Гидратация силиката трикальцияНовые технологии в сырьевых материалах для суперпластификаторов бетона: Технический обзорГидратация силиката трикальция

Модификаторы текучести бетона
Модификаторы текучести бетона используются для улучшения характеристик текучести, времени обработки и свойств бетона.Суперпластификаторы на основе поликарбоксилатных эфиров (PCE)часто называемые "суперпластификаторами (SP)", представляют собой важнейший и высокоэффективный класс полимеров в данном контексте (Flatt, R., Schober, I., "Superplasticizers and the Rheology of Concrete," in Понимание реологии бетона, Woodhead Publishing Ltd, 2012, p. 144).

Менса - строительная химия
PCE представляют собой гребнеобразные полимеры с анионной основой и гибкими неионными боковыми цепями. Эти полимеры диспергируются в цементных системах в процессе обработки благодаря адсорбции основы на частицах цемента и стерическому отталкиванию, вызванному боковыми цепями. Мономеры для анионной основы в основном включают метакриловую кислоту (MA), акриловую кислоту (AA), малеиновую кислоту (MAL) или малеиновый ангидрид (MAA), а боковые цепи преимущественно состоят из метоксиполиэтиленгликоля (MPEG) и полиэтиленгликоля (PEG) [Сырье нового поколения для суперпластификаторов бетона - Mensa Building Chemistry].

Таким образом, SP, описанные в предшествующем уровне техники, являются химическими полимерами, содержащими С-С-связанные мономеры в качестве основы, карбоксильные группы кислот по методу Бронстеда (частично свободные или нейтрализованные) и органические эфирные/эфирные функциональные группы в качестве боковых цепей.

Маршруты синтеза ПХЭ
PCE синтезируются двумя основными способами:

1. ​Полимерно-аналоговое преобразование (например, этерификация или амидирование предварительно сформированных основ):
   • ​Шаг 1: Радикальная полимеризация (часто в водной среде) синтезирует основу из таких мономеров, как MA или AA.
   • ​Шаг 2: Кислотные группы в основе этерифицированы длинноцепочечными спиртами (например, MPEG-OH) или амидированы аминами (например, MPEG-NH₂).
2. ​Прямая сополимеризация: Комбинированные полимеры образуются путем сополимеризации мономеров, таких как MA/AA, с (мет)акриловыми производными ПЭГ (например, (М)ПЭГ-(М)А). Другие сомономеры включают ненасыщенные полиэфиры (например, аллил-ПЭГ (APEG), метилаллил-ПЭГ (TPEG), изопренол-ПЭГ (HPEG) или винилоксибутил-ПЭГ (VOBPEG)). В научной литературе также описаны дополнительные мономеры (стирол, функциональные (мет)акрилаты, амины, карбоновые кислоты и их соли).

Отношения между структурой и свойствами
Ключевые факторы, влияющие на показатели PCE, включают:

• ​Химия позвоночника: Акрилоил, метакрилоил, винил, аллил или малеиновые группы.
• ​Гидрофобный/гидрофильный баланс: Плотность -CH₃ (гидрофобных) против -CH₂-CH₂-O- (гидрофильных) групп.
• ​Плотность ионных групп: Группы карбоновых кислот (свободные или нейтрализованные) для адсорбции.
• ​Характеристики боковой цепи:
  • Состав: Преимущественно (М)ПЭГ, а также полипропиленоксид (PPO) или полибутиленоксид (PBO).
  • Молекулярная масса: Основа (~4,000-7,000 г/моль), боковые цепи (~500-10,000 г/моль, обычно 750-5,000 г/моль).
  • Стабильность связей: Эфирные (менее стабильны при высоком pH), амидные (устойчивы к гидролизу) или эфирные связи.

ПХЭ с более высокой плотностью ионных групп демонстрируют более высокую начальную дисперсию, но могут пожертвовать долгосрочной стабильностью (Flatt et al., 2012; Ferrari et al, Международные рефераты по бетону, 195, 2000, с. 505; Lange & Plank, J. Appl. Polym. Sci., 2015, 42529).

Щелочной гидролиз в цементных системах
Поровые растворы цемента (pH 12,5-13+) гидролизуют сложноэфирные связи в боковых цепях ПЦЭ, высвобождая ПЭГ и увеличивая содержание ионных карбоксилатов. Это повышает текучесть в долгосрочной перспективе, но снижает вязкость. Метакриловые эфиры более устойчивы к гидролизу, чем акриловые; амидные связи демонстрируют исключительную стабильность (Flatt et al., 2012; Plank et al, Кладбище. Конкр. Res., 40, 2010, 699-709).

Поиск сырья: (мет)акриловая кислота из побочных продуктов промышленности
(Мет)акриловая кислота (MAA/AA) для синтеза PCE может быть получена из промышленных процессов производства (мет)акролеина:

• ​Окисление акролеина/метакролеина: Потоки побочных продуктов при окислении C₃/C₄ содержат остатки (мет)акриловой кислоты, формальдегида, муравьиной кислоты и уксусной кислоты.
• ​Утилизация отходов: Разбавленные растворы (мет)акриловой кислоты, полученные при производстве акролеина (традиционно сжигаемого) или метилакролеина, могут быть повторно использованы для синтеза ПХЭ, что снижает затраты и воздействие на окружающую среду (Sun et al., CN 103435470, 2013; Arntz et al., Энциклопедия промышленной химии Ульмана, 2012).

Области применения решений на основе PCE

​Инфраструктура: Повышает прокачиваемость и долговечность при реализации крупномасштабных проектов.

​Высокоэффективный бетон: Достигает низкого водоцементного отношения (≤0,3) с повышенной обрабатываемостью.

​Устойчивое строительство: Используется механизированный песок и вторичные заполнители.