Koks yra plėtimosi agento veikimo mechanizmas betone?

Statybos inžinerijoje dažnai pasitaiko betono įtrūkimų ir vandens nutekėjimo, o konstrukciniai įtrūkimai gali turėti įtakos estetikai arba, sunkiais atvejais, pastato saugumui. Dėl tokių veiksnių kaip padidėjęs cemento naudojimas, didesni stiprumo reikalavimai, statybos sąlygos ir netinkamas kietėjimas, betono konstrukcijose neišvengiama įtrūkimų susidarymo. Šiuo metu vienintelis įmanomas būdas inžinerijoje yra kontroliuoti įtrūkimus nepavojingose ​​​​ribose.

Betono įtrūkimo priežastys

Yra įvairių priežasčių, dėl kurių betonas trūkinėja statybos projektuose, įskaitant konstrukcijų projektavimą, konstrukcijos kietėjimą ir žaliavas. Pagrindinė įtrūkimų priežastis yra tempimo įtempis, atsirandantis, kai kietėjimo metu betonas patiria apkrovą, deformaciją ir maišymąsi. Įtrūkimai atsiranda, kai vidinis tempiamasis įtempis viršija ribinį betono tempimo stiprumą. Tarp jų nestruktūriniai įtrūkimai, atsiradę dėl deformacijos, sudaro 80 %, o didžioji dalis šių nestruktūrinių įtrūkimų atsiranda dėl betono susitraukimo (pvz., autogeninis susitraukimas, plastinis susitraukimas, džiovinimo susitraukimas, terminis susitraukimas ir kt.).

Nėra išsamių techninių specifikacijų, kaip kontroliuoti nestruktūrinius įtrūkimus, o įprasti inžinerijos metodai apima kompensacinių siūlių projektavimą arba „šokančio sandėlio metodo“ taikymą statybos metu. Tačiau šis metodas prailgina statybos laikotarpį ir padidina valymo išlaidas. Platus inžinerinis pritaikymas parodė, kad efektyviausias būdas yra naudoti susitraukimą kompensuojantį betoną įtrūkimams kontroliuoti.

Ekspansyviųjų agentų mechanizmas ir taikymas

Betoninės ekspansinės medžiagos – tai priedai, kurie, dedami į betoną, padidina jo tūrį ir kompensuoja betono susitraukimą. Ekspansyvieji agentai klasifikuojami pagal jų ekspansyvius komponentus, tokius kaip kalcio sulfoaliuminatas, CaO pagrindu, MgO pagrindu, kalcio sulfoaliuminato-kalcio oksido ir kalcio-magnio kompozitų tipai. Dėl skirtingų išsiplečiančių komponentų skiriasi ir jų plėtimosi našumas. Plačiausiai pripažinti ekspansinių agentų mechanizmai yra kristalinio augimo teorija, vandens absorbcijos brinkimo teorija ir kietosios fazės tūrio plėtimosi teorija.

2.1 Kalcio sulfoaliuminato pagrindu pagamintos ekspansinės medžiagos

Kalcio sulfoaliuminato pagrindu pagamintų ekspansinių medžiagų plėtimosi efektas pirmiausia pasiekiamas hidratacijos metu susidarant kalcio ettringitui (C3A-3CaSO4-32H2O). Esami tyrimai rodo, kad bendras ettringito kristalinio augimo slėgio ir vandens sugėrimo brinkimo jėgos poveikis yra pagrindinė plėtimosi priežastis, o vandens absorbcijos patinimas yra dominuojantis veiksnys. Remiantis šia teorija, ettringito hidratacijos reakcijai reikalingas didelis vandens kiekis, o tai riboja jo naudojimą didelio stiprumo betone su mažu vandens ir cemento santykiu. Be to, betonui, kurio sudėtyje yra kalcio sulfoaliuminato pagrindu pagamintų ekspansinių medžiagų, reikia griežtos kietėjimo kontrolės. Netinkamas kietėjimas ne tik nekompensuoja susitraukimo, bet ir padidina įtrūkimų riziką. Be to, kalcio ettringitas gali suirti drėgnoje ir karštoje aplinkoje, o tai turi įtakos stiprumui ir ilgaamžiškumui. Todėl inžinerijoje naudojant kalcio sulfoaliuminato pagrindu veikiančias ekspansines medžiagas, ypatingas dėmesys turėtų būti skiriamas aplinkos temperatūrai.

