สารผสมคอนกรีตของจีน: การใช้ในอุตสาหกรรมและแนวโน้มการพัฒนาของสารลดน้ำอย่างมีประสิทธิภาพสูง

ในฐานะที่เป็นสารผสมทางเคมีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในวิศวกรรมคอนกรีต ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์มีผลสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของคอนกรีต เพิ่มความแข็งแรงและลดอัตราส่วนระหว่างน้ำกับซีเมนต์ ในบทความนี้ ได้มีการทบทวนการจำแนกประเภท กลไกการทำงาน และการประยุกต์ใช้สารลดน้ำในคอนกรีต ผลกระทบและแนวโน้มการใช้งานของสารลดน้ำประเภทต่างๆ ในการปฏิบัติทางวิศวกรรมได้รับการอภิปราย

วิวัฒนาการของสารลดน้ำในคอนกรีต

รุ่นแรก: ประเภทลิกโนซัลโฟเนต (Na, Mg, Ca)

รุ่นที่สอง: แนฟทาลีนซัลโฟเนต ซัลโฟเนตเมลามีนฟอร์มาลดีไฮด์ ซีรีส์อัลลิฟาติก และซีรีส์กรดอะมิโนซัลโฟนิก

รุ่นที่สาม: ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์โพลีคาร์บอกซิเลต ซึ่งเป็นตัวแทนของเทคโนโลยีซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์ที่ยอดเยี่ยม

1. ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์โพลีคาร์บอกซิเลต (PCE)

ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์โพลีคาร์บอกซิเลตของจีนยืนอยู่แถวหน้าของเทคโนโลยีคอนกรีต ปฏิวัติตลาดทั้งในประเทศและต่างประเทศ ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์ขั้นสูงนี้ได้รับการออกแบบอย่างพิถีพิถันตามการออกแบบโมเลกุลที่ซับซ้อนและความสามารถในการดูดซับที่ยอดเยี่ยมของโพลีคาร์บอกซิเลต นำเสนอวิธีการลดน้ำและการกักเก็บที่ล้ำสมัยสำหรับการใช้งานคอนกรีต

1.1 บทนำของ PCE

• องค์ประกอบและโครงสร้าง

ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์โพลีคาร์บอกซิเลตประกอบด้วยสายโซ่พอลิเมอร์ยาวที่มีโครงสร้างหลักเป็นโพลีคาร์บอกซิเลตและสายโซ่ด้านข้างเป็นโพลิเอทิลีนไกลคอล (PEG) หรือสารประกอบที่คล้ายกัน การออกแบบโมเลกุลนี้ช่วยให้ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์สามารถดูดซับบนอนุภาคซีเมนต์ในขณะที่สายโซ่ด้านข้างยื่นออกไปในสารละลายรอบๆ สร้างการกีดขวางทางสเตริกที่ป้องกันการจับกลุ่มของอนุภาค ส่งผลให้การกระจายตัวของอนุภาคซีเมนต์ดีขึ้น ลดความจำเป็นในการใช้น้ำส่วนเกินในส่วนผสมคอนกรีต

• กลไกการทำงาน

กลไกหลักที่ PCE ทำงานคือผ่านการผลักกันทางไฟฟ้าสถิตและการกีดขวางทางสเตริก เมื่อถูกนำเข้าสู่ส่วนผสมซีเมนต์ ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์จะดูดซับบนพื้นผิวของอนุภาคซีเมนต์ ทำให้เกิดประจุลบที่ผลักอนุภาคออกจากกัน การผลักกันนี้ร่วมกับอุปสรรคทางกายภาพที่สร้างโดยสายโซ่พอลิเมอร์ที่ยืดออก ช่วยเพิ่มการกระจายตัวของอนุภาคซีเมนต์ นำไปสู่การลดความต้องการน้ำอย่างมีนัยสำคัญในขณะที่ยังคงหรือปรับปรุงความสามารถในการไหลของคอนกรีต

