Новые разработки в области порошковых поликарбоксилатных суперпластификаторов
Сообщение Лейфа Хольмберга и Йенса Энгстранда (компания Sika), сделанное на 7-й международной конференции BALTIMIX-2007.
В последние годы растет численность работ по усовершенствованию порошковых суперпластификаторов на основе поликарбоксилатов. Цель — найти замену продуктам на основе меламина и казеина. Первое поколение поликарбоксилатных продуктов обладало улучшенными свойствами по многим параметрам по сравнению с меламинами и казеинами. Значительно сократились дозировки, растекаемость сохраняется в течение более длительного времени, уменьшилась усадка. Другие характеристики более или менее сходны — например, совместимость с другими добавками, прочность на сжатие (не обязательно выше). Однако в значительной степени действие продукта зависит от конкретного применения, состава и использования цемента и других вяжущих. Sika является одной из ведущих компаний в области разработки продуктов на основе поликарбоксилатов. Благодаря созданию технологии ViscoCrete данная компания вывела характеристики бетона на новый уровень. Данные из разработок в области бетона были использованы на рынке сухих смесей, а модификация существующих полимеров и разработка новых полимеров способствовала улучшению свойств сухих смесей, например, для самовыравнивающихся полов, безусадочных растворов и ремонтных растворов. Сейчас разработано второе поколение продуктов ViscoCrete для сухих смесей.
Продукты первого поколения, например, ViscoCrete 105P, несомненно, улучшили характеристики сухих смесей для самовыравнивающихся полов (SLS), самовыравнивающихся стяжек (SLU) и различных ремонтных растворов. Эти в целом сложные по сравнению с обычным бетоном композиции могут содержать до 15 различных компонентов. Некоторые из них взаимодействуют друг с другом, поэтому требуются дополнительные добавки. Например, замедлитель часто комбинируется с ускорителем — это сочетание также влияет на общую реологию и растекаемость и на сохранение растекаемости. С точки зрения химии замедлители конкурируют с суперпластификаторами в отношении адсорбции на зернах цемента. Эта адсорбция имеет решающее значение для функционирования каждого компонента, но важно, чтобы на ранней стадии адсорбировались суперпластификаторы, а не замедлитель. Если замедлитель побеждает в состязании на скорость адсорбции, то ухудшается растекаемость, в особенности сохранение растекаемости. Это явление наблюдается для меламинов, казеинов и первого поколения поликарбоксилатов. Поэтому целью работ по усовершенствованию пластификаторов было преодоление этой проблемы, создание более сильного полимера, способного победить молекулы замедлителя в состязании на скорость адсорбции. Следствием быстрой адсорбции является также то, что смесь становится более восприимчивой к кратковременности перемешивания. При строительстве, когда SLS или SLU наносятся машиной, время перемешивания может составлять всего 10 секунд. Если суперпластификаторы не адсорбируются в течение этого срока, растекаемость обычно увеличивается с течением времени, поэтому, когда SLS попадает на пол, где смесь должна образовать ровную поверхность, растекаемость слишком высока, и возможны проблемы расслаивания и выпотевания.
В результате непрерывных исследований и разработок были изучены, испытаны, отвергнуты, модифицированы, испытаны повторно различные аспекты химических свойств разнообразных полимеров, в результате чего были отобраны некоторые полимеры. Как указывалось выше, ключевыми параметрами являлись смачиваемость и совместимость с другими добавками. Под такими добавками подразумеваются в основном замедлители, но это также может иметь значение в случае добавок и/или цементов с высоким содержанием сульфатов, где адсорбционная конкуренция также играет решающую роль. Полимерные структуры, одобренные в отделе исследований и разработок, были испытаны в отношении возможности производства сначала на пилотных установках, затем в полном масштабе. Готовый порошок проходил полевые испытания и после этого был одобрен для продажи. На этапе испытаний помимо смачиваемости и совместимости измерялись и другие параметры. В первую очередь это были растекаемость, сохранение растекаемости, время твердения и усадка. Сохранение растекаемости дает представление о свойствах смачивания, что также отражает совместимость. В целом все испытанные полимеры на основе поликарбоксилатов превосходили продукты как на основе меламина, так и на основе казеина. Впрочем, один из полимеров на данной основе (первого поколения) продемонстрировал свойства хуже таковых меламина через 5 и 20 минут и хуже таковых казеина через 5 минут. Это означает, что нельзя просто изготовить полимер на основе поликарбоксилата и полагаться на его специфические свойства в рассматриваемых областях применения. Твердение SLS или сходной системы часто можно контролировать с помощью ускорителей или замедлителей. На это и на первичное замедление могут влиять суперпластификаторы. При разработке новых полимеров время твердения — это параметр, требующий количественной оценки, однако, если замедление не слишком сильное, это преодолевается использованием правильных систем ускорителей/заместителей.
