Введение
Высокопрочные бетонные добавки
Суперпластификаторы (СП), также известные как высокоэффективные водоредукторы, представляют собой добавки, используемые для производства высокопрочного бетона или для укладки самоуплотняющегося бетона. Пластификаторы – это химические соединения, позволяющие производить бетон с примерно на 15% меньшим содержанием воды. Суперпластификаторы обеспечивают снижение содержания воды на 30% и более. Эти добавки используются в количестве нескольких весовых процентов. Пластификаторы и суперпластификаторы также замедляют схватывание и твердение бетона. В зависимости от механизма диспергирования и способа действия, различают два класса суперпластификаторов:
Ионные взаимодействия (электростатическое отталкивание): лигносульфонаты (первое поколение устаревших водоредукторов), сульфонированные синтетические полимеры (нафталин- или меламинформальдегидные конденсаты) (второе поколение) и;
Стерические эффекты: поликарбоксилатные эфиры (ПКЭ) – синтетические полимеры с боковыми цепями (третье поколение). Суперпластификаторы применяются, когда требуется хорошо диспергированная суспензия цементных частиц для улучшения текучести (реологии) бетона. Их добавление позволяет снизить водоцементное отношение бетона или раствора, не ухудшая при этом удобоукладываемость смеси. Это обеспечивает производство самоуплотняющегося и высокоэффективного бетона. Водоцементное отношение является основным фактором, определяющим прочность и долговечность бетона. Суперпластификаторы значительно улучшают текучесть и реологические свойства свежего бетона. Прочность бетона возрастает при снижении водоцементного отношения, поскольку избежание избыточного добавления воды только для поддержания лучшей удобоукладываемости свежего бетона приводит к снижению пористости затвердевшего бетона, а следовательно, и к повышению сопротивления сжатию. Добавление СП непосредственно в бетоносмеситель во время транспортировки – относительно недавняя разработка в отрасли. Добавки, вводимые в процессе транспортировки через автоматизированную систему контроля осадки конуса, позволяют поддерживать необходимую подвижность свежего бетона до выгрузки, не снижая его качество.
Steric effects: Polycarboxylates ether (PCE) synthetic polymers bearing lateral chains (third generation). Superplasticizers are used when well dispersed cement particle suspensions are required to improve the flow characteristics (rheology) of concrete. Their addition allows to decrease the water to cement ratio of concrete or mortar without negatively affecting the workability of the mixture. It enables the production of self consolidating concrete and high performance concrete. The water–cement ratio is the main factor determining the concrete strength and its durability. Superplasticizers greatly improve the fluidity and the rheology of fresh concrete. The concrete strength increases when the water to cement ratio decreases because avoiding to add water in excess only for maintaining a better workability of fresh concrete results in a lower porosity of the hardened concrete, and so to a better resistance to compression. The addition of SP in the truck during transit is a fairly modern development within the industry. Admixtures added in transit through automated slump management system, allow to maintain fresh concrete slump until discharge without reducing concrete quality.
Рабочий механизм
[[Файл:PEG aminoDisphosphonic.png|thumb|Фосфонокислотные полиэфиры являются эффективными суперпластификаторами. Суперпластификаторы – это синтетические полимеры. Соединения, используемые в качестве суперпластификаторов, включают (1) сульфонированный нафталин-формальдегидный конденсат, сульфонированный меламин-формальдегидный конденсат, ацетон-формальдегидный конденсат и (2) поликарбоксилатные эфиры. Перекрестно-сшитые меламин- или нафталинсульфонаты, известные как PMS (полимеламинсульфонат) и PNS (полинафталинсульфонат) соответственно, являются примерами. Они получают путем сшивки сульфонированных мономеров формальдегидом или сульфонированием соответствующего сшитого полимера. thumb|Идеализированная структура нафталинсульфоната/формальдегидного полимера, используемого в качестве суперпластификатора. thumb|Поликарбоксилатный суперпластификатор, стабилизирующий коллоидную суспензию посредством стерических взаимодействий благодаря своим боковым цепям. Примечание: молекулы PCE адсорбируются на положительно заряженные частицы цемента (минеральная фаза трикальция алюмината (C3A)). Полимеры, используемые в качестве пластификаторов, обладают поверхностно-активными свойствами. Они часто являются иономерами, содержащими отрицательно заряженные группы (сульфонаты, карбоксилаты или фосфонаты). Они функционируют как диспергаторы для минимизации сегрегации частиц в свежем бетоне (разделения цементного шлама и воды от крупного и мелкого заполнителя, такого как гравий и песок соответственно). Отрицательно заряженная полимерная цепь адсорбируется на положительно заряженные коллоидные частицы негидратированного цемента, особенно на минеральную фазу трикальция алюмината (C3A) цемента. Меламинсульфонат (PMS) и нафталинсульфонат (PNS) в основном действуют посредством электростатических взаимодействий с частицами цемента, способствуя их электростатическому отталкиванию, в то время как суперпластификаторы поликарбоксилатного эфира (PCE) адсорбируются и покрывают крупные агломераты частиц цемента, и благодаря своим боковым цепям стерически способствуют дисперсии крупных агломератов цемента на более мелкие. Однако, поскольку механизмы их действия не полностью изучены, в некоторых случаях может наблюдаться несовместимость суперпластификаторов цемента.