همه چیز درباره‌ی پلی کربوکسیلات

امروزه استفاده از پلی کربوکسیلات‌ها که به عنوان  نسل سوم روان‌کننده‌های بتن شناخته می‌شوند به عنوان یک فوق روان‌کننده در تهیه بتن رایج است. مهم‌ترین تفاوت این روان‌کننده با روان‌کننده کاهنده آب مقدار کاهش آب آن‌هاست.

روان‌کننده پلی‌کربوکسیلات (Polycarboxylate Superplasticizer) معمولاً به صورت مایع یا گاهی هم به صورت پودر تولید می‌شود. شکل ظاهری آن به نوع محصول و تولیدکننده بستگی دارد، اما ویژگی‌های کلی آن به شرح زیر است:

خواص فیزیکی و شیمیایی پلی کربوکسیلات

پلی کربوکسیلات مایعی با رنگ قهوه‌ای روشن و وزن مخصوص 1.05کیلوگرم است. پلی کربوکسیلات٬ کلر و نقطه اشتعال ندارد. قدرت این ترکیبات، نسبت به محصولات قدیمی‌تر که بر پایه‌ی نفتالن فرمالدئید سولفونه شده و ملامین فرمالدئید سولفونه شده بوده‌اند بسیار بالاتر است. به تازگی تحقیقات گسترده‌ای در زمینه‌ی مخلوط کردن روان کننده‌های لیگنو سولفونات کلسیم و پلی کربوکسیلات انجام شده است و این تلفیق باعث شده است که علاوه بر بهبود روانی محصول، گیرش آن نیز قابل تنظیم شده و بهبود یابد.

ویژگی های حالت مایع:

  – رنگ: معمولاً شفاف، زرد کم‌رنگ، یا قهوه‌ای روشن با وزن مخصوص ۱.۰۵ کیلوگرم است.

  – غلظت: شبیه به مایعات ویسکوز (مانند شربت رقیق) یا گاهی رقیق‌تر مثل آب.

  – بسته‌بندی: در بشکه‌های پلاستیکی یا فلزی، گالن، یا ظروف بزرگ صنعتی (مثل IBC) عرضه می‌شود.

  – بو: معمولاً بی‌بو یا دارای بوی شیمیایی ملایم.

پودر

  – رنگ: سفید یا مایل به زرد.

  – بافت: پودر ریز و یکنواخت.

  – بسته‌بندی: در داخل کیسه‌های پلاستیکی یا کاغذی (معمولاً 25 کیلوگرمی) میتواند قرار گیرد.

نکات ظاهری و کاربرد

– در حالت مایع، این ماده به راحتی با آب مخلوط می‌شود و برای افزودن به مخلوط بتن استفاده می‌شود.

– در حالت پودری، قبل از استفاده لازم است در آب حل شود.

– این روان‌کننده‌ها به دلیل خاصیت پخش‌کنندگی بالا، باعث بهبود کارایی بتن (روانی و شکل‌پذیری) بدون کاهش مقاومت آن می‌شوند.

به صورت کلی این ماده فاقد کلر و نقطه اشتعال است، که نشان‌دهنده ایمنی آن است.

درک شیمی

فوق روان‌کننده‌های سنتی از گروه‌های سولفونات مانند سولفونات ملامین فرمالدئید یا سولفونات نفتالین فرمالدئید تشکیل شده‌اند. این گروه‌های شیمیایی به پراکنده کردن مولکول‌های آب و سیمان کمک می‌کنند تا میزان آب مورد نیاز برای رسیدن به یک اسلامپ مشخص کاهش یابد. فوق روان‌کننده‌های پلی کربوکسیلات از یک ساختار شیمیایی بر پایه پلیمر با گروه‌های آویزان کربوکسیلات استفاده می‌کنند. این ساختار مولکولی منحصربه‌فرد، پراکندگی بهبود یافته‌ای از مولکول‌های آب را ارائه می‌دهد که منجر به کاهش آب بیشتری می‌شود.

فوق روان‌کننده پلی کربوکسیلات یک عامل کاهنده آب با عملکرد بالا است. این ماده یک پراکنده کننده سیمان است که در کاربردهای بتن سیمانی استفاده می‌شود. فوق روان‌کننده بتن پلی کربوکسیلات به طور گسترده‌ای در پروژه‌های جاده‌ها، پل‌ها، سدها، تونل‌ها، ساختمان‌های بلند و سایر موارد استفاده می‌شود.

بر اساس ساختار زنجیره اصلی پلی کربوکسیلیک اسید، محصولات فوق روان‌کننده سری پلی کربوکسیلیک اسید را می‌توان به دو نوع تقسیم کرد. یک نوع دارای زنجیره اصلی اکریلیک اسید یا متاکریلیک اسید است که با طول‌های مختلف زنجیره‌های جانبی پیوند خورده است. نوع دیگر یک پلی‌اتر با زنجیره اصلی مالئیک انیدرید و طول‌های مختلف زنجیره‌های جانبی است. بر اساس این دو نوع، مجموعه‌ای از محصولات فوق روان‌کننده با عملکرد بالا و ویژگی‌های مختلف به دست آمده است.

