Roztwór środka redukującego wodę do kilku problematycznych cementów

Cement wysokoalkaliczny
Rozpuszczalne zasady w cemencie są zwykle wyrażane jako równoważnik Na₂O i pochodzą głównie z gliny i domieszek stosowanych w produkcji cementu. Odpowiednia ilość rozpuszczalnych zasad sprzyja hydratacji cementu, co ułatwia wczesny rozwój wytrzymałości betonu. Doświadczenia wykazały, że płynność betonu cementowego wzrasta wraz z zawartością alkaliów. Jednak gdy zawartość alkaliów osiągnie określony poziom, hydratacja cementu gwałtownie przyspiesza, powodując znaczne zmniejszenie płynności zaczynu cementowego. Działanie uplastyczniające środków zmniejszających ilość wody również zauważalnie maleje, co prowadzi do większej utraty opadu w czasie w przypadku betonu stosowanego w betonie towarowym i pompowanym.

Główną przyczyną tego zjawiska jest to, że zasady zawarte w cemencie przyspieszają rozpuszczanie glinianu trójwapniowego (C3A). W obecności gipsu jako regulatora wiązania kryształy AFt tworzą się szybko i otaczają powierzchnię C3A, hamując bezpośrednią hydratację do glinianu wapnia i poprawiając płynność zaczynu cementowego.

Jednakże nadmierna zawartość alkaliów prowadzi do tworzenia się dużej ilości kryształów AFt w początkowej fazie, zmniejszając płynność i czyniąc środki redukujące wodę mniej skutecznymi. Charakteryzuje się to niewystarczającą skutecznością redukcji wody, słabym działaniem plastyfikującym i większą utratą osadu w czasie. W przypadku stosowania cementu wysokoalkalicznego, środki redukujące wodę o niskiej zawartości siarczanów wykazują słabą skuteczność. Odwrotnie, środki redukujące wodę o wysokiej zawartości siarczanów (np. zawartość siarczanu sodu powyżej 20%) wykazują znacznie lepszą zdolność adaptacji.

Poprawa ta wynika z faktu, że środki redukujące wodę o niskiej zawartości siarczanów zawierają CaSO4, który łatwo się rozpuszcza. Zanim gips w cemencie się rozpuści, w wodzie występuje już znaczna ilość SO3, który reaguje z C3A, tworząc kryształy AFt, zapobiegając tworzeniu się glinianu wapnia i łagodząc utratę płynności. Do cementu wysokoalkalicznego lepiej nadają się środki redukujące wodę o wysokiej zawartości siarczanu sodu. Wiele środków redukujących wodę na bazie polikarboksylanów ma niski poziom pH, a w połączeniu z opóźniaczami kwasowymi, takimi jak kwas cytrynowy, mają trudności z przystosowaniem się do cementu wysokoalkalicznego. Dodatki kwasowe szybko neutralizują zasady, uwalniając ciepło, co podnosi temperaturę i przyspiesza hydratację cementu. Powoduje to słabą płynność i szybką utratę opadu. Z drugiej strony, opóźniacze alkaliczne pozwalają uniknąć tych problemów.

Cement niskoalkaliczny z niedoborem siarki
Ogólnie uważa się, że optymalna zawartość rozpuszczalnych zasad w cemencie wynosi {{0}},4%-0,6%. Cement zawierający mniej niż 0,4% alkaliów nazywany jest cementem niskoalkalicznym. Rozpuszczalne zasady często występują w postaci soli siarczanowych, dlatego cement niskoalkaliczny jest również nazywany cementem z niedoborem siarki.

Kiedy cement niskoalkaliczny jest mieszany ze środkami zmniejszającymi ilość wody, płynność jest zwykle słaba. Zwiększanie dawki środka zmniejszającego ilość wody zapewnia ograniczoną poprawę i często zaostrza problemy, takie jak krwawienie, słaba jednorodność betonu i szybka utrata opadu. Powszechnie stosowane środki zmniejszające ilość wody nie dostosowują się skutecznie do cementu z niedoborem siarki, nawet przy znacznie zwiększonej dawce opóźniacza.

