Λύση Νερού Αναγωγικού Παράγοντα σε Αρκετά Προβληματικά Τσιμέντο

Τσιμέντο υψηλής αλκαλίου
Τα διαλυτά αλκάλια στο τσιμέντο εκφράζονται συνήθως ως ισοδύναμο Na2O και προέρχονται κυρίως από άργιλο και πρόσμικτα που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή τσιμέντου. Μια κατάλληλη ποσότητα διαλυτού αλκαλίου προάγει την ενυδάτωση του τσιμέντου, η οποία διευκολύνει την πρώιμη ανάπτυξη αντοχής του σκυροδέματος. Πειράματα έδειξαν ότι η ρευστότητα του τσιμεντομπετόν αυξάνεται με την περιεκτικότητα σε αλκάλια. Ωστόσο, όταν η περιεκτικότητα σε αλκάλια φτάσει σε ένα ορισμένο επίπεδο, η ενυδάτωση του τσιμέντου επιταχύνεται απότομα, προκαλώντας σημαντική μείωση της ρευστότητας της πάστας τσιμέντου. Το πλαστικοποιητικό αποτέλεσμα των παραγόντων μείωσης του νερού μειώνεται επίσης αισθητά, οδηγώντας σε μεγαλύτερη απώλεια καθίζησης με την πάροδο του χρόνου για το σκυρόδεμα που χρησιμοποιείται σε εφαρμογές έτοιμου και αντλούμενου σκυροδέματος.

Ο κύριος λόγος για αυτό το φαινόμενο είναι ότι τα αλκάλια στο τσιμέντο επιταχύνουν τη διάλυση του αργιλικού τριασβεστίου (C3A). Παρουσία γύψου ως ρυθμιστή πήξης, οι κρύσταλλοι AFt σχηματίζονται γρήγορα και ενθυλακώνουν την επιφάνεια του C3A, αναστέλλοντας την άμεση ενυδάτωση στο αργιλικό ασβέστιο και βελτιώνοντας τη ρευστότητα της πάστας τσιμέντου.

Ωστόσο, η υπερβολική περιεκτικότητα σε αλκάλια οδηγεί στο σχηματισμό μεγάλης ποσότητας κρυστάλλων AFt στο αρχικό στάδιο, μειώνοντας τη ρευστότητα και καθιστώντας λιγότερο αποτελεσματικούς τους παράγοντες μείωσης του νερού. Αυτό χαρακτηρίζεται από ανεπαρκή απόδοση μείωσης του νερού, φτωχά αποτελέσματα πλαστικοποίησης και μεγαλύτερη απώλεια καθίζησης με την πάροδο του χρόνου. Όταν χρησιμοποιείτε τσιμέντο υψηλής περιεκτικότητας σε αλκάλια, οι παράγοντες μείωσης του νερού με χαμηλή περιεκτικότητα σε θειικά άλατα παρουσιάζουν κακή απόδοση. Αντίθετα, οι παράγοντες μείωσης του νερού με υψηλή περιεκτικότητα σε θειικά (π.χ. περιεκτικότητα σε θειικό νάτριο πάνω από 20%) επιδεικνύουν σημαντικά καλύτερη προσαρμοστικότητα.

Αυτή η βελτίωση προκύπτει επειδή οι χαμηλοί θειικοί παράγοντες μείωσης του νερού περιέχουν CaSO4 που διαλύεται εύκολα. Πριν διαλυθεί ο γύψος στο τσιμέντο, σημαντικό SO3 υπάρχει ήδη στο νερό, αντιδρώντας με το C3A για να σχηματίσει κρυστάλλους AFt, αποτρέποντας το σχηματισμό αργιλικού ασβεστίου και μετριάζοντας την απώλεια ρευστότητας. Οι υδατο-μειωτικοί παράγοντες υψηλής περιεκτικότητας σε θειικό νάτριο ταιριάζουν καλύτερα για τσιμέντο με υψηλή περιεκτικότητα σε αλκάλια. Πολλοί παράγοντες μείωσης του νερού με βάση πολυκαρβοξυλικά έχουν χαμηλά επίπεδα pH και όταν συνδυάζονται με όξινους επιβραδυντές όπως το κιτρικό οξύ, δυσκολεύονται να προσαρμοστούν σε τσιμέντο υψηλής περιεκτικότητας σε αλκάλια. Τα όξινα πρόσθετα εξουδετερώνουν τα αλκάλια γρήγορα, απελευθερώνοντας θερμότητα, η οποία αυξάνει τη θερμοκρασία και επιταχύνει την ενυδάτωση του τσιμέντου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα κακή ρευστότητα και ταχεία απώλεια καθίζησης. Οι αλκαλικοί επιβραδυντές, από την άλλη πλευρά, μπορούν να αποφύγουν αυτά τα ζητήματα.

Τσιμέντο με χαμηλή περιεκτικότητα σε θείο με χαμηλή περιεκτικότητα σε αλκάλια
Η βέλτιστη περιεκτικότητα σε διαλυτά αλκάλια στο τσιμέντο θεωρείται γενικά ότι είναι {{0}},4%-0,6%. Το τσιμέντο με λιγότερο από 0,4% αλκάλιο αναφέρεται ως τσιμέντο χαμηλής περιεκτικότητας σε αλκάλια. Τα διαλυτά αλκάλια υπάρχουν συχνά ως θειικά άλατα, επομένως το τσιμέντο με χαμηλή περιεκτικότητα σε αλκάλια ονομάζεται επίσης τσιμέντο με έλλειψη θείου.

Όταν το τσιμέντο χαμηλής περιεκτικότητας σε αλκάλια αναμιγνύεται με παράγοντες μείωσης του νερού, η ρευστότητα είναι συνήθως φτωχή. Η αύξηση της δόσης του παράγοντα μείωσης του νερού προσφέρει περιορισμένη βελτίωση και συχνά επιδεινώνει ζητήματα όπως η αιμορραγία, η κακή ομοιογένεια του σκυροδέματος και η ταχεία απώλεια καθίζησης. Οι συνήθεις παράγοντες μείωσης του νερού αποτυγχάνουν να προσαρμοστούν αποτελεσματικά στο τσιμέντο με έλλειψη θείου, ακόμη και με σημαντικά αυξημένη δόση επιβραδυντή.

Η βασική αιτία αυτής της ασυμβατότητας έγκειται στο ανεπαρκές SO3 στο τσιμέντο, το οποίο αποτυγχάνει να καταστείλει αποτελεσματικά την ενυδάτωση του C3A. Αυτό οδηγεί σε ταχεία και υπερβολική προσρόφηση προσθέτων από το C3A, μειώνοντας την απόδοση πλαστικοποίησης των παραγόντων μείωσης του νερού. Η συμπλήρωση διαλυτών αλκαλίων (π.χ. θειικά άλατα) είναι η μόνη αποτελεσματική λύση. Η απλή αύξηση της δόσης επιβραδυντή έχει ελάχιστο αποτέλεσμα.

Τσιμέντο υψηλής πρόσμιξης
Σύμφωνα με τα κινεζικά πρότυπα τσιμέντου, στο τσιμέντο μπορούν να προστεθούν μεγάλες ποσότητες προσμείξεων όπως ιπτάμενη τέφρα, ποζολάνες, σκωρίες και λεπτά αλεσμένος ασβεστόλιθος. Αυτά τα πρόσμικτα ποικίλλουν ως προς τη δραστηριότητα, τη ζήτηση νερού, την περιεκτικότητα σε μεταλλικά στοιχεία και τις ιδιότητες προσρόφησης, επηρεάζοντας τη συμβατότητα των προσθέτων με το τσιμέντο.

