فوق روان کننده پلی کربوکسیلاتی، نسل جدیدی از روان کننده‌ها است که به سبب ویژگی‌های منحصر به فرد پلیمری PCE به کار رفته در فرمول شیمیایی خود، باعث شده این نسل از افزودنی‌ها در بهبود خواص رئولوژیکی بتن تازه و مقاومت بتن سخت شده تأثیر چشمگیری داشته باشند. به همین دلیل در این مقاله از بلاگ آلپاکا، ضمن بررسی تاریخچه ظهور آن به معرفی ویژگی‌های کلیدی این نسل از فوق روان کننده‌ها می‌پردازیم. پس تا انتها همراه ما باشید.
تاریخچه فوق روان کننده پلی کربوکسیلاتی
حدود ۲۰ سال پیش، نوع جدیدی از فوق روان کننده‌ها بر پایه پلیمرهای پلی کربوکسیلاتی (PCE) به صورت تجاری به صنعت ساخت و ساز بتن آمریکای شمالی معرفی شد. روان کننده‌های حاوی این پلیمرها مانند افزودنی‌های مبتنی بر نفتالین (دهه ۱۹۷۰)، به طرز فوق‌العاده‌ای باعث بهبود خواص فیزیکی بتن تازه و بتن سخت شده شد. امروزه استفاده از فوق روان کننده پلی کربوکسیلاتی در بتن باعث شده بتن بتواند به مدت بیش از دو ساعت ویژگی‌هایی مانند یکپارچگی و حفظ اسلامپ را حفظ کند و این تنها بخش کوچکی از تأثیرات این افزودنی بتن است.
فوق روان کننده پلی کربوکسیلات
در ابتدا پلی کربوکسیلات اتر به خانواده بسیار بزرگی از پلیمرها اطلاق می‌شد که توسط شیمیدان‌ها جهت افزایش بهبود عملکرد مخلوط‌های بتنی طراحی شد. اما پس از معرفی فوق روان‌کننده پلی کربوکسیلاتی، محصولات جدید دیگری از این خانواده جهت افزایش مقاومت اولیه، ایجاد سطوح مختلف حفظ اسلامپ و همچنین ارائه قابلیت‌های مختلف برای مدیریت میزان هوای بتن طراحی گشت.
برای مثال دسته‌ای از پلی کربوکسیلات‌ها تأثیر کمی بر اسلامپ اولیه دارند، اما به دلیل تغییر ساختار زمان انتشار در پلیمر پلی کربوکسیلات، اسلامپ بتن به شکل پیش‌بینی شده در تابعی از زمان اختلاط افزایش می‌یابد.
بنابراین، چنین محصولی را می‌توان در دوزهای مختلف به بتن از پیش مخلوط شده اضافه کرد تا بر اساس شرایط و ویژگی‌های بتن مانند مدت زمان حمل، دما، تأخیر قبل از تخلیه و…، اسلامپ بتن را تنظیم کند.
با اینکه در عصر امروز اغلب فرمولاسیون فوق روان‌کننده‌های پایه پلی کربوکسیلات، توسط ترکیبی از دو یا چند PCE فرموله می‌شوند تا عملکرد آن‌ها به صورت ترکیبی از مقاومت اولیه و حفظ اسلامپ طولانی مدت باشد، اما اعمال تغییرات در ساختار پلیمری PCE، به منظور افزایش میزان کیفیت و اثردهی بیشتر روان کننده‌های پایه پلی کربوکسیلاتی بر بخش‌های مختلف بتن، توسط محققان این حوزه ادامه دارد.
ویژگی‌های فوق روان کننده پایه پلی کربوکسیلات
پلیمرهای پلی کربوکسیلات نسبت به پلیمرهای نسل پیشین خود، یعنی نفتالین و سولفونات نفتالین‌ها دارای ویژگی‌های منحصر به فردی در زمینه خصوصیات فیزیکی بتن تازه و سخت شده هستند. در ادامه به بررسی این ویژگی‌ها خواهیم پرداخت.
پلی کربوکسیلات اتر
پلی کربوکسیلات اتر پودری پرِستو PRESTO
روان‌کننده با پراکندگی مناسب، جهت تولید بتن بادوام
بررسی میزان حباب هوا
اساساً تمام افزودنی‌های پایه پلی کربوکسیلاتی با آنتی فوم فرموله می‌شوند تا حباب هوای ناخواسته ذاتی پلیمر PCE را کنترل کنند. در تولید بتن‌های حاوی حباب هوا و فاقد حباب هوا، معمولاً میزان هوای بتن را می‌توان با انتخاب درست فوق روان کننده پایه پلی کربوکسیلاتی سازگار با عناصر موجود در بتن مدیریت کرد. البته توجه داشته باشید مقدار متفاوت کربن موجود در خاکستر بادی در تولید بتن‌های ویژه می‌تواند مسأله میزان هوای موجود در افزودنی را چالش‌برانگیز سازد؛ زیرا ماهیت آب‌گریزی کف‌زدا باعث جذب کربن خاکستر بادی می‌شود.
اما به طور کلی استفاده از افزودنی‌های حباب هوا (AEA) در فوق روان کننده پلی کربوکسیلاتی نسبت به فوق روان‌کننده‌های پایه پلی‌نفتالین و سولفونات پلی‌نفتالین (PNS) کارآمدتر است. به بیانی دیگر برای دستیابی به میزان هوای یکسان در افزودنی‌های پلی کربوکسیلاتی نسبت به فوق روان کننده پایه پلی نفتالین، می‌توان از AEA کمتری استفاده کرد.
تأثیر خاک رس
برخلاف پلیمرهای سولفونات پلی‌نفتالین (PNS)، پلیمرهای پلی کربوکسیلاتی (PCE) به آسانی و به شکل غیرقابل بازگشت، توسط ریزدانه‌های خاک رس موجود در منابع مختلف جذب می‌شود.
