Chúng ta đã học được gì từ chất siêu dẻo Polycarboxylic trong 20 năm qua?

Khoảng 20 năm trước, một loại chất siêu dẻo mới dựa trên polyme polycarboxylate (PCE) đã được giới thiệu vào thị trường xây dựng bê tông Bắc Mỹ. Giống như sự ra đời của phụ gia gốc naphthalene vào những năm 1970 đã tăng cường đáng kể các đặc tính kỹ thuật khác nhau của cả bê tông tươi và bê tông đã cứng, polycarboxylate đã nâng cao hơn nữa hiệu suất của hỗn hợp bê tông.

Ví dụ, PCE đã cho phép phát triển bê tông tự cố kết và duy trì độ sụt trong hơn hai giờ mà không cần kéo dài đáng kể thời gian đông kết. Tôi có vinh dự được trở thành thành viên của nhóm R&D và tiếp thị cho một công ty phụ gia hóa học lớn đã tung ra loạt sản phẩm gốc polycarboxylate đầu tiên vào những năm 1990. Giống như tất cả các công nghệ mới được đưa vào lĩnh vực xây dựng, có một chặng đường học tập dốc, làm nổi bật sự đa dạng của vật liệu và ứng dụng trong xây dựng bê tông. Bài viết này tóm tắt một số thuộc tính hiệu suất chính có được từ cả ứng dụng thương mại và nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Những lợi ích của chất siêu dẻo polycarboxylate trước đây đã được thảo luận và công bố trên The Concrete Production.

Họ Polycarboxylate

Thuật ngữ "polycarboxylate" bao gồm một nhóm lớn các polyme mà các nhà hóa học có thể thiết kế để mang lại hiệu suất cụ thể cho hỗn hợp bê tông. Sau sự ra đời của chất siêu dẻo PCE đa năng, các sản phẩm mới hơn đã được phát triển đặc biệt để mang lại cường độ ban đầu cao và mức duy trì độ sụt khác nhau, cũng như các khả năng khác nhau để quản lý hàm lượng không khí trong bê tông. Một loại polycarboxylate ảnh hưởng tối thiểu đến độ sụt ban đầu nhưng có chức năng giải phóng thời gian cho phép độ sụt tăng lên có thể dự đoán được khi thời gian trộn kéo dài (xem Hình 1). Do đó, loại sản phẩm này có thể được thêm vào bê tông trộn sẵn với liều lượng khác nhau để đạt được độ duy trì độ sụt mong muốn tùy theo điều kiện công việc (thời gian vận chuyển, nhiệt độ, độ trễ trước khi xả, v.v.). Thông thường, chất siêu dẻo được chế tạo bằng cách sử dụng hỗn hợp của hai hoặc nhiều PCE để đạt được sự kết hợp giữa cường độ sớm và tuổi thọ sụt kéo dài. Các nhà nghiên cứu sẽ tiếp tục tích cực điều chỉnh cấu trúc polymer PCE để thích ứng với nhu cầu vật liệu và xây dựng ngày càng tăng.

• Bẫy không khí

Hầu hết tất cả các phụ gia gốc polycarboxylate đều được pha chế với chất khử bọt để quản lý việc bẫy không khí không mong muốn thường liên quan đến polyme PCE. Đối với cả ứng dụng bê tông cuốn khí và không cuốn khí, hàm lượng khí nhìn chung có thể được kiểm soát hiệu quả bằng cách chọn sản phẩm phụ gia siêu dẻo PCE tương thích nhất với vật liệu đang được sử dụng. Sự thay đổi hàm lượng carbon trong tro bay có thể làm phức tạp việc quản lý hàm lượng không khí nhất quán, vì tính chất kỵ nước của chất khử bọt có thể dẫn đến sự hấp phụ của chúng bởi carbon trong tro bay. Nhìn chung, các sản phẩm gốc PCE có thể nâng cao hiệu quả của phụ gia cuốn khí (AEA) so với các chất siêu dẻo gốc polynaphthalene sulfonate (PNS), cho phép sử dụng liều lượng AEA thấp hơn để đạt được hàm lượng không khí tương đương.

