حل عامل اختزال الماء للعديد من مشاكل الأسمنت

الأسمنت عالي القلوية
عادة ما يتم التعبير عن القلويات القابلة للذوبان في الأسمنت على أنها مكافئ Na₂O وتنشأ بشكل رئيسي من الطين والمضافات المستخدمة في إنتاج الأسمنت. تعمل كمية مناسبة من القلويات القابلة للذوبان على تعزيز ترطيب الأسمنت، مما يسهل تطوير القوة المبكرة للخرسانة. أظهرت التجارب أن سيولة الخرسانة الأسمنتية تزداد مع محتواها القلوي. ومع ذلك، عندما يصل المحتوى القلوي إلى مستوى معين، تتسارع عملية تميه الأسمنت بشكل حاد، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في سيولة المعجون الأسمنتي. كما يتناقص تأثير التلدين لعوامل تقليل الماء بشكل ملحوظ، مما يؤدي إلى زيادة فقدان الركود بمرور الوقت للخرسانة المستخدمة في تطبيقات الخرسانة الجاهزة والخرسانة القابلة للضخ.

السبب الرئيسي لهذه الظاهرة هو أن القلويات الموجودة في الأسمنت تعمل على تسريع ذوبان ألومينات ثلاثي الكالسيوم (C3A). في وجود الجبس كمنظم إعداد، تتشكل بلورات AFt بسرعة وتغلف سطح C3A، مما يمنع الترطيب المباشر لألومينات الكالسيوم ويحسن سيولة عجينة الأسمنت.

ومع ذلك، يؤدي المحتوى القلوي المفرط إلى تكوين كمية كبيرة من بلورات AFt في المرحلة الأولية، مما يقلل من السيولة ويجعل عوامل تقليل الماء أقل فعالية. ويتميز هذا بعدم كفاية كفاءة تقليل المياه، وتأثيرات التلدين الضعيفة، وارتفاع فقدان الركود مع مرور الوقت. عند استخدام الأسمنت عالي القلوية، تظهر عوامل تقليل الماء منخفضة الكبريتات أداءً ضعيفًا. وعلى العكس من ذلك، فإن عوامل تقليل الماء ذات المحتوى العالي من الكبريتات (على سبيل المثال، محتوى كبريتات الصوديوم أعلى من 20%) تظهر قدرة أفضل على التكيف.

ينشأ هذا التحسن لأن عوامل تقليل الماء منخفضة الكبريتات تحتوي على CaSO4 الذي يذوب بسهولة. قبل أن يذوب الجبس في الأسمنت، يوجد بالفعل نسبة كبيرة من ثاني أكسيد الكبريت في الماء، ويتفاعل مع C3A لتكوين بلورات AFt، مما يمنع تكوين ألومينات الكالسيوم ويخفف من فقدان السيولة. تعد عوامل تقليل الماء التي تحتوي على نسبة عالية من كبريتات الصوديوم أكثر ملاءمة للأسمنت عالي القلوية. تتمتع العديد من عوامل تقليل الماء المعتمدة على البولي كربوكسيلات بمستويات منخفضة من الأس الهيدروجيني، وعندما يتم دمجها مع المثبطات الحمضية مثل حمض الستريك، فإنها تكافح من أجل التكيف مع الأسمنت عالي القلوية. تعمل الإضافات الحمضية على تحييد القلويات بسرعة، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة، مما يزيد من درجة الحرارة ويسرع ترطيب الأسمنت. وهذا يؤدي إلى ضعف السيولة وفقدان سريع للركود. من ناحية أخرى، يمكن للمثبطات القلوية تجنب هذه المشكلات.

الأسمنت منخفض القلويات الناقص الكبريت
يعتبر المحتوى القلوي الأمثل للذوبان في الأسمنت بشكل عام هو {{0}}.4%-0.6%. يشار إلى الأسمنت الذي يحتوي على نسبة قلوية أقل من 0.4% على أنه أسمنت منخفض القلوية. غالبًا ما توجد القلويات القابلة للذوبان على شكل أملاح كبريتات، لذلك يطلق على الأسمنت منخفض القلوية أيضًا اسم الأسمنت الناقص الكبريت.

عندما يتم خلط الأسمنت منخفض القلوية مع عوامل تقليل الماء، فإن السيولة عادة ما تكون ضعيفة. تؤدي زيادة جرعة عامل تقليل الماء إلى تحسين محدود وغالبًا ما يؤدي إلى تفاقم المشكلات مثل النزيف وضعف تجانس الخرسانة وفقدان الركود السريع. تفشل عوامل تقليل الماء الشائعة في التكيف بشكل فعال مع الأسمنت الناقص الكبريت، حتى مع زيادة جرعة المثبط بشكل كبير.

