Apakah yang Kami Pelajari Daripada Superplasticizer Polikarboksilik Sepanjang 20 Tahun Yang Lalu?

Kira-kira 20 tahun yang lalu, sejenis superplasticizer baru berdasarkan polimer polikarboksilat (PCE) telah diperkenalkan kepada pasaran pembinaan konkrit Amerika Utara. Sama seperti pengenalan bahan tambah berasaskan naftalena pada tahun 1970-an dengan ketara meningkatkan pelbagai sifat kejuruteraan bagi kedua-dua konkrit segar dan keras, polikarboksilat telah meningkatkan lagi prestasi campuran konkrit.

Sebagai contoh, PCE telah membolehkan pembangunan konkrit penyatuan sendiri dan mengekalkan pengekalan kemerosotan selama lebih dua jam tanpa memanjangkan masa penetapan dengan ketara. Saya mendapat keistimewaan untuk menjadi sebahagian daripada pasukan R&D dan pemasaran untuk syarikat campuran kimia utama yang melancarkan siri pertama produk berasaskan polikarboksilat pada tahun 1990-an. Seperti semua teknologi baharu yang diperkenalkan ke dalam sektor pembinaan, terdapat keluk pembelajaran yang curam, menonjolkan pelbagai bahan dan aplikasi dalam pembinaan konkrit. Artikel ini meringkaskan beberapa atribut prestasi utama yang diperoleh daripada kedua-dua aplikasi komersial dan penyelidikan makmal. Manfaat superplasticizer polikarboksilat telah dibincangkan sebelum ini dan diterbitkan dalam The Concrete Producer.

Keluarga Polikarboksilat

Istilah "polikarboksilat" merangkumi keluarga besar polimer yang boleh direka bentuk oleh ahli kimia untuk memberikan prestasi khusus kepada campuran konkrit. Berikutan pengenalan superplasticizer PCE tujuan umum, produk baharu telah dibangunkan khusus untuk menawarkan kekuatan awal yang tinggi dan pelbagai tahap pengekalan kemerosotan, serta keupayaan berbeza untuk menguruskan kandungan udara dalam konkrit. Satu kelas polikarboksilat memberi kesan minima kepada kemerosotan awal tetapi mempunyai fungsi pelepasan masa yang membolehkan kemerosotan meningkat secara dijangka apabila masa pencampuran memanjang (lihat Rajah 1). Akibatnya, jenis produk ini boleh ditambah pada dos yang berbeza-beza kepada konkrit pra-campuran untuk mencapai pengekalan kemerosotan yang diingini berdasarkan keadaan kerja (masa pengangkutan, suhu, kelewatan sebelum pelepasan, dll.). Selalunya, superplasticizer dirumus menggunakan gabungan dua atau lebih PCE untuk mencapai gabungan kekuatan awal dan hayat kemerosotan yang berpanjangan. Penyelidik akan terus melaraskan struktur polimer PCE secara aktif untuk menyesuaikan diri dengan permintaan bahan dan pembinaan yang berkembang.

• Perangkap Udara

Hampir semua bahan tambah berasaskan polikarboksilat dirumus dengan penyahbuih untuk menguruskan perangkap udara yang tidak diingini yang biasanya dikaitkan dengan polimer PCE. Untuk kedua-dua aplikasi konkrit bersalut udara dan tidak bersalut udara, kandungan udara secara amnya boleh dikawal dengan berkesan dengan memilih produk superplasticizer PCE yang paling serasi dengan bahan yang digunakan. Kebolehubahan dalam kandungan karbon dalam abu terbang boleh menyukarkan pengurusan kandungan udara yang konsisten, kerana sifat hidrofobik penyahbuih boleh membawa kepada penjerapannya oleh karbon dalam abu terbang. Secara keseluruhannya, produk berasaskan PCE boleh meningkatkan kecekapan bahan tambah pemerangkap udara (AEA) berbanding dengan superplasticizer berasaskan polynaphthalene sulfonate (PNS), membolehkan dos AEA yang lebih rendah untuk mencapai kandungan udara yang setara.

