Materiale di preparazione del superfluidificante dell'acido policarbossilico

I superfluidificanti policarbossilati, in quanto rappresentanti della terza generazione di agenti riducenti l'acqua in Cina, presentano vantaggi rispetto agli agenti di prima generazione rappresentati dai ligninsolfonati e agli agenti di seconda generazione rappresentati dai naftalene solfonati, tra cui elevati tassi di riduzione dell'acqua, eccellente ritenzione della slump e forza potenziata. I superfluidificanti policarbossilati sono particolarmente adatti per la preparazione di calcestruzzo trasparente ad alta durabilità, alta fluidità, elevata ritenzione della lavorabilità e alta resistenza. I principi di preparazione, i metodi e le precauzioni per l'utilizzo dei superfluidificanti policarbossilati sono i seguenti, nella speranza di fornire ispirazione a tutti.

1. Materie prime

L'acido acrilico (AA), il metacrilato di sodio (MAS), il persolfato di ammonio (APS) sono reagenti chimici disponibili in commercio; il monomero di poliossietilene è autocostruito, con gradi di polimerizzazione approssimativamente 9, 23 e 35; il cemento utilizzato è P.O42.5R.

2. Metodo di preparazione

Sciogliere l'acido acrilico, il metacrilato di sodio, il persolfato di ammonio e il monomero di poliossietilene in acqua deionizzata per preparare soluzioni al 20%. In un pallone a tre colli dotato di agitatore, condensatore a riflusso e termometro, aggiungere goccia a goccia i monomeri e l'iniziatore in lotti. Dopo l'aggiunta, mantenere la reazione a 75 gradi per un certo periodo. Una volta completata la reazione, regolare il pH su 7–8 utilizzando una soluzione di NaOH al 20% per ottenere un superfluidificante policarbossilato giallo o bruno-rossastro con una concentrazione approssimativa del 20%.

3. Meccanismo d'azione

1. Quando il superfluidificante viene aggiunto al calcestruzzo, i suoi gruppi idrofobici si adsorbono direzionalmente sulle superfici delle particelle di cemento, mentre i gruppi idrofili puntano verso la soluzione acquosa, formando uno strato adsorbito monomolecolare o multimolecolare. A causa dell'adsorbimento direzionale del tensioattivo, la superficie della pasta di cemento trasporta cariche simili, con conseguente mutua repulsione. Ciò non solo mantiene il sistema cemento-acqua in una sospensione relativamente stabile ma aiuta anche a disperdere la struttura flocculante formata durante la miscelazione iniziale con acqua, rilasciando così l'acqua intrappolata all'interno della struttura flocculante e ottenendo una riduzione dell'acqua. L'aggiunta del superfluidificante migliora la lavorabilità del calcestruzzo fresco e riduce significativamente il volume dei pori all'interno della pietra di cemento a causa di una notevole diminuzione del rapporto acqua-cemento, portando ad una pietra di cemento più densa e ad una maggiore resistenza alla compressione del calcestruzzo. Il superfluidificante influisce anche sulla velocità di idratazione e sul tempo di presa del cemento.
2. L'effetto di riduzione dell'acqua è un ruolo importante svolto dal tensioattivo nel processo di idratazione del cemento. Il superfluidificante può ridurre il consumo di acqua unitario senza alterare la lavorabilità del calcestruzzo, oppure migliorare la lavorabilità senza modificare il consumo di acqua, oppure ottenere entrambi gli effetti senza alterare significativamente il contenuto di aria dell'additivo. Attualmente gli agenti riduttori d'acqua utilizzati nel calcestruzzo sono tutti tensioattivi, in particolare tensioattivi anionici.
3. Dopo la miscelazione di cemento e acqua, si forma una struttura flocculante che racchiude molta acqua d'impasto, riducendo così la lavorabilità del calcestruzzo fresco (nota anche come lavorabilità, che si riferisce alla capacità del calcestruzzo fresco di rimanere uniforme, compatto e di impedire segregazioni durante miscelazione, trasporto e versamento). Per mantenere la lavorabilità desiderata in corso d'opera è necessario aumentare la quantità di acqua d'impasto. Tuttavia, l’aumento della quantità di acqua porterà ad un’eccessiva formazione di pori all’interno della struttura in pietra di cemento, influenzando gravemente le proprietà fisiche e meccaniche del calcestruzzo indurito. Aggiungendo una quantità adeguata di superfluidificante durante la preparazione del calcestruzzo, questo effetto può essere efficacemente mitigato.

