Суперпластификатори за сухи строителни разтвори
Първата информация за суперпластификаторите като високоефективни разредители за бетонови и хоросанови смеси се появява в началото на тридесетте години, а през 1935 г. е получен първият патент. Втората световна война отложи широкото разпространение на този вид модифициращи добавки до края на 50-те години. Освен това страните, в които за първи път стартира производството на суперпластификатори като продаваеми продукти, бяха страните от победената коалиция - Германия и Япония. В нашата страна използването на суперпластификатори в индустриален мащаб започва в края на седемдесетте години.
Основното предимство на суперпластификаторите е, че при същите стойности на съотношението вода-цимент те значително повишават мобилността на бетонните и хоросанните смеси, без да намаляват якостните характеристики на втвърдените смеси. Използването на суперпластификатори в съставите на сухи строителни разтвори в комбинация с други модифициращи добавки прави възможно създаването на високоякостни саморазливни разтвори, предназначени както за ръчно, така и за механизирано приложение.
В България, в съответствие с GOST 24211-91, суперпластификаторите се класифицират като пластифициращи добавки от 1-ва група, осигуряващи увеличаване на подвижността на бетонната смес от P1 с конусовидна тяга от 2-4 cm до P5 без намаляване на якостта на бетона през всички периоди на изпитване. Има суперпластификатори, изкуствено синтезирани и получени в резултат на преработка на суровини от животински произход. Казеинът се използва като суперпластификатор от животински произход. Понастоящем обаче употребата на казеин поради редица причини е ограничена в много европейски страни и затова тази статия се фокусира върху изкуственитесинтезирани суперпластификатори.
В зависимост от химическата основа се разграничават следните видове суперпластификатори:
- суперпластификатори на базата на сулфонирани меламиноформалдехидни съединения и комплекси на тяхна основа;
- суперпластификатори на базата на сулфонирани нафталин-формалдехидни съединения и комплекси на тяхна основа;
- супер пластификатори на базата на модифицирани лигносулфонати;
- суперпластификатори на базата на водоразтворими карбоксилатни полимери.
Първите три типа са известни от самото начало на промишлената употреба на суперпластификатори, така че често се наричат традиционни. Механизмът на действие на традиционните суперпластификатори може да се опрости по следния начин. Тъй като суперпластификаторите са повърхностно активни вещества, тяхното основно свойство е, че молекулите на такива вещества се адсорбират върху повърхността на циментовите частици и възникващите неоплазми, образувайки най-тънкия моно- или бимолекулен слой, докато междуфазната енергия на кохезия намалява и дезагрегацията на частиците се улеснява (фиг. 1а).
1 Принцип на действие на традиционните суперпластификатори I - циментови частици; II - молекула
В същото време се отделя имобилизирана вода, която играе ролята на пластифицираща смазка. В допълнение, адсорбираният слой изглажда микрограпавините на частиците, като по този начин намалява коефициента на триене между частиците. И накрая, създаването на едноименен електрически заряд в резултат на адсорбцията на суперпластификатора върху повърхността на частиците на твърдата фаза елиминира възможността за тяхното сцепление поради електростатични сили и по този начин намалява вискозитета на суспензията
Фиг.2. Схематично представяне на молекулите на традиционните (а) и хиперб) суперпластификатори
За разлика от традиционните суперпластификатори, ефектът на суперпластификаторите от четвъртия тип, поради структурните особености на използваните полимери (фиг. 2), се основава главно на пространствения ефект, поради което се намалява триенето на компонентите на суспензията на разтвора. Такива суперпластификатори се наричат супер-супер или хипер-пластификатори в много чужди страни. Този тип суперпластификатор е разработен през 90-те години и се използва широко в европейските страни и Япония.
Използването на различни видове суперпластификатори в съставите на сухи строителни смеси със същото водно-циментово съотношение допринася за увеличаване на мобилността на строителните разтвори в сравнение с контролния състав без суперпластификатор. С течение на времето обаче този ефект намалява или настъпва пълното му спиране (таблица 1). Различната продължителност на пластифициращия ефект, при равни други условия, зависи преди всичко от структурата на молекулите на различните суперпластификатори и техните принципи на действие. По отношение на промяната в якостните характеристики, ние сравняваме якостта на натиск на разтвори, използващи различни видове суперпластификатори и контролна проба без суперпластификатор с еднаква подвижност на разтвора, равна на 28 cm.
Таблица 1. Съставът на разтвора: Портланд цимент М-500 DO-400, кварцов пясък-590g, смляна гасена вар-10g.
| 1 | Не | 200 | 15 | 14 | 9 |
| 2 | Суперпластификатор 1вид-6гр. | 200 | 26 | 20 | 10 |
| 3 | Суперпластификатор 2 вида-6гр. | 200 | 26 | 18 | 9 |
| 4 | Суперпластификатор 3 вида-6гр. | 200 | 24 | 22 | 12 |
| 5 | Суперпластификатор 4 вида-2гр. | 200 | 28 | 28 | 25 |
Очевидно, за да се даде на разтвора добра подвижност без използването на суперпластификатор, е необходимо да се увеличи количеството вода за смесване (фиг. 3), по отношение на хоросана със състав № 1 без суперпластификатор, това води преди всичко до загуба на якост на натиск на възраст от 28 дни (фиг. 4), както и до увеличаване на капилярната порьозност на втвърдения разтвор поради изпаряване на излишъка вода (фиг. 5), което в крайна сметка намалява устойчивостта на замръзване на втвърдения разтвор.
Ориз. 3. Водопотребност на хоросаните при подвижност 28 cm
В заключение трябва да се отбележи, че е невъзможно недвусмислено да се определят предимствата от използването на един или друг тип суперпластификатори. Ефектът от използването на суперпластификатори в сухи строителни смеси може да варира в зависимост от минералния състав на цимента, неговата специфична повърхност, от характеристиките на пълнителите, пълнителите и модифициращите добавки, от съвместимостта с компонентите, които съставляват конкретен продукт, от условията на втвърдяване, както и от цената на използваните суперпластификатори. Няма съмнение само, че използването на суперпластификатори в състава на сухите строителни смеси позволява да се подобрят строителните и технологичните свойства на произвежданите състави и че едва с появата на съвременни суперпластификатори това стана възможносъздаване на самоуплътняващи се и саморазливни хоросанови смеси.
Ориз. 4. Якост на натиск на строителни разтвори за 28 дни
Ориз. 5. Капилярна порьозност на разтворите