السبب الجذري لعدم التوافق هذا يكمن في عدم كفاية ثاني أكسيد الكبريت في الأسمنت، والذي يفشل في قمع تميه C3A بشكل فعال. يؤدي هذا إلى امتصاص سريع ومفرط للمواد المضافة بواسطة C3A، مما يقلل من كفاءة التلدين لعوامل تقليل الماء. تعتبر مكملات القلويات القابلة للذوبان (مثل الكبريتات) هي الحل الفعال الوحيد. مجرد زيادة جرعة المثبط له تأثير ضئيل.

أسمنت عالي الخلط
وفقًا لمعايير الأسمنت الصينية، يمكن إضافة كميات كبيرة من المواد المضافة مثل الرماد المتطاير والبوزولان والخبث والحجر الجيري المطحون ناعمًا إلى الأسمنت. تختلف هذه المضافات في النشاط، والحاجة إلى الماء، والمحتوى المعدني، وخصائص الامتزاز، مما يؤثر على توافق المواد المضافة مع الأسمنت.

يجب أن يكون للرماد المتطاير عالي الجودة نشاط عالي (محتوى عالي التفاعل من SiO2 وAl2O3)، وفقدان منخفض عند الاشتعال (LOI)، وحجم الجسيمات الدقيقة، وانخفاض الطلب على المياه. خطاب النوايا، الذي يشير إلى محتوى الكربون غير المحترق في الرماد المتطاير، له التأثير الأكبر على التوافق الإضافي. يؤدي ارتفاع محتوى الكربون إلى تدهور أداء الخرسانة عن طريق زيادة الطلب على المياه والنزيف، مما يؤدي إلى تفاقم تشوه الانكماش، وإضعاف الرابطة بين عجينة الأسمنت والركام.

كما يشكل الكربون غير المحترق في الرماد المتطاير طبقة كارهة للماء على أسطح الجسيمات، مما يعيق تغلغل المياه ويقلل من تفاعل الرماد المتطاير. يتنافس الكربون أيضًا مع الأسمنت في الامتزاز الإضافي، مما يؤثر على سيولة معجون الأسمنت. تشمل الحلول زيادة الجرعة المضافة والاستخدام المشترك لعوامل احتجاز الهواء عالية الجودة. يمكن لفقاعات الهواء الدقيقة والموحدة أن تخفف من الآثار الضارة للرماد المتطاير ذي المحتوى العالي من الكربون.

غالبًا ما يتطلب الأسمنت الخبث، الذي يحتوي على نسبة عالية من الألومينات، جبسًا إضافيًا لتنظيم عملية الإعداد. يمكن أن تؤدي عمليات تصنيع الأسمنت البورتلاندي العادي إلى تفاقم نقص الكبريت في أسمنت الخبث. إن عوامل تقليل الماء ذات المحتوى العالي من الكبريتات، بالإضافة إلى عوامل احتجاز الهواء عالية الجودة، توفر أداءً أفضل لمثل هذا الأسمنت.

أسمنت يحتوي على نسبة عالية من C3A
يتكون الأسمنت بشكل أساسي من C3S، وC2S، وC3A، وC4AF، مع تصنيف نشاط الامتزاز الخاص بهم على النحو التالي: C3A > C4AF > C3S > C2S. تتمتع C3A بأعلى قدرة امتصاص لعوامل تقليل الماء. مع زيادة محتوى C3A، تقل سيولة الخرسانة، ويزداد فقدان الركود مع مرور الوقت.

تؤثر زيادة C3A (أكثر من 8%) سلبًا على سيولة الخرسانة عن طريق استهلاك معظم عوامل تقليل الماء، مما يترك عوامل غير كافية لتفريق المكونات المعدنية الأخرى مثل C3S. أظهرت الاختبارات أن إضافة ثاني أكسيد الكبريت (عن طريق عوامل اختزال الماء ذات المحتوى العالي من الكبريتات) أو الاستخدام المشترك لمثبطات حمض الهيدروكسيل الكربوكسيلي يمكن أن يمنع ترطيب C3A وامتزازه. تعتبر مثبطات الكحول المتعددة أقل فعالية.

يمكن أيضًا لعوامل تقليل الماء منخفضة التكلفة ذات الجرعة المتزايدة أن تلبي الطلب على C3A مع تحسين سيولة المكونات الأخرى مثل C3S. وبما أن هذه العوامل فعالة من حيث التكلفة، فإنها لا تزيد النفقات بشكل كبير.