Là một loại phụ gia hóa học được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật bê tông, chất siêu dẻo có tác dụng đáng kể trong việc cải thiện hiệu suất bê tông, tăng cường độ và giảm tỷ lệ nước-xi măng. Trong bài viết này, phân loại, cơ chế hoạt động và ứng dụng của các chất giảm nước trong bê tông được xem xét. Các tác động và triển vọng ứng dụng của các loại chất giảm nước khác nhau trong thực tiễn kỹ thuật được thảo luận.
Sự phát triển của các phụ gia giảm nước cho bê tông
Thế hệ thứ nhất: Các loại lignosulfonate (Na, Mg, Ca).
Thế hệ thứ hai: Naphthalene sulfonate, Sulfonated melamine formaldehyde, chuỗi aliphatic và chuỗi axit amino sulfonic.
Thế hệ thứ ba: Polycarboxylate superplasticizer, đại diện cho đỉnh cao của công nghệ siêu dẻo.
1. Chất siêu dẻo Polycarboxylate (PCE)
Chất siêu dẻo Polycarboxylate của Trung Quốc đứng ở vị trí hàng đầu trong công nghệ bê tông, cách mạng hóa cả thị trường trong nước và quốc tế. Chất siêu dẻo tiên tiến này được thiết kế tỉ mỉ dựa trên các thiết kế phân tử tinh vi và khả năng hấp phụ đặc biệt của polycarboxylate, cung cấp giải pháp giảm nước và giữ nước đột phá cho các ứng dụng bê tông.
1.1 Giới thiệu về PCE
- Thành phần và cấu trúc
Các chất siêu dẻo polycarboxylate bao gồm các chuỗi polymer dài với xương sống là polycarboxylate và các chuỗi bên là polyethylene glycol (PEG) hoặc các hợp chất tương tự khác. Thiết kế phân tử này tạo điều kiện cho sự hấp phụ của chất siêu dẻo lên các hạt xi măng trong khi các chuỗi bên mở rộng vào dung dịch xung quanh, tạo ra sự cản trở không gian ngăn chặn sự kết tụ của các hạt. Điều này dẫn đến sự phân tán tốt hơn của các hạt xi măng, giảm nhu cầu nước dư thừa trong hỗn hợp bê tông.
- Cơ chế hoạt động
Cơ chế chính mà PCE hoạt động là thông qua sự đẩy tĩnh điện và cản trở không gian. Khi được đưa vào hỗn hợp xi măng, chất siêu dẻo hấp phụ lên bề mặt của các hạt xi măng, tạo ra một điện tích âm đẩy các hạt ra xa nhau. Sự đẩy này, kết hợp với rào cản vật lý được tạo ra bởi các chuỗi polymer mở rộng, tăng cường sự phân tán của các hạt xi măng, dẫn đến sự giảm đáng kể nhu cầu nước trong khi vẫn duy trì hoặc cải thiện tính lưu động của bê tông.
1.2 Ứng dụng và lợi ích của PCE
Các chất siêu dẻo polycarboxylate được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng bê tông hiệu suất cao khác nhau, bao gồm bê tông đúc sẵn, bê tông tự lèn (SCC) và bê tông cường độ cao. Các lợi ích chính bao gồm:
- Liều lượng tối thiểu cần thiết với khả năng giảm nước cao
Đạt được sự giảm nước đáng kể với liều lượng tối thiểu, nâng cao hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
- Khả năng giữ độ sụt bê tông tuyệt vời
Duy trì khả năng giữ độ sụt vượt trội, đảm bảo tính công tác trong thời gian dài.
- Tương thích tuyệt vời với các loại xi măng khác nhau
Tương thích với nhiều loại xi măng, đảm bảo khả năng ứng dụng rộng rãi.
- Co ngót bê tông tối thiểu
Đảm bảo độ ổn định thể tích và độ bền vượt trội bằng cách giảm thiểu co ngót.
- Sản xuất và sử dụng thân thiện với môi trường
Được sản xuất và sử dụng thông qua các quy trình có ý thức về môi trường, góp phần vào các thực hành xây dựng bền vững.
