Tình hình phát triển của chất siêu dẻo Polycarboxylate

Tình hình phát triển của chất siêu dẻo polycarboxylate

1. Chất siêu dẻo nền, đúng như tên gọi, là một loại phụ gia bê tông có thể giảm lượng nước tiêu thụ khi trộn trong khi vẫn duy trì độ sụt như cũ của bê tông. Chất siêu dẻo được sử dụng sớm nhất trên thế giới là natri lignosulfonate, được chiết xuất từ ​​​​chất thải bột giấy vào đầu những năm 30 của thế kỷ 20, nhưng tỷ lệ khử nước thấp.

Sau đó, Tiến sĩ Kenichi Hattori của Nhật Bản lần đầu tiên sử dụng chất ngưng tụ formaldehyde của naphthalene sulfonate làm chất phân tán bê tông, sau đó xuất hiện chất ngưng tụ melamine sulfonate formaldehyde và các chất siêu dẻo bê tông khác của chất ngưng tụ sulfonate và formaldehyde. So với thế hệ phụ gia siêu dẻo đầu tiên, tốc độ giảm nước được cải thiện đáng kể, nhưng hiệu quả duy trì độ sụt kém và quá trình sản phẩm không ổn định.

Đầu những năm 80, thế hệ phụ gia siêu dẻo mới nhất - phụ gia siêu dẻo axit polycarboxylic cũng được Nhật Bản phát triển. So với hai thế hệ chất siêu dẻo trước đây, chất siêu dẻo axit polycarboxylic có liều lượng thấp, tốc độ khử nước cao, độ sụt nhỏ giảm theo thời gian và hiệu quả tăng cường đáng kể. Đồng thời, nó có nhiều ưu điểm như bảo vệ môi trường xanh và độ ổn định sản phẩm tốt, hiện là sản phẩm có hàm lượng công nghệ cao nhất, tiên tiến nhất thế giới, triển vọng ứng dụng tốt nhất và hiệu suất toàn diện tốt nhất của chất siêu dẻo bê tông.

2. Cơ chế tác dụng của chất siêu dẻo polycarboxylate 1

Từ góc độ cấu trúc phân tử, chất siêu dẻo axit polycarboxylic là loại lược, có nhiều nhóm hoạt động trên chuỗi chính, phân cực mạnh và các phân đoạn polyether ưa nước ở chuỗi bên, trong đó các phân đoạn polyether có tính ưa nước dài hơn và số lượng nhiều hơn , trong khi các phân tử có tính kỵ nước ngắn hơn và số lượng ít hơn. Cấu trúc liên kết polyetylen (còn được gọi là chuỗi ghép) trên chuỗi bên polymer có ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ giảm nước và độ sụt, có thể ức chế sự mất mát độ sụt ở mức độ lớn.

Là loại macromonomer siêu dẻo polycarboxylate phổ biến nhất, cấu trúc phân tử của HPEG2400 như sau:
CH2=CH(CH3) (OCH2CH2)n OH

Nó thu được bằng rượu allyl làm chất khởi đầu, trong điều kiện xúc tác kiềm và bổ sung mở vòng ethylene oxit, vì vậy nó còn được gọi là rượu allyl ethoxyethylene ether. Nó có đặc điểm cấu trúc tương tự như các chất hoạt động bề mặt thông thường của chúng tôi được sử dụng trong làm sạch và các lĩnh vực khác, chẳng hạn như rượu béo ethoxyethylene ether AEO và MOA, vì vậy nó cũng có thể được gọi là chất hoạt động bề mặt. Sau đó, nó được sử dụng làm chất khởi đầu để phản ứng với các axit không bão hòa như axit acrylic và anhydrit maleic để thu được chất siêu dẻo axit polycarboxylic.
Cơ chế hoạt động của nó cũng tương tự như cơ chế hoạt động của chất hoạt động bề mặt: nó cản trở hoặc phá hủy cấu trúc keo tụ của các hạt xi măng thông qua hoạt động bề mặt, tạo phức, lực đẩy tĩnh điện và lực đẩy âm thanh nổi. Hiệu ứng phân tán và ổn định của chất siêu dẻo polycarboxylate chủ yếu là kết quả của sự tương tác giữa lực cản không gian và lực đẩy tĩnh điện. Trong số đó, lực đẩy tĩnh điện mang lại sự phân tán ban đầu và lực cản không gian mang lại khả năng duy trì dòng chảy.

