Ūdens samazināšanas līdzekļa šķīdums vairākiem problemātiskajiem cementiem

Cements ar augstu sārmu saturu
Cementā šķīstošos sārmus parasti izsaka kā Na2O ekvivalentu, un to izcelsme galvenokārt ir no māla un piemaisījumiem, ko izmanto cementa ražošanā. Atbilstošs šķīstošo sārmu daudzums veicina cementa hidratāciju, kas atvieglo betona agrīnu stiprības attīstību. Eksperimenti ir parādījuši, ka cementa betona plūstamība palielinās līdz ar sārmu saturu. Tomēr, kad sārmu saturs sasniedz noteiktu līmeni, cementa hidratācija strauji paātrinās, izraisot ievērojamu cementa pastas plūstamības samazināšanos. Ievērojami samazinās arī ūdens daudzumu samazinošo līdzekļu plastificējošā iedarbība, kas laika gaitā rada lielākus nosēšanās zudumus betonam, ko izmanto gatavā maisījuma un sūknējamā betonā.

Šīs parādības galvenais iemesls ir tas, ka cementa sārmi paātrina trikalcija alumināta (C3A) šķīšanu. Ģipša kā sacietēšanas regulatora klātbūtnē AFt kristāli ātri veidojas un iekapsulē C3A virsmu, kavējot tiešu hidratāciju līdz kalcija aluminātam un uzlabojot cementa pastas plūstamību.

Tomēr pārmērīgs sārmu saturs noved pie liela daudzuma AFt kristālu veidošanās sākotnējā stadijā, samazinot plūstamību un padarot ūdeni mazinošos līdzekļus mazāk efektīvus. To raksturo nepietiekama ūdens samazināšanas efektivitāte, vāja plastificējošā iedarbība un lielāki krituma zudumi laika gaitā. Lietojot cementu ar augstu sārmu saturu, ūdeni reducējošiem līdzekļiem ar zemu sulfātu saturu ir slikta darbība. Un otrādi, ūdeni reducējošiem līdzekļiem ar augstu sulfātu saturu (piemēram, nātrija sulfāta saturu virs 20%) ir ievērojami labāka pielāgošanās spēja.

Šis uzlabojums rodas tāpēc, ka ūdens reducējošie līdzekļi ar zemu sulfātu saturu satur CaSO4, kas viegli izšķīst. Pirms ģipsis cementā izšķīst, ūdenī jau atrodas ievērojams SO3, kas reaģē ar C3A, veidojot AFt kristālus, novēršot kalcija alumināta veidošanos un mazinot plūstamības zudumu. Cementam ar augstu sārmu saturu labāk piemēroti ūdens reducējošie līdzekļi ar augstu nātrija sulfāta saturu. Daudzām ūdens reducējošām vielām uz polikarboksilāta bāzes ir zems pH līmenis, un, ja tos apvieno ar skābuma palēninātājiem, piemēram, citronskābi, tiem ir grūti pielāgoties cementam ar augstu sārmu saturu. Skābās piedevas ātri neitralizē sārmus, izdalot siltumu, kas paaugstina temperatūru un paātrina cementa hidratāciju. Tas izraisa sliktu plūstamību un strauju krituma zudumu. No otras puses, sārma palēninātāji var izvairīties no šīm problēmām.

Cements ar zemu sārmu sēra deficītu
Par optimālo šķīstošo sārmu saturu cementā parasti uzskata {{0}},4%-0,6%. Cementu ar mazāk nekā 0,4% sārmu sauc par cementu ar zemu sārmu saturu. Šķīstošie sārmi bieži ir sulfātu sāļu veidā, tāpēc cementu ar zemu sārmu saturu sauc arī par cementu ar sēra deficītu.

Ja cementu ar zemu sārmu saturu sajauc ar ūdeni reducējošiem līdzekļiem, plūstamība parasti ir slikta. Ūdens samazināšanas līdzekļa devas palielināšana nodrošina ierobežotus uzlabojumus un bieži saasina tādas problēmas kā asiņošana, slikta betona viendabīgums un strauja krituma zudums. Parastie ūdens samazināšanas līdzekļi nespēj efektīvi pielāgoties cementam ar sēra deficītu pat ar ievērojami palielinātu palēninātāja devu.

