Właściwości, zastosowanie i technologia wytwarzania superplastyfikatorów kwasu polikarboksylowego

Superplastyfikator kwasu polikarboksylowego jest rodzajem polimeru składającego się z nienasyconego monomeru zawierającego grupę karboksylową i nienasyconego monomeru zawierającego inną grupę funkcyjną. Może sprawić, że beton będzie miał doskonałe właściwości w zakresie redukcji wody, ochrony przed zawaleniem i ochrony środowiska. Kwas polikarboksylowy wysokowydajny środek redukujący wodę niska zawartość, wysoki stopień redukcji wody, kontrolowana molekularna struktura chemiczna, dobra dyspersja, ekologiczna ochrona środowiska, silne zdolności adaptacyjne i inne zalety, dzięki ogromnej liczbie naukowców i ekspertów uwaga i badania, szeroko stosowane w różnych dziedzinach budownictwa inżynieryjnego, stając się tym samym przyszłym trendem rozwojowym domieszek do betonu. Badania nad superplastyfikatorem kwasu polikarboksylowego są nieuniknionym wymogiem w dziedzinie betonu.

W zaczynach cementowych ogólnie uważa się, że mechanizm dyspersji superplastyfikatora kwasu polikarboksylowego jest główną rolą zawady przestrzennej, odpychanie elektrostatyczne jest rolą drugorzędną, ponadto ważną rolę odgrywają również kompleks jonów wapnia i smarowanie filmu hydratacyjnego. Kiedy cząsteczki superplastyfikatora kwasu polikarboksylowego po raz pierwszy stykają się z cząstkami cementu, ujemnie naładowany łańcuch główny cząsteczek superplastyfikatora kwasu polikarboksylowego może zostać zaadsorbowany na powierzchni dodatnio naładowanych cząstek cementu, to znaczy zachodzi zjawisko „zakotwiczenia”, podczas gdy długi Łańcuch boczny cząsteczek superplastyfikatora kwasu polikarboksylowego rozciąga się w fazie płynnej ustrojowej zaczynu cementowego, tworząc warstwę adsorpcyjną o stałej grubości. Jednocześnie długi łańcuch boczny cząsteczek superplastyfikatora kwasu polikarboksylowego rozciągający się w płynie ustrojowym zaczynu cementowego może tworzyć trójwymiarową i skrzyżowaną konformację. Kiedy cząstki cementu zbliżają się do siebie, warstwa adsorpcyjna zachodzi na siebie, a im większy jest zakres nakładania się, tym większy jest efekt odpychania pomiędzy cząstkami cementu, poprawiając w ten sposób dyspersję cząstek cementu. Powiązane badania pokazują, że im grubsza jest molekularna warstwa adsorpcyjna superplastyfikatora kwasu polikarboksylowego utworzona na powierzchni cząstek cementu, tym korzystniej jest poprawić dyspersję cząstek cementu. Dlatego zawada przestrzenna odgrywa ważną rolę w mechanizmie dyspersji superplastyfikatorów będących kwasami polikarboksylowymi.

FIG. 1 shows the steric hindrance of polycarboxylic acid superplasticizer. Electrostatic repulsion theory polycarboxylic acid superplasticizer molecules contain anionic groups (such as sulfonic acid and carboxylic acid radicals, etc.), and in the early hydration process of cement, the surface of cement particles contains positive charges, so anionic polycarboxylic acid superplasticizer molecules adsorbed to the surface of positively charged cement particles. Some polar groups of polycarboxylic acid superplasticizer molecules adsorbed on the surface of cement particles are in the liquid phase. At the same time, after ionization, the hydrophilic groups adsorbed on the surface of cement particles contain the same electrical charge, forming a double electric layer. According to the relevant research results, the electrostatic repulsion force is in the order from large to small: -- SO3-> -- COO-> -- O->-- Och. Kompleksowanie jonów wapnia pokazano na rycinie 2 jako schematyczny diagram mechanizmu kompleksowania jonów wapnia. Jak pokazano na rysunku, jony wapnia w zaczynie cementowym mogą oddziaływać z rodnikami kwasu karboksylowego w cząsteczkach superplastyfikatora kwasu polikarboksylowego, tworząc kompleksy koordynacyjne wapnia, zmniejszając stężenie jonów wapnia w fazie ciekłej, zmniejszając tworzenie się cząstek żelu CHS, spowalniając w ten sposób szybkość hydratacji cementu, hamowanie hydratacji cementu i poprawianie właściwości dyspersji cząstek cementu. Im większa jest zawartość jonów kwasu karboksylowego w superplastyfikatorze kwasu polikarboksylowego, to znaczy im większa jest gęstość ładunku anionów, tym można znacznie poprawić właściwości dyspersyjne cząstek cementu.