قبل از ظهور فوق روان‌کننده پلی کربوکسیلیک اسید، مواد افزودنی مانند لیگنوسولفونات، نفتالین‌سولفونات فرمالدئید تغلیظ شده، ملامین-فرمالدئید پلی‌تغلیظ شده، استون سولفونات فرمالدئید تغلیظ شده، و سولفامات فرمالدئید تغلیظ شده وجود داشتند.

نسل جدید فوق روان‌کننده پلی کربوکسیلات برخی از معایب کاهنده‌های آب سنتی را برطرف می‌کند. این ماده دارای مزایایی مانند دوز مصرف کم، حفظ رطوبت خوب، انقباض پایین بتن، ساختار مولکولی قوی، عملکرد بالا، و عدم استفاده از فرمالدئید در فرآیند تولید است.

پلی کربوکسیلات

یکی از بهترین ویژگی‌های رزین‌های پلی کربوکسیلات نسبت به دیگر روان‌کننده‌ها امکان سنتز متنوع آن‌هاست. برای تولید روان‌کننده‌های لیگنو، نفتالن و ملامین تنوع محدودی وجود دارد، اما در تولید رزین‌های پلی کربوکسیلات مونومرهای متنوعی وجود دارند که امکان طراحی انواع مختلفی از رزین‌ها را می‌دهد. علاوه بر این تنوع فرآیند تولید وجود دارد، بنابراین می‌توان تنوعی از پلیمرها با ساختار مولکولی و وزن مولکولی متفاوت را تهیه کرد.

روان‌کننده‌های قدیمی باعث افت اسلامپ زیاد در بتن‌ها می‌شدند؛ به همین دلیل از روان‌کننده‌ها در پای کار استفاده می‌شد و پیش از بتن ریزی آن‌ها را به مخلوط بتن می‌افزودند. اما با شروع تولید ترکیباتی با پایه پلی کربوکسیلات این مشکلات برطرف شده و امکان اضافه کردن فوق روان‌کننده به مخلوط بتنی در محل تولید بتن به وجود آمده است.

ساختار مولکولی پلی کربوکسیلات‌ها به صورت زیر است که زنجیره‌های جانبی روی زنجیره‌ی اصلی متصل شده‌اند. در این ساختار زنجیر اصلی می‌تواند ترکیبات مختلفی مانند مونومرهای آکریلیک، وینیلی و یا آلیلی باشد. این ترکیبات از لحاظ شیمیایی اسید، الکل و یا استرهای کوچک و دارای پیوند دوگانه هستند که طی پلیمریزاسیون زنجیر اصلی رزین را شکل می‌دهند.

همان طور که در بالا اشاره کردیم پلی کربوکسیلات‌ها را می‌توان با ساختارهای بسیار متفاوتی سنتز کرد. این تغییر در خواص این ماده تاثیرات به سزایی می‌گذارد. برای مثال با اعمال تغییرات زیر در زول زنجیرها می‌توان در بهبود عملکرد پلی کربنات دست برد:

1. افزایش طول زنجیر اصلی باعث کمتر شدن ویسکوزیته رزین می‌شود، بنابراین خاصیت روان‌کنندگی ایجاد می‌شود و این پلی کربوکسیلات تولید شده برای نسبت‌های آب به سیمان بالاتر مناسب است.

2. افزایش طول زنجیر جانبی، اصلی باعث بیشتر شدن ویسکوزیته رزین می‌شود، بنابراین افزایش خاصیت روان‌کنندگی ایجاد می‌شود و این پلی کربوکسیلات تولید شده برای نسبت‌های آب به سیمان پایین‌تر مناسب است.

3. افزایش تعداد گروه‌های عاملی یونی در زنجیر اصلی و کاهش چگالی زنجیرهای جانبی، میزان افت اسلامپ را کمتر می‌کند.

کاربردهای پلی کربوکسیلات

از مهم‌ترین موارد مصرف این افزودنی‌ها در ساخت بتن‌های پیش‌ساخته، بتن‌های با عملکرد بالا و بتن‌های خودتراکم است. همچنین در ساخت قطعات پیش‌ساخته، بتن پیش تنیده، در بتن‌ریزی قطعات با عمق زیاد مفید است. دیگر کاربردهای پلی کربوکسیلات را می‌توان به صورت زیر دسته بندی کرد:

• در بتن‌های تخصصی مورد نیاز برای ساخت سطوح با پرداخت عالی و با صرف حداقل انرژی

• در بتن‌های ویژه خود تراز شونده

• در بتن‌های ویژه آماده با امکان اضافه نمودن مواد و برای حمل تا فاصله‌های نسبتا طولانی