Trong quá trình tổng hợp, các phân đoạn propylene oxit được đưa vào và phân tử thay đổi từ cấu trúc polyoxyethylene sang cấu trúc polyether. Do số lượng lớn các cấu trúc chuỗi phân nhánh được đưa vào phân khúc propylene oxit nên chất siêu dẻo polycarboxylate do TPEG sản xuất có những ưu điểm nhất định so với HPEG về tốc độ giảm nước và duy trì độ sụt.
2. So sánh tính năng của các loại phụ gia siêu dẻo

3. Đặc tính hiệu suất của chất siêu dẻo axit polycarboxylic 1, hàm lượng chất rắn 38-40%, PH6-7, liều lượng thấp, tốc độ khử nước cao, tốc độ khử nước trên 30%;
2. Khi độ sụt nhẹ, tổn thất nhỏ và tỷ lệ tổn thất độ sụt của bê tông trộn sẵn nhỏ hơn 5% trong 1h và dưới 10% trong 2h;
3. Hiệu quả nâng cao rất đáng kể, cường độ nén 3D của bê tông tăng 50 ~ 110%, cường độ nén 28D tăng 40 ~ 80% và cường độ nén 90D tăng 30 ~ 60%;
4. Khả năng làm việc của bê tông là tuyệt vời, không có sự phân tầng và rò rỉ nước, hình thức và màu sắc của bê tông đồng đều. Khi sử dụng để chuẩn bị bê tông cao cấp, bê tông có độ bám dính tốt, dễ trộn;
5. Hàm lượng khí vừa phải, không ảnh hưởng xấu đến mô đun đàn hồi của bê tông, khả năng chống băng giá và độ bền tốt;
6. Nó có thể làm giảm nhiệt hydrat hóa trong giai đoạn đầu của xi măng, có lợi cho việc xây dựng bê tông khối lượng lớn và mùa hè;
7. Khả năng thích ứng tuyệt vời, khả năng tương thích tốt của xi măng và phụ gia, khả năng thích ứng nhiệt độ tốt và khả năng tương thích tốt với các loại xi măng và phụ gia khác nhau;
8. Độ co ngót thấp, có thể làm giảm đáng kể độ co ngót của bê tông, khả năng chống đóng băng và chống cacbon hóa tốt hơn đáng kể so với bê tông thông thường; Cải thiện đáng kể độ ổn định thể tích và độ bền lâu dài của bê tông;
9. Hàm lượng kiềm rất thấp và hàm lượng kiềm nhỏ hơn hoặc bằng 0,2%, điều này có thể ngăn chặn hiệu quả sự xuất hiện của phản ứng tổng hợp kiềm;
10. Sản phẩm có độ ổn định tốt, không xảy ra hiện tượng phân tầng và kết tủa trong quá trình bảo quản lâu dài và không xảy ra kết tủa kết tinh ở nhiệt độ thấp;
11. Sản phẩm xanh, thân thiện với môi trường, không chứa formaldehyde và là sản phẩm thân thiện với môi trường;
12. Lợi ích kinh tế là tốt, chi phí toàn diện của dự án thấp hơn so với các loại sản phẩm khác và có thể tiết kiệm được xi măng 15-25% trong cùng điều kiện cường độ.

3. Triển vọng thị trường

Đánh giá tình hình thị trường hiện tại, nhu cầu hàng năm về chất siêu dẻo axit polycarboxylic của Trung Quốc là từ 4 triệu tấn ~ 5 triệu tấn. Đồng thời, với sự đầu tư liên tục vào các dự án quy mô lớn của chính phủ quốc gia như đường sắt cao tốc và tàu điện ngầm, nhu cầu ngày càng tăng lên đều đặn. Là nguyên liệu thô chính để tổng hợp chất siêu dẻo, nhu cầu về monome lớn của chất siêu dẻo là khoảng 600,000 tấn mỗi năm. Một loạt các điều kiện thuận lợi như nhu cầu thị trường lớn, quy trình tổng hợp đơn giản, phù hợp cho sản xuất quy mô lớn, chi phí thấp và bảo vệ môi trường xanh đã khiến chất siêu dẻo axit polycarboxylic phát triển nhanh chóng.