各類型外加劑總論
Taiwan Gwan Chian
冠疆實業外加劑各類型原液說明
羧酸系統減水劑為新世代之混凝土外加劑,具有許多萘磺酸系統減水劑所沒有之優點,如減水率高、保坍效果好、混凝土流動性佳等。
許多年前各先進國家即已提出高性能混凝土的觀念,但實際拌製時失敗的機會卻非常高,原因是常忽略了從拌合廠到工地的運輸過程(約需90分鐘)中所造成的坍度損失,至實際想要澆置時早已失去剛拌好混凝土之特性。因應這個問題,混凝土外加劑就漸漸由萘磺酸系減水劑轉換成羧酸系減水劑。萘磺酸系減水劑具有極性相當強的磺酸官能基SO3–,吸附在水泥顆粒表面時,其靜電斥力可將水泥顆粒分散,所以具有不錯之減水性。然而隨著水泥水化的進行,萘磺酸系減水劑會被水泥水化之產物覆蓋而逐漸失去功能,因而造成混凝土坍流度損失(Slump Flow Lose)。羧酸系減水劑不僅主鏈上帶有強極性的羧酸基COO–,又具備一定長度的聚醚支鏈,其分散水泥顆粒之機制除了靜電斥力外,還有空間斥力之效應,所以此類減水劑不僅減水效能更高,其保坍效果也優於萘磺酸系減水劑。
水泥漿中添加高效減水劑時,減水劑分子隨著長鍵結構之不同而在水泥微粒表面呈現各種吸附狀態,這些型態直接影響到添加該類減水劑之混凝土的坍落度變化及輸氣量。傳統萘磺酸系減水劑在水泥微粒表面之吸附狀態是棒狀形式,因是平直的吸附,靜電排斥作用較弱,靜電平衡容易隨著水泥變化過程的發展受到破壞,其結果是電位降低很快,造成坍落度損失大。而且此類減水劑輸氣效果差,若混凝土需要高含氣量,則需添加輸氣劑方能達到工程需求。
羧酸系聚合物高效減水劑之分子在水泥微粒表面的吸附狀態多呈現鋸齒狀,這種減水劑具有對水泥微粒極佳的分散性,其保持坍度的能力也較強。此類高分子聚合物接有大量羧基及長的聚醚支鏈,其靜電斥力與空間斥力構成對水泥粒子間凝聚作用的阻礙。除此之外,水泥漿體的強鹼環境會使接枝之聚醚長鍵逐漸斷裂,釋放出羧酸結構,再度吸附在水泥粒子表面,使上述之分散效應不斷得以重現,所以保坍效果佳。羧酸系減水劑除了分散效果優於萘磺酸系減水劑外,其支鏈之聚醚結構具有不錯的輸氣效果,所以羧酸系減水劑之輸氣效果也高於萘磺酸系減水劑,若混凝土拌合物要求低含氣量,此時反而需要添加消泡劑方能達到工程需求。
本公司VM系列羧酸減水劑為為冠疆實業自行研發、生產之高性能減水緩凝劑,主要成分為聚羧酸化合物。此藥劑具有超高減水率、低坍度損失之特性,且可延長混凝土凝結時間而不影響早期強度,對於混凝土應具有之品質,如施工性、強度、泌水、坍流度、耐久性等均有優越的效果。可用於高強度、高流動性及高耐久性等各種混凝土及各個結構部位。
但VM系列減水劑也有一些羧酸系常見之缺點,如 A. 水灰比過低時,混凝土過於黏稠,而導致工作性不佳、B. 對拌合水用量的敏感度較高、C. 對水泥及砂石適應性不佳等,以上諸缺點皆會造成聚羧酸減水劑的用途受限。
當砂石級配不良或粉體材料品質變異,造成混凝土過於黏稠或坍度損失過快,可將本公司QM系列羧酸外加劑當作保塑劑搭配VM系列外加劑使用,可使混凝土稠度增加但卻不會太黏,且藥劑複合使用所產生之電位障蔽更立體化,對於混凝土坍度損失控制更佳。
聚羧酸外加劑的高減水率,使得用水量減少、提高混凝土強度及降低膠結材用量,但用水量的降低會導致混凝土黏度過大,縱然存有流動性,但仍不易於泵送及施工,尤其以天氣炎熱時,其坍流度的損失更為明顯。而為了配合施工性,則須增加用水量及水泥用量,此時聚羧酸外加劑之高減水特性,便無法有效的降低成本。
為了使聚羧酸外加劑達到品質優化及降低成本之目標,亟需開發一種新型保坍流劑(Slump Ratainer, SR),讓使用者能保持混凝土之坍流度且具有適當之黏稠度以利施工,本公司SR系列羧酸保坍流劑具有此性能,可說是創新生產新一代混凝土之利器。
加入SR系列羧酸保坍流劑之後可使得混凝土柔軟,流動性稠而不黏,漿體的包覆性及呈現性更優於一般混凝土,泵送後更有利於振搗,施工度更大幅提升。
因目前水泥的趨勢而使得外加劑適應性大不如前,而其中以聚羧酸所受影響更為嚴重,其水泥趨勢變化歸納如下:
A. 添加大量複合材料(例如大陸之PO水泥大多添加超過40%的非卜特蘭水泥之材料)。
B. 無水石膏取代二水天然石膏。
C. 水泥熟料無法及時冷卻,造成玻璃質轉換率偏低。
