מחקר על מנגנון הפחתת מים של חומרי פלסטיק-על של פוליקרבוקסילטים

מחקר על מנגנון הפחתת מים של חומרי פלסטיק-על של פוליקרבוקסילטים

עם התפתחות הכלכלה הלאומית וההזדמנות שהביאה כניסתה של סין ל-WTO, בניית בניינים רבי קומות שונים בערים ואפילו באזורים הכפריים, בניית גשרים וכבישים מהירים ברמה גבוהה והשיפור של מתקני תחבורה עירוניים וכו' הדרישה להיערכות הולכת וגדלה, והדרישות לכך הולכות ונעשות תובעניות יותר. כחלק חשוב מבטון בעל ביצועים גבוהים, חומר פלסטי-על קיבל יותר ויותר תשומת לב על ידי מהנדסים וטכנאים. בתחום חומרי וטכנולוגיות הבטון המודרניות, יש מעט דרכים לייצר בטון איכותי ללא שימוש בתערובות. כיום, לרוב מפחיתי המים הממוסחרים יש כמה ליקויים בדרך זו או אחרת. קרוב לוודאי לפתח חומר להפחתת מים ביעילות גבוהה עם עלות נמוכה ויתרונות מקיפים טובים, ואפשרות השוק שלו וערך היישום שלו הם בלתי ניתנים למדידה.

לסדרת הפוליקרבוקסילטים, הידועה כ- superplasticizer מהדור השלישי, יש את סיכויי היישום הטובים ביותר ואת הביצועים המקיפים הטובים ביותר. היתרונות העיקריים שלו כוללים: שיעור הפחתת המים הוא עד 30 אחוז ~ 40 אחוז, מה שיכול לגרום לביצועים של מלט וחומרים צמנטיים להגיע למצב הטוב ביותר; בקושי מעכב את ההגדרה, אך שומר על צניחת הבטון (פחות משעה לשעה). ס"מ); יכול לשמש עם סוגים שונים של מלט, פוצולן ותערובות אחרות; יכול להגדיל את כמות האפר המעופף והסיגים הטחונים שיכולים להחליף צמנט פורטלנד.

כאשר מכינים בטון, היחס בין מלט ומים (יחס מים-צמנט) מהווה סתירה. הכמות הכוללת של חומר צמנטי בבטון בעל ביצועים גבוהים תגדל, ולכן הביקוש למים יגדל. מצד שני, על מנת לשפר את הקומפקטיות והחוזק יש להפחית את יחס המים-צמנט. התוצאה של הגדלת כמות המלט והפחתת יחס המים-צמנט היא שצמיגות הבטון עולה והריאולוגיה הופכת גרועה יותר. נכון לעכשיו, הדרך היעילה והמציאותית ביותר לפתור את הסתירה לעיל היא שילוב של חומר מפחית מים בעל ביצועים גבוהים. מאמר זה מתכוון לעשות סקירה מפורטת ממנגנון הפחתת המים, המבנה המולקולרי והפעולה הכימית של חומר מפחית מים במלט וגורמים משפיעים אחרים.

מנגנון הפחתת מים

רוב חומרי ה-Superplasticizers הם חומרים פעילי שטח אניוניים, המעורבבים לתוך תרחית המלט ונספגים על פני השטח של חלקיקי המלט, ומתפרקים לקבוצות אניוניות אורגניות בעלות השפעות הידרופיליות וליפופיליות. עבור פלסטייזרי-על מבוססי נפתלין, פוטנציאל Zeta משמש בדרך כלל לאפיון גודל הפיזור. בדרך כלל, ככל שערך הפוטנציאל Zeta גדול יותר, כך הדחייה האלקטרוסטטית בין חלקיקי הצמנט גדולה יותר, והשפעת הפיזור משמעותית יותר. עבור חומרי פלסטיק-על של פוליקרבוקסילטים, הערך הפוטנציאלי של Zeta נמוך (רק -10~ -15 mv), אך למשחת המלט יש גם יכולת פיזור מעולה ואובדן שקיעה קטן. לכן, חייב להיות מנגנון חדש שיסביר את השפעת הפחתת המים של חומרי פלסטיק-על של פוליקרבוקסילטים. "תיאוריית המכשולים הסטריים" המקובלת כיום כדי להסביר את המנגנון של חומרי פלסטי-על של פוליקרבוקסילטים היא שיא האנרגיה הפוטנציאלי הנמוך ביותר.

נהוג להאמין שהמפתח להשפעה הפחתת המים של חומרי פלסטי-על של פוליקרבוקסילטים הוא ההשפעה האניונית המיוצרת על ידי קבוצת הקרבוקסיל על השרשרת המקרומולקולרית וההשפעה הסטרית של המכשול הסטרי של שרשרת הצדדית הארוכה של פוליאוקסיאתילן ניטרלי.

לגבי מנגנון הפחתת המים של חומרי פלסטי-על של פוליקרבוקסילטים, מורן סבור שיש מטען אלקטרוסטטי על פני השטח של חלקיקי צמנט, וחלק מהמטען החיובי מנוטרל על ידי המטען החופשי באוויר, אך המטען השלילי עדיין במצב לא מאוזן. . בהיעדר חומרי פלסטיק-על, המטענים השליליים מוגנים על ידי השכבה הקטיונית (יוני סידן), ויוצרים שכבת יון כפולה. כאשר המרחק בין החלקיקים גדול בהרבה מהמרחק בין שכבות היונים הכפולים, כוח המיגון האלקטרוסטטי הוא דומיננטי. ברור שהחלקיקים הנייטרליים מתקבצים עקב השפעת מתח פני השטח והיעלמות הדחייה האלקטרוסטטית, והנזילות של תרחית המלט נמוכה מאוד. לאחר הוספת ה-Superplasticizer, השרשראות המקרומולקולריות של ה-Superplasticizer הנספגות על פני חלקיקי המלט יכולות להפחית באיטיות את ריכוז היונים החיוביים ליד החלקיקים הטעונים שלילי, ובכך להגביר את השפעת שכבת המיגון. גם טווח כוחות הדחייה בין חלקיקים גדל. בסך הכל, הדחייה האלקטרוסטטית עדיין קיימת ומפזרת את החלקיקים. בנוסף, כאשר חומר הפחתת המים מפחית את מתח הפנים, ההידבקות בין החלקיקים הנגרמת על ידי מתח הפנים פוחתת גם היא.

שרשראות מאקרו-מולקולריות של פוליקרבוקסילאט סופר-פלסטיק מושתלות בדרך כלל עם קבוצות פעילות שונות, כגון שרשראות פוליאוקסיאתילן באורך מסוים, קבוצות קרבוקסיל, קבוצות חומצה סולפונית, -COOH ו-SO3Na וכו', שיכולות לפזר ולפזר חלקיקי צמנט. קבוצות קוטביות הפועלות בניידות. בדיוק בגלל ההשפעה של הקבוצות הפעילות הנזכרות לעיל, יש לחומר פלסטייזר פוליקרבוקסיל מנגנון הפחתת מים שונה מזה של פלסטייזרי-על אחרים. לא רק אפקט הפחתת המים ברור, אלא גם אובדן השפל קטן מאוד (פחות מ-1 ס"מ בשעה). לפרופורציות ואורכי השרשרת של קבוצות שונות יש השפעה רבה על הפיזור של חומר הפלסטיק העל.