Kāds ir izplešanās līdzekļa darbības mehānisms betonā?

Būvniecības inženierzinātnēs bieži sastopamas betona plaisas un ūdens noplūde, un konstrukciju plaisas var ietekmēt ēkas estētiku vai, smagos gadījumos, drošību. Tādu faktoru dēļ kā palielināts cementa lietojums, augstākas izturības prasības, būvniecības apstākļi un neatbilstoša sacietēšana, plaisu veidošanās betona konstrukcijās ir neizbēgama. Pašlaik vienīgā iespējamā pieeja inženierzinātnēs ir kontrolēt plaisas nekaitīgās robežās.

Betona plaisāšanas cēloņi

Betona plaisāšanai būvniecības projektos ir dažādi iemesli, tostarp konstrukcijas projektēšana, konstrukcijas sacietēšana un izejvielas. Galvenais plaisu cēlonis ir stiepes spriegums, kas rodas, betonam sacietēšanas procesa laikā saskaroties ar slodzi, deformāciju un sajaukšanos. Plaisas rodas, ja iekšējais stiepes spriegums pārsniedz betona maksimālo stiepes izturību. To vidū deformācijas izraisītas nestrukturālas plaisas veido 80%, un lielākā daļa šo nestrukturālo plaisu rodas betona saraušanās dēļ (piemēram, autogēnā saraušanās, plastiskā saraušanās, žūšanas saraušanās, termiskā saraušanās utt.).

Nav detalizētu tehnisko specifikāciju nestrukturālu plaisu kontrolei, un inženierzinātnēs tiek izmantotas izplatītas metodes, piemēram, izplešanās šuvju projektēšana vai "lecošās noliktavas metodes" izmantošana būvniecības laikā. Tomēr šī pieeja pagarina būvniecības laiku un palielina tīrīšanas izmaksas. Plaši inženiertehniskie pielietojumi ir parādījuši, ka visefektīvākā metode ir plaisu kontrolei izmantot saraušanos kompensējošu betonu.

Ekspansīvo aģentu mehānisms un pielietojums

Betona ekspansīvās vielas ir piedevas, kuras, pievienojot betonam, izraisa tā tilpuma palielināšanos, kompensējot betona saraušanos. Ekspansīvos līdzekļus klasificē pēc to ekspansīvajām sastāvdaļām, piemēram, kalcija sulfoalumināta, uz CaO bāzes, uz MgO bāzes, kalcija sulfoalumināta-kalcija oksīda un kalcija-magnija kompozītmateriālu veidiem. Dažādo ekspansīvo komponentu dēļ atšķiras arī to izplešanās veiktspēja. Visplašāk pieņemtie ekspansīvo vielu mehānismi ietver kristāliskās augšanas teoriju, ūdens absorbcijas pietūkuma teoriju un cietās fāzes tilpuma izplešanās teoriju.

2.1 Izplešanās līdzekļi uz kalcija sulfoalumināta bāzes

Kalcija sulfoalumināta bāzes ekspansīvo vielu izplešanās efekts galvenokārt tiek panākts, veidojot kalcija ettringītu (C3A-3CaSO4-32H2O) hidratācijas laikā. Esošie pētījumi liecina, ka ettringīta kristāliskā augšanas spiediena un ūdens absorbcijas pietūkuma spēka kombinētā iedarbība ir galvenais izplešanās cēlonis, un ūdens absorbcijas pietūkums ir dominējošais faktors. Pamatojoties uz šo teoriju, ettringīta hidratācijas reakcijai nepieciešams ievērojams ūdens daudzums, ierobežojot tā pielietojumu augstas stiprības betonā ar zemu ūdens un cementa attiecību. Turklāt betonam, kas satur kalcija sulfoalumināta bāzes ekspansīvās vielas, nepieciešama stingra cietēšanas kontrole. Nepareiza sacietēšana ne tikai nekompensē saraušanos, bet arī palielina plaisāšanas risku. Turklāt kalcija ettringīts var sadalīties mitrā un karstā vidē, ietekmējot izturību un izturību. Tāpēc īpaša uzmanība jāpievērš vides temperatūrai, ja inženierzinātnēs tiek izmantotas kalcija sulfoalumināta bāzes ekspansīvās vielas.