Šīs nesaderības galvenais iemesls ir nepietiekams SO3 daudzums cementā, kas nespēj efektīvi nomākt C3A hidratāciju. Tas noved pie piedevu ātras un pārmērīgas adsorbcijas ar C3A, samazinot ūdens daudzumu samazinošo līdzekļu plastifikācijas efektivitāti. Šķīstošo sārmu (piemēram, sulfātu) papildināšana ir vienīgais efektīvais risinājums. Vienkārši palielinot palēninātāja devu, ir minimāla ietekme.

Cements ar augstu piemaisījumu
Saskaņā ar Ķīnas cementa standartiem cementam var pievienot lielu daudzumu piemaisījumu, piemēram, lidojošos pelnus, pucolānus, izdedžus un smalki samaltu kaļķakmeni. Šie piejaukumi atšķiras pēc aktivitātes, ūdens pieprasījuma, minerālvielu satura un adsorbcijas īpašībām, kas ietekmē piedevu saderību ar cementu.

Augstas kvalitātes lidojošiem pelniem jābūt ar augstu aktivitāti (augstu reaktīvo SiO2 un Al2O3 saturu), zemu aizdedzes zudumu (LOI), smalko daļiņu izmēru un zemu ūdens pieprasījumu. LOI, kas norāda nesadegušās oglekļa saturu lidojošos pelnos, visvairāk ietekmē piedevu savietojamību. Lielāks oglekļa saturs pasliktina betona veiktspēju, palielinot ūdens pieprasījumu un asiņošanu, saasinot saraušanās deformāciju un vājinot saikni starp cementa pastu un pildvielām.

Nesadegušais ogleklis lidojošos pelnos arī veido hidrofobu plēvi uz daļiņu virsmām, kas kavē ūdens iekļūšanu un samazina lidojošo pelnu reaktivitāti. Ogleklis tālāk konkurē ar cementu par piedevu adsorbciju, ietekmējot cementa pastas plūstamību. Risinājumi ietver piedevu devas palielināšanu un augstas kvalitātes gaisu izvadošu līdzekļu vienlaicīgu izmantošanu. Smalki, viendabīgi gaisa burbuļi var mazināt vieglo pelnu ar augstu oglekļa saturu nelabvēlīgo ietekmi.

Sārņu cementam ar augstu aluminātu saturu bieži ir nepieciešams papildu ģipsis, lai regulētu sacietēšanu. Parastie portlandcementa ražošanas procesi var saasināt sēra deficītu sārņu cementā. Ūdens reducējošie līdzekļi ar augstu sulfātu saturu apvienojumā ar kvalitatīviem gaisu izvadošiem līdzekļiem nodrošina labāku šāda cementa veiktspēju.

Cements ar augstu C3A saturu
Cements galvenokārt sastāv no C3S, C2S, C3A un C4AF, un to adsorbcijas aktivitāte ir klasificēta kā C3A > C4AF > C3S > C2S. C3A ir visaugstākā adsorbcijas spēja ūdens samazināšanas līdzekļiem. Palielinoties C3A saturam, betona plūstamība samazinās un laika gaitā palielinās nosēšanās zudumi.

Pārmērīgs C3A daudzums (vairāk nekā 8%) negatīvi ietekmē betona plūstamību, patērējot lielāko daļu ūdens samazināšanas līdzekļu, atstājot nepietiekamu daudzumu citu minerālvielu, piemēram, C3S, izkliedēšanai. Testi ir parādījuši, ka SO3 pievienošana (izmantojot ūdens reducētājus ar augstu sulfātu saturu) vai vienlaikus lietojot hidroksilkarbonskābes palēninātājus, var nomākt C3A hidratāciju un adsorbciju. Vairāku spirtu palēninātāji ir mazāk efektīvi.

Lēti ūdens samazināšanas līdzekļi ar palielinātu devu var apmierināt arī C3A pieprasījumu, vienlaikus uzlabojot citu komponentu, piemēram, C3S, plūstamību. Tā kā šādi aģenti ir rentabli, tie būtiski nepalielina izdevumus.