• Kesan Tanah Liat

Berbeza dengan superplasticizers PNS, polimer PCE mudah diserap oleh denda tanah liat tertentu yang mungkin terdapat dalam pelbagai sumber agregat. Rajah 2 menggambarkan bagaimana pasir yang mengandungi tanah liat dengan nilai biru metilena 1.30 boleh menjejaskan dos yang diperlukan PNS berbanding superplasticizer berasaskan PCE untuk mencapai kemerosotan yang serasi. Biasanya, dengan pasir bebas tanah liat atau pasir tanah liat rendah, PCE didos pada kira-kira satu pertiga jumlah superplasticizer berasaskan PNS untuk kemerosotan yang sama. Walau bagaimanapun, apabila tanah liat terdapat dalam pasir tertentu, dos PCE sehingga 50% lebih tinggi daripada PNS mungkin diperlukan. Oleh itu, jika peningkatan yang tidak dijangka dalam dos superplasticizer PCE berlaku, pemeriksaan denda tanah liat dalam bekalan agregat harus diutamakan.

• Dos Fleksibel

Tidak seperti superplasticizer berasaskan PNS, yang perlu sentiasa ditambah dengan cara yang tertangguh (iaitu, selepas simen dan air mula bercampur), PCE secara relatifnya tidak sensitif terhadap masa penambahan, membolehkan lebih fleksibiliti semasa proses batching konkrit.

• Ketidakserasian dengan PNS Superplasticizers

Menggunakan PCE dan produk berasaskan PNS dalam campuran konkrit yang sama boleh menyebabkan kehilangan kebolehkerjaan yang cepat. Oleh itu, kedua-dua teknologi ini, PNS dan PCE, tidak boleh digabungkan dalam campuran konkrit yang sama.

• Sinergi Kekuatan dengan Pemecut Set Berasaskan Kalsium

Apabila superplasticizer PCE digunakan bersama set pemecut dan perencat kakisan yang mengandungi garam kalsium, peningkatan kekuatan yang tidak dijangka telah diperhatikan berbanding dengan campuran konkrit serupa yang menggunakan produk berasaskan PNS. Sinergi dalam peningkatan kekuatan ini mula-mula diperhatikan dalam campuran yang mengandungi perencat kakisan berasaskan kalsium nitrit. Data yang diringkaskan dalam Jadual 1 telah dilaporkan oleh pengeluar konkrit yang sebelum ini menggunakan gabungan pengurang air ASTM C494 Type A berasaskan lignosulfonat dan superplasticizer berasaskan lignin Jenis G PNS/lignin untuk mengeluarkan cerucuk prategasan.

Perbezaan kekuatan luar biasa yang dicapai hanya dengan menukar superplasticizer daripada PNS kepada polikarboksilat telah disahkan melalui kajian saintifik dan boleh membantu mengurangkan kandungan simen sementara masih memenuhi keperluan kekuatan. Menariknya, perbezaan kekuatan nampaknya tidak dikaitkan dengan peningkatan haba penghidratan, tetapi sebaliknya kepada struktur mikro yang lebih padat yang dihasilkan oleh gabungan bahan tambahan yang mempercepatkan atau menghalang kakisan berasaskan kalsium dan bahan tambahan berasaskan polikarboksilat.

Superplasticizer PCE menggantikan kedua-dua produk pengurangan air PNS/lignin dan Jenis A pada kira-kira satu pertiga daripada kadar dos. Selain itu, perlu diperhatikan bahawa dos AEA yang diperlukan untuk mencapai kandungan udara yang sama telah dikurangkan sebanyak 50% dalam konkrit campuran PCE.

Ringkasnya, sementara industri konkrit telah memperoleh pandangan yang ketara dalam memanfaatkan kepelbagaian dan memahami batasan superplasticizer PCE, ahli kimia, dengan kerjasama ahli teknologi konkrit, akan terus mengubah suai struktur polimer untuk membangunkan keupayaan baharu untuk menghasilkan, meletakkan dan melanjutkan perkhidmatan. hayat campuran konkrit.