פתרון של חומר להפחתת מים למספר בעיות מלט

מלט גבוה אלקלי
אלקליות מסיסות במלט מתבטאות בדרך כלל כשווה ערך ל-Na₂O ומקורן בעיקר מחימר ותערובות המשמשות בייצור מלט. כמות מתאימה של אלקלי מסיס מקדמת הידרציה של צמנט, מה שמקל על פיתוח חוזק מוקדם של בטון. ניסויים הראו שהנזילות של בטון צמנט עולה עם תכולת אלקלי. עם זאת, כאשר תכולת האלקלי מגיעה לרמה מסוימת, הידרציה של המלט מואצת בחדות, וגורמת להפחתה משמעותית בנזילות משחת המלט. השפעת הפלסטיק של חומרים מפחיתי מים פוחתת גם היא באופן ניכר, מה שמוביל לאובדן שפל גדול יותר לאורך זמן עבור בטון המשמש ביישומי בטון מוכנים לשאיבה.

הסיבה העיקרית לתופעה זו היא שאלקליות במלט מאיצים את פירוק טריקלציום אלומינאט (C3A). בנוכחות גבס כמווסת הגדרה, גבישי AFt נוצרים במהירות ומעטפים את פני השטח של C3A, מעכבים הידרציה ישירה לסידן אלומינאט ומשפרים את נזילות משחת הצמנט.

עם זאת, תכולת אלקליות מוגזמת מובילה להיווצרות כמות גדולה של גבישי AFt בשלב הראשוני, הפחתת נזילות והופכת חומרים מפחיתי מים לפחות יעילים. זה מאופיין ביעילות לא מספקת של הפחתת מים, השפעות פלסטיות גרועות ואובדן שפל גבוה יותר לאורך זמן. בעת שימוש בצמנט בעל רמת אלקליות גבוהה, חומרים מפחיתי מים בעלי כמות נמוכה של סולפט מציגים ביצועים גרועים. לעומת זאת, חומרים מפחיתי מים עם תכולת סולפט גבוהה (למשל, תכולת נתרן סולפט מעל 20%) מפגינים יכולת הסתגלות טובה יותר באופן משמעותי.

שיפור זה נובע מכיוון שחומרים להפחתת מים דלי סולפט מכילים CaSO4 שמתמוסס בקלות. לפני שהגבס במלט מתמוסס, SO3 משמעותי כבר קיים במים, מגיב עם C3A ליצירת גבישי AFt, מונע היווצרות של סידן אלומינאט ומפחית אובדן נזילות. חומרים להפחתת מים עתירי נתרן-סולפט מתאימים יותר למלט בעל רמת אלקליות גבוהה. חומרים מפחיתי מים רבים המבוססים על פוליקרבוקסילטים הם בעלי רמות pH נמוכות, ובשילוב עם מעכבים חומציים כמו חומצת לימון, הם מתקשים להסתגל לצמנט בעל רמת אלקליות גבוהה. תוספים חומציים מנטרלים אלקליות במהירות, משחררים חום, מה שמגביר את הטמפרטורה ומאיץ הידרציה של המלט. זה גורם לנזילות לקויה ולאובדן מהיר של שפל. מעכבי אלקליין, לעומת זאת, יכולים להימנע מבעיות אלו.

מלט חסר גופרית דל אלקלי
תכולת האלקלי המסיס האופטימלית במלט נחשבת בדרך כלל ל-{{0}}.4%-0.6%. מלט עם פחות מ-0.4% אלקלי מכונה מלט דל אלקלי. אלקליות מסיסות נוכחות לעתים קרובות כמלחי סולפט, ולכן מלט דל אלקלי מכונה גם מלט חסר גופרית.

כאשר מערבבים מלט דל אלקלי עם חומרים מפחיתי מים, הנזילות בדרך כלל ירודה. הגדלת המינון של החומר להפחתת המים מציעה שיפור מוגבל ולעתים קרובות מחמירה בעיות כמו דימום, הומוגניות לקויה של בטון ואובדן שפל מהיר. חומרים נפוצים להפחתת מים אינם מצליחים להסתגל ביעילות למלט חסר גופרית, אפילו עם מינון מעכב מוגבר באופן משמעותי.

