סוג, מנגנון פעולה, יישום ונוסחה של חומר הפחתת מים מוצגים

מפחיתי מים הם סוג של תוסף בטון המשמש בתחום חומרי הבנייה. בהתאם לתקנים שונים כגון מראה, יכולת הפחתת מים, הרכב ורכיבים כימיים, ניתן לסווג את מפחיתי המים לסוגים שונים. מפחיתי מים עוזרים להפחית את כמות המלט והמים הנדרשים, לשפר את הפלסטיות של הבטון ולהפחית את הצטמקות הבטון. המנגנונים של מפחיתי מים כוללים פיזור, שימון, הפרעה סטרית והשפעות שחרור מבוקר. ישנם ניסוחים רבים למפחיתי מים. להלן שני ניסוחים לדוגמה לעיון.

1. מהו מפחית מים?

מפחית מים הוא תוסף שמפחית את מי הערבוב בבטון מבלי לשנות את השפל באופן משמעותי. רוב מפחיתי המים הם פעילי שטח אניוניים, לרבות ליגנוסולפונטים, פולימרים פורמלדהיד של נפתלין סולפונט ואחרים. כאשר מוסיפים לתערובת הבטון, הם מפזרים את חלקיקי הצמנט, משפרים את יכולת העבודה, מפחיתים את יחס המים לצמנט ומשפרים את יכולת הזרימה של תערובת הבטון. לחלופין, הם יכולים להפחית את כמות המלט בשימוש, ובכך לחסוך במלט.

2. סוגי מפחיתי מים

• לפי המראה:ניתן לסווג מפחיתי מים כנוזל או אבקה. לצורות נוזליות יש בדרך כלל תוכן מוצק של 20%, 40% (נקרא ליקר אם), או 60%, בעוד שצורות אבקה מכילות בדרך כלל 98% תוכן מוצק.
• לפי קיבולת הפחתת מים ושיפור:מפחיתי מים רגילים (הידועים גם כחומרי פלסטיים, בעלי שיעור הפחתת מים של לא פחות מ-8%, כגון אלו המבוססים על לינוסולפונט). מפחיתי מים בעלי יעילות גבוהה (הידועים גם כ- superplasticizers, עם שיעור הפחתת מים של לא פחות מ-14 %, כולל על בסיס נפתלין, על בסיס מלמין, על בסיס אמינו סולפונט ועל בסיס אליפטי סוגים). מפחיתי מים בעלי ביצועים גבוהים (עם שיעור הפחתת מים של לא פחות מ-25%, כגון מפחיתי מים על בסיס פוליקרבוקסילטים), מסווגים בהמשך לסוג חוזק מוקדם, סוג סטנדרטי וסוג מפגר.
• לפי חומרי הרכב:על בסיס ליגנוסולפונט, על בסיס מלח ארומטי פוליציקלי, על בסיס שרף סולפונט מסיס במים, מפחיתי מים בעלי יעילות גבוהה על בסיס נפתלין, מפחיתי מים בעלי יעילות גבוהה על בסיס אליפטי, מפחיתי מים בעלי יעילות גבוהה על בסיס אמינו ועל בסיס פוליקרבוקסילטים -מפחיתי מים בעלי ביצועים.
• לפי הרכב כימי:מפחיתי מים בעלי יעילות גבוהה על בסיס לינוסולפונט, על בסיס נפתלין, על בסיס מלמין, על בסיס אמינו סולפונט, על בסיס חומצות שומן ועל בסיס פוליקרבוקסילאט.

3. פונקציות של מפחיתי מים

• מבלי לשנות את הפרופורציות של חומרי גלם אחרים (פרט למלט), מפחיתי מים יכולים להפחית את כמות המלט בשימוש. הוספת מפחיתי מים ב-0.2%-0.5% ממסת הצמנט יכולה לחסוך 15%-30% מצריכת המלט.
• מבלי לשנות את הפרופורציות של חומרי גלם אחרים (למעט מים), מפחיתי מים יכולים להפחית את כמות המים, ולשפר משמעותית את חוזק הבטון. ניתן להגדיל את העוצמות המוקדמות והמאוחרות יותר של בטון עם מפחיתי מים ביותר מ-60% ו-20%, בהתאמה, בהשוואה לבטון ללא מפחיתי מים. זה מאפשר יציקת בטון בעל חוזק גבוה בדרגת C100.
• מבלי לשנות את הפרופורציות של חומרי גלם אחרים, מפחיתי מים יכולים לשפר מאוד את התכונות הריאולוגיות והפלסטיות של הבטון, ולאפשר בנייה באמצעות שיטות זרימה עצמית, שאיבה וללא רעידות, ובכך לשפר את מהירות הבנייה ולהפחית את צריכת האנרגיה.
• הוספת מפחיתי מים ביעילות גבוהה יכולה להכפיל את תוחלת החיים של הבטון, ולהאריך את תוחלת החיים הרגילה של מבנים.
• מפחיתי מים מפחיתים את הצטמקות הבטון בזמן התמצקות, מונעים סדקים ברכיבי בטון ומשפרים את העמידות בהקפאה-הפשרה, המועילה לבנייה בחורף.

