Hvað höfum við lært af polycarboxylic ofurmýkingarefni undanfarin 20 ár?

Fyrir um 20 árum síðan var ný tegund ofurmýkingarefnis byggð á pólýkarboxýlatfjölliðum (PCE) kynnt á Norður-Ameríku steypubyggingamarkaðnum. Rétt eins og innleiðing á íblöndunarefnum sem byggjast á naftalen á áttunda áratugnum jók verulega ýmsa verkfræðilega eiginleika bæði ferskrar og hertu steinsteypu, hafa pólýkarboxýlöt aukið enn frekar afköst steypublandna.

Til dæmis hafa PCEs gert kleift að þróa sjálfþéttandi steypu og viðhalda lægð í meira en tvær klukkustundir án þess að lengja stífunartímann verulega. Ég naut þeirra forréttinda að vera hluti af rannsóknar- og þróunar- og markaðsteymi stórs efnablandnafyrirtækis sem setti á markað fyrstu seríuna af pólýkarboxýlati-undirstöðum á tíunda áratugnum. Eins og öll ný tækni sem hefur verið kynnt í byggingargeiranum hefur verið brattur námsferill sem undirstrikar fjölbreytt úrval efna og notkunar í steinsteypu. Þessi grein dregur saman nokkra lykilframmistöðueiginleika sem eru fengnir úr bæði viðskiptalegum forritum og rannsóknarstofurannsóknum. Ávinningurinn af pólýkarboxýlat ofurmýkingarefnum hefur áður verið ræddur og birtur í The Concrete Producer.

Pólýkarboxýlat fjölskyldan

Hugtakið „pólýkarboxýlat“ nær yfir mikla fjölskyldu fjölliða sem efnafræðingar geta hannað til að veita steypublöndur sérstakan árangur. Eftir innleiðingu á almennum PCE ofurmýkingarefnum hafa nýrri vörur verið þróaðar sérstaklega til að bjóða upp á mikinn snemmstyrk og mismikla lægð, sem og mismunandi getu til að stjórna loftinnihaldi í steinsteypu. Einn flokkur pólýkarboxýlöta hefur lítil áhrif á upphafslægð en er með tímalosunaraðgerð sem gerir lægðinni kleift að aukast fyrirsjáanlega eftir því sem blöndunartíminn lengist (sjá mynd 1). Þar af leiðandi er hægt að bæta þessari tegund af vörum í mismunandi skömmtum í forblönduða steypu til að ná æskilegri lægð viðheldni miðað við vinnuaðstæður (flutningstími, hitastig, seinkun fyrir losun osfrv.). Oft er ofurmýkingarefni samsett með því að nota blöndu af tveimur eða fleiri PCE til að ná blöndu af snemma styrk og lengri lægð líf. Vísindamenn munu halda áfram að virka aðlaga PCE fjölliða uppbyggingu til að laga sig að vaxandi efnis- og byggingarkröfum.

• Loftloka

Næstum öll pólýkarboxýlat-undirstaða íblöndunarefni eru samsett með froðueyðandi efni til að stjórna óæskilegri loftfestingu sem venjulega tengist PCE fjölliðum. Fyrir bæði steypu með og án lofts er hægt að stjórna loftinnihaldi á áhrifaríkan hátt með því að velja PCE ofurmýkingarvöruna sem er samhæfast við efnin sem notuð eru. Breytileiki í kolefnisinnihaldi í flugösku getur torveldað stöðuga loftinnihaldsstjórnun, þar sem vatnsfælni froðueyðandi efna getur leitt til aðsogs þeirra með kolefni í flugösku. Á heildina litið geta PCE-undirstaðar vörur aukið skilvirkni loft-entraining íblöndunarefna (AEA) samanborið við pólýnaftalensúlfónat (PNS) byggt ofurmýkingarefni, sem gerir ráð fyrir minni skammti af AEA til að ná jafngildu loftinnihaldi.