הסיבה העיקרית לחוסר התאמה זו נעוצה בחוסר SO3 במלט, אשר אינו מצליח לדכא את ההידרציה של C3A ביעילות. זה מוביל לספיחה מהירה ומוגזמת של תוספים על ידי C3A, ומפחיתה את יעילות הפלסטיק של חומרים מפחיתי מים. תוספת אלקליות מסיסות (למשל, סולפטים) היא הפתרון היעיל היחיד. פשוט להגדיל את מינון המעכב יש השפעה מינימלית.

מלט בעל תערובת גבוהה
על פי תקני המלט הסיניים, ניתן להוסיף למלט כמויות גדולות של תערובות כגון אפר זבוב, פוצולנים, סיגים ואבן גיר טחונה דק. תערובות אלו משתנות בפעילות, בדרישת מים, בתכולת המינרלים ובתכונות הספיחה, ומשפיעות על התאימות של תוספים למלט.

לאפר טוס איכותי צריך להיות פעילות גבוהה (תכולת SiO2 ו-Al2O3 תגובתי גבוהה), הפסד נמוך בהצתה (LOI), גודל חלקיקים עדין ודרישת מים נמוכה. ל-LOI, המציין את תכולת הפחמן הבלתי-שרוף באפר זבוב, יש את ההשפעה הגדולה ביותר על תאימות התוספים. תכולת פחמן גבוהה יותר פוגעת בביצועי הבטון על ידי הגברת דרישת המים ודימום, החמרת עיוות הצטמקות והחלשת הקשר בין משחת צמנט לאגרגטים.

פחמן לא שרוף באפר זבוב יוצר גם סרט הידרופובי על משטחי חלקיקים, חוסם את חדירת המים ומפחית את תגובת האפר המעופף. פחמן מתחרה עוד יותר עם המלט על ספיחת תוספים, ומשפיע על נזילות משחת המלט. הפתרונות כוללים הגדלת מינון התוספים ושימוש משותף בחומרים סוחפים אוויר באיכות גבוהה. בועות אוויר עדינות ואחידות יכולות למתן את ההשפעות השליליות של אפר זבוב עתיר פחמן.

מלט סלאג, עם תכולת אלומינאטים גבוהה, דורש לעתים קרובות גבס נוסף כדי לווסת את ההגדרה. תהליכי ייצור רגילים של צמנט פורטלנד יכולים להחמיר את המחסור בגופרית בצמנט סיגים. חומרים להפחתת מים בעלי תכולה גבוהה של סולפט, בשילוב עם חומרים גורמי אוויר איכותיים, מציעים ביצועים טובים יותר למלט כזה.

מלט עם תכולת C3A גבוהה
המלט מורכב בעיקר מ-C3S, C2S, C3A ו-C4AF, כאשר פעילות הספיחה שלהם מדורגת כ-C3A > C4AF > C3S > C2S. ל-C3A יכולת הספיחה הגבוהה ביותר עבור חומרים מפחיתי מים. ככל שתכולת ה-C3A עולה, נזילות הבטון פוחתת, ואובדן השפל לאורך זמן עולה.

עודף C3A (מעל 8%) משפיע לרעה על נזילות הבטון על ידי צריכת רוב החומרים המפחיתים מים, מה ומותיר חומרים לא מספיקים לפיזור רכיבים מינרלים אחרים כמו C3S. בדיקות הראו שהוספת SO3 (באמצעות חומרים מפחיתי מים בכמות גבוהה של סולפט) או שימוש משותף במעכבי חומצה הידרוקסיל קרבוקסילית יכולים לדכא הידרציה וספיחה של C3A. מעכבי ריבוי אלכוהול פחות יעילים.

חומרים מפחיתי מים בעלות נמוכה עם מינון מוגבר יכולים גם לעמוד בדרישת C3A תוך שיפור נזילותם של רכיבים אחרים כמו C3S. מכיוון שסוכנים כאלה הם חסכוניים, הם אינם מגדילים משמעותית את ההוצאות.