Milline on paisumisaine toimemehhanism betoonis?

Ehitustehnikas on betoonipragude tekkimine ja vee imbumine tavaline ning konstruktsioonipraod võivad mõjutada hoone esteetikat või raskematel juhtudel ka ohutust. Selliste tegurite tõttu nagu suurenenud tsemendi kasutamine, kõrgemad tugevusnõuded, ehitustingimused ja ebapiisav kõvenemine on pragude teke betoonkonstruktsioonides vältimatu. Praegu on inseneritöös ainus teostatav lähenemisviis pragude kontrollimine kahjututes piirides.

Betooni pragunemise põhjused

Betooni pragunemise põhjused ehitusprojektides on erinevad, sealhulgas konstruktsiooniprojekt, ehituse kõvenemine ja toorained. Pragude peamine põhjus on tõmbepinge, mis tekib betooni koormuse, deformatsiooni ja segunemise ajal kõvenemisprotsessi ajal. Praod tekivad siis, kui sisemine tõmbepinge ületab betooni lõpliku tõmbetugevuse. Nende hulgas moodustavad deformatsioonist põhjustatud mittekonstruktsioonilised praod 80% ja enamik neist mittekonstruktsioonilistest pragudest on tingitud betooni kokkutõmbumisest (nt autogeenne kokkutõmbumine, plastiline kokkutõmbumine, kuivamise kokkutõmbumine, termiline kokkutõmbumine jne).

Puuduvad üksikasjalikud tehnilised spetsifikatsioonid mittekonstruktsiooniliste pragude kontrollimiseks ja inseneritöös kasutatavad levinud meetodid hõlmavad paisumisvuukide kavandamist või "hüppava laomeetodi" kasutamist ehituse ajal. Selline lähenemine aga pikendab ehitusperioodi ja suurendab koristuskulusid. Laialdased insenerirakendused on näidanud, et kõige tõhusam meetod on kasutada pragude kontrollimiseks kokkutõmbumist kompenseerivat betooni.

Paisuvate ainete mehhanism ja kasutamine

Betooni paisutavad ained on lisandid, mis betoonile lisamisel suurendavad selle mahtu, kompenseerides betooni kokkutõmbumist. Ekspansiivsed ained klassifitseeritakse nende paisutavate komponentide alusel, nagu kaltsiumsulfoaluminaat, CaO-põhine, MgO-põhine, kaltsiumsulfoaluminaat-kaltsiumