Структура и действие эфиров поликарбоксилатов

Как показано на примерах, для суперпластификаторов на базе поликарбоксилатов (РСЕ) характерно чрезвычайно большое разнообразие свойств и их действия и обусловленное этим широкое применение этих веществ.

Схема строения молекулы эфиров поликарбоксилатов показана на рисунке 6.

В главной цепи полимера мы обнаруживаем группы молекул с отрицательным электрическим зарядом - карбоксилатные группы. Новыми являются боковые цепи, прикрепленные к главной цепи полимера. Путем варьирования длины главных и боковых цепей, а также количества групп карбоксилатов и боковых цепей теперь можно теоретически изготавливать множество различных видов продукции. Разнообразие продуктов может быть еще большим, если в главную и боковую цепь встраивать другие группы молекул. В таблице 1 показан обзор взаимосвязей между структурой полимеров и действием РСЕ-пластификаторов в бетоне.

Как нам уже известно на примере нафталиновых и меламиновых сульфонатов, молекула полимера вследствие своего отрицательного электрического заряда адсорбируется поверхностью зерна цемента. При этому сульфонатов происходит их быстрое и почти полное поглощение, в то время как у РСЕ-пластификаторов их адсорбционными свойствами можно целенаправленно управлять путем изменения количества карбоксилатных групп. Дополнительно к диспергированию вследствие электростатического отталкивания зерен цемента эти зерна удерживаются на расстоянии одно от другого еще и за счет длинных боковых цепей. Этот принцип действия называют «пространственным диспергированием» (Рис. 7).

Определяющим фактором эффективности суперпластификатора на базе эфиров поликарбоксилатов (РСЕ) являются его адсорбционные свойства. Эти свойства зависят, прежде всего, от молекулярной структуры полимера, химических условий в поровом растворе и физико-химических свойств поверхности цемента. Высокая плотность зарядов, то есть большое количество карбоксилатных групп у главной цепи приводит к быстрой и полной адсорбции полимеров. Этому способствует и быстро реагирующая поверхность зерна цемента, при этом доминирующую роль играют фазы С₃А. На реакционную способность поверхности цемента влияет содержание в нем ионов сульфатов. Содержание ионов сульфатов в поровом растворе имеет решающее значение. Адсорбционные свойства различных продуктов в одних и тех же условиях показаны на рисунке 8.

Традиционные суперпластификаторы на базе нафталинсульфонатов (NSF) и метилсульфонатов (MSF) адсорбируются очень быстро и с высокой степенью адсорбции, составляющей, как правило, более 90%. РСЕ-суперпластификаторы, напротив, имеют разброс свойств. Типичным продуктом для применения в производстве сборного железобетона является РСЕ D с высокой скоростью адсорбции и высокой степенью адсорбции. Продукты А, В и С, напротив, отличаются медленной адсорбцией и невысокой степенью адсорбции.