Co jsme se naučili z polykarboxylových superplastifikátorů za posledních 20 let?

Asi před 20 lety byl na severoamerický trh betonových konstrukcí uveden nový typ superplastifikátoru na bázi polykarboxylátových polymerů (PCE). Stejně jako zavedení přísad na bázi naftalenu v 70. letech 20. století výrazně zlepšilo různé technické vlastnosti čerstvého i ztvrdlého betonu, polykarboxyláty dále zvýšily výkonnost betonových směsí.

Například PCE umožnily vývoj samotuhnoucího betonu a udržely retenci sesuvu po dobu více než dvou hodin bez podstatného prodloužení doby tuhnutí. Měl jsem tu čest být součástí týmu výzkumu, vývoje a marketingu velké společnosti vyrábějící chemické přísady, která v 90. letech uvedla na trh první sérii produktů na bázi polykarboxylátů. Stejně jako všechny nové technologie zavedené do stavebního sektoru i zde prošla strmá křivka učení, zdůrazňující rozmanitou škálu materiálů a aplikací v betonovém stavebnictví. Tento článek shrnuje některé klíčové výkonnostní atributy odvozené z komerčních aplikací i laboratorního výzkumu. Výhody polykarboxylátových superplastifikátorů byly již dříve diskutovány a publikovány v The Concrete Producer.

Rodina polykarboxylátů

Termín "polykarboxylát" zahrnuje rozsáhlou rodinu polymerů, které mohou chemici navrhnout tak, aby betonovým směsím dodaly specifické vlastnosti. Po zavedení univerzálních superplastifikátorů PCE byly vyvinuty novější produkty speciálně tak, aby nabízely vysokou počáteční pevnost a různé úrovně zadržení sednutí, jakož i různé možnosti pro řízení obsahu vzduchu v betonu. Jedna třída polykarboxylátů minimálně ovlivňuje počáteční pokles, ale vyznačuje se funkcí časového uvolňování, která umožňuje předvídatelné zvýšení poklesu s prodlužující se dobou míchání (viz obrázek 1). V důsledku toho lze tento typ produktu přidávat v různých dávkách do předem namíchaného betonu, aby se dosáhlo požadované retence sednutí na základě pracovních podmínek (doba přepravy, teplota, zpoždění před vypuštěním atd.). Superplastifikátor je často formulován pomocí směsi dvou nebo více PCE, aby se dosáhlo kombinace počáteční pevnosti a prodloužené životnosti. Výzkumníci budou i nadále aktivně upravovat strukturu polymeru PCE, aby se přizpůsobila vyvíjejícím se požadavkům na materiál a konstrukci.

• Zachycování vzduchu

Téměř všechny přísady na bázi polykarboxylátů jsou formulovány s odpěňovačem, aby se zabránilo nežádoucímu zachycení vzduchu typicky spojenému s PCE polymery. Pro aplikace provzdušňovaného i neprovzdušňovaného betonu lze obsah vzduchu obecně účinně řídit výběrem produktu superplastifikátoru PCE, který je nejvíce kompatibilní s použitými materiály. Variabilita obsahu uhlíku v popílku může komplikovat konzistentní řízení obsahu vzduchu, protože hydrofobní povaha odpěňovačů může vést k jejich adsorpci uhlíkem v popílku. Celkově mohou produkty na bázi PCE zvýšit účinnost příměsí strhávajících vzduch (AEA) ve srovnání se superplastifikátory na bázi polynaftalensulfonátu (PNS), což umožňuje nižší dávkování AEA k dosažení ekvivalentního obsahu vzduchu.

• Vliv jílů

Na rozdíl od PNS superplastifikátorů je PCE polymer snadno a nevratně adsorbován určitými jílovými jemnými částmi, které mohou být přítomny v různých zdrojích kameniva. Obrázek 2 ilustruje, jak může písek obsahující jíl s hodnotou methylenové modři 1,30 ovlivnit požadované dávky PNS oproti superplastifikátorům na bázi PCE, aby se dosáhlo kompatibilního slévání. Typicky, s písky bez jílu nebo s nízkým obsahem jílu, se PCE dávkují přibližně v jedné třetině množství superplastifikátorů na bázi PNS pro podobný pokles. Pokud jsou však v určitých píscích přítomny jíly, může být zapotřebí dávka PCE až o 50 % vyšší než PNS. Pokud tedy dojde k neočekávanému zvýšení dávky superplastifikátoru PCE, měla by být prioritou kontrola jemných částic jílu v dodávce kameniva.

• Flexibilní dávkování

Na rozdíl od superplastifikátorů na bázi PNS, které by měly být vždy přidávány se zpožděním (tj. poté, co se cement a voda začaly mísit), PCE jsou relativně necitlivé na načasování přidávání, což umožňuje větší flexibilitu během procesu dávkování betonu.

• Nekompatibilita se superplastifikátory PNS

Použití PCE a produktů na bázi PNS ve stejné betonové směsi může vést k rychlé ztrátě zpracovatelnosti. Proto by tyto dvě technologie, PNS a PCE, neměly být kombinovány ve stejné betonové směsi.

• Silová synergie s urychlovači sady na bázi vápníku

Když se superplastifikátory PCE používají spolu s urychlovači tuhnutí a inhibitory koroze, které obsahují vápenaté soli, byly pozorovány neočekávané nárůsty pevnosti ve srovnání s podobnými betonovými směsmi, které používají produkty na bázi PNS. Tato synergie ve zvýšení pevnosti byla poprvé zaznamenána u směsi obsahující inhibitor koroze na bázi dusitanu vápenatého. Údaje shrnuté v tabulce 1 byly uvedeny výrobcem betonu, který dříve používal kombinaci reduktoru vody ASTM C494 typu A na bázi lignosulfonátu a superplastifikátoru na bázi PNS/ligninu typu G k výrobě předpjatých pilot.

Pozoruhodný rozdíl v pevnosti dosažený jednoduchým přechodem superplastifikátoru z PNS na polykarboxylát byl ověřen vědeckou studií a může pomoci snížit obsah cementu a přitom stále splňovat požadavky na pevnost. Zajímavé je, že rozdíl v pevnosti se nezdá být spojen se zvýšeným hydratačním teplem, ale spíše s hustší mikrostrukturou vytvořenou kombinací urychlujících nebo korozi inhibujících příměsí na bázi vápníku a příměsí na bázi polykarboxylátů.

Superplastifikátor PCE nahradil produkty PNS/lignin i produkty typu A snižující množství vody v přibližně jedné třetině dávky. Navíc je pozoruhodné, že dávkování AEA potřebné k dosažení stejného obsahu vzduchu bylo v betonu s příměsí PCE sníženo o 50 %.

Stručně řečeno, zatímco betonářský průmysl získal významné poznatky o využití všestrannosti a pochopení omezení superplastifikátorů PCE, chemici ve spolupráci s technology betonu budou pokračovat v úpravách polymerních struktur, aby vyvinuli nové možnosti pro výrobu, umístění a rozšiřování služeb. životnost betonových směsí.