Thông tin chuyên ngành Xi măng Việt Nam

Polycacboxylat Ete (PCE) đã được sử dụng rất thành công trong một thời gian dài làm phụ gia bê tông, ví dụ, các phụ gia siêu dẻo Sika^® Visco Crete^®. Tuy nhiên, tính chất độc đáo của PCE làm phụ gia xi măng chỉ được ghi nhận trong những năm gần đây. Trong năm 2009, ví dụ, Schrabback đã cho thấy, đối với các mức liều lượng như nhau, mức tăng năng suất 9% có thể đạt được ra sao với một sản phẩm phụ gia trợ nghiền thông thường nhưng với phụ gia có chứa PCE tăng được 16%. Một mặt, PCE hoạt động tương tự như các hợp chất khối lượng phân tử thấp. Chúng bù đắp một phần sự phân cực của bề mặt clanhke thông qua sự phối hợp của các nhóm phân cực của chúng và làm giảm phân cực hơn nữa thông qua các  hiệu ứng che chắn của các nhóm alkyl không phân cực của chúng.

Mặc dù, không giống như phụ gia trợ nghiền truyền thống, PCE không chứa các nhóm hóa học phân cực trung bình, đặc biệt không có nhóm rượu, nhưng chỉ có nhóm ete phân cực yếu và nhóm axit phân cực mạnh hoặc nhóm cacboxyl tích điện. Quá trình lựa chọn, trong đó bao gồm vài trăm hợp chất và hỗn hợp, cho thấy rõ ràng rằng các hợp chất ion, chẳng hạn như các axit tinh khiết, không thích hợp làm phụ gia trợ nghiền. Tuy nhiên, chúng được tìm thấy trong nhiều sản phẩm thương  mại như là các chất bổ sung, chủ yếu là để trung hòa các thành phần kiềm. Cho dù chúng  cũng có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả nghiền và khả năng có thể điều chỉnh tính chất xi măng rốt cuộc vẫn chưa được xác định rõ. Tuy nhiên, vài nhóm axit của PCE, căn cứ vào khối lượng phân tử cao của chúng, không giải thích được ảnh hưởng nổi bật của phụ gia trợ nghiền có chứa PCE.

 

Thử nghiệm với các phân tử lớn và mạch nhánh khác, có và không có điện tích, và mô phỏng máy tính cho thấy hiệu ứng tốt là một hệ quả các hiệu ứng về không gian. Nhưng, các hiệu ứng này lại thuộc một loại khác chứ không phải là các PCE sử dụng làm phụ gia hóa dẻo cho bê tông. Trong trường hợp sau này, mạch nhánh polyete hướng ra xa vào dung môi nước và ngăn không cho các hạt xi măng đến quá gần nhau. Trong trường hợp trước đây, trong quá trình nghiền khô cả hai các mạch chính chứa các nhóm cacboxyl và các mạch nhánh polyete hấp phụ trên bề mặt clanhke (Hình 21). Tuy nhiên, sự phân nhánh ngăn cản sự hấp phụ dọc thớ của toàn bộ phân tử PCE. Vì lý do khoảng cách không gian giữa hai bề mặt clanhke là 9 Å (Hình 22), nghĩa là lớn gấp đôi so với glycerin (Hình 16).

Ngược lại, sự hấp phụ hoàn toàn trên bề mặt phẳng có thể xảy ra với các phân tử thẳng. Hình 23 chỉ ra một chuỗi polyethylen oxit với cùng khối lượng phân tử như các Polycacboxylat ete trong Hình 21 - 22. Do công suất máy tính hạn chế, các polyme chỉ được mô phỏng với khối lượng phân tử là 1.700 g/mol. PCE thương mại làm phụ gia hóa dẻo bê tông thường có khối lượng phân tử là 25.000 - 50.000 g/mol.

Một hiệu ứng không gian rõ ràng xảy ra nếu sự phân nhánh khiến cho việc hấp phụ lên bề mặt phẳng không thể đạt được hoặc nếu chuỗi polyme rất dài chồng chéo lên nhau, nghĩa  là với các phân tử lớn hoặc phân tử rất lớn.

5.1. Tính chất cụ thể

Tất cả các thử nghiệm xác nhận rằng chỉ riêng một mình PCE không tác dụng tốt như phụ gia trợ nghiền có khối lượng phân tử thấp. Điều này phù hợp với các mô phỏng máy tính mà các lớp phân tử hữu cơ trung gian, ví dụ, 4 Å là đủ để hoạt động tốt. Nếu mức độ liều lượng tương tự được sử dụng cho PCE thì khi đó cùng với khu vực có lớp phủ khá dày bao quanh bề mặt clanhke chưa được bao phủ xuất hiện. Ngoài ra, cũng có khả năng rằng các polyme lớn phân tán chậm hơn.

Hình 22 chỉ ra rằng các phân tử lớn có thể, về mặt lý thuyết, không chỉ phân tách các hạt clanhke mà còn liên kết chúng lại. Tuy nhiên, hiện tượng bắc cầu polyme lại không có khả năng xảy ra. Khi liều lượng PCE quá mức, độ kết tụ của bột xi măng giảm đáng kể và độ linh động bột vượt quá mức cần thiết. Điều này có thể ảnh hưởng xấu đến quá trình nghiền và vận chuyển xi măng.

Như vậy, PCE không chỉ cải thiện khả năng nghiền mà còn cải thiện độ linh động của xi măng. Ngoài các hiệu ứng về không gian, điều này có thể được giải thích theo cách sau. Khi các hạt xi măng được ép vào nhau, các phân tử PCE lớn khi đó không dễ dàng bị chiếm chỗ những phân tử nhỏ hơn của phụ gia trợ nghiền truyền thống. Điều này có nghĩa là chuỗi PCE cố định giảm mạnh sự hình thành kết tụ tạm thời và sự dính kết các hạt xi măng.

5.2. Hỗn hợp của PCE và khối lượng phân tử thấp

Phụ gia trợ nghiền thương mại gốc PCE luôn chứa các hợp chất có phân tử lượng thấp. Có lẽ những đóng góp trước kia vào thành công của công thức như vậy là vì các hiệu ứng không gian của chúng và sau này là vì sự phân tán nhanh hơn và tốt hơn trong quá trình nghiền. Trong suốt quá trình sản xuất, các phụ tra trợ nghiền PCE tối ưu hóa khoảng cách hạt và giảm tối thiểu năng lượng kết tụ. Các nghiên cứu sâu rộng với tất cả các tỉ lệ từ PCE tinh khiết đến TEA và DEG tinh khiết đã được công bố bởi Heller, Müller và Honert. Các tỉ lệ tối ưu về kỹ thuật và kinh tế nằm ở các quan điểm khác nhau. Chúng phụ thuộc trên các hợp chất trợ nghiền, clanhke, loại máy nghiền và chế độ vận hành.

Các nghiên cứu về PCE, về các chi tiết phân tử và các hỗn hợp cung cấp kết quả tốt nhất liên quan đến quá trình nghiền và chế tạo xi măng, và các nguyên nhân lý giải đang tiếp tục được thực hiện. Một số quan sát và suy luận chỉ ra rằng trong quá trình phân ly khí, các PCE đã bộc lộ hiệu quả đầy đủ của chúng. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu thử nghiệm và lý thuyết hiện có sẵn cung cấp cơ sở tốt để tiếp tục khai thác các lợi ích khác của PCE làm  phụ gia trợ nghiền.