Как уже говорилось, исходная прочность поликарбоксилатов первого поколения достаточна. При составлении технических требований для продуктов второго поколения единственной целью было сохранение прочности на сжатие, сравнимой с существующими продуктами. Совместимость является ключевым параметром для получения продукта со свойствами, установленными в начале процесса. Как описывалось выше, конкурируют молекулы замедлителя и полимеры поликарбоксилата (сульфаты, конечно, здесь также играют роль, но в данной работе внимание сконцентрировано на замедлителях). И снова в данном отношении различные полимеры обладают различной конкурентоспособностью. Лимонная кислота является, наверно, самым трудным замедлителем в отношении конкуренции для поликарбоксилата и других полимеров (меламины и казеины). Первое поколение поликарбоксилатов (VC105P) имеет некоторые проблемы при конкуренции с лимонной кислотой, но очень хорошо работает с другим замедлителем — винной кислотой. То же касается VC125P, но лимонная кислота почти не оказывает влияния на VC225P, что являлось одной из задач проекта. Как было показано при разработке жидких суперпластификаторов на основе поликарбоксилатов, усадка улучшается (то есть уменьшается) при использовании продуктов на основе поликарбоксилатов по сравнению с продуктами на основе меламина и нафталина. То же применимо к продуктам в форме порошка. Естественно, здесь также существуют отличия между разными полимерами поликарбоксилата (некоторые работают лучше продуктов первого поколения, некоторые — так же хорошо). После определения технических параметров, коими должен обладать искомый продукт, стало возможно разработать полимеры, отвечающие этим требованиям (и в некоторых случаях их превосходящие).
Новый продукт обладает улучшенной растекаемостью по сравнению с существующими. Это означает, что можно использовать меньшие дозировки при более низких затратах. Сохранение растекаемости поддерживается в течение долгого времени, что также подразумевает, что полимер обладает достаточно хорошим смачиванием. Время твердения такое же, как для предыдущего поколения полимеров. Прочность на сжатие такого же порядка, как для существующих продуктов на ранних сроках, и слегка увеличивается на поздних сроках. Совместимость значительно улучшена, что, в свою очередь, повышает универсальность и надежность полимеров второго поколения. Усадка — как у полимеров первого поколения, в некоторых случаях имеет место небольшое улучшение. Однако все полимеры работают намного лучше, чем продукты на основе меламина и казеина.
В последние годы растет численность работ по усовершенствованию порошковых суперпластификаторов на основе поликарбоксилатов. Цель — найти замену продуктам на основе меламина и казеина. Первое поколение поликарбоксилатных продуктов обладало улучшенными свойствами по многим параметрам по сравнению с меламинами и казеинами. Значительно сократились дозировки, растекаемость сохраняется в течение более длительного времени, уменьшилась усадка. Другие характеристики более или менее сходны — например, совместимость с другими добавками, прочность на сжатие (не обязательно выше). Однако в значительной степени действие продукта зависит от конкретного применения, состава и использования цемента и других вяжущих. Sika является одной из ведущих компаний в области разработки продуктов на основе поликарбоксилатов. Благодаря созданию технологии ViscoCrete данная компания вывела характеристики бетона на новый уровень. Данные из разработок в области бетона были использованы на рынке сухих смесей, а модификация существующих полимеров и разработка новых полимеров способствовала улучшению свойств сухих смесей, например, для самовыравнивающихся полов, безусадочных растворов и ремонтных растворов. Сейчас разработано второе поколение продуктов ViscoCrete для сухих смесей.
Продукты первого поколения, например, ViscoCrete 105P, несомненно, улучшили характеристики сухих смесей для самовыравнивающихся полов (SLS), самовыравнивающихся стяжек (SLU) и различных ремонтных растворов. Эти в целом сложные по сравнению с обычным бетоном композиции могут содержать до 15 различных компонентов. Некоторые из них взаимодействуют друг с другом, поэтому требуются дополнительные добавки. Например, замедлитель часто комбинируется с ускорителем — это сочетание также влияет на общую реологию и растекаемость и на сохранение растекаемости. С точки зрения химии замедлители конкурируют с суперпластификаторами в отношении адсорбции на зернах цемента. Эта адсорбция имеет решающее значение для функционирования каждого компонента, но важно, чтобы на ранней стадии адсорбировались суперпластификаторы, а не замедлитель. Если замедлитель побеждает в состязании на скорость адсорбции, то ухудшается растекаемость, в особенности сохранение растекаемости. Это явление наблюдается для меламинов, казеинов и первого поколения поликарбоксилатов. Поэтому целью работ по усовершенствованию пластификаторов было преодоление этой проблемы, создание более сильного полимера, способного победить молекулы замедлителя в состязании на скорость адсорбции. Следствием быстрой адсорбции является также то, что смесь становится более восприимчивой к кратковременности перемешивания. При строительстве, когда SLS или SLU наносятся машиной, время перемешивания может составлять всего 10 секунд. Если суперпластификаторы не адсорбируются в течение этого срока, растекаемость обычно увеличивается с течением времени, поэтому, когда SLS попадает на пол, где смесь должна образовать ровную поверхность, растекаемость слишком высока, и возможны проблемы расслаивания и выпотевания.
