönoton jälkeen uudempia tuotteita on kehitetty erityisesti tarjoamaan korkeaa varhaislujuutta ja eri tasoisia paisuntakykyä sekä erilaisia ​​ominaisuuksia betonin ilmapitoisuuden hallintaan. Yksi polykarboksylaattien luokka vaikuttaa minimaalisesti alkulaskuun, mutta siinä on aika-vapautustoiminto, joka sallii lamautumisen lisääntyvän ennustettavasti sekoitusajan pidentyessä (katso kuva 1). Näin ollen tämän tyyppistä tuotetta voidaan lisätä esisekoitettuun betoniin vaihtelevin annoksin, jotta saavutetaan haluttu painumapysyvyys työolosuhteiden mukaan (kuljetusaika, lämpötila, viive ennen tyhjennystä jne.). Usein superpehmitin formuloidaan käyttämällä kahden tai useamman PCE:n sekoitusta, jotta saavutetaan yhdistelmä varhaista lujuutta ja pidennettyä lamaantumisaikaa. Tutkijat jatkavat PCE-polymeerirakenteen aktiivista säätämistä mukautuakseen muuttuviin materiaali- ja rakennusvaatimuksiin.

• Ilman jääminen

Lähes kaikki polykarboksylaattipohjaiset seokset on formuloitu vaahdonestoaineen kanssa PCE-polymeereihin tyypillisesti liittyvän ei-toivotun ilman sulkemisen hallitsemiseksi. Sekä ilmaa sisältävissä että ilman mukana kulkeutuneissa betonisovelluksissa ilmapitoisuutta voidaan yleensä valvoa tehokkaasti valitsemalla PCE-superpehmitintuote, joka on yhteensopiva käytettävien materiaalien kanssa. Lentotuhkan hiilipitoisuuden vaihtelu voi vaikeuttaa ilmapitoisuuden johdonmukaista hallintaa, koska vaahdonestoaineiden hydrofobisuus voi johtaa niiden adsorptioon lentotuhkassa olevan hiilen avulla. Kaiken kaikkiaan PCE-pohjaiset tuotteet voivat parantaa ilmaa sisältävien lisäaineiden (AEA) tehokkuutta verrattuna polynaftaleenisulfonaattiin (PNS) pohjautuviin superpehmittimiin, mikä mahdollistaa pienemmän AEA-annoksen vastaavan ilmapitoisuuden saavuttamiseksi.

• Savien vaikutus

Toisin kuin PNS-superpehmittimissä, PCE-polymeeri adsorboituvat helposti ja palautumattomasti tiettyihin savihienoaineisiin, joita voi olla läsnä erilaisissa aggregaattilähteissä. Kuva 2 havainnollistaa, kuinka savea sisältävä hiekka, jonka metyleenisininen arvo on 1,30, voi vaikuttaa vaadittuihin PNS-annoksiin verrattuna PCE-pohjaisiin superpehmittimiin yhteensopivan laman saavuttamiseksi. Tyypillisesti savittomilla tai vähäsavipitoisilla hiekoilla PCE:itä annostellaan noin kolmasosa PNS-pohjaisten superpehmittimien määrästä samanlaiseen lamaan. Kuitenkin, kun savea on läsnä tietyissä hiekoissa, PCE:n annos voi olla jopa 50 % suurempi kuin PNS. Siten, jos PCE-superpehmennysaineen annostus kasvaa odottamatta, kiviainessaannin tarkistaminen olisi asetettava etusijalle.

• Joustava annostus

Toisin kuin PNS-pohjaiset superpehmittimet, jotka tulee aina lisätä viiveellä (eli sen jälkeen, kun sementti ja vesi ovat alkaneet sekoittua), PCE:t ovat suhteellisen epäherkkiä lisäyksen ajoitukselle, mikä mahdollistaa suuremman joustavuuden betonin valmistusprosessin aikana.

• Yhteensopimattomuus PNS-superpehmittimien kanssa

PCE- ja PNS-pohjaisten tuotteiden käyttö samassa betoniseoksessa voi johtaa nopeaan työstettävyyden menetykseen. Siksi näitä kahta tekniikkaa, PNS ja PCE, ei pitäisi yhdistää samaan betoniseokseen.

• Vahvuussynergia kalsiumpohjaisten sarjakiihdyttimien kanssa

Kun PCE-superpehmittimiä käytetään yhdessä kalsiumsuoloja sisältävien kiihdyttimien ja korroosionestoaineiden kanssa, on havaittu odottamattomia lujuuslisäyksiä verrattuna vastaaviin PNS-pohjaisia ​​tuotteita käyttäviin betoniseoksiin. Tämä lujuuden lisäämisen synergia havaittiin ensin seoksessa, joka sisälsi kalsiumnitriittipohjaista korroosionestoainetta. Taulukossa 1 esitetyt tiedot raportoi betoninvalmistaja, joka oli aiemmin käyttänyt lignosulfonaattipohjaisen ASTM C494 Type A -vedenvähentimen ja tyypin G PNS/ligniinipohjaisen superpehmittimen yhdistelmää esijännitettyjen paalujen valmistukseen.

Merkittävä lujuusero, joka saavutetaan yksinkertaisesti vaihtamalla superpehmitin PNS:stä polykarboksylaatiksi, on validoitu tieteellisissä tutkimuksissa, ja se voi auttaa vähentämään sementtipitoisuutta samalla, kun se täyttää lujuusvaatimukset. Mielenkiintoista on, että lujuusero ei näytä olevan yhteydessä lisääntyneeseen hydrataatiolämpöön, vaan pikemminkin tiheämpään mikrorakenteeseen, joka on tuotettu yhdistämällä kalsiumpohjaisia ​​kiihdyttäviä tai korroosiota estäviä lisäaineita ja polykarboksylaattipohjaisia ​​sekoituksia.

PCE-superpehmitin korvasi sekä PNS/ligniinin että tyypin A vettä vähentävät tuotteet noin kolmanneksella annostusnopeudesta. Lisäksi on huomionarvoista, että saman ilmapitoisuuden saavuttamiseen tarvittava AEA:n annostus pieneni 50 % PCE-sekoitetussa betonissa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka betoniteollisuus on saanut merkittäviä näkemyksiä PCE-superpehmittimien monipuolisuuden hyödyntämisestä ja rajoitusten ymmärtämisestä, kemistit jatkavat yhteistyössä betonitekniikkojen kanssa polymeerirakenteiden muokkaamista kehittääkseen uusia valmiuksia palvelun tuotantoon, sijoittamiseen ja laajentamiseen. betoniseosten käyttöikä.