מהו המבנה של חומר פלסטי-על פוליקרבוקסילי?

חומר מפחית מים מתייחס לתוסף שיכול להפחית את כמות מי הערבוב תוך שמירה על יכולת העבודה ומינון המלט של הבטון ללא שינוי, ובכך לשפר את חוזק הבטון, או לחסוך במינון המלט תוך שמירה על יכולת העבודה והחוזק. על פי היכולות להפחתת המים ולשיפור החוזק שלהם, ניתן לסווג חומרים מפחיתי מים לחומרים מפחיתי מים רגילים (הידועים גם כחומרי פלסטיק) ולחומרים להפחתת מים בעלי יעילות גבוהה (הידועים גם כחומרי פלסטייזרים), לחלק נוסף לראשונים. מוצרים ברמה ומוסמכים.

ניתן לחלק את הפיתוח של חומרים מפחיתי מים לשלושה שלבים: הדור הראשון של חומרים מפחיתי מים רגילים המיוצגים על ידי סידן עץ; הדור השני של חומרים להפחתת מים בעלי יעילות גבוהה המיוצגים על ידי נפתלין; והדור השלישי של חומרים להפחתת מים בעלי ביצועים גבוהים המיוצגים על ידי חומצה פוליקרבוקסילית. חומרים להפחתת מים מסוג פוליקרבוקסילי (המכונים מפחיתי מים מסדרת PC) הם בעלי מבנה מולקולרי דמוי מסרק המציע פיזור מצוין, מינון נמוך ואובדן שקיעה מינימלי בבטון, מה שהופך אותם לנושא חם במחקר ופיתוח של תוספים כימיים בארץ ובעולם.

מנקודת מבט של מבנה מולקולרי, חומרים מפחיתי מים בחומצה פוליקרבוקסילית מציגים צורת מסרק עם קבוצות פעילות מרובות בשרשרת הראשית וקוטביות חזקה. שרשראות הצד מכילות מקטעי פוליאתר הידרופיליים, כאשר המקטעים ההידרופיליים ארוכים ורבים יותר בהשוואה למקטעים המולקולריים הידרופוביים הקצרים והפחות רבים. המבנה של מקטעי שרשרת הפוליאתילן אוקסיד על שרשראות הצדדיות של הפולימר (הידוע גם בשם שרשרות שתל) משפיע באופן משמעותי על קצב הפחתת המים ושימור הצניחה, ובכך מעכב מאוד אובדן שפל. מבנה מולקולרי טיפוסי של חומר מפחית מים בעל ביצועים גבוהים פוליקרבוקסילי מוצג באיור 1:

R1, R2, R3, R5, R6, R7 מייצגים H או CH3; R4 מייצג קבוצת אלקיל עם 1 עד 3 אטומי פחמן; MI ו-M2 מייצגים מתכות אלקליות, מתכות אדמה אלקליין, או אמוניום או קבוצות אמינים אורגניות; a, b, c, d, n, m הם מספרים שלמים.

בהתבסס על ההבנה הנוכחית של חומרים מפחיתי מים, הם בדרך כלל מעכבים או משבשים את המבנה המצומצם של חלקיקי צמנט באמצעות פעולת פעילי שטח, קומפלקס, דחייה אלקטרוסטטית והפרעה סטרית. היציבות המפזרת של חומרים מפחיתי מים חומצה פוליקרבוקסיל נובעת בעיקר מאינטראקציה של הפרעה סטרית ודחייה אלקטרוסטטית. בין אלה, דחייה אלקטרוסטטית מספקת פיזור ראשוני, בעוד שהמכשול סטרי מציע שימור זרימה.