В результате непрерывных исследований и разработок были изучены, испытаны, отвергнуты, модифицированы, испытаны повторно различные аспекты химических свойств разнообразных полимеров, в результате чего были отобраны некоторые полимеры. Как указывалось выше, ключевыми параметрами являлись смачиваемость и совместимость с другими добавками. Под такими добавками подразумеваются в основном замедлители, но это также может иметь значение в случае добавок и/или цементов с высоким содержанием сульфатов, где адсорбционная конкуренция также играет решающую роль. Полимерные структуры, одобренные в отделе исследований и разработок, были испытаны в отношении возможности производства сначала на пилотных установках, затем в полном масштабе. Готовый порошок проходил полевые испытания и после этого был одобрен для продажи. На этапе испытаний помимо смачиваемости и совместимости измерялись и другие параметры. В первую очередь это были растекаемость, сохранение растекаемости, время твердения и усадка. Сохранение растекаемости дает представление о свойствах смачивания, что также отражает совместимость. В целом все испытанные полимеры на основе поликарбоксилатов превосходили продукты как на основе меламина, так и на основе казеина. Впрочем, один из полимеров на данной основе (первого поколения) продемонстрировал свойства хуже таковых меламина через 5 и 20 минут и хуже таковых казеина через 5 минут. Это означает, что нельзя просто изготовить полимер на основе поликарбоксилата и полагаться на его специфические свойства в рассматриваемых областях применения. Твердение SLS или сходной системы часто можно контролировать с помощью ускорителей или замедлителей. На это и на первичное замедление могут влиять суперпластификаторы. При разработке новых полимеров время твердения — это параметр, требующий количественной оценки, однако, если замедление не слишком сильное, это преодолевается использованием правильных систем ускорителей/заместителей.
Как уже говорилось, исходная прочность поликарбоксилатов первого поколения достаточна. При составлении технических требований для продуктов второго поколения единственной целью было сохранение прочности на сжатие, сравнимой с существующими продуктами. Совместимость является ключевым параметром для получения продукта со свойствами, установленными в начале процесса. Как описывалось выше, конкурируют молекулы замедлителя и полимеры поликарбоксилата (сульфаты, конечно, здесь также играют роль, но в данной работе внимание сконцентрировано на замедлителях). И снова в данном отношении различные полимеры обладают различной конкурентоспособностью. Лимонная кислота является, наверно, самым трудным замедлителем в отношении конкуренции для поликарбоксилата и других полимеров (меламины и казеины). Первое поколение поликарбоксилатов (VC105P) имеет некоторые проблемы при конкуренции с лимонной кислотой, но очень хорошо работает с другим замедлителем — винной кислотой. То же касается VC125P, но лимонная кислота почти не оказывает влияния на VC225P, что являлось одной из задач проекта. Как было показано при разработке жидких суперпластификаторов на основе поликарбоксилатов, усадка улучшается (то есть уменьшается) при использовании продуктов на основе поликарбоксилатов по сравнению с продуктами на основе меламина и нафталина. То же применимо к продуктам в форме порошка. Естественно, здесь также существуют отличия между разными полимерами поликарбоксилата (некоторые работают лучше продуктов первого поколения, некоторые — так же хорошо). После определения технических параметров, коими должен обладать искомый продукт, стало возможно разработать полимеры, отвечающие этим требованиям (и в некоторых случаях их превосходящие).
Новый продукт обладает улучшенной растекаемостью по сравнению с существующими. Это означает, что можно использовать меньшие дозировки при более низких затратах. Сохранение растекаемости поддерживается в течение долгого времени, что также подразумевает, что полимер обладает достаточно хорошим смачиванием. Время твердения такое же, как для предыдущего поколения полимеров. Прочность на сжатие такого же порядка, как для существующих продуктов на ранних сроках, и слегка увеличивается на поздних сроках. Совместимость значительно улучшена, что, в свою очередь, повышает универсальность и надежность полимеров второго поколения. Усадка — как у полимеров первого поколения, в некоторых случаях имеет место небольшое улучшение. Однако все полимеры работают намного лучше, чем продукты на основе меламина и казеина.
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 35 за 2008 год в рубрике материалы и технологии
