Solució d'agent reductor d'aigua a diversos problemes de ciment

Ciment alt alcalí
Els àlcalis solubles en el ciment solen expressar-se com a equivalent de Na₂O i s'originen principalment a partir de l'argila i els additius utilitzats en la producció de ciment. Una quantitat adequada d'àlcali soluble afavoreix la hidratació del ciment, la qual cosa facilita el desenvolupament primerenc de la resistència del formigó. Els experiments han demostrat que la fluïdesa del formigó de ciment augmenta amb el contingut d'àlcali. Tanmateix, quan el contingut d'àlcali arriba a un cert nivell, la hidratació del ciment s'accelera bruscament, provocant una reducció significativa de la fluïdesa de la pasta de ciment. L'efecte plastificant dels agents reductors d'aigua també disminueix notablement, donant lloc a una major pèrdua d'assentament amb el temps per al formigó utilitzat en aplicacions de formigó preparat i bombejable.

La raó principal d'aquest fenomen és que els àlcalis del ciment acceleren la dissolució de l'aluminat tricálcic (C3A). En presència de guix com a regulador de fixació, els cristalls AFt es formen ràpidament i encapsulen la superfície de C3A, inhibint la hidratació directa a l'aluminat de calci i millorant la fluïdesa de la pasta de ciment.

Tanmateix, un contingut excessiu d'àlcali condueix a la formació d'una gran quantitat de cristalls AFt en l'etapa inicial, reduint la fluïdesa i fent que els agents reductors d'aigua siguin menys efectius. Això es caracteritza per una eficiència inadequada de reducció d'aigua, efectes de plastificació pobres i una major pèrdua de caiguda al llarg del temps. Quan s'utilitza ciment alt alcalí, els agents reductors d'aigua amb baix contingut en sulfat presenten un rendiment baix. Per contra, els agents reductors d'aigua amb un alt contingut de sulfat (per exemple, un contingut de sulfat de sodi superior al 20%) demostren una adaptabilitat significativament millor.

Aquesta millora sorgeix perquè els agents reductors d'aigua de baix contingut en sulfat contenen CaSO4 que es dissol fàcilment. Abans que el guix del ciment es dissolgui, un important SO3 ja està present a l'aigua, que reacciona amb C3A per formar cristalls AFt, evitant la formació d'aluminat de calci i mitigant la pèrdua de fluïdesa. Els agents reductors d'aigua rics en sulfat de sodi són més adequats per al ciment d'alt alcali. Molts agents reductors d'aigua basats en policarboxilats tenen nivells de pH baixos i, quan es combinen amb retardadors àcids com l'àcid cítric, lluiten per adaptar-se al ciment alt alcalí. Els additius àcids neutralitzen els àlcalis ràpidament, alliberant calor, que augmenta la temperatura i accelera la hidratació del ciment. Això provoca una mala fluïdesa i una ràpida pèrdua de caiguda. Els retardadors alcalins, d'altra banda, poden evitar aquests problemes.

Ciment deficient en sofre baix alcalí
El contingut òptim d'àlcali soluble en el ciment es considera generalment {{0}},4%-0,6%. El ciment amb menys del 0,4% d'àlcali s'anomena ciment de baix contingut alcalí. Els àlcalis solubles solen estar presents com a sals de sulfat, de manera que el ciment baix en alcali també s'anomena ciment amb deficiència de sofre.

Quan es barreja ciment poc alcalí amb agents reductors d'aigua, la fluïdesa sol ser deficient. L'augment de la dosi de l'agent reductor d'aigua ofereix una millora limitada i sovint agreuja problemes com el sagnat, la mala homogeneïtat del formigó i la ràpida pèrdua d'enfonsament. Els agents reductors d'aigua comuns no s'adapten eficaçment al ciment amb deficiència de sofre, fins i tot amb una dosi de retardador significativament augmentada.

La causa principal d'aquesta incompatibilitat rau en la insuficient SO3 del ciment, que no aconsegueix suprimir la hidratació de C3A de manera eficaç. Això condueix a una ràpida i excessiva adsorció d'additius per part de C3A, reduint l'eficiència plastificant dels agents reductors d'aigua. La suplementació d'àlcalis solubles (per exemple, sulfats) és l'única solució eficaç. Simplement augmentar la dosi del retardador té un efecte mínim.

Ciment d'alta barreja
D'acord amb els estàndards de ciment xinesos, es poden afegir grans quantitats d'additius com ara cendres volants, puzolanes, escòries i pedra calcària finament mòlta al ciment. Aquests additius varien en activitat, demanda d'aigua, contingut mineral i propietats d'adsorció, afectant la compatibilitat dels additius amb el ciment.

Les cendres volants d'alta qualitat haurien de tenir una alta activitat (alt contingut reactiu de SiO2 i Al2O3), baixa pèrdua d'ignició (LOI), mida de partícules fines i baixa demanda d'aigua. LOI, que indica el contingut de carboni no cremat en cendres volants, té el major impacte en la compatibilitat dels additius. Un contingut més alt de carboni degrada el rendiment del formigó augmentant la demanda d'aigua i el sagnat, agreujant la deformació per contracció i debilitant l'enllaç entre la pasta de ciment i els àrids.

El carboni no cremat a les cendres volants també forma una pel·lícula hidròfoba a les superfícies de les partícules, obstruint la penetració de l'aigua i reduint la reactivitat de les cendres volants. El carboni també competeix amb el ciment per a l'adsorció d'additius, afectant la fluïdesa de la pasta de ciment. Les solucions inclouen augmentar la dosi d'additius i utilitzar conjuntament agents d'entrada d'aire d'alta qualitat. Les bombolles d'aire fines i uniformes poden mitigar els efectes adversos de les cendres volants d'alt contingut en carboni.

El ciment d'escòria, amb el seu alt contingut en aluminats, sovint requereix guix addicional per regular la presa. Els processos ordinaris de fabricació de ciment Portland poden agreujar la deficiència de sofre en el ciment d'escòria. Els agents reductors d'aigua d'alt contingut en sulfats, combinats amb agents d'entrada d'aire de qualitat, ofereixen un millor rendiment per a aquest ciment.

Ciment amb alt contingut en C3A
El ciment està format principalment per C3S, C2S, C3A i C4AF, amb la seva activitat d'adsorció classificada com a C3A > C4AF > C3S > C2S. C3A té la capacitat d'adsorció més alta d'agents reductors d'aigua. A mesura que augmenta el contingut de C3A, la fluïdesa del formigó disminueix i la pèrdua de caiguda amb el temps augmenta.

L'excés de C3A (més del 8%) afecta negativament la fluïdesa del formigó en consumir la majoria dels agents reductors d'aigua, deixant agents insuficients per dispersar altres components minerals com el C3S. Les proves han demostrat que l'addició de SO3 (mitjançant agents reductors d'aigua amb alt contingut en sulfat) o l'ús conjunt de retardadors d'àcid hidroxil carboxílic pot suprimir la hidratació i l'adsorció de C3A. Els retardadors multialcohol són menys efectius.

Els agents reductors d'aigua de baix cost amb una dosi augmentada també poden satisfer la demanda de C3A alhora que milloren la fluïdesa d'altres components com el C3S. Com que aquests agents són rendibles, no augmenten significativament les despeses.