Tehnicienii Borida analizează mecanismul de acțiune și principiul de pregătire al superplastifiantului cu acid policarboxilic

Știm că aplicarea superplastifianților policarboxilați în ingineria betonului devine din ce în ce mai răspândită. În comparație cu superplastifianții tradiționali, cum ar fi sulfonatul de naftalen și condensurile de formaldehidă sulfonată de melamină, superplastifianții policarboxilați pot oferi o dispersibilitate, fluiditate și stabilitate ridicate sistemului dispersat de beton la doze mici, prevenind pierderea în declin. În plus, prețul în creștere al naftalinei industriale, ciclul lung de producție al superplastifianților pe bază de naftalină și poluarea severă a mediului fac ca aplicarea superplastifianților pe bază de policarboxilat să fie imperativă. Dar cunoașteți mecanismul de acțiune și principiile de preparare ale superplastifianților policarboxilați?

Există relativ puține recenzii cuprinzătoare cu privire la progresul cercetării superplastifianților policarboxilați, în special în ceea ce privește principiile de preparare a acestora, mecanismul de acțiune și aspectele conexe. Prin urmare, Borida invită experții să ofere o analiză a progresului cercetării privind principiile de preparare, mecanismul de acțiune și perspectivele viitoare ale superplastifianților policarboxilați.

1. Principiile de preparare a superplastifianților policarboxilați

Superplastifianții de înaltă performanță pe bază de policarboxilați sunt compuși macromoleculari cu grupări sulfonice, grupări carboxil, grupări amino și catene laterale de polioxietilenă. Sunt sintetizați în soluție apoasă prin copolimerizare cu radicali liberi, formând un surfactant cu greutate moleculară mare în formă de pieptene.

Principalele materii prime: acid metacrilic, acid acrilic, acrilat de etil, acrilat de hidroxietil, alilsulfonat de sodiu, metacrilat de metil, metacrilat de metoxipolietilen glicol, acrilat de polietilen glicol etoxilat, alil eter etc. folosit. Agenții de transfer de lanț includ acid 3-mercaptopropionic, acid mercaptoacetic și izopropanol.

Metoda de sinteză: Într-un vas de reacție echipat cu un agitator mecanic, termometru și dispozitiv de picurare, se adaugă prin picurare soluția de monomer, soluția de inițiator și soluția de agent de transfer de lanț. Atunci când alegeți monomerii de polimerizare, rapoartele de reactivitate la copolimerizare trebuie luate în considerare pe deplin. Temperatura de reacție depinde de tipul de monomeri utilizați și, în general, se încadrează în intervalul de 0-60 grade . Soluția de monomer este adăugată prin picurare timp de 1-2 ore, urmată de o reacție suplimentară de 1-oră la o temperatură constantă. După adăugarea de apă pentru neutralizare, produsul este descărcat.

2. Mecanismul de acțiune al superplastifianților policarboxilați

Superplastifianții de înaltă performanță pe bază de policarboxilat sunt un nou tip de superplastifiant cu multe avantaje remarcabile, deși mecanismul lor exact de acțiune nu este încă pe deplin înțeles. Iată câteva perspective:

Efect de întârziere: Gruparea carboxil acționează ca o componentă retardantă, formând complecși cu ionii de Ca²⁺ (R-COO⁻–Ca²⁺), reducând concentrația ionilor de Ca²⁺ în soluție, întârziind cristalizarea Ca(OH)₂, reducând formarea de CHS geluri și, astfel, încetinește hidratarea cimentului.

Afinitatea grupurilor polare: Grupările carboxil (-COOH), hidroxil (-OH), amino (-NH2) și polioxialchilen (-OR)n au afinități puternice cu apa. Prin efectele de suprafață, cum ar fi adsorbția, dispersia, umezirea și lubrifierea, acestea asigură dispersibilitatea și fluiditatea particulelor de ciment. Prin reducerea rezistenței la frecare dintre particulele de ciment și scăderea energiei libere la interfața ciment-apă, acestea îmbunătățesc lucrabilitatea betonului proaspăt. Simultan, compușii policarboxilați se adsorb pe suprafața particulelor de ciment, conferind sarcini negative prin ionii de carboxilat. Aceasta induce repulsie electrostatică între particule, prevenind tendința de floculare a pastei de ciment (teoria DLVO) și mărind suprafața de contact dintre ciment și apă, promovând hidratarea completă a cimentului. În timpul dispersării particulelor de ciment, apa prinsă în aglomerate este eliberată, îmbunătățind lucrabilitatea și reducând cantitatea necesară de apă de amestecare.

Efect de obstacol steric: Moleculele de policarboxilat se adsorb pe suprafața particulelor de ciment într-o configurație în formă de pieptene, formând un strat de adsorbție pe suprafața materialului de gel. Când straturile de adsorbție a polimerului de pe particulele de ciment se apropie unele de altele, obstacolele sterice dintre lanțurile polimerice împiedică particulele să se aglomereze. Acesta este unul dintre motivele cheie pentru care superplastifianții policarboxilați au o dispersibilitate superioară în comparație cu alte sisteme.

Potențialul zeta și retenția dispersiei: Mecanismul de reținere a dispersiei a superplastifianților de înaltă performanță pe bază de policarboxilat poate fi înțeles prin observarea relației dintre timpul de amestecare și potențialul zeta din pasta de ciment. În general, betonul cu superplastifianți de înaltă performanță pe bază de naftalenă sau melamină prezintă o pierdere semnificativă de slump după 60 de minute, în timp ce betonul care conține superplastifianți policarboxilați prezintă o pierdere mai mică de slump. Această diferență apare deoarece modelul de adsorbție dintre superplastifiant și particulele de ciment variază. Interacțiunea dintre stratul de adsorbție cu greutate moleculară mare și particulele de ciment are ca rezultat repulsie atât sterica, cât și electrostatică, cu puține modificări ale potențialului zeta.

Cercetările asupra mecanismului de dispersie a cimentului sugerează că teoria DLVO, care explică dispersia prin repulsie ionică, adesea nu se potrivește cu rezultatele experimentale. Efectul de împiedicare steric explică cu succes acțiunea dispersivă a superplastifianților policarboxilați asupra cimentului. Polimerul se adsorbe pe suprafața particulelor de ciment, cu lanțuri laterale extinzându-se în soluție. Aceste lanțuri laterale creează piedici sterice, împiedicând particulele să intre în contact strâns, asigurând astfel dispersia și stabilitatea acestora. Acest mecanism este larg acceptat astăzi. Polimerii cu lanțuri laterale lungi prezintă un potențial zeta scăzut și o repulsie steric ridicată, rezultând o dispersibilitate excelentă. Cu toate acestea, lungimea excesivă a lanțului lateral poate provoca încurcarea între lanțurile laterale de suprafață ale particulelor dispersate, conducând la aglomerarea particulelor.