מה הם מפחיתי מים?

מהו מפחית מים?
מפחית מים הוא תוסף המשמש בבטון המפחית את כמות מי הערבוב ומשפר את חוזק הבטון מבלי לשנות את יכולת העבודה או תכולת המלט; או שהוא יכול לחסוך במלט מבלי לשנות את יכולת העבודה והחוזק של הבטון.

סוגי מפחיתי מים
מפחיתי מים מסווגים בעיקר לפי ההרכב הכימי שלהם למפחיתי מים על בסיס לינוסולפונט, על בסיס נפתלין, על בסיס שרף מסיס במים, על בסיס מולסה ומפחיתי מים מרוכבים.

מפחיתי מים על בסיס לינוסולפונט
אלה כוללים סידן ליגנוסולפונט (סידן עץ), סודיום ליגנוסולפונט (נתרן עץ), מגנזיום ליגנוסולפונט (מגנזיום עץ), וכו '. בין אלה, מפחיתי מים סידן עץ הם הנפוצים ביותר.

מפחיתי מים סידן מעץ עשויים משאריות ליקר סולפיט של ייצור נייר או עיסת סיבים, מנוטרלים עם חלב ליים, ולאחר מכן מעובדים באמצעות תסיסה ביולוגית להסרת סוכר, ריכוז אידוי וייבוש בהתזה לייצור אבקה צהובה-חום.

המינון המתאים של מפחית מי סידן מעץ הוא בדרך כלל {{0}}.2% עד 0.3% ממסת המלט. שיעור הפחתת המים שלו הוא 10% עד 15%, וחוזק הלחיצה של בטון 28-יום יכול לעלות ב-10% עד 20%. ללא הפחתת מים, צניחת הבטון יכולה לגדול ב-80 עד 100 מ"מ. אם חוזק הלחיצה והצניחה נשארים ללא שינוי, ניתן להפחית את תכולת המלט בכ-10%. למפחיתי מי סידן מעץ יש השפעה מעכבת על בטון, ושימוש מופרז או שימוש בטמפרטורות נמוכות עלול להפוך את אפקט העיכוב הזה לבולט יותר, מה שעלול להוריד את חוזק הבטון. נדרשת זהירות בעת השימוש.

מפחיתי מים סידן מעץ מתאימים לעבודות בטון כלליות, במיוחד ליציקות בנפח גדול, בנייה סליפפורמית, בטון נשאב ובניית קיץ. אין להשתמש בהם לבד לבנייה בחורף, ויש להשתמש בהם בשילוב עם חומרים בעלי חוזק מוקדם או חומר מונע קפיאה כאשר הטמפרטורה היומית הנמוכה ביותר היא מתחת ל-5 מעלות. כמו כן, אין להשתמש במפחיתי מים סידן מעץ לבד עבור בטון מוגן בקיטור, כדי למנוע התרופפות פני השטח לאחר ריפוי.

מפחיתי מים על בסיס נפתלין
מפחיתי מים על בסיס נפתלין מיוצרים על ידי סולפפון של נפתלין או נגזרותיו ולאחר מכן עיבוי עם מתנול. המוצרים הנפוצים כוללים מפחיתי מים מסוג NNO, NF, FDN, UNF, MF ו- Building Type I, שרובם אינם מכניסים אוויר.

המינון המתאים של מפחית מים על בסיס נפתלין הוא 0.5% עד 1.0% ממסת המלט, עם שיעור הפחתת מים של 10% עד 25%, וה-{{7} כוח היום יכול לעלות ביותר מ-20%. למפחיתי מים על בסיס נפתלין יש אפקט מפחית מים טוב והם מתאימים לסוגים שונים של מלט. הם מתאימים לייצור בטון בעל חוזק מוקדם, בעל חוזק גבוה, ניתן לזרימה ומאובחן בקיטור.

מפחית מים שרף מסיס במים
מפחיתי מים אלו עשויים משרף מסיס במים כגון שרף מלמין ושרף גומארון. אלו הם מפחיתי מים בעלי יעילות גבוהה עם השפעות שיפור משמעותיות. מוצרים מקומיים כוללים מפחיתי מים שרף SM.

מפחיתי מים SM משמשים ב-{{0}}.5% עד 2.0% ממסת המלט, עם שיעור הפחתת מים של 15% עד 27%. חוזק הלחיצה של 3-יום יכול לעלות ב-30% עד 100%, וחוזק ה28-יום יכול לעלות ב-20% עד 30%. מפחיתי מים SM מתאימים לייצור בטון בעל חוזק גבוה, בטון בעל חוזק מוקדם, בטון שניתן לזרום ובטון מעובד בקיטור.