• برای کاهش حرارت دربتن حجیم شده

• برای کاهش و یا جلوگیری از ترک‌های عمقی و ترک‌های موئی دربتن حجیم

• برای افزایش پمپ پذیری در بتن حجیم

• برای کاهش نسبت آب به سیمان را در بتن حجیم وافزایش مقاومت بتن حجیم

چگونگی تولید

تولید پلی‌کربوکسیلات فرآیندی شیمیایی پیچیده است که معمولاً در آزمایشگاه‌ها و کارخانه‌های بسیار تخصصی انجام می‌شود. مراحل کلی تولید این ماده به شرح زیر است:

1. انتخاب مواد اولیه:

   – مواد اصلی تشکیل دهنده شامل مونومرهای آلی مانند اسید آکریلیک، اتر پلی‌اتیلن گلیکول (PEG)، و گاهی مونومرهای حاوی گروه‌های کربوکسیلیک یا سولفونیک هستند که این مواد پایه‌های اصلی شیمیایی برای ساخت این پلیمر هستند.

2. پلیمراسیون:

   – مونومرها در حضور یک کاتالیزور (مثل پراکسیدها یا آغازگرهای رادیکال آزاد) تحت فرآیند پلیمراسیون قرار می‌گیرند.

   – این فرآیند معمولاً در شرایط کنترل‌شده ای از دما و فشار انجام می‌شود تا زنجیره‌های پلیمری با طول و ساختار مشخص و مورد نیاز تشکیل شوند.

   – نتیجه این فرآیند یک پلیمر با گروه‌های عاملی (مانند گروه‌های کربوکسیلات) است که خاصیت پخش‌کنندگی دارد.

3. تنظیم خواص:

   – با افزودن مواد تنظیم‌کننده (مثل حلال‌ها یا عوامل خنثی‌کننده)، pH و ویسکوزیته محصول تنظیم می‌گردد.

   – ممکن است برای بهبود عملکرد، افزودنی‌های دیگری بسته به نوع محصول و نیاز مشتری نیز اضافه شود.

4. فرآوری نهایی:

   – محصول به‌صورت مایع (با رقیق‌سازی در آب) یا پودر (با خشک کردن و گرانول‌سازی) تولید می‌شود.

   – در مرحله آخر این فرآیند، محصول فیلتر و بسته‌بندی می‌شود.

5. کنترل کیفیت:

   – آزمایش‌هایی برای بررسی اسلامپ، پایداری و سازگاری با بتن انجام می‌شود تا استانداردهای صنعتی رعایت شود.

مزایای اصلی فوق روان‌کننده‌های پلی کربوکسیلات چیست؟

1. سازگاری خوبی با انواع سیمان‌ها دارد، عملکرد حفظ اسلامپ (روانی) بتن را به خوبی انجام می‌دهد و زمان کار با بتن را افزایش می‌دهد.

2. مقدار مصرف آن کم است، نرخ کاهش آب بالا بوده و جمع‌شدگی (shrinkage) کمی دارد.

3. مقاومت اولیه و نهایی بتن را به شدت افزایش می‌دهد.

4. محتوای یون کلراید و قلیایی کم، به دوام بتن کمک می‌کند.

5. فرآیند تولید آن فاقد آلودگی و عاری از فرمالدئید است. این محصول با استاندارد بین‌المللی مدیریت زیست‌محیطی ISO14000 مطابقت داشته و یک محصول سبز (دوستدار محیط زیست) است.

6. با فوق روان‌کننده‌های پلی کربوکسیلات، می‌توان از سرباره یا خاکستر بادی بیشتری به جای سیمان استفاده کرد که به کاهش هزینه‌ها کمک می‌کند.

7. در بتن‌های تخصصی مورد نیاز برای ساخت سطوح با پرداخت عالی و با صرف حداقل انرژی

8. در بتن‌های ویژه خود تراز شونده

9. در بتن‌های ویژه آماده با امکان اضافه نمودن مواد و برای حمل تا فاصله‌های نسبتا طولانی

• برای کاهش حرارت دربتن حجیم شده

• برای کاهش و یا جلوگیری از ترک‌های عمقی و ترک‌های موئی دربتن حجیم

• برای افزایش پمپ پذیری در بتن حجیم

• برای کاهش نسبت آب به سیمان را در بتن حجیم وافزایش مقاومت بتن حجیم

خرید پلی کربوکسیلات

شیمی بازار به عنوان بورس آنلاین خرید و فروش مواد شیمیایی کمک شایانی به مصرف‌کنندگان مواد شیمیایی می کند تا بتوانند در فضایی کاملا شفاف به تامین‌کنندگان و خرید پلی کربوکسیلات  از بین تولیدکنندگان، واردکنندگان و یا فروشندگان این ماده دسترسی داشته و بهترین تامین‌کننده پلی کربوکسیلات را با توجه به نیاز خود یافته و مستقیما و بدون واسطه با او ارتباط برقرار نمایند