Μειωτές νερού / Πλαστικοποιητικά - Ρευστοποιητικά Πρόσθετα : Ανάλυση

Ονομάζουμε τα πρόσθετα τα οποία, χωρίς να επηρεάζουν τη συνοχή, επιτρέπουν μείωση της περιεκτικότητας σε νερό ενός δοσμένου μείγματος τσιμέντου, ή τα οποία χωρίς να επηρεάζουν την περιεκτικότητα σε νερό, αυξάνουν την καθίζηση / εξάπλωση ή προκαλούν και τις δύο ενέργειες ταυτόχρονα. Οι ρευστοποιητές ( water reducing  admixtures / plasticizers ) αντιπροσωπεύουν σήμερα ένα σημαντικό κομμάτι της οικογένειας των προσμίκτων για τη παραγωγή σύγχρονων ανθεκτικών σκυροδεμάτων. Στο σκυρόδεμα υψηλής απόδοσης, η ρευστότητα και η απώλεια κάθισης είναι θεμελιώδη χαρακτηριστικά, υπεύθυνα για την ποιότητά του. Η ρευστότητα ελέγχεται από τη διασπορά των σωματιδίων του τσιμέντου, ενώ η απώλεια κάθισης από τη διαδικασία της ενυδάτωσης. Είναι ευρέως γνωστό ότι με την προσθήκη ρευστοποιητών επιτυγχάνεται αυξημένη ρευστότητα και μειωμένη απώλεια κάθισης, ιδιότητες που επηρεάζουν την ομοιογενή σκυροδέτηση.

Τις τελευταίες δεκαετίες έχει αναπτυχθεί και είναι διαθέσιμη στην αγορά μια μεγάλη ποικιλία ρευστοποιητών. Οι ρευστοποιητές αυτοί ανήκουν σε διαφορετικές βασικές δομικές ομάδες, όπως είναι το λιγνοσουλφονικό οξύ (LS), η σουλφονική μελαμίνη φορμαλδεΰδη (SMF), η σουλφονική ναφθαλίνη φορμαλδεΰδη (SNF), και τα πολυκαρβοξυλικά οξέα (CE).

Στη μεγάλη τους πλειοψηφία βασίζονται σε λιγνοσουλφονικές ενώσεις, που όπως μαρτυρά η λέξη είναι προϊόντα αντίδρασης λιγνίνης και θειωδών αλάτων, που μερικές φορές τροποποιούνται με υδροξυλιωμένα πολυμερή (πολυσακχαρίτες, π.χ. κυτταρίνη). Η λιγνίνη αποτελεί το κύριο παραπροϊόν της χαρτοβιομηχανίας και ένα από τα κύρια συστατικά του ξύλου και συγκεκριμένα των κυτταρικών του τοιχωμάτων. Παραδοσιακούς μειωτές νερού στην ελληνική αγορά συναντάμε με βάση τη σουλφονική ναφθαλίνη φορμαλδεΰδη (SNF) και τους πιο καινοτόμους με βάση τα πολυμερή τροποποιημένου πολυκαρβοξυλικού αιθέρα (PCE).

ΤΡΟΠΟΣ ΔΡΑΣΗΣ - ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ

Η κύρια λειτουργία των ρευστοποιητών είναι η διασπορά των συσσωματωμένων σωματιδίων του τσιμέντου που με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται βελτίωση της εργασιμότητας του σκυροδέματος, χωρίς την αύξηση του περιεχόμενου νερού. Έχουμε δηλαδή παραγωγή πιο ρευστού τσιμεντοπολτού με τον ίδιο τσιμεντοσυντελεστή. Αυτό το βλέπουμε ως εξής:

 Οι κόκκοι του τσιμέντου οι οποίοι είναι ηλεκτρικά φορτισμένοι από τη διαδικασία της άλεσης, έχουν τάση προς κροκίδωση, (δηλ. συσσωμάτωση ή σφίξιμο του μίγματος) και αυτή η εξέλιξη δυσχαιραίνει την ενυδάτωση των κόκκων του τσιμέντου, γιατί το νερό δεν μπορεί να προσεγγίσει εύκολα αυτούς τους κόκκους. Ένας τρόπος ώστε να σταματήσει αυτή η τάση προς συσσωμάτωση είναι να υπάρξει μια ομώνυμη φόρτιση των κόκκων, ώστε να αναπτυχθούν απωστικές δυνάμεις. Αυτό ακριβώς επιτυγχάνουμε με τους ρευστοποιητές - πλαστικοποιητές. Τα ενεργά συστατικά τους συγκεντρώνονται πάνω στην εξωτερική επιφάνεια των κόκκων του τσιμέντου, τους φορτίζουν με ομώνυμα (αρνητικά) φορτία κι έτσι έχουμε την επιθυμητή άπωση που οδηγεί σε αποκροκίδωση (αποσυσσωμάτωση), καλύτερη διασπορά και πιο εύκολη ενυδάτωση. Διευκρινίζεται ότι σε αντιδιαστολή με την απορρόφηση, κατά την προσρόφηση η εκάστοτε ουσία συγκεντρώνεται στην επιφάνεια του προσροφώντος υλικού και δεν διαχέεται μέσα στη μάζα του, είτε υγρού είτε στερεού.

ΔΟΣΟΛΟΓΙΑ / ΑΝΑΛΟΓΙΑ

Οι ρευστοποιητές που επηρεάζουν σημαντικά τις ιδιότητες του φρέσκου και σκληρυμένου σκυροδέματος, χαρακτηρίζονται για την υψηλή ικανότητα διασποράς τους, διατηρώντας ταυτόχρονα την εργασιμότητα του σκυροδέματος. Ωστόσο, η προσθήκη τους μπορεί να προκαλέσει προβλήματα συμβατότητας που οφείλονται στη χημική σύσταση των επιλεγμένων κονιών, τη λεπτότητα άλεσης, το λόγο Ν/Κ. Οι ρευστοποιητές αλληλεπιδρούν με τις συνεχείς χημικές αντιδράσεις κατά τη διαδικασία της ενυδάτωσης του τσιμέντου. Στα πρώτα στάδια της ενυδάτωσης μπορεί να σχηματιστεί μία οργανο-μεταλλική φάση (OMP) γύρω από τα σωματίδια του τσιμέντου, καταναλώνοντας το ρευστοποιητή με τρόπο μη παραγωγικό. Ο βαθμός στον οποίο αυτό αλλάζει την εργασιμότητα παραμένει ακόμα ασαφής. Η κατανόηση αυτών των επιδράσεων αποτελεί βασική πτυχή στο να προβλεφθούν ποιοι συνδυασμοί τσιμέντου και ρευστοποιητών μπορούν να οδηγήσουν σε καλύτερη εργασιμότητα και ποιοι όχι.

Συχνά συγκρίνουμε τις επιδράσεις που μπορούν να προκαλέσουν οι διάφοροι ρευστοποιητές σε τσιμέντα διαφορετικών συστάσεων με αποτελέσματα που μπορούν να παρέχουν σημαντικές πληροφορίες. Τα αποτελέσματα αυτά είναι ιδιαίτερα επιρρεπή σε παρερμηνείες λόγω του μεγάλου αριθμού των διαφορών που μπορεί να προκύψουν μεταξύ των υπό μελέτη τσιμέντων. Οι πιο προφανείς από αυτές είναι η χημική σύσταση καθώς και η σύσταση των φάσεων του τσιμέντου. Ειδικότερα, το περιεχόμενο C3A και τα αλκάλια, η λεπτότητα άλεσης του τσιμέντου, το ποσοστό και το είδος του θειικού ασβεστίου στο τσιμέντο, η χημική φύση και το μέσο μοριακό βάρος του ρευστοποιητή, η δοσολογία και ο τρόπος προσθήκης του στο μίγμα. Επιπλέον, έχει αποδειχθεί ότι μία περαιτέρω άλεση μπορεί να επηρεάσει την απορρόφηση ορισμένων ρευστοποιητών, προκαλώντας διαφορές στην εργασιμότητα ανάμεσα σε τσιμέντα που παράγονται από το ίδιο κλίνκερ.