2.2 Izplešanās līdzekļi uz kalcija oksīda bāzes

Kalcija oksīda bāzes ekspansīvo vielu izplešanās mehānisms ietver kalcija oksīda (CaO) hidratāciju, veidojot kalcija hidroksīdu (Ca(OH)2). Šis process palielina cietās fāzes tilpumu, un lokāla hidratācijas produktu uzkrāšanās palielina poru tilpumu, kā rezultātā pastas apjoms palielinās. Salīdzinājumā ar kalcija sulfoalumināta bāzes ekspansīviem līdzekļiem, kalcija oksīda bāzes ekspansīvajiem līdzekļiem ir nepieciešams mazāk ūdens, tiem ir augstāka izplešanās efektivitāte un tie ir izdevīgāki, padarot tos plašāk izmantojamus. Tomēr CaO eksotermiski reaģē ar ūdeni, kas kaitē temperatūras plaisu kontrolei betonā. Turklāt CaO straujais hidratācijas ātrums izraisa ievērojamu izplešanos, kas tiek patērēts betona plastmasas stadijā, padarot to neefektīvu, lai kompensētu vēlākā posma saraušanos. CaO ir arī jutīgs pret apkārtējās vides mitrumu, tāpēc ir nepieciešams rūpīgi iepakot, lai novērstu mitruma uzsūkšanos, kas var samazināt tā izplešanās efektivitāti. Turklāt Ca (OH) 2 šķīst noteiktā ūdens spiedienā, tāpēc ir jāievēro piesardzība, izmantojot kalcija oksīda bāzes ekspansīvos līdzekļus zemūdens būvniecības projektos.

2.3 Ekspansīvie līdzekļi uz magnija oksīda bāzes

Ekspansīvo vielu uz magnija oksīda bāzes izplešanās efekts rodas magnija oksīda (MgO) hidratācijas rezultātā, veidojot magnija hidroksīdu (Mg(OH)2), un tilpuma izmaiņas nosaka Mg(OH)2 ūdens absorbcijas pietūkuma spēks. hidratācijas sākuma stadijas un Mg(OH)2 kristāliskā augšanas spiediens vēlākos posmos. Plaši pētījumi un inženiertehniskie pielietojumi ir parādījuši, ka uz magnija oksīda bāzes izgatavotiem ekspansīviem līdzekļiem ir aizkavēta izplešanās un ilgs izplešanās cikls, kas var efektīvi kompensēt temperatūras saraušanos dzesēšanas un žāvēšanas saraušanās laikā. To mehāniskās īpašības ir stabilas, un hidratācijai ir nepieciešams mazāk ūdens. Uz magnija oksīda bāzes izgatavotiem ekspansīviem līdzekļiem ir arī stabilu hidratācijas produktu un regulējamu izplešanās īpašību priekšrocības, padarot tās plaši pielietojamas liela mēroga betona projektos, piemēram, aizsprostos. Praksē, izvēloties augstas veiktspējas betona pret plaisām izturīgus līdzekļus vai magnija oksīda ekspansīvās vielas ar atšķirīgu reaktivitāti (R-tipa, M-veida, S-tipa), jāņem vērā tādi faktori kā betona stiprības pakāpe, konstrukcijas izmēri un būvniecības vide. kompensēt betona saraušanos, tādējādi panākot pilna cikla plaisu kontroli un vienkāršojot temperatūras kontroles pasākumus. Tomēr jāpievērš uzmanība magnija oksīda bāzes ekspansīvo vielu dozēšanai, jo pārmērīgs daudzums var izraisīt pārmērīgu izplešanos, izraisot sliktu tilpuma stabilitāti.

2.4 Divu paplašināšanas avotu paplašināšanas aģenti

Tirgū izplatītie izplešanās līdzekļi ar diviem izplešanās avotiem ir uz kalcija sulfoalumināta-kalcija oksīda bāzes izgatavoti ekspansīvie aģenti (piemēram, HCSA, CSA, FQY utt.) un kalcija-magnija kompozītu ekspansīvie līdzekļi.

Kalcija sulfoalumināta-kalcija oksīda bāzes ekspansīvie līdzekļi: Šo aģentu izplešanās avoti ir ettringīts un Ca(OH)2. Lietojot šos līdzekļus betonā, Ca(OH)2 kompensē agrīnu saraušanos, bet ettringīts kompensē saraušanos vēlākos posmos. Izplešanās no šiem avotiem notiek dažādos posmos, panākot efektīvu saraušanās kompensācijas efektu. Salīdzinot ar viena izplešanās avota aģentiem, kalcija sulfoalumināta-kalcija oksīda bāzes ekspansīvajiem līdzekļiem ir lielāka izplešanās, mazāks ūdens pieprasījums un agrāks stabils izplešanās periods. Tos plaši izmanto tādos projektos kā pašhidroizolējošas betona konstrukcijas un bezšuvju īpaši garu konstrukciju būvniecībā.

Kalcija-magnija kompozīta ekspansīvie līdzekļi: Šos līdzekļus ražo, apvienojot viegli sadedzinātu magnija oksīdu ar kalcija oksīdu, ar izplešanās avotiem no Ca(OH)2 un Mg(OH)2. Šo kompozītmateriālu izplešanās ātrumu regulē ātrāks kalcija oksīda hidratācijas ātrums un lēnāks magnija oksīda hidratācijas ātrums. Šī regulēšana ļauj pakāpeniski, pilna cikla laikā kompensēt betona saraušanos. Turklāt kalcija un magnija kompozītmateriālu ekspansīvie līdzekļi pārvar atsevišķu uz kalcija oksīdu balstītu ekspansīvo vielu temperatūras jutību, padarot tos piemērotus projektiem ar mazāk stingrām temperatūras kontroles prasībām.