В последние годы происходит рост работ по усовершенствованию порошковых суперпластификаторов на основе поликарбоксилатов. Цель – найти замену продуктам на основе меламина и казеина. Компания Sika, один из ведущих разработчиков продуктов на основе поликарбоксилатов, представляет второе поколение поликарбоксилатных суперпластификаторов для сухих смесей.

История вопроса
Первое поколение поликарбоксилатных продуктов обладало улучшенными свойствами по многим параметрам по сравнению с меламинами и казеинами. Значительно сократились дозировки, растекаемость сохраняется в течение более длительного времени, уменьшилась усадка и т.п. Другие характеристики более или менее сходны, например, совместимость с другими добавками, прочность на сжатие не обязательно выше, и т.п. Однако действие продукта в значительной степени зависит от конкретного применения, состава и использования цемента и других вяжущих.
Sika является одной из ведущих компаний в области разработки продуктов на основе поликарбоксилатов. Благодаря созданию технологии ViscoCrete, компания Sika вывела характеристики бетона на новый уровень. Данные из разработок в области бетона были использованы на рынке сухих смесей, а модификация существующих полимеров и разработка новых полимеров способствовала улучшению свойств сухих смесей, например, для самовыравнивающихся полов, безусадочных растворов и ремонтных растворов. Сейчас разработано второе поколение продуктов ViscoCrete для сухих смесей.
Первое поколение продуктов, например, ViscoCrete 105P, несомненно, улучшили характеристики сухих смесей для самовыравнивающихся полов (SLS), самовыравнивающихся стяжек (SLU) и различных ремонтных растворов. Эти в целом сложные, по сравнению с обычным бетоном, композиции могут содержать до 15 различных компонентов. Некоторые из них взаимодействуют друг с другом, поэтому требуются дополнительные добавки. Например, замедлитель часто комбинируется с ускорителем, это сочетание также влияет на общую реологию и растекаемость и сохранение растекаемости.
С точки зрения химии, замедлители будут конкурировать с суперпластификаторами в отношении адсорбции на зернах цемента. Эта адсорбция имеет решающее значение для функционирования каждого компонента, но важно, чтобы суперпластификаторы адсорбировались на ранней стадии, а не замедлитель. Если замедлитель побеждает в состязании на скорость адсорбции, то ухудшается растекаемость и, в особенности, сохранение растекаемости. Это явление наблюдается для меламинов, казеинов и первого поколения поликарбоксилатов. Поэтому целью работ по усовершенствованию было преодоление этой проблемы, создание более сильного полимера, способного победить молекулы замедлителя в соревновании на скорость адсорбции.
Следствием быстрой адсорбции также является то, что смесь становится более восприимчивой к краткому времени перемешивания. При строительстве, когда SLS или SLU наносятся машиной, время перемешивания может составлять всего 10 секунд. Если суперпластификаторы не адсорбируются в течение этого срока, растекаемость обычно увеличивается с течением времени, поэтому когда SLS попадает на пол, где смесь должна образовать ровную поверхность, растекаемость слишком высока, и возможны проблемы расслаивания и выпотевания.

II-ое поколение поликарбоксилатных суперпластификаторов
В результате непрерывных исследований и разработок были изучены, испытаны, отвергнуты, модифицированы, испытаны повторно различные аспекты химических свойств разнообразных полимеров, и в результате некоторые полимеры были отобраны. Как указывалось выше, ключевыми параметрами являлись смачиваемость и совместимость с другими добавками. Под такими добавками подразумеваются в основном замедлители, но это также может иметь значение в случае добавок и/или цементов с высоким содержанием сульфатов, где также решающую роль играет адсорбционная конкуренция.
Полимерные структуры, одобренные в отделе исследований и разработок, были испытаны в отношении возможности производства, сначала на пилотных установках, затем в полном масштабе. Готовый порошок проходил полевые испытания и после этого был одобрен для продажи.

Растекаемость и сохранение растекаемости
На этапе испытаний помимо смачиваемости и совместимости измерялись и другие параметры. В первую очередь это были растекаемость, сохранение растекаемости, время твердения и усадка. Сохранение растекаемости дает представление о свойствах смачивания, что также отражает совместимость. Испытывались различные полимеры, на рис. 1 показаны некоторые примеры измерений растекаемости в рецептуре SLS (трехкомпонентная смесь – обычный портландцемент, CAC и гипс).