FIGA. Fig. 2 przedstawia działanie elektrostatyczne superplastyfikatora będącego kwasem polikarboksylowym. Struktura molekularna smarującego superplastyfikatora kwasu polikarboksylowego zawiera grupy karboksylowe, kwas sulfonowy i eter, a jego zdolność hydrofilowa jest bardzo silna. Kiedy do zaczynu cementowego dodaje się superplastyfikator będący kwasem polikarboksylowym, ujemnie naładowane grupy kwasu karboksylowego i grupy kwasu sulfonowego są kierunkowo adsorbowane na powierzchni cząstek cementu. Grupy polarne w cząsteczkach superplastyfikatora kwasu polikarboksylowego są powiązane z cząsteczkami wody, tworząc wiązania wodorowe, a siła wiązania wodorowego jest silniejsza niż siła van der Waalsa powstająca pomiędzy cząsteczkami superplastyfikatora kwasu polikarboksylowego a cząstkami cementu, dzięki czemu powstaje stabilny, trójwymiarowy i powstaje pewna wytrzymałość warstwy wody rozpuszczalnika (jak pokazano na Figurze 3). Ta warstwa filmu solwatacyjnego zmniejsza możliwość bezpośredniego kontaktu cząstek cementu, to znaczy film hydratacyjny pełni funkcję smarującą pomiędzy cząstkami cementu i niszczy kondensację cząstek cementu, co, jak wykazano, poprawia płynność zaczynu cementowego.

FIGA. Fig. 3 przedstawia działanie smarujące superplastyfikatora będącego kwasem polikarboksylowym. Obecnie często stosuje się następujące trzy metody w celu przygotowania wysokowydajnego reduktora wody na bazie kwasu polikarboksylowego. (1) Metoda bezpośredniej kopolimeryzacji monomeru zdolnego do polimeryzacji Metoda najpierw poddaje reakcji monomer nienasyconego kwasu karboksylowego z glikolem (metoksy) polietylenowym w celu wytworzenia zdolnego do polimeryzacji nienasyconego dużego monomeru, a następnie kopolimeryzuje go z nienasyconym monomerem drobnocząsteczkowym w celu wytworzenia wysokowydajnego reduktora wody na bazie kwasu polikarboksylowego. (2) Metoda funkcjonalizacji po polimeryzacji. Metoda ta polega na modyfikacji istniejącego polimeru. Po pierwsze, kwas polikarboksylowy wytwarza się poprzez homopolimeryzację lub kopolimeryzację nienasyconego kwasu karboksylowego w roztworze w Chemicalbook; Po drugie, pod działaniem katalizatora, wytworzony kwas polikarboksylowy i (monometylo)polieter szczepiono na głównym łańcuchu kwasu polikarboksylowego w wyniku reakcji kondensacji. (3) Metoda polimeryzacji i szczepienia in situ Metoda ta ma na celu jednoczesne przeprowadzenie reakcji polimeryzacji głównego łańcucha i reakcji rozgałęzień wiązania bocznego, a głównym celem jest poprawienie wad metody funkcjonalizacji po polimeryzacji. Superplastyfikator będący kwasem polikarboksylowym wytworzono z nadtlenku benzoilu (BPO) i azodiizobutyronitrylu (AIBN) jako inicjatorów i polieteru jako środowiska reakcji.