1.2 การใช้งานและข้อดีของ PCE

ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์โพลีคาร์บอกซิเลตถูกใช้อย่างแพร่หลายในงานคอนกรีตประสิทธิภาพสูงต่างๆ รวมถึงคอนกรีตสำเร็จรูป คอนกรีตที่สามารถไหลได้เอง (SCC) และคอนกรีตที่มีความแข็งแรงสูง ข้อดีหลักๆ ได้แก่:

• ปริมาณที่ต้องการน้อยที่สุดพร้อมการลดน้ำสูง

บรรลุการลดน้ำอย่างมีนัยสำคัญด้วยปริมาณที่น้อยที่สุด เพิ่มประสิทธิภาพและความคุ้มค่า

• การคงตัวของคอนกรีตที่ยอดเยี่ยม

รักษาการคงตัวของการยุบตัวที่ยอดเยี่ยม ทำให้มั่นใจได้ถึงความสามารถในการทำงานในช่วงเวลาที่ยาวนาน

• ความเข้ากันได้ที่ยอดเยี่ยมกับซีเมนต์ประเภทต่างๆ

เข้ากันได้กับซีเมนต์หลากหลายประเภท ทำให้มีความเป็นไปได้ในการใช้งานที่กว้างขวาง

• การหดตัวของคอนกรีตน้อยที่สุด

รับประกันความเสถียรของปริมาตรและความทนทานที่ยอดเยี่ยมโดยการลดการหดตัว

• การผลิตและการใช้งานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ผลิตและใช้งานผ่านกระบวนการที่คำนึงถึงสิ่งแวดล้อม มีส่วนช่วยในการปฏิบัติการก่อสร้างที่ยั่งยืน

2. ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์แนฟทาลีน FDN/SNF

2.1 บทนำของ FDN

ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์ที่ใช้แนฟทาลีน (หรือที่รู้จักกันในชื่อคอนเดนเสทแนฟทาลีนซัลโฟเนตฟอร์มาลดีไฮด์หรือ NSF) เป็นหนึ่งในสารลดน้ำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมคอนกรีต ในฐานะที่เป็นสารลดน้ำช่วงสูง (HRWR) ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์แนฟทาลีนช่วยปรับปรุงความสามารถในการทำงานของคอนกรีตอย่างมีนัยสำคัญโดยการลดปริมาณน้ำโดยไม่ลดทอนความแข็งแรงของส่วนผสม

• องค์ประกอบและโครงสร้าง

ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์แนฟทาลีนได้มาจากการซัลโฟเนชันของแนฟทาลีน ตามด้วยการควบแน่นกับฟอร์มาลดีไฮด์ พอลิเมอร์ที่ได้เรียกว่าคอนเดนเสทแนฟทาลีนซัลโฟเนตฟอร์มาลดีไฮด์ (NSF) มีโครงสร้างโมเลกุลเชิงเส้นที่มีกลุ่มซัลโฟเนตหลายกลุ่ม กลุ่มซัลโฟเนตเหล่านี้ให้ประจุลบที่แข็งแกร่ง ซึ่งจำเป็นสำหรับการกระจายตัวของอนุภาคซีเมนต์ในส่วนผสมคอนกรีต ลดความต้องการน้ำและปรับปรุงความลื่นไหลโดยรวมของคอนกรีต

• กลไกการทำงาน

ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์แนฟทาลีนทำงานหลักผ่านการผลักกันทางไฟฟ้าสถิต เมื่อถูกเพิ่มลงในส่วนผสมคอนกรีต กลุ่มซัลโฟเนตที่มีประจุลบจะเกาะติดกับพื้นผิวของอนุภาคซีเมนต์ ทำให้พวกมันผลักกัน การผลักกันนี้ป้องกันการรวมตัวของอนุภาคซีเมนต์ ส่งผลให้การกระจายตัวดีขึ้นและการไฮเดรชันมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยการลดปริมาณน้ำที่จำเป็นเพื่อให้ได้ความสามารถในการทำงานที่ต้องการ ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์ที่ใช้ NSF ช่วยให้คอนกรีตมีความแข็งแรงและความหนาแน่นสูงขึ้นในขณะที่ยังคงความสามารถในการไหล