همان‌طور که در شکل بالا می‌بینید، ماسه رسی می‌تواند بر مقدار مصرف فوق روان کننده‌های بتن پایه پلی کربوکسیلاتی ادغام شده با سولفونات پلی‌نفتالین -برای دستیابی به اسلامپ مناسب- تأثیر داشته باشد. معمولاً در ماسه‌های بدون رس یا کم رس، PCEها حدود یک سوم پلیمرهای فوق روان کننده‌های پایه PNS را برای دستیابی به اسلامپ مناسب تشکیل می‌دهند.
البته هنگامی که خاک رس در ماسه‌های خاص وجود داشته باشد، می‌توان تا ۵۰٪ بیشتر از پلیمر پلی کربوکسیلاتی نسبت به پلیمر سولفونات پلی‌نفتالین استفاده کرد. بنابراین، اگر میزان فوق روان‌کننده PCE به طور غیرمنتظره افزایش یابد، بررسی ریزدانه‌های خاک رس در عرضه کل باید در اولویت قرار گیرد.
زمان افزودنی فوق روان کننده پلی کربوکسیلاتی
برخلاف فوق روان کننده‌های پایه سولفونات پلی‌نفتالین (PNS) که همیشه باید پس از شروع مخلوط شدن سیمان و آب در بچینگ به بتن اضافه شوند، فوق روان کننده‌های پایه پلی کربوکسیلاتی نسبت به زمان اضافه شدن به مخلوط بتن در بچینگ حساس نبوده و هر زمانی می‌توان آن را به بتن اضافه کرد تا بتن به انعطاف‌پذیری محاسبه شده در طرح اختلاط دست یابد.
ناسازگاری با فوق روان کننده‌های پایه سولفونات نفتالین
استفاده از فوق روان کننده‌های پلی کربوکسیلاتی و افزودنی‌های پایه سولفونات نفتالین در مخلوط بتن یکسان، باعث از دست رفتن سریع کارایی و روانی بتن می‌شود. بنابراین توجه داشته باشید دو فناوری PNS و PCE نباید در طرح اختلاط یک بتن استفاده شوند.
افزایش مقاومت با مجموعه زودگیر کننده‌های پایه کلسیم
هنگامی که فوق روان کننده‌های پایه PCE با مجموعه زودگیر کننده‌ها و بازدارنده‌های خوردگی متشکل از نمک‌های کلسیم استفاده می‌شوند، افزایش مقاومت غیرمنتظره‌ای نسبت به مخلوط بتن مشابه که در آن از افزودنی پایه PNS استفاده شده ایجاد می‌شود. این افزایش مقاومت با PCEs برای اولین بار در ترکیبی حاوی یک بازدارنده خوردگی پایه نیتریت کلسیم مشاهده شد.
داده‌های خلاصه شده در جدول زیر توسط یکی از تولیدکنندگان بتن گزارش شده است. تولیدکننده در این مخلوط از ترکیب روان کننده بتن پایه لیگنوسولفونات تیپ A و فوق روان کننده پایه PNS/Lignin تیپ G برای تولید شمع‌های پیش‌تنیدگی استفاده کرده است.
| PCE | PNS/WR | |
| 0.32 | 0.32 | W/C |
| 455ml/ 100kg (7 oz/cwt) | – | PCE HRWR |
| – | (300ml/100kg) (20 oz/cwt) | ASTM type G |
| – | 130 ml/ 100 kg/ 100 kg/ ) (2 oz/cwt) | WR |
| 26.6ml/ m3 (5.4 gal/yd3) | 26.6ml/ m3 (5.4 gal/yd3) | CANI |
| 39ml/ 100kg (0.6 oz/cwt) | 78ml/ 100kg (1.2 oz/ cwt) | VR AEA |
| 3-in | 75 | Slump. mm |
| 5.5 | 5.4 | Air, % |
| 2:30 | 3:50 | Initial set, hr:min |
| 43.1 (6250 psi) | 32.4 (4700 Psi) | 1 – day strength, MPA |
تغییرات میزان سیمان مصرفی
تغییر نوع فوق روان کننده بتن از PNS به پلی کربوکسیلات باعث تفاوت قابل توجه مقاومت ایجاد شده در بتن می‌شود. این تغییر امروزه با مطالعات علمی تأیید شده است. بنابراین می‌توان با رعایت مشخصات مقاومتی بتن، مقدار سیمان لازم در بتن را کاهش داد. نکته حائز اهمیت دیگری که باید به آن توجه داشت این است که بر اساس مطالعات انجام شده به نظر نمی‌رسد مقدار تغییرات مقاومت با افزایش گرمای هیدراتاسیون ارتباطی داشته باشد، بلکه تغییرات مقدار مقاومت وابسته به ریزساختار متراکم‌تر است. امرزوه مشخص شده این ریزساختار ترکیبی از افزودنی زودگیر کننده یا بازدارنده خوردگی مبتنی بر کلسیم و روان کننده پلی کربوکسیلات است.
بیشتر بخوانید: پلی کربوکسیلات اتر چیست؟
در نهایت می‌توان گفت، گرچه صنعت بتن اطلاعات زیادی در مورد استفاده از توانایی و ویژگی‌های فوق روان کننده‌های پایه پلی کربوکسیلاتی به دست آورده است، اما همچنان شیمیدان‌ها با همکاری فناوران بتن، به اصلاح ساختار پلیمری این ماده برای دستیابی به قابلیت‌های جدیدتر جهت تولید مخلوط‌های بتنی مشغول هستند. امیدواریم با مطالعه این مقاله توانسته باشید به اطلاعات کارامدی در این زمینه دست یابید.
