Chƣơng 1 : TỔNG QUAN
1.2. Tổng quan về phụ gia hóa học cho bê tông
1.2.7. Phụ gia siêu dẻo Polycarboxylate
a) Giới thiệu
Gần đây, nhiều loại phụ gia siêu dẻo mới trên cơ sở gốc polycarboxylate (PC) đã đƣợc nghiên cứu và sử dụng trong thực tiễn. Bên cạnh việc duy trì độ sụt, phụ gia siêu dẻo gốc PC thể hiện tính năng tốt hơn so với các loại polyme gốc sulfonate truyền thống là lƣợng nƣớc giảm rất cao nên cho đặc tính thi công tốt hơn và duy trì độ sụt lâu dài hơn.
Phụ gia Polycarboxylate là một loại phụ gia khá phổ biến trong xây dựng tại các nƣớc phát triển trên thế giới. Chỉ với một lƣợng nhỏ polycarboxylate thêm vào
25
hỗn hợp hồ xi măng sẽ làm thay đổi rất nhiều tính chất của bê tông từ thời gian đông kết tới các tính chất cơ lý của bê tông.
Ƣu điểm của việc bổ sung polycarboxylate là khả năng giảm lƣợng nƣớc sử dụng khá lớn, tăng độ bền nén, độ chống thấm và độ bền của bê tông.
Vào giữa những năm 1990, polycarboxylate đã đƣợc giới thiệu tại Bắc Mỹ, một giai đoạn mới về việc sử dụng phụ gia trong xi măng ra đời, điều này đã làm thay đổi hoàn toàn nhìn nhận về tầm ảnh hƣởng quan trong của phụ gia tới tính chất của bê tông. Nhờ đặc tính linh hoạt, dễ điều chỉnh cũng nhƣ có hiệu quả rõ rệt nên việc sử dụng phụ gia đã đƣợc chấp nhận rộng rãi trên toàn thế giới vào giai đoạn đó. Ngay sau khi giới thiệu phụ gia polycarboxylate, các nhà sản xuất bê tông bắt đầu thử nghiệm PC trong tất cả các phân đoạn của sản xuất bê tông; Tuy nhiên, Giai đoạn đổ hồ xi măng chính là giai đoạn thể hiện rõ nhất vai trò quan trọng của phụ gia PC. Khả năng tự điền vào một khuôn một cách nhanh chóng, trong khi vẫn duy trì hoặc thậm chí cải thiện chất dẻo và tính cứng của bê tông, làm PC đã có một lần ra mắt hoàn hảo cho các nhà sản xuất bê tông đúc sẵn.
Giới chuyên môn bắt đầu sử dụng thuật ngữ nhƣ độ sụt, độ nhớt, khả năng làm đầy, khả năng và tính lƣu biến để mô tả các tính chất của hồ xi măng khi có mặt loại phụ gia này. Không giống nhƣ các phụ gia trƣớc đó nhƣ naphthalene (C10H8) và melamine sulfonate (CH3SO2O) ngƣng tụ, trong đó có hóa chất cố định và khả năng hạn chế hiệu suất, công nghệ polycarboxylate là rất linh hoạt, các polycarboxylate polymer có thể đƣợc thiết kế và tối ƣu hóa cho một loạt các yêu cầu thực hiện, từ cƣờng độ ban đầu cao tới việc giảm thiểu lƣợng nƣớc tạo hình cũng nhƣ thời gian hydrat hóa.
Cấu trúc:
Polycarboxylate thƣờng đƣợc tổng hợp từ gốc Bisphenol A và Photgen với cơ chế hình thành nhƣ phản ứng dƣới đây:
26
- Quá trình phản ứng của gốc Bisphenol với photgen
- Quá trình loại trừ ion Cl- hình thành nên polycarboxylate
Tính chất vật lý:
- Polycarboxylate thể hiện tính chất cơ tốt ở nhiệt độ từ -40oF tới 280oF. - Có độ bền cao có khả năng chống va đập và biến dạng tốt.
27 - PC có khả năng cách điện cách nhiệt tốt. - Có độ bền sinh học cao.
- Dễ dàng tái chế và giá thành thấp.