• Áhrif leir

Öfugt við PNS ofurmýkingarefni, er PCE fjölliðan aðsogast auðveldlega og óafturkræft af ákveðnum leirfínefnum sem geta verið til staðar í ýmsum uppsprettum. Mynd 2 sýnir hvernig sandur sem inniheldur leir með metýlenbláu gildinu 1,30 getur haft áhrif á nauðsynlega skammta af PNS samanborið við PCE-undirstaða ofurmýkingarefni til að ná samhæfðri lægð. Venjulega, með leirlausum eða lágum leirsandi, eru PCEs skammtaðir í um það bil þriðjungi af magni PNS-undirstaða ofurmýkingarefna fyrir svipaða lægð. Hins vegar, þegar leir er til staðar í ákveðnum sandi, gæti verið þörf á skammti af PCE allt að 50% hærri en PNS. Þannig að ef óvænt aukning á skammti PCE ofurmýkingarefnis á sér stað, ætti að forgangsraða því að athuga hvort leirfínefni séu í safni.

• Sveigjanlegur skammtur

Ólíkt PNS-undirstaða ofurmýkingarefni, sem ætti alltaf að bæta við seint (þ.e. eftir að sementi og vatn hafa byrjað að blandast), eru PCE tiltölulega ónæm fyrir tímasetningu íblöndunar, sem gerir það kleift að auka sveigjanleika í steypublöndunarferlinu.

• Ósamrýmanleiki við PNS ofurmýkingarefni

Notkun PCE og PNS-undirstaða vörur í sömu steypublöndu getur leitt til hraðs taps á vinnuhæfni. Þess vegna ætti ekki að sameina þessar tvær tækni, PNS og PCE, í sömu steypublönduna.

• Styrkur samvirkni með kalsíum-undirstaða sett hröðunartæki

Þegar PCE ofurmýkingarefni eru notuð samhliða settum hröðlum og tæringarhemlum sem innihalda kalsíumsölt, hefur óvænt styrkleiki sést miðað við svipaðar steypublöndur sem nota PNS-undirstaða vörur. Þessi samvirkni í styrkaukningu kom fyrst fram í blöndu sem innihélt kalsíumnítrít byggt á tæringarhemli. Gögnin sem tekin eru saman í töflu 1 voru tilkynnt af steypuframleiðanda sem áður hafði notað blöndu af lignósúlfónati-undirstaða ASTM C494 tegund A vatnsrennsli og tegund G PNS/lignín-undirstaða ofurmýkingarefni til að framleiða forspennta staura.

Hinn ótrúlegi styrkleikamunur sem næst með því einfaldlega að skipta ofurmýkingarefninu úr PNS yfir í pólýkarboxýlat hefur verið staðfest með vísindalegum rannsóknum og getur hjálpað til við að draga úr sementsinnihaldi en samt uppfylla styrkleikakröfur. Athyglisvert er að styrkleikamunurinn virðist ekki tengjast auknum vökvahita, heldur frekar þéttari örbyggingu sem myndast með því að blanda kalsíum-undirstaða hröðunar- eða tæringarhamlandi íblöndunarefni og pólýkarboxýlat-undirstaða íblöndunarefni.

PCE ofurmýkingarefnið kom í stað bæði PNS/lignín og tegund A vatnsminnkandi afurða með um það bil þriðjungi skammtahraðans. Auk þess er athyglisvert að skammtur AEA sem þarf til að ná sama loftinnihaldi var minnkaður um 50% í PCE-blönduðu steypunni.

Í stuttu máli, þó að steypuiðnaðurinn hafi fengið umtalsverða innsýn í að nýta fjölhæfni og skilning á takmörkunum PCE ofurmýkingarefna, munu efnafræðingar, í samvinnu við steyputæknifræðinga, halda áfram að breyta fjölliða mannvirkjum til að þróa nýja möguleika til að framleiða, setja og útvíkka þjónustuna líftíma steypublöndur.