Για όλους αυτούς τους λόγους είναι αναγκαία η διερεύνηση του καταλληλότερου τύπου ρευστοποιητή και της απαιτούμενης δοσολογίας σε κάθε σύστημα, ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη απόδοση. Παρ’ όλα αυτά μεσοσταθμικά βλέπουμε ότι βάσει μετρήσεων, η δοσολογία τους προτείνεται ή ορίζεται μεταξύ 200 – 500 gr. /  100 kg τσιμέντου ενώ παράλληλα μπορούν να επιτύχουν μείωση νερού της τάξης του 7-10%. Επίσης για την επίτευξη θεαματικότερων αποτελεσμάτων, η αύξηση της προβλεπόμενης δοσολογίας θα μπορούσε να προκαλέσει ανεπιθύμητες παρενέργειες με αύξηση των χρόνων πήξης, εξίδρωση ή ακόμη και υποβαθμισμένη ποιότητα σκλήρυνσης. Σε αυτές τις περιπτώσεις είναι αναγκαίο να συμβουλεύεστε το τεχνικό τμήμα της εκάστοτε προμηθεύτριας εταιρείας.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ / ΧΡΗΣΕΙΣ

Η εξαιρετική ικανότητα διασποράς αυτών των πρόσμικτων τα καθιστά ιδανικά για τη βιομηχανία έτοιμου σκυροδέματος. Η ικανότητά τους να λειτουργούν με χαμηλή αναλογία νερού/τσιμέντου και να διατηρούν την εργασιμότητα του σκυροδέματος, επιτρέπει την παραγωγή σκυροδεμάτων υψηλής ποιότητας και έτσι αποφεύγεται ο κίνδυνος προσθήκης νερού ανάμιξης στο εργοτάξιο. Η χρήση τους σε συνηθισμένα οικοδομικά έργα, σε οπλισμένα σκυροδέματα και σε σχετικά μεγάλες διατομές, διευκολύνουν τη σωστή συμπύκνωση του σκυροδέματος, μειώνουν το χρόνο δόνησης ακόμα και σε περιπτώσεις πυκνού οπλισμού, ενώ προσφέρουν και εξαιρετικό φινίρισμα στο εμφανές μπετόν.

Όπως και κάθε υγρό πρόσμικτο το οποίο προστίθεται σε σκυρόδεμα κατά τη διαδικασία της ανάμιξης πρέπει να αποφεύγεται η προσθήκη του απευθείας σε ξηρά αδρανή. Πάντα πρέπει να αναμειγνύεται το τσιμέντο και τα δευτερογενή συνδετικά (άμμος, αδρανή) με νερό ανάμιξης έως ότου δημιουργηθεί ένα ομοιογενές μείγμα και κατόπιν να προστίθεται το πρόσμικτο στο σκυρόδεμα, μετά την προσθήκη του 80-90% νερού αναμίξεως. Έτσι επιτυγχάνεται η ρευστοποιητική δράση του προσθέτου και επομένως η μείωση του νερού στο μείγμα που συνεπάγεται μείωση της διαπερατότητας/πορώδες και αύξηση της αντοχής του σκυροδέματος.

Τέλος η ανάγκη για εξοικονόμηση ενέργειας στον κατασκευαστικό τομέα έχει τονώσει το ενδιαφέρον για την προσθήκη υλικών με τσιμεντοειδής ιδιότητες στο τσιμέντο. Τα συμπληρωματικά αυτά υλικά είναι ποζολάνες λεπτής κοκκομετρίας, φυσικής προέλευσης, ή βιομηχανικά παραπροϊόντα και χρησιμοποιούνται είτε ως ανάμιγμα στο τσιμέντο Portland, είτε ως μερική αντικατάσταση του τσιμέντου στο σκυρόδεμα ( τέφρα ). Περικόπτοντας, για οικονομικούς λόγους, ποσότητα τσιμέντου από το σκυρόδεμα και αντικατάστασής του, οδηγούμαστε σε χαμηλότερες πρώιμες αντοχές σε σχέση με το απλό τσιμέντο. Όλα αυτά τα μειονεκτήματα μπορούν να ξεπεραστούν με την προσθήκη κατάλληλων ρευστοποιητών βελτιώνοντας τις αρχικές και τελικές αντοχές της σκυροδέτησης, το μέτρο της ελαστικότητας και την πρόσφυση στο χάλυβα διατηρώντας πάντα τη ρεοπλαστικότητα του μίγματος.