Lignosulfonatlar neredeyse bir asırdır betonlarda akışkanlaştırıcı ve su azaltıcı olarak kullanılmaktadır. Onların betonlardaki kullanımı, ayırıcı zaman gecikmesi ve gerekli su miktarının azaltılması gibi olumlu etkiler yaratmaktadır.

Lignosulfonat, üretim süreci ve performansındaki önemli parametreler

Lignosulfonatlar beton katkı maddelerinde:

Lignosulfonatlar neredeyse bir asırdır betonlarda akışkanlaştırıcı ve su azaltıcı olarak kullanılmaktadır. Onların betonlardaki kullanımı, ayırıcı zaman gecikmesi ve gerekli su miktarının azaltılması gibi olumlu etkiler yaratmaktadır. Bunun yanı sıra, bu maddenin kullanımı betonun verimliliğini artırmakta ve havanın beton içine nüfuz etmesini de sağlamaktadır. Bu maddenin ağaç ve kağıt endüstrilerinde bir yan ürün olması nedeniyle, diğer beton katkı maddelerine kıyasla düşük ve uygun bir fiyatı vardır ve sınırlı verimliliğine rağmen inşaat kimyası sektöründe önemli bir tüketim miktarına ulaşmıştır.

Üretim süreci:

Lignosulfonatların üretimi için ana madde lignindir. Lignin, selülozdan sonra yaklaşık %30-20 oranında ahşabı oluşturmaktadır ve aslında bu madde, yeryüzündeki en bol ikinci organik moleküldür. Selüloz üretim sürecinde, kağıt fabrikalarında lignin ayrıştırılmaktadır. Lignin su içinde çözünmediği ve ayrıştırma süreci yalnızca su ile mümkün olmadığı için özel yöntemler kullanılmaktadır. Ayrıştırma yöntemlerinden biri, sülfatlı pişirme yöntemidir. Sülfatlı pişirme sürecinde, sülfat (-SO₃²) ve ya bisülfat (-HSO₃) tuzları (genellikle sodyum, magnezyum, amonyum veya kalsiyum) ve 140-170 derece Celsius sıcaklık kullanılmaktadır. Bu süreçte ligninin iç bağları ve polisakaritlerle olan bağları kırılmakta, moleküler ağırlığı azalmaktadır ve aynı zamanda sülfatlanmaktadır. Ayrıştırılan ürün (İngilizce adı: Black Liquor) sıvı fazda olup lignosulfonatlar, tuzlar, şekerler ve bunların türevlerini içermektedir. Daha sonra bu madde tekrar arıtılmakta ve nihai ürün lignosulfonatlar üretilmektedir. Lignosulfonatların moleküler ağırlığı 103-106 gram/mol arasında değişmektedir ve kaynak (yumuşak ağaç veya sert ağaç), üretim süreci ve sülfatlama derecesine bağlı olarak çeşitli türleri bulunmaktadır. Ayrıca, Black Liquor'un esasen enerji üretimi için kullanıldığını belirtmek gerekir. Bunun sadece küçük bir kısmı lignosulfonatların üretimi için kullanılmaktadır.

Lignosulfonatların davranış ve performansındaki önemli parametreler:

Lignosulfonatların beton katkı maddelerindeki mekanizmasında birçok parametre etkilidir. Bu bağlamda iki faktör önemli ve anahtar bir rol oynamaktadır.

1- Sülfatlama derecesi ve türü

2- Şekerin arıtılması ve ayrıştırılması

Sülfatlama derecesi ve türü:

Sülfatlama derecesinin artırılması, moleküler ağırlığın azalmasıyla birlikte nihai ürünün suda çözünürlüğünü artırmaktadır. Ayrıca, belirtildiği gibi bu madde sülfatlama sürecinde farklı tuzlarla üretilmektedir ve genellikle üç tür lignosulfonat (kalsiyum, sodyum ve magnezyum) beton katkı maddelerinde kullanılmaktadır. Sodyum türü, diğer iki türle karşılaştırıldığında daha yüksek bir iyonizasyon derecesine sahip olup, düşük sıcaklıklarda (10 derecenin altında) daha fazla çözünürlük göstermekte ve diğer polimerlerle formülasyonlarda sodyum türü, çok az tortu ve çökme nedeniyle tercih edilmektedir. Aksine, farklı moleküler ağırlıklara sahip testler, moleküler ağırlık ne kadar yüksekse, betonun akışkanlığı ve verimliliği açısından daha iyi etkiler yarattığını ve betonun havayı daha fazla geçirdiğini göstermektedir. Ayrıca, sodyum türünün fiyatı diğer iki türden daha yüksek olup, bu durum nihai maliyetler üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, sülfatlama derecesi ve türü ya da genel olarak sülfatlama süreci nihai ürünün optimize edilmesinde oldukça etkilidir.

Şekerin arıtılması ve ayrıştırılması:

Lignosulfonatlarda çok önemli bir diğer parametre ise şekerin arıtılması ve ayrıştırılmasıdır. Şeker, betonun ayırıcı zamanında aşırı ve istenmeyen bir gecikmeye neden olabilir. Öte yandan, bu gecikme özellikle soğuk havalarda faydalı olabilir. Bu nedenle, arıtma süreci oldukça etkilidir ve şekerlerin uygun miktarda ayrıştırılması nihai ürünü iyileştirmektedir; ancak bu gecikme yalnızca şekerle ilgili olmayıp, lignosulfonatlar da beton içinde benzer bir özellik göstermektedir. Arıtma yöntemleri arasında çökelme, ultrafiltrasyon vb. sayılabilir.

Genel olarak, lignosulfonatlar diğer hammadde türlerine (polinaphthalene sülfanatları, polikarboksilatlar vb.) göre daha ucuzdur ve özel beton tasarımlarında çok fazla kullanılmasa da, beton katkı maddelerinde yüksek bir tüketim oranına sahiptir. Yılda yaklaşık 1.8 milyon ton lignosulfonat üretilmekte ve yapılan araştırmalara göre, büyük ölçüde beton katkı maddelerinde tüketilmektedir.

Lignosulfonat, üretim süreci ve onun performansındaki önemli parametreler

Hava tersine dönüşüm olayı

Yol yapımı ve illerin yeni demiryolu ağına bağlanması

Kromit nedir?

Sodyum sülfat analizi