2.2 การใช้งานและข้อดีของ FDN

ซุปเปอร์พลาสติไซเซอร์แนฟทาลีนถูกนำไปใช้กันอย่างแพร่หลายในคอนกรีตประเภทต่างๆ โดยเฉพาะในโครงการก่อสร้างขนาดใหญ่ การผลิตคอนกรีตสำเร็จรูป และการใช้งานคอนกรีตที่มีความแข็งแรงสูง ข้อดีหลักๆ ได้แก่:

• การลดน้ำสูง: NSF สามารถลดปริมาณน้ำในส่วนผสมคอนกรีตได้ถึง 30% นำไปสู่คอนกรีตที่แข็งแรงและทนทานมากขึ้น
• การปรับปรุงความสามารถในการทำงาน: แม้ที่อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ต่ำ คอนกรีตที่มีสารเพิ่มความลื่นแนฟทาลีนยังคงรักษาการไหลและความสามารถในการทำงานที่ยอดเยี่ยม ซึ่งมีความสำคัญสำหรับแบบฟอร์มที่ซับซ้อนและการเสริมแรงที่หนาแน่น
• การพัฒนาความแข็งแรงในระยะแรกที่ดีขึ้น: NSF ส่งเสริมการเกิดไฮเดรชันที่เร็วขึ้นและการเพิ่มความแข็งแรงในระยะแรก ทำให้เหมาะสำหรับโครงการที่ต้องการการถอดแบบเร็วหรือกำหนดการก่อสร้างที่เร่งด่วน
• คุ้มค่า: สารเพิ่มความลื่นที่มีฐานแนฟทาลีนมักมีราคาถูกกว่าสารเพิ่มความลื่นเทคโนโลยีใหม่ ๆ ทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมในโครงการที่มีงบประมาณจำกัด
• ความเข้ากันได้: NSF เข้ากันได้กับซีเมนต์ประเภทต่าง ๆ และสารผสมอื่น ๆ ทำให้มีความยืดหยุ่นในการออกแบบส่วนผสมคอนกรีต

3. โซเดียมลิกโนซัลโฟเนต SLS

3.1 การแนะนำ SLS

โซเดียมลิกโนซัลโฟเนตเป็นพอลิเมอร์อินทรีย์ที่ได้จากลิกนิน ซึ่งเป็นส่วนประกอบธรรมชาติของไม้ มันถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นสารลดน้ำ (plasticizer) ในส่วนผสมคอนกรีตเนื่องจากความสามารถในการเพิ่มความสามารถในการทำงานและลดปริมาณน้ำของคอนกรีตโดยไม่ลดทอนความแข็งแรง โซเดียมลิกโนซัลโฟเนตยังถูกใช้ในอุตสาหกรรมอื่น ๆ เช่น เกษตรกรรม เซรามิก และการขุดเจาะน้ำมัน เนื่องจากคุณสมบัติในการกระจายและการยึดเกาะ

• องค์ประกอบและโครงสร้าง

โซเดียมลิกโนซัลโฟเนตเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการผลิตเยื่อกระดาษ ซึ่งลิกนินจากไม้ถูกซัลโฟเนตและจากนั้นถูกทำให้เป็นกลางด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์ ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้ซับซ้อนที่มีจำนวนมากของกลุ่มซัลโฟเนต (-SO) ติดอยู่กับกระดูกสันหลังของมัน โครงสร้างนี้ให้คุณสมบัติการกระจายที่ยอดเยี่ยมแก่โซเดียมลิกโนซัลโฟเนต เนื่องจากกลุ่มซัลโฟเนตสร้างประจุลบที่ช่วยทำลายกลุ่มอนุภาคในวัสดุต่าง ๆ รวมถึงอนุภาคซีเมนต์ในคอนกรีต