Η ιπτάμενη τέφρα υψηλής ποιότητας θα πρέπει να έχει υψηλή δραστηριότητα (υψηλή περιεκτικότητα σε αντιδραστικό SiO2 και Al2O3), χαμηλή απώλεια κατά την ανάφλεξη (LOI), μέγεθος λεπτών σωματιδίων και χαμηλή ζήτηση νερού. Το LOI, το οποίο υποδεικνύει την περιεκτικότητα σε άκαυστο άνθρακα στην ιπτάμενη τέφρα, έχει τη μεγαλύτερη επίδραση στη συμβατότητα των προσθέτων. Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα υποβαθμίζει την απόδοση του σκυροδέματος αυξάνοντας τη ζήτηση νερού και την αιμορραγία, επιδεινώνοντας την παραμόρφωση συρρίκνωσης και αποδυναμώνοντας τον δεσμό μεταξύ τσιμεντοπολτού και αδρανών.

Ο άκαυστος άνθρακας στην ιπτάμενη τέφρα σχηματίζει επίσης ένα υδρόφοβο φιλμ στις επιφάνειες των σωματιδίων, εμποδίζοντας τη διείσδυση του νερού και μειώνοντας την αντιδραστικότητα της ιπτάμενης τέφρας. Ο άνθρακας ανταγωνίζεται περαιτέρω το τσιμέντο για την προσρόφηση προσθέτων, επηρεάζοντας τη ρευστότητα της πάστας τσιμέντου. Οι λύσεις περιλαμβάνουν την αύξηση της δόσης του πρόσθετου και τη συν-χρήση υψηλής ποιότητας παραγόντων που παρασύρουν τον αέρα. Οι λεπτές, ομοιόμορφες φυσαλίδες αέρα μπορούν να μετριάσουν τις δυσμενείς επιπτώσεις της ιπτάμενης τέφρας υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα.

Το τσιμέντο σκωρίας, με την υψηλή περιεκτικότητά του σε αργιλικά άλατα, απαιτεί συχνά πρόσθετο γύψο για τη ρύθμιση της πήξης. Οι συνήθεις διαδικασίες παραγωγής τσιμέντου Πόρτλαντ μπορούν να επιδεινώσουν την ανεπάρκεια θείου στο τσιμέντο σκωρίας. Υψηλής περιεκτικότητας σε θειικά μέσα μείωσης του νερού, σε συνδυασμό με ποιοτικούς παράγοντες που συμπαρασύρουν τον αέρα, προσφέρουν καλύτερη απόδοση για τέτοιο τσιμέντο.

Τσιμέντο με υψηλή περιεκτικότητα σε C3A
Το τσιμέντο αποτελείται κυρίως από C3S, C2S, C3A και C4AF, με τη δράση προσρόφησής τους να κατατάσσεται ως C3A > C4AF > C3S > C2S. Το C3A έχει την υψηλότερη ικανότητα προσρόφησης για παράγοντες μείωσης του νερού. Καθώς η περιεκτικότητα σε C3A αυξάνεται, η ρευστότητα του σκυροδέματος μειώνεται και η απώλεια καθίζησης με την πάροδο του χρόνου αυξάνεται.

Η υπερβολική ποσότητα C3A (πάνω από 8%) επηρεάζει αρνητικά τη ρευστότητα του σκυροδέματος καταναλώνοντας τους περισσότερους από τους παράγοντες μείωσης του νερού, αφήνοντας ανεπαρκείς παράγοντες για τη διασπορά άλλων ορυκτών συστατικών όπως το C3S. Δοκιμές έδειξαν ότι η προσθήκη SO3 (μέσω παραγόντων μείωσης νερού υψηλής περιεκτικότητας σε θειικά) ή η ταυτόχρονη χρήση επιβραδυντών υδροξυλ καρβοξυλικού οξέος μπορεί να καταστείλει την ενυδάτωση και την προσρόφηση του C3A. Τα πολυαλκοολικά επιβραδυντικά είναι λιγότερο αποτελεσματικά.

Οι χαμηλού κόστους παράγοντες μείωσης του νερού με αυξημένη δόση μπορούν επίσης να καλύψουν τη ζήτηση για C3A ενώ βελτιώνουν τη ρευστότητα άλλων συστατικών όπως το C3S. Δεδομένου ότι τέτοιοι πράκτορες είναι οικονομικά αποδοτικοί, δεν αυξάνουν σημαντικά τα έξοδα.