2. Chất siêu dẻo Naphthalene FDN/SNF
2.1 Giới thiệu về FDN
Các chất siêu dẻo dựa trên naphthalene (còn được gọi là naphthalene sulfonate formaldehyde condensates hoặc NSF) là một trong những chất giảm nước được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp bê tông. Là một chất giảm nước phạm vi cao (HRWR), các chất siêu dẻo naphthalene cải thiện đáng kể tính công tác của bê tông bằng cách giảm hàm lượng nước mà không làm giảm độ bền của hỗn hợp.
- Thành phần và cấu trúc
Các chất siêu dẻo naphthalene được tạo ra từ quá trình sulfon hóa naphthalene, sau đó là ngưng tụ với formaldehyde. Các polymer kết quả, được gọi là naphthalene sulfonate formaldehyde (NSF) condensates, sở hữu cấu trúc phân tử tuyến tính với nhiều nhóm sulfonate. Các nhóm sulfonate này cung cấp một điện tích âm mạnh, điều này rất cần thiết để phân tán các hạt xi măng trong hỗn hợp bê tông, giảm nhu cầu nước và cải thiện tính lưu động tổng thể của bê tông.
- Cơ chế hoạt động
Các chất siêu dẻo naphthalene hoạt động chủ yếu thông qua sự đẩy tĩnh điện. Khi được thêm vào hỗn hợp bê tông, các nhóm sulfonate mang điện tích âm gắn vào bề mặt của các hạt xi măng, khiến chúng đẩy nhau. Sự đẩy này ngăn chặn sự kết tụ của các hạt xi măng, dẫn đến sự phân tán tốt hơn và quá trình hydrat hóa hiệu quả hơn. Bằng cách giảm lượng nước cần thiết để đạt được tính công tác mong muốn, các chất siêu dẻo dựa trên NSF cho phép bê tông có độ bền và mật độ cao hơn trong khi vẫn duy trì tính lưu động.
2.2 Ứng dụng và lợi ích của FDN
Các chất siêu dẻo naphthalene được áp dụng rộng rãi trong các loại bê tông khác nhau, đặc biệt là trong các dự án xây dựng quy mô lớn, sản xuất bê tông đúc sẵn và các ứng dụng bê tông cường độ cao. Các lợi thế chính bao gồm:
- Giảm nước cao: NSF có thể giảm hàm lượng nước của hỗn hợp bê tông lên đến 30%, dẫn đến bê tông mạnh hơn và bền hơn
- Cải thiện khả năng làm việc: Ngay cả ở tỷ lệ nước-xi măng thấp, bê tông với chất siêu dẻo naphthalene vẫn duy trì độ chảy và khả năng làm việc tuyệt vời, điều này rất quan trọng cho khuôn phức tạp và cốt thép dày đặc.
- Tăng cường phát triển độ bền sớm: NSF thúc đẩy quá trình hydrat hóa nhanh hơn và tăng cường độ sớm, làm cho nó lý tưởng cho các dự án yêu cầu loại bỏ khuôn nhanh hoặc lịch trình xây dựng nhanh chóng.
- Hiệu quả về chi phí: Chất siêu dẻo dựa trên naphthalene thường có giá cả phải chăng hơn so với các công nghệ chất siêu dẻo mới hơn, làm cho chúng trở thành lựa chọn phổ biến trong các dự án nhạy cảm về ngân sách.
- Tương thích: NSF tương thích với nhiều loại xi măng và các phụ gia khác, cho phép linh hoạt trong thiết kế hỗn hợp bê tông.
3. Natri Lignosulphonate SLS
3.1 Giới thiệu về SLS
Natri lignosulphonate là một polymer hữu cơ được chiết xuất từ lignin, một thành phần tự nhiên của gỗ. Nó được sử dụng rộng rãi như một chất giảm nước (chất hóa dẻo) trong hỗn hợp bê tông do khả năng cải thiện khả năng làm việc và giảm hàm lượng nước của bê tông mà không làm giảm độ bền của nó. Natri lignosulphonate cũng được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác, chẳng hạn như nông nghiệp, gốm sứ và khoan dầu, do tính chất phân tán và kết dính của nó.