D. C3S與C2S比例上的調整。
E. 石灰石及黏土取代物的燒結變化及水泥細度分布不均等。
就上述水泥之變化對混凝土特性影響之情況:
A. 混凝土黏稠度不足使得膠結材與砂石間無法產生凝聚的效果料相鬆散坍流度容易損失不易於泵送
B. 混凝土龜裂情況更為嚴重
C. 混凝土強度之穩定度更難以控制
D. 混凝土需增加拌合水以期提升工作度
E. 混凝土之早期強度變異性較大
使用本公司VM或QM系列羧酸外加劑搭配SR系列羧酸保坍流劑,膠結材更能呈現稠而不黏的現象,在天氣非常炎熱或砂石含泥量偏高時等外在環境非常嚴苛時,其混凝土工作性仍能輕易的展現,所以混凝土品質及成本更容易被穩定掌控。
聚羧酸外加劑在過去數十年中已被大家所接受使用,但依然未達到普遍性階段,如今SR系列羧酸保坍流劑的開發將使得聚羧酸被大量的使用,而且SR系列羧酸保坍流劑具有一定的減水率,也可大幅降低聚羧酸外加劑之成本,如此便能真正掌握混凝土配比的穩定性及一致性,進而有優化混凝土品質及有效的控制成本,創造出完全不同的新一代混凝土。
依據外加劑大單體原料或生產工藝的不同,可將羧酸系高分子聚合物大略分為下述幾種類型:
(1)MPEG改良型
羧酸系高分子外加劑發展早期所研發之ㄧ種可用於取代聚萘磺酸(PNS)的高級減水劑,其減水率遠超過PNS,坍度及流動性的維持乃MPEG至今無法被取代的原因之ㄧ。尤其因黏度的展現性很好在同水灰比的情況下,強度表現也最好(約高10%)。然MPEG之合成反應也是最為困難及敏感,想要穩定生產及收率完整也是相對困難,因此目前許多國家及地區的研究發展遇到了瓶頸,最後只好放棄,當然其中也包括了台灣、韓國及中國大陸的ㄧ些廠商。
(2)MPEG傳統型
一般常見之市售MPEG簡單化製程羧酸外加劑,其外加劑仍具有極佳流動性及坍損小等優點,但卻喪失了混凝土黏稠度的展現性,所以混凝土和易性差,即混凝土骨料易分離及泌水。
(3)APEG
APEG系列是ㄧ種容易生產的羧酸系外加劑,其合成生產容易,穩定度極高,成本也較低,但由於APEG大單體反應活性較小,產品中未參與聚合之大單體比例較高。使用此系列藥劑時將損失許多混凝土中最需要的特性,如坍度的保持,流動性的保持,整個稠度的掌握,強度的確保等,其最常出現的問題是混凝土經由泵送而產生的坍度流度損失,及28天強度增長不足等問題。
(4)TPEG
APEG改良版,它修正了APEG大單體之封端結構,使其大單體反應活性增加,不僅減水率大幅增加,也改善了保坍特性,但同樣的在黏稠度的展現上依舊無法克服。另外,此類大單體之上游原料受限國外廠商,不僅供應量有限,價格也較昂貴。
(5)VPEG
TPEG改良版,改變大單體之上游原料,其成本較低,反應活性則是介於TPEG與APEG之間。此類型外加劑具有高的減水率,可是其保坍性能較差。但無論如何,一般混凝土卻能相當適用,因其對材料適應性極佳。當然其原料VPEG來源也較MPEG、APEG難獲得的。
冠疆公司(TGC Co. Ltd.)羧酸系原液說明
類型 |
MPEG改良型 |
MPEG傳統型 |
VPEG |
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品名 |
QM(保塑劑) |
市售常見減水劑 |
VM(減水劑) |
SR(保坍流劑) |
優點 |
1.高減水率 2.泌水率低 3.流動性佳 4.低坍損 5.抑制飛灰浮油能力佳 6.可複配各型羧酸外加劑 |
1.高減水率 2.流動性佳 |
1.超高減水率 2.泌水率低 3.不黏稠 4.凝結時間短 |
1.無坍損且坍流度保持能力佳 2.適應性佳 3.不黏稠 4.凝結時間易控制 5.改善混凝土稠度,拌製流動性混凝土其用水量好控制 |
缺點 |
1.單價較高 |
1.易離析 2.易泌水 3.坍度損失快 4.過於敏感,混凝土用水量不易控制 |
1.較易受砂石含泥量影響 |
1.單價較高 |
應用 |
大氣溫度低於25℃以下時,幾乎無坍損,且複配任何系統藥劑,增加混凝土塑性改善漿體黏稠度使其骨料不分離 |
性能良好之減水劑 |
性能良好之減水劑 |
複配任何系統藥劑,均可改善坍流度損失,即使大氣溫度高於35℃以上時,也幾乎無坍損,且可改善混凝土漿體黏稠度使其骨料不分離 |