Jak duży wpływ ma dobór domieszek do betonu na właściwości użytkowe betonu?

Ciągły rozwój gospodarki narodowej Chin

Ciągły rozwój gospodarki narodowej Chin doprowadził do zwiększonego zapotrzebowania na beton, cement i produkty pokrewne w podstawowych sektorach budownictwa przemysłowego i budowlanego. Popyt ten w konsekwencji napędza rozwój przemysłu wyrobów cementowych i sektora betoniarskiego. Jednakże wraz z postępem technologii budowlanej ludzie stawiają coraz wyższe wymagania cementowi i betonowi. Wymagania te znajdują odzwierciedlenie w potrzebie, aby beton wykazywał wczesną wytrzymałość, regulowany czas wiązania, wysoką płynność, wysoką trwałość i właściwości lekkie. Dodatkowo istnieje wymaganie łatwego formowania, niskich kosztów przygotowania i prostych metod utwardzania. Wychodząc naprzeciw tym potrzebom wprowadzono domieszki do betonu.

Domieszki do betonu ogólnie dzieli się na środki zwiększające wczesną wytrzymałość, środki zmniejszające ilość wody, środki napowietrzające i opóźniacze. Domieszki te charakteryzują się niskimi dawkami i różnorodnością typów, co pozwala na wzmocnienie lub polepszenie właściwości stwardniałego betonu. Badanie wpływu domieszek do betonu na właściwości użytkowe betonu, a także kompatybilność domieszek z cementem jest niezbędne dla efektywnego wykorzystania domieszek do betonu i maksymalizacji roli betonu w budownictwie.

1. Analiza właściwości użytkowych domieszek do betonu

1.1 Wpływ domieszek i zgodności cementu na beton

(1) Każdy rodzaj domieszki do betonu ma swoją specyficzną funkcjonalność. Dodanie takich domieszek może poprawić niektóre aspekty właściwości betonu. Na przykład dodanie środka zmniejszającego ilość wody może zwiększyć płynność betonu przy zachowaniu tej samej zawartości wody lub zmniejszyć jednostkową zawartość wody przy zachowaniu tej samej płynności, zwiększając w ten sposób wytrzymałość betonu i poprawiając jego trwałość. Pojęcie kompatybilności lub niekompatybilności domieszek do betonu z cementem można rozumieć następująco: Zgodnie z warunkami technicznymi stosowania domieszek do betonu, jeżeli do cementu, spełniającego odpowiednie wymagania, zostanie dodana sprawdzona i zgodna z normami domieszka i uzyskany zostanie zamierzony efekt , wówczas cement i domieszkę uważa się za kompatybilne. I odwrotnie, jeśli pożądany efekt nie zostanie osiągnięty, cement i domieszkę uważa się za niezgodne.

Na przykład użycie kilku rodzajów zwykłego cementu portlandzkiego i dodanie specjalnego, wysokowydajnego środka redukującego wodę (spełniającego standardy jakości) w identycznych warunkach przygotowania, jeśli jeden rodzaj cementu nie osiągnie pożądanego stopnia redukcji wody, oznacza to niezgodność pomiędzy tym cementem a środkiem zmniejszającym ilość wody, podczas gdy pozostałe są kompatybilne. Podobnie, jeśli środki szybkowiążące nie dają oczekiwanego efektu szybkiego wiązania lub opóźniacze powodują fałszywe wiązanie po zmieszaniu z określonymi rodzajami cementu, oznacza to niezgodność między domieszką a cementem. Prawie wszystkie rodzaje domieszek mają w różnym stopniu problemy z kompatybilnością z cementem. Najczęściej stosowane środki redukujące ilość wody często wykazują problemy z niekompatybilnością, które mogą objawiać się w sposób widoczny i szybki (np. słaba płynność, niski stopień redukcji wody, twardnienie mieszaniny pod wpływem ciepła lub zbyt szybka utrata płynności).