2.2 Kalcio oksido pagrindu pagamintos ekspansinės medžiagos

Kalcio oksido pagrindu veikiančių ekspansinių medžiagų plėtimosi mechanizmas apima kalcio oksido (CaO) hidrataciją, kad susidarytų kalcio hidroksidas (Ca(OH)2). Šis procesas padidina kietosios fazės tūrį, o vietinis hidratacijos produktų kaupimasis padidina porų tūrį, todėl pastos tūris plečiasi. Palyginti su kalcio sulfoaliuminato pagrindu veikiančiomis ekspansinėmis medžiagomis, kalcio oksido pagrindu pagamintoms ekspansinėms medžiagoms reikia mažiau vandens, jų plėtimosi efektyvumas yra didesnis ir jie yra ekonomiškesni, todėl naudojami plačiau. Tačiau CaO egzotermiškai reaguoja su vandeniu, o tai kenkia betono temperatūros įtrūkimams kontroliuoti. Be to, dėl greito CaO hidratacijos greičio plastinėje betono stadijoje sunaudojama daug išsiplėtimo, todėl jis neveiksmingas kompensuojant vėlesnio etapo susitraukimą. CaO taip pat jautrus aplinkos drėgmei, todėl jį reikia kruopščiai supakuoti, kad būtų išvengta drėgmės įsisavinimo, o tai gali sumažinti jo plėtimosi efektyvumą. Be to, Ca(OH)2 tirpsta esant tam tikram vandens slėgiui, todėl povandeninių statybų projektuose naudojant kalcio oksido pagrindu veikiančias ekspansines medžiagas reikia būti atsargiems.

2.3 Magnio oksido pagrindu pagamintos ekspansinės medžiagos

Magnio oksido pagrindu pagamintų ekspansinių medžiagų plėtimosi efektas atsiranda hidratuojant magnio oksidą (MgO), kad susidarytų magnio hidroksidas (Mg(OH)2), o tūrio pokytį lemia Mg(OH)2 vandens absorbcijos pūtimo jėga. ankstyvosiose hidratacijos stadijose ir Mg(OH)2 kristalinio augimo slėgyje vėlesnėse stadijose. Išsamūs tyrimai ir inžineriniai pritaikymai parodė, kad magnio oksido pagrindu pagaminti ekspansyvieji agentai pasižymi atidėtu plėtimu ir ilgu plėtimosi ciklu, o tai gali veiksmingai kompensuoti temperatūros susitraukimą aušinimo ir džiovinimo metu. Jų mechaninės savybės yra stabilios, o hidratacijai reikia mažiau vandens. Magnio oksido pagrindu pagaminti ekspansyvieji agentai taip pat turi stabilių hidratacijos produktų ir reguliuojamų plėtimosi savybių privalumus, todėl jie plačiai naudojami didelio masto betono projektuose, tokiuose kaip užtvankos. Praktiškai renkantis didelio efektyvumo betono įtrūkimams atsparias medžiagas arba magnio oksido ekspansines medžiagas, kurių reaktyvumas skiriasi (R tipo, M tipo, S tipo) kompensuoti betono susitraukimą ir taip pasiekti viso ciklo įtrūkimų kontrolę ir supaprastinti temperatūros kontrolės priemones. Tačiau reikia atkreipti dėmesį į magnio oksido pagrindu pagamintų ekspansinių medžiagų dozavimą, nes per dideli kiekiai gali pernelyg išsiplėsti, o tai gali sukelti prastą tūrio stabilumą.

2.4 Dviejų išplėtimo šaltinių ekspansiniai agentai

Įprastos dviejų plėtimosi šaltinių ekspansinės medžiagos rinkoje yra kalcio sulfoaliuminato ir kalcio oksido pagrindu pagamintos ekspansinės medžiagos (pvz., HCSA, CSA, FQY ir kt.) ir kalcio ir magnio sudėtinės ekspansinės medžiagos.

Kalcio sulfoaliuminato-kalcio oksido pagrindu pagamintos ekspansinės medžiagos: Šių agentų plėtimosi šaltiniai yra ettringitas ir Ca(OH)2. Kai šios medžiagos naudojamos betone, Ca(OH)2 kompensuoja ankstyvą susitraukimą, o ettringitas kompensuoja vėlesnių stadijų susitraukimą. Išsiplėtimas iš šių šaltinių vyksta skirtingais etapais, todėl pasiekiamas efektyvus susitraukimo kompensavimo efektas. Palyginti su vieno išsiplėtimo šaltinio agentais, kalcio sulfoaliuminato ir kalcio oksido pagrindu pagamintos plečiamosios medžiagos turi didesnio išsiplėtimo, mažesnio vandens poreikio ir ankstesnio stabilaus išsiplėtimo laikotarpio pranašumų. Jie plačiai naudojami tokiuose projektuose kaip savaime hidroizoliuojančios betoninės konstrukcijos ir besiūlių itin ilgų konstrukcijų statyba.

Kalcio ir magnio kompozicinės ekspansinės medžiagos: Šios priemonės gaminamos derinant lengvai degintą magnio oksidą su kalcio oksidu, su plėtimosi šaltiniais iš Ca(OH)2 ir Mg(OH)2. Šių sudėtinių medžiagų plėtimosi greitis reguliuojamas pagal greitesnį kalcio oksido hidratacijos greitį ir lėtesnį magnio oksido hidratacijos greitį. Šis reguliavimas leidžia laipsniškai, visą ciklą kompensuoti betono susitraukimą. Be to, kalcio ir magnio kompozicinės ekspansinės medžiagos įveikia atskirų kalcio oksido pagrindu veikiančių ekspansinių medžiagų jautrumą temperatūrai, todėl jos tinka projektams, kuriems taikomi ne tokie griežti temperatūros kontrolės reikalavimai.