4. מנגנונים של מפחיתי מים

• אפקט פיזור:כאשר מלט מעורבב במים, תהליך ההידרציה של חלקיקי המלט יוצר מבנה שכבה חשמלית כפולה על פני השטח, היוצר סרט מים מומס וגורם לכוח משיכה בין החלקיקים. זה מוביל להסתלקות, לוכדת 10%-30% ממי הערבוב ומונעת מהם להשתתף בזרימה חופשית ובשימון, ובכך משפיעה על יכולת הזרימה של התערובת. כאשר מוסיפים מפחית מים, המולקולות שלו נספגות אל משטחי חלקיקי הצמנט, מה שגורם לחלקיקים לשאת את אותו מטען (בדרך כלל שלילי), וכתוצאה מכך לדחייה אלקטרוסטטית המפזרת את חלקיקי הצמנט, מפרקת את המבנה הפלקולנטי ומשחררת את המים הכלואים, המשתתף בזרימה ובכך משפר את יכולת הזרימה של תערובת הבטון.
• אפקט סיכה:הקבוצות ההידרופיליות במפחית המים הן מאוד קוטביות, והסרט הנספג על משטחי חלקיקי הצמנט יוצר אינטראקציה עם מולקולות מים ויוצר סרט מים מומס יציב. לסרט זה תכונות סיכה מצוינות, המפחיתות את התנגדות ההחלקה בין חלקיקי צמנט ומשפרות עוד יותר את יכולת הזרימה של הבטון.
• אפקט מכשול סטרי:מבנה מפחית המים מכיל שרשראות צד הידרופיליות הנמשכות בתמיסה המימית, ויוצרות שכבת ספיחה הידרופלית בעובי מסוים על משטחי חלקיקי הצמנט. כאשר חלקיקי המלט מתקרבים, שכבות הספיחה מתחילות לחפוף. ככל שהחפיפה גדולה יותר, כך החסימה הסטרית חזקה יותר, המגבירה את כוח הדחייה בין החלקיקים ומעכבת את הצטברותם, ושומרת על שפל טוב לתערובת הבטון.
• אפקט שחרור מבוקר של ענפי קופולימר:סוגים חדשים של מפחיתי מים, כגון אלו המבוססים על פוליקרבוקסילטים, משלבים ענפים צדדיים על המולקולות במהלך הייצור. ענפים אלה מספקים מכשול סטרי וניתן לבקע אותם בהדרגה בבסיסיות הגבוהה של הידרציה בצמנט. זה משחרר חומצות קרבוקסיל המשפרות את אפקט הפיזור, משפרות עוד יותר את הפיזור של חלקיקי צמנט ושליטה באיבוד השפל.

5. פורמולציות להפחתת מים

נוסחת מפחית מים של פוליקרבוקסילאט:אנהידריד מאלאי: אקרילט פולי(אתילן גליקול) מונואסטר: נתרן אקרילט=1:3:2.4. זרימת תהליך: השתמש ב-1% K2S2O8 כיוזם, טמפרטורת תגובה 85 מעלות, זמן תגובה 6 שעות.

נוּסחָה:

חומצה אקרילית 38 ק"ג + מי תהליך 82 ק"ג

חומצה מרקפטואצטית 1.2 ק"ג + מי תהליך 138.2 ק"ג

מי חמצן 3 ק"ג + מי תהליך 117 ק"ג

TPEG (מונומר גדול) 360 ק"ג + מי תהליך 260 ק"ג זרימת תהליך: ממיסים TPEG ומערבבים באופן שווה, תוך שמירה על הטמפרטורה על 70 מעלות. הוסף תמיסת חומצה אקרילית ותמיסת מי חמצן מהמיכל במיקום גבוה תוך 3 שעות. הוסף תמיסת חומצה מרקפטואצטית תוך 3.5 שעות. שמור את התגובה ב-40 מעלות למשך 3 שעות כדי להשלים את התגובה ולאחר מכן מצננים ל-40 מעלות כדי להשיג את המוצר המוגמר.