- Thành phần và Cấu trúc
Natri lignosulphonate là một sản phẩm phụ của quá trình sản xuất bột gỗ, nơi lignin từ gỗ được sulfon hóa và sau đó được trung hòa với natri hydroxit. Sản phẩm thu được là một polymer phức tạp, hòa tan trong nước với một số lượng lớn các nhóm sulfonate (-SO) gắn vào xương sống của nó. Cấu trúc này mang lại cho natri lignosulphonate các tính chất phân tán tuyệt vời, vì các nhóm sulfonate tạo ra một điện tích âm giúp phá vỡ các cụm hạt trong các vật liệu khác nhau, bao gồm cả các hạt xi măng trong bê tông.
- Cơ chế hoạt động trong bê tông
Trong bê tông, natri lignosulphonate hoạt động như một chất hóa dẻo bằng cách phân tán các hạt xi măng thông qua sự đẩy tĩnh điện. Khi được đưa vào hỗn hợp bê tông, các nhóm sulfonate gắn vào bề mặt của các hạt xi măng, tạo ra một điện tích âm. Điều này khiến các hạt đẩy nhau, ngăn ngừa sự kết tụ và thúc đẩy sự phân tán tốt hơn. Kết quả là, hỗn hợp bê tông trở nên linh hoạt và dễ làm việc hơn mà không cần thêm nước. Bằng cách giảm tỷ lệ nước-xi măng, natri lignosulphonate giúp cải thiện các tính chất cơ học của bê tông, chẳng hạn như độ bền và độ bền lâu dài.
3.2 Ứng dụng và Ưu điểm của SLS
3.2.1 Ứng dụng
Natri lignosulphonate được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp do tính linh hoạt và hiệu quả về chi phí của nó. Các ứng dụng chính bao gồm:
- Bê tông và Xây dựng: Natri lignosulphonate được sử dụng như một chất giảm nước và chất hóa dẻo trong bê tông, cải thiện khả năng làm việc và giảm hàm lượng nước trong khi duy trì hoặc cải thiện các tính chất cơ học của hỗn hợp. Nó đặc biệt hữu ích trong bê tông trộn sẵn, bê tông đúc sẵn và các cấu trúc bê tông khối lượng lớn.
- Nông nghiệp: Trong nông nghiệp, natri lignosulphonate được sử dụng như một chất kết dính cho thức ăn chăn nuôi và như một chất phân tán cho phân bón và thuốc trừ sâu, cải thiện hiệu quả và phân phối của chúng.
- Gốm sứ: Trong ngành công nghiệp gốm sứ, natri lignosulphonate hoạt động như một chất làm loãng, giảm độ nhớt của bùn gốm, cho phép đúc và tạo hình sản phẩm gốm tốt hơn.
- Khoan dầu: Natri lignosulphonate được sử dụng như một chất phân tán trong bùn khoan, cải thiện tính chất dòng chảy của chúng và ngăn ngừa sự lắng đọng trong quá trình khoan.
3.2.1 Ưu điểm
Natri lignosulphonate mang lại nhiều lợi ích trong các ứng dụng khác nhau của nó:
- Hiệu quả về chi phí: Nó là một trong những chất giảm nước có giá cả phải chăng nhất hiện có, làm cho nó trở thành lựa chọn phổ biến trong các dự án xây dựng quy mô lớn.
- Bền vững: Là một sản phẩm phụ của ngành công nghiệp sản xuất bột gỗ, natri lignosulphonate là một nguồn tài nguyên tái tạo, góp phần vào các thực hành xây dựng bền vững hơn.
- Cải thiện khả năng làm việc: Trong bê tông, natri lignosulphonate cải thiện khả năng làm việc ở tỷ lệ nước-xi măng thấp hơn, giảm nguy cơ nứt và cải thiện độ bền lâu dài.
- Sử dụng đa ngành: Tính linh hoạt của nó cho phép ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ xây dựng đến nông nghiệp và hơn thế nữa.