Рис 1. – Растекание через 5 и 20 минут в SLS, рецептура 1

В целом, все испытанные полимеры на основе PCE превосходили продукты как на основе меламина, так и на основе казеина. Однако полимер В на основе PCE, первого поколения, второй слева, показал свойства хуже меламина через 5 и 20 минут, и хуже казеина через 5 минут. Это означает, что нельзя просто изготовить полимер на основе PCE и полагаться на его специфические свойства в таких областях применения. На примере этой рецептуры видно, что существующий продукт на основе PCE – VC105P – хуже по свойствам, чем VC225P и полимер 2-го поколения D. Более того, важно учитывать, что рецептура имеет большое значение. Поэтому результаты для различных смесей также выглядят несколько по-разному.

Рис. 2 – Растекание через 5 и 20 минут в SLS, рецептура 2.

Основное различие – полимер 2-го поколения D не очень хорошо работает в этой смеси. Это может указывать на то, что полимер D не конкурирует с замедлителями или сульфатами так же хорошо, как, например, VC225P.

Время твердения
Твердение SLS или сходной системы зачастую можно контролировать с помощью ускорителей или замедлителей. На это и на первичное замедление могут влиять суперпластификаторы. При разработке новых полимеров время твердения – это параметр, требующий количественной оценки, однако, если замедление не слишком сильное, это преодолевается использованием правильных систем ускорителей/заместителей.

Прочность на сжатие
Как уже упоминалось, исходная прочность PCE первого поколения достаточна. При составлении технических требований для продуктов 2-го поколения единственной целью было сохранение прочности на сжатие, сравнимой с существующими продуктами.

Совместимость
Совместимость является ключевым параметром для получения продукта со свойствами, установленными в начале процесса. Как описывалось выше, конкурируют молекулы замедлителя и полимеры PCE (сульфаты, конечно, здесь также играют роль, но в данной работе внимание сконцентрировано на замедлителях).

И снова в этом отношении различные полимеры обладают различной конкурентоспособностью. На рис. 3 показано влияние на растекание смеси, содержащей лимонную кислоту в качестве замедлителя. Лимонная кислота является, наверно, самым трудным замедлителем в отношении конкуренции для полимеров PCE, и других полимеров, таких как меламины и казеины.

Рис. 3 – Совместимость замедлителей и полимеров PCE.

Первое поколение PCE – VC105P – имеет некоторые проблемы при конкуренции с лимонной кислотой, но очень хорошо работает с другим замедлителем – винной кислотой. То же касается VC125P, но лимонная кислота почти не оказывает влияния на VC225P, что являлось одной из задач проекта.

Усадка
Как было показано при разработке жидких суперпластификаторов на основе PCE, усадка улучшается, т.е. снижается, при использовании продуктов на основе PCE, по сравнению с продуктами на основе меламина и нафталина. То же применимо к продуктам в форме порошка. Естественно, здесь также существуют отличия между разными полимерами PCE, некоторые работают лучше продуктов первого поколения, некоторые – также хорошо.

Заключение
После первоначального определения технической спецификации продукта, стало возможно разработать полимеры, отвечающие этим требованиям и в некоторых случаях их превосходящие.

• Растекаемость – новый продукт обладает улучшенной растекаемостью по сравнению с существующими. Это означает, что можно использовать меньшие дозировки при более низких затратах.
• Сохранение растекаемости – поддерживается в течение долгого времени, что также подразумевает, что полимер обладает достаточно хорошим смачиванием.
• Время твердения – такое же, как для предыдущего поколения полимеров.
• Прочность на сжатие – такого же порядка, как для существующих продуктов на ранних сроках, и слегка увеличивается на поздних сроках.
• Совместимость – значительно улучшена, что в свою очередь повышает универсальность и надежность полимеров 2-го поколения.
• Усадка – как для полимеров 1-го поколения, в некоторых случаях происходит небольшое улучшение. Однако все работают намного лучше, чем продукты на основе меламина и казеина.

Leif Holmberg (Лайф Хольмберг), Jens Engstrand (Йенс Энгстранд), фирма Sika
Контакт: тел.: (495) 703-103-5, e-mail: uts@utsrus.com, www.utsrus.com

По материалам доклада на конференции Baltimix-2007, www.spsss.ru