(2) W jednym projekcie zastosowano określony rodzaj cementu do pieców szybowych i wysokowydajny związek zmniejszający ilość wody z określonej fabryki. Początkowo wyniki były zadowalające. Jednakże partia cementu zmieszanego z tą samą domieszką spowodowała szybkie wiązanie betonu, w wyniku czego powstały luźne konstrukcje betonowe i konieczne było rozbiórkę 800m3 gotowego betonu. Dochodzenie wykazało, że chociaż zarówno cement, jak i środek zmniejszający ilość wody spełniały odpowiednie normy, połączenie to spowodowało poważne problemy z jakością. Testy eksperymentalne potwierdziły szybkie wiązanie, które można rozwiązać poprzez dodanie 0,5%-1,0% gipsu dwuwodnego do cementu, uzyskując beton o dobrych właściwościach użytkowych. Pokazało to, że niezgodność wynikała z niewystarczającej zawartości gipsu w cemencie, pomimo spełnienia norm cementowych.

(3) Podsumowując, kwestie kompatybilności pomiędzy domieszkami i cementem są złożone i nieuniknione w inżynierii. Problemy te mogą mieć wpływ na wydajność aplikacji, a czasami prowadzić do poważnych wypadków inżynieryjnych i znacznych strat ekonomicznych. Zgodność cementu i domieszek jest problemem zarówno naukowym, jak i praktycznym, wynikającym z rzeczywistych incydentów inżynieryjnych. Wymaga dużej uwagi ze strony jednostek produkcyjnych i działów zastosowań inżynieryjnych.

1.2 Funkcje domieszek do betonu

Działanie domieszek do betonu różni się w zależności od ich rodzaju. Ogólnie rzecz biorąc, domieszki mogą poprawić płynność betonu przy stałej zawartości cementu i wody lub zmniejszyć zawartość wody przy stałych warunkach cementu i opadu, zwiększając w ten sposób wytrzymałość i trwałość betonu. Mogą również zmniejszyć zużycie cementu i obniżyć koszty przy stałej projektowanej wytrzymałości i warunkach opadu. Środki zwiększające wczesną wytrzymałość zwiększają wytrzymałość betonu na wczesnym etapie i są stosowane głównie przy naprawach awaryjnych i budownictwie zimowym. Dodatki redukujące wodę poprawiają wytrzymałość i zmniejszają zużycie wody, zachowując jednocześnie konsystencję betonu. Dodatki napowietrzające zmniejszają krwawienie i segregację powstałą w wyniku mieszania, poprawiając urabialność betonu. Opóźniacze opóźniają czas wiązania i są powszechnie stosowane w betonie masowym, betonowaniu w czasie upałów lub transporcie betonu na duże odległości.

1.3 Wpływ środków zmniejszających ilość wody na właściwości użytkowe betonu

Środki zmniejszające ilość wody, składające się głównie ze środków powierzchniowo czynnych, są zazwyczaj anionowymi środkami powierzchniowo czynnymi. Środki te nie reagują chemicznie z cementem, ale działają głównie poprzez plastyfikację, w tym zwilżanie, dyspersję adsorpcyjną i smarowanie. Właściwości te zmniejszają zapotrzebowanie wody do mieszania betonu, poprawiają urabialność i poprawiają działanie uplastyczniające świeżo wymieszanego betonu.

1.4 Wpływ środków napowietrzających na właściwości użytkowe betonu

Dodatki napowietrzające wprowadzają do betonu liczne drobne, niezależne pęcherzyki, znacznie poprawiając jego urabialność. Jeśli chodzi o skuteczność redukcji wody, środki napowietrzające mogą zwiększyć wytrzymałość betonu. Jednak z punktu widzenia napowietrzenia wytrzymałość betonu generalnie maleje. W rezultacie beton zawierający środki napowietrzające lub napowietrzające środki redukujące wodę wykazuje niższy moduł sprężystości w porównaniu z betonem nienapowietrzonym, przy czym zmniejszenie modułu sprężystości przekracza zmniejszenie wytrzymałości. Dzieje się tak dlatego, że liczne mikropęcherzyki w zaczynie cementowym obniżają jego moduł sprężystości.