Podstawową przyczyną tej niezgodności jest niewystarczająca ilość SO3 w cemencie, co nie hamuje skutecznie hydratacji C3A. Prowadzi to do szybkiej i nadmiernej adsorpcji dodatków przez C3A, zmniejszając skuteczność plastyfikującą środków redukujących wodę. Jedynym skutecznym rozwiązaniem jest suplementacja rozpuszczalnych zasad (np. siarczanów). Samo zwiększenie dawki opóźniacza daje minimalny efekt.

Cement o dużej zawartości domieszek
Według chińskich norm cementowych do cementu można dodawać duże ilości domieszek, takich jak popiół lotny, pucolany, żużel i drobno zmielony wapień. Domieszki te różnią się aktywnością, zapotrzebowaniem na wodę, zawartością minerałów i właściwościami adsorpcyjnymi, co wpływa na kompatybilność dodatków z cementem.

Wysokiej jakości popiół lotny powinien charakteryzować się wysoką aktywnością (wysoka zawartość reaktywnego SiO2 i Al2O3), niską stratą przy prażeniu (LOI), drobnym rozmiarem cząstek i niskim zapotrzebowaniem na wodę. Największy wpływ na kompatybilność dodatków ma LOI, który wskazuje zawartość niespalonego węgla w popiele lotnym. Wyższa zawartość węgla pogarsza właściwości betonu poprzez zwiększenie zapotrzebowania na wodę i krwawienie, nasilenie odkształceń skurczowych i osłabienie wiązania między zaczynem cementowym a kruszywem.

Niespalony węgiel w popiele lotnym tworzy również hydrofobową warstwę na powierzchni cząstek, utrudniając przenikanie wody i zmniejszając reaktywność popiołów lotnych. Węgiel dodatkowo konkuruje z cementem w zakresie adsorpcji dodatków, wpływając na płynność zaczynu cementowego. Rozwiązania obejmują zwiększenie dawki dodatków i wspólne zastosowanie wysokiej jakości środków napowietrzających. Drobne, jednolite pęcherzyki powietrza mogą złagodzić niekorzystne skutki popiołów lotnych o wysokiej zawartości węgla.

Cement żużlowy o wysokiej zawartości glinianów często wymaga dodatkowego gipsu w celu regulacji wiązania. Zwykłe procesy produkcji cementu portlandzkiego mogą pogłębić niedobór siarki w cemencie żużlowym. Środki redukujące wodę o wysokiej zawartości siarczanów w połączeniu z wysokiej jakości środkami napowietrzającymi zapewniają lepszą wydajność takiego cementu.

Cement o wysokiej zawartości C3A
Cement składa się głównie z C3S, C2S, C3A i C4AF, a ich aktywność adsorpcyjna jest oceniana jako C3A > C4AF > C3S > C2S. C3A ma najwyższą zdolność adsorpcji środków redukujących wodę. Wraz ze wzrostem zawartości C3A płynność betonu maleje, a utrata opadu z czasem wzrasta.

Nadmiar C3A (ponad 8%) niekorzystnie wpływa na płynność betonu, zużywając większość środków redukujących wodę, pozostawiając niewystarczającą ilość środków do rozproszenia innych składników mineralnych, takich jak C3S. Testy wykazały, że dodanie SO3 (za pomocą środków redukujących wodę o dużej zawartości siarczanów) lub jednoczesne użycie opóźniaczy w postaci kwasu hydroksykarboksylowego może zahamować hydratację i adsorpcję C3A. Opóźniacze wieloalkoholowe są mniej skuteczne.

Tanie środki zmniejszające ilość wody w zwiększonej dawce mogą również zaspokoić zapotrzebowanie na C3A, poprawiając jednocześnie płynność innych składników, takich jak C3S. Ponieważ takie środki są opłacalne, nie zwiększają znacząco wydatków.