• กลไกการทำงานในคอนกรีต

ในคอนกรีต โซเดียมลิกโนซัลโฟเนตทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มความลื่นโดยการกระจายอนุภาคซีเมนต์ผ่านการผลักกันทางไฟฟ้าสถิต เมื่อถูกนำเข้าสู่ส่วนผสมคอนกรีต กลุ่มซัลโฟเนตจะเกาะติดกับพื้นผิวของอนุภาคซีเมนต์ ทำให้เกิดประจุลบ ซึ่งทำให้อนุภาคผลักกัน ป้องกันการเกาะกลุ่มและส่งเสริมการกระจายที่ดีขึ้น ผลที่ได้คือส่วนผสมคอนกรีตมีความลื่นและสามารถทำงานได้ดีขึ้นโดยไม่ต้องใช้น้ำเพิ่มเติม โดยการลดอัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ โซเดียมลิกโนซัลโฟเนตช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของคอนกรีต เช่น ความแข็งแรงและความทนทาน

3.2 การใช้งานและข้อดีของ SLS

3.2.1 การใช้งาน

โซเดียมลิกโนซัลโฟเนตถูกใช้ในอุตสาหกรรมที่หลากหลายเนื่องจากความหลากหลายและความคุ้มค่า การใช้งานหลักของมันรวมถึง:

• คอนกรีตและการก่อสร้าง: โซเดียมลิกโนซัลโฟเนตถูกใช้เป็นสารลดน้ำและสารเพิ่มความลื่นในคอนกรีต ปรับปรุงความสามารถในการทำงานและลดปริมาณน้ำในขณะที่รักษาหรือเพิ่มคุณสมบัติทางกลของส่วนผสม มันมีประโยชน์โดยเฉพาะในคอนกรีตผสมเสร็จ คอนกรีตสำเร็จรูป และโครงสร้างคอนกรีตขนาดใหญ่
• เกษตรกรรม: ในเกษตรกรรม โซเดียมลิกโนซัลโฟเนตถูกใช้เป็นสารยึดเกาะสำหรับอาหารสัตว์และเป็นสารกระจายสำหรับปุ๋ยและยาฆ่าแมลง ปรับปรุงประสิทธิภาพและการกระจายของพวกมัน
• เซรามิก: ในอุตสาหกรรมเซรามิก โซเดียมลิกโนซัลโฟเนตทำหน้าที่เป็นสารลดความหนืด ลดความหนืดของสารละลายเซรามิก ซึ่งช่วยให้การหล่อและการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์เซรามิกดีขึ้น
• การขุดเจาะน้ำมัน: โซเดียมลิกโนซัลโฟเนตถูกใช้เป็นสารกระจายในโคลนเจาะ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติการไหลและป้องกันการตกตะกอนระหว่างกระบวนการเจาะ

3.2.1 ข้อดี

โซเดียมลิกโนซัลโฟเนตมีข้อดีหลายประการในหลากหลายการใช้งาน:

• คุ้มค่า: มันเป็นหนึ่งในสารลดน้ำที่มีราคาถูกที่สุดที่มีอยู่ ทำให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมในโครงการก่อสร้างขนาดใหญ่
• ความยั่งยืน: ในฐานะผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมการผลิตเยื่อกระดาษ โซเดียมลิกโนซัลโฟเนตเป็นทรัพยากรที่สามารถหมุนเวียนได้ ช่วยส่งเสริมการปฏิบัติการก่อสร้างที่ยั่งยืนมากขึ้น
• การปรับปรุงความสามารถในการทำงาน: ในคอนกรีต โซเดียมลิกโนซัลโฟเนตช่วยเพิ่มความสามารถในการทำงานที่อัตราส่วนน้ำต่อซีเมนต์ที่ต่ำกว่า ลดความเสี่ยงของการแตกร้าวและปรับปรุงความทนทานในระยะยาว
• การใช้งานในหลายอุตสาหกรรม: ความหลากหลายของมันทำให้สามารถใช้งานในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย ตั้งแต่การก่อสร้างไปจนถึงเกษตรกรรมและอื่น ๆ