• Tác động của đất sét

Ngược lại với các chất siêu dẻo PNS, polyme PCE bị hấp phụ dễ dàng và không thể đảo ngược bởi một số hạt sét nhất định có thể có trong các nguồn cốt liệu khác nhau. Hình 2 minh họa cách cát chứa đất sét có giá trị xanh methylene là 1,30 có thể ảnh hưởng đến liều lượng cần thiết của chất siêu dẻo PNS so với chất siêu dẻo gốc PCE để đạt được độ sụt tương thích. Thông thường, với cát không chứa sét hoặc cát có hàm lượng sét thấp, PCE được định lượng bằng khoảng một phần ba lượng chất siêu dẻo gốc PNS cho độ sụt tương tự. Tuy nhiên, khi có đất sét trong một số loại cát nhất định, có thể cần liều lượng PCE cao hơn PNS tới 50%. Vì vậy, nếu xảy ra sự gia tăng bất ngờ về liều lượng chất siêu dẻo PCE, thì nên ưu tiên kiểm tra các hạt đất sét mịn trong nguồn cung cấp tổng hợp.

• Liều lượng linh hoạt

Không giống như các chất siêu dẻo gốc PNS, luôn phải được thêm vào một cách chậm trễ (tức là sau khi xi măng và nước bắt đầu trộn), PCE tương đối không nhạy cảm với thời điểm bổ sung, cho phép linh hoạt hơn trong quá trình trộn bê tông.

• Không tương thích với chất siêu dẻo PNS

Việc sử dụng các sản phẩm gốc PCE và PNS trong cùng một hỗn hợp bê tông có thể dẫn đến mất khả năng thi công nhanh chóng. Vì vậy, không nên kết hợp hai công nghệ PNS và PCE này trong cùng một hỗn hợp bê tông.

• Sức mạnh tổng hợp với bộ tăng tốc dựa trên canxi

Khi chất siêu dẻo PCE được sử dụng cùng với chất tăng tốc đông kết và chất ức chế ăn mòn có chứa muối canxi, người ta đã nhận thấy mức tăng cường độ không mong muốn so với hỗn hợp bê tông tương tự sử dụng sản phẩm gốc PNS. Sức mạnh tổng hợp trong việc tăng cường độ bền này lần đầu tiên được ghi nhận trong hỗn hợp có chứa chất ức chế ăn mòn gốc canxi nitrit. Dữ liệu được tóm tắt trong Bảng 1 được báo cáo bởi một nhà sản xuất bê tông, người trước đây đã sử dụng kết hợp chất khử nước ASTM C494 loại A gốc lignosulfonate và chất siêu dẻo gốc PNS/lignin loại G để sản xuất cọc dự ứng lực.

Sự khác biệt về cường độ vượt trội đạt được chỉ bằng cách chuyển chất siêu dẻo từ PNS sang polycarboxylate đã được xác nhận qua nghiên cứu khoa học và có thể giúp giảm hàm lượng xi măng trong khi vẫn đáp ứng yêu cầu về cường độ. Điều thú vị là, sự khác biệt về độ bền dường như không liên quan đến sự tăng nhiệt của quá trình hydrat hóa mà liên quan đến cấu trúc vi mô đậm đặc hơn được tạo ra bởi sự kết hợp giữa các phụ gia tăng tốc hoặc ức chế ăn mòn dựa trên canxi và các phụ gia dựa trên polycarboxylate.

Chất siêu dẻo PCE thay thế cả sản phẩm khử nước PNS/lignin và loại A với liều lượng khoảng 1/3. Ngoài ra, điều đáng chú ý là liều lượng AEA cần thiết để đạt được hàm lượng không khí tương tự đã giảm 50% trong bê tông trộn PCE.

Tóm lại, mặc dù ngành bê tông đã đạt được những hiểu biết sâu sắc trong việc tận dụng tính linh hoạt và hiểu rõ những hạn chế của chất siêu dẻo PCE, nhưng các nhà hóa học, phối hợp với các nhà công nghệ bê tông, sẽ tiếp tục sửa đổi cấu trúc polyme để phát triển các khả năng mới trong sản xuất, thi công và mở rộng dịch vụ. tuổi thọ của hỗn hợp bê tông.