פונקציות ומנגנונים של מפחיתי מים
ההשפעות העיקריות של מפחיתי מים על בטון מעורב טרי הן כדלקמן:

הפחתת מים
מנגנון הפחתת המים נובע בעיקר מספיחת מפחית המים על חלקיקי הצמנט ופיזור חלקיקי המלט על ידי מפחית המים. לאחר הוספת מפחית מים לבטון, המולקולות הגדולות של קבוצות אניוניות וקטיוני מתכת (כגון Na+ ו- Ca2+) מתפזרות. האניונים החזקים הפעילים על פני השטח במולקולות הגדולות סופגים על פני חלקיקי המלט, מה שהופך אותם למטען שלילי. הדחייה בין חלקיקים מאותו מטען גורמת להם להתפזר. יתר על כן, מפחית המים הינו הידרופילי, והשכבה הנספגת מסביב לחלקיקי המלט היא קרום מומס, אשר גם מונע מחלקיקי המלט להצטבר (אפקט הגנת החלל), ובכך מפזר את חלקיקי המלט ומשחרר מים ואוויר הכלולים בפלקים קרושים, השגת המטרה של הפחתת מים.

אפקט פלסטי
כאשר מוסיפים מפחית מים לבטון, הוא מגדיל משמעותית את יכולת העבודה שלו תוך שמירה על יחס מים-צמנט ללא שינוי, מה שמכונה אפקט הפלסטי. השפעה זו נובעת מהשפעת הספיחה והפיזור וכן מהשפעות ההרטבה והסיכה של מפחית המים. הודות לפעולות אלו, מספיקה כמות קטנה של מים כדי לערבב את הבטון בצורה אחידה, ולשפר את יכולת העבודה של הבטון הטרי.

אפקט מעכב
היונים המשתחררים על ידי מפחית המים במערכת המלט-מים יכולים לספוח על פני חלקיקי המלט, ולהגדיל את פוטנציאל הזטה שלהם, מה שמאריך את זמן הייצוב של המערכת. בנוסף, סרט הספיחה האניוני ושכבת המים המקשרת המימן שנוצרת יכולים להפריע למגע בין חלקיקי הצמנט ומים, ובכך להאט את תהליך ההידרציה ולהשיג אפקט עיכוב.

מנגנון הפעולה של מפחיתי מים
מפחיתי מים הם חומרים פעילי שטח טיפוסיים. המבנה המולקולרי של כל מפחית מים כולל שני חלקים: קבוצה קוטבית וקבוצה לא קוטבית. הקבוצה הקוטבית סופחת על פני חלקיקי המלט וקובעת בעיקר את הזיקה של מולקולת מפחית המים למרכיבים המינרליים של המלט. זה בא לידי ביטוי בתכונות הכימיות והפיזיקליות של כל מולקולת מפחית המים או היון. כאשר מולקולת מפחית המים (או היון) נספגת על פני השטח של מינרלים מלט, הקבוצה הלא קוטבית פונה החוצה, ויוצרת קרום הידרופובי, ובכך משפיעה על ההידרופוביות. בינתיים, הקבוצה הלא-קוטבית משפיעה גם על ההידבקות של חלקיק המלט ועל יכולת הספיחה של הקבוצה הקוטבית.

התקדמות במפחיתי מים

מפחיתי מים רגילים
בעיקר ליגנוסולפונט ונגזרותיו, כולל סידן ליגנוסולפונט ונתרן ליגנוסולפונט, הידועים כמפחיתי מים M, פותחו בשנות ה-50. מפחיתי מים לינוסולפונט הם חומרים פעילי שטח אניונים בעלי תכונות הידרופיליות, הנספגים על פני השטח של חלקיקי צמנט כדי לעבות את סרט המים המומסים, להגביר את הפוטנציאל האלקטרו-קינטי ולסייע בפיזור חלקיקי הצמנט, עם אפקט מעכב.

מפחיתי מים ביעילות גבוהה
מדובר בעיקר בתרכובות פולי-סולפונטים כמו עיבוי פורמלדהיד נפתלן סולפונט, סולפונטים ארומטיים פוליציקליים, ומעבי פורמלדהיד מלמין סולפונט. השימוש במפחיתי מים בעלי יעילות גבוהה אלה החל ביפן ובמערב גרמניה בשנות ה-60, והם פותחו ויישמו בסין בשנות ה-70. הם חוללו מהפכה בתעשיית הבטון על ידי שימוש לניסוח בטון שניתן לשאוב ולשפר את ביצועי הבטון.

מפחיתי מים בעלי השפעה מיוחדת
מדובר בעיקר בתרכובות המבוססות על פוליקרבוקסילטים, לרבות פולי-אקרילט והקופולימרים שלו, וקופולימרים של חומצה מלאית, שפותחו בתחילת שנות ה-80. ההתפתחויות האחרונות הובילו למגוון של קופולימרים מורכבים של שתל פוליאקרילט בעלי מאפיינים שונים, אשר יושמו באופן נרחב. למפחיתי מים בעלי אפקט מיוחד יש אפקט פיזור חזק על תמיסת מלט עקב ספיחה מולקולרית של מפחית מים על פני חלקיקי המלט. יכולת הפיזור תלויה בדחייה האלקטרוסטטית בין חלקיקים בעלי אותו מטען ובמכשול הסטרי שנוצר על ידי שכבת הספיחה.

מפחיתי מים מורכבים ביעילות גבוהה
אלה משלבים שניים או יותר מפחיתי מים בעלי יעילות גבוהה בפרופורציות מסוימות כדי להשלים זה את החוזקות של זה ולהפחית את החולשות, וכתוצאה מכך להשפעות סינרגיות. גישה זו היא מסלול חשוב להכנת מפחיתי מים בעלי ביצועים גבוהים ויעילים.