4. Precauzioni per l'uso

1. I superfluidificanti policarbossilati dovrebbero evitare il contatto a lungo termine con materiali ferrosi. Poiché questi prodotti sono spesso acidi, il contatto prolungato con il ferro può causare reazioni lente, con conseguente scolorimento e degrado delle prestazioni.
2. I superfluidificanti policarbossilati sono sensibili ai cambiamenti delle materie prime. Variazioni significative nella qualità della sabbia, della pietra e dei materiali supplementari come ceneri volanti e scorie possono influire sulle prestazioni del calcestruzzo contenente superfluidificanti policarbossilati. Pertanto, per ottenere risultati ottimali, è necessario testare nuovamente e regolare il dosaggio in base alle materie prime modificate.
3. Esistono ancora problemi di compatibilità con alcuni tipi di cemento, che possono comportare tassi di riduzione dell'acqua inferiori e una maggiore perdita di consistenza. Quando si riscontra una scarsa compatibilità, per ottenere prestazioni ottimali sono necessarie modifiche al dosaggio degli additivi nelle miscele di calcestruzzo.
4. A causa dell'elevato tasso di riduzione dell'acqua dei superfluidificanti policarbossilati, lo slump del calcestruzzo è particolarmente sensibile al consumo di acqua. Pertanto, è essenziale controllare rigorosamente la quantità di acqua utilizzata. Un'acqua eccessiva può portare a segregazione, sanguinamento, indurimento e ad un contenuto d'aria eccessivamente elevato.
5. Quando si utilizzano superfluidificanti policarbossilati è consigliabile aumentare opportunamente il tempo di miscelazione (tipicamente circa il doppio di quello degli additivi tradizionali) per sfruttare al meglio l'effetto di ingombro spaziale dei superfluidificanti.
6. I superfluidificanti policarbossilati sono particolarmente sensibili al contenuto di fango degli aggregati. Un elevato contenuto di fango può ridurne l'efficacia, quindi la qualità degli aggregati deve essere rigorosamente controllata. Se il contenuto di fango aumenta, è necessario aumentare il dosaggio del superfluidificante policarbossilato.
7. Quando si verificano notevoli sbalzi termici tra il giorno e la notte, è importante monitorare i cambiamenti nello scorrimento del calcestruzzo e adeguare tempestivamente il dosaggio dell'additivo (seguendo il principio del dosaggio inferiore alle basse temperature e del dosaggio maggiore alle alte temperature).
8. I superfluidificanti policarbossilati non devono essere miscelati con superfluidificanti a base di naftalene. Deve essere evitata la miscelazione e qualsiasi attrezzatura utilizzata con superfluidificanti naftalenici deve essere pulita accuratamente per prevenire la perdita di efficacia dei superfluidificanti policarbossilati.
9. In fase di collaudo (produzione), quando si è raggiunto solo il dosaggio base e la lavorabilità iniziale del calcestruzzo, si possono verificare comunque perdite significative nel tempo. Pertanto, durante il collaudo (produzione), è consigliabile aumentare il dosaggio (per raggiungere un livello saturato) per risolvere il problema della perdita di slump.
10. Poiché i superfluidificanti policarbossilati hanno tassi di riduzione dell’acqua e disperdibilità elevati, la lavorabilità del calcestruzzo dovrebbe essere valutata principalmente attraverso parametri di fluidità piuttosto che solo con lo slump.
11. Quando si riduce la quantità di materiali cementizi, è fondamentale garantire un controllo più rigoroso del rapporto acqua-cemento durante la produzione. Se si verifica una significativa perdita di fluidità, è necessario rimediare aumentando il dosaggio dell'additivo o aggiungendolo nuovamente, piuttosto che aggiungendo acqua, che può ridurre significativamente la resistenza.
12. La resistenza del calcestruzzo è determinata principalmente dal rapporto acqua-cemento. I superfluidificanti policarbossilati, grazie al loro elevato tasso di riduzione dell’acqua, possono facilmente ridurre l’utilizzo di acqua nel mix di produzione, riducendo così il rapporto acqua-cemento e il costo complessivo del calcestruzzo. Le modifiche al dosaggio dell'additivo devono essere apportate in tempo reale in base alle condizioni della materia prima e alle fluttuazioni di temperatura che influiscono sulla lavorabilità del calcestruzzo.