b) Cơ chế tác dụng
Các chuỗi PC hấp phụ trên bề mặt các hạt tích điện do bản thân cấu trúc của PC luôn mang điện âm, bên cạnh đó PC còn thể hiện khả năng tƣơng tác với các phụ gia vô cơ nhƣ bột Canxi carbonat. Lƣợng hấp phụ của PC ta có thể xác định bằng phƣơng pháp đo điện thế Zeta. Số lƣợng và cấu tạo của polyme hấp phụ đƣợc xác định qua độ dày và mật độ của lớp polymer hình thành. Lớp này đƣợc lần lƣợt xác định nhờ khả năng phân tán của hệ thống chất huyền phù, vì khả năng phân tán của PC trong mạng không gian giữa các chuỗi bên PEO hấp phụ trên các hạt xi măng liền kề.[32]
Hấp phụ dạng hàng Hấp phụ dạng xoắn Hấp phụ dạng tiếp xúc
Hình 1.4 Các dạng hấp phụ của mạch PC lên bề mặt tích điện dương của các hạt vô cơ
Một sự tƣơng tác khác của PC với giai đoạn hydrate trong các hệ thống xi măng là, quá trình sự hấp phụ trên các hạt xi măng thủy hóa, hấp thu, là đan xen. Các mạch PC nhƣ là một hợp chất anion có thể xen vào aluminat tricalcium tích điện dƣơng (C3A) - lớp hydrat hóa dẫn đến trung hòa về điện. Nhƣ đã mô tả, sự hấp thụ của các mạch PC trên bề mặt hạt tác động tới sự phân tán của các hạt xi măng. Trong trƣờng hợp hấp thụ, mạch PC có thể xen vào giai đoạn ẩm và không còn hiệu quả phân tán. Kết quả là các vật liệu composite đƣợc đặc trƣng bởi một sự mở rộng đáng kể của các lớp của cấu trúc lớp của giai đoạn C3A hydrate (Hình. 1.5). Thông qua phƣơng pháp phân tích khác nhau (PXRD, IR, TG, phân tích nguyên tố) những yếu tố xen kẽ có thể đƣợc kiểm tra.[32]
28
Hình 1.5 Giản đồ minh họa quá trình hydrat hóa của C3A với sự có mặt của nước
và Polycarboxylate.
Phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate có những ƣu điểm so với phụ gia siêu dẻo gốc Naphthalene, chất béo (aliphatic), melamine sunfonat chủ yếu do một số điểm sau đây:
(1) Duy trì độ sụt tốt, sau 90 phút không mất độ sụt hoặc mất ít độ sụt hơn;
(2) Cùng ở trạng thái lỏng, ít ảnh hƣởng hơn đến thời gian đông kết của xi măng, hòa tan tốt trong nƣớc.
(3) Phụ gia siêu dẻo polycarboxylate có thể điều chỉnh đƣợc cấu trúc phân tử, giảm nƣớc cao, đƣợc sử dụng với những yêu cầu đặc biệt và sử dụng nhƣ: giảm nhiệt độ và phát triển nhanh cƣờng độ tuổi sớm, không làm mất độ sụt, chống co ngót… (4) Sử dụng tác nhân giảm nƣớc axit poly carboxylic, có thể thay thế xi măng bằng xỉ hoặc tro bay nhiều hơn, do đó giảm giá thành;
(5) Nguồn nguyên liệu thô để tổng hợp có mạch phân tử rộng, monome nhƣ: acrylic, methyl acrylic acid, maleic acid, (methyl) ethyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate (methyl), sodium allyl sulfonate, methyl methacrylate;
(6) Cấu trúc phân tử là tham số tự do, công nghệ sản xuất phụ gia có thể điều chỉnh đƣợc, điện thế cao;
29
(7) Quá trình trùng hợp đa dạng, nhƣ: đồng trùng hợp, ghép, khối… Quá trình trùng hợp tƣơng đối đơn giảm bởi nó không sử dụng formaldehyde, naphthalene và các chất độc hại khác, không gây ô nhiễm môi trƣờng.
c) Một số nghiên cứu
Viện Khoa học công nghệ xây dựng đã nghiên cứu, chế tạo vữa tự chảy mác thấp (mác 300) tỷ lệ sử dụng hợp lý từng loại phụ gia siêu dẻo và so sánh các loại phụ gia siêu dẻo tại tỷ lệ tối ƣu, ảnh hƣởng của từng loại phụ gia siêu dẻo đến tính chất của vữa tự chảy và quy luật ảnh hƣởng của phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate.
Phạm Hữu Hanh và Tống Tôn Kiên [4] sử dụng phụ gia polycarboxylate đƣợc dùng trong chế tạo bê tông hạt mịn sử dụng cho công trình biển.
Nguyễn Thanh Sang đã nghiên cứu thành phần tính chất và khả năng ứng dụng bê tông cát để xây dựng đƣờng ô tô ở Việt Nam có sử dụng phụ gia polycarboxylate.
Nguyễn Thanh Bình và Trần Bá Việt [2] đã sử dụng phụ gia polycarboxylate để nghiên cứu bê tông trang trí cốt sợi thép phân tán để tu bổ lớp mặt đƣờng công trình di tích.
Hồ Trọng Mạnh [7] sử dụng phụ gia polycarboxylate để nghiên cứu ứng dụng bê tông mác cao sửa chữa sàn Hangar máy bay.
Wolfgang Seidl [31] và các đồng sự đã nghiên cứu Cơ chế phản ứng đan xen của phụ gia polycarbpxylate vào quá trình hydrat hóa C3A và vai trò thể hiện của sunfat trong xi măng.
Yong-De Li [29] và các đồng sự đã nghiên cứu sự ảnh hƣởng của chuỗi polyethylene tới sự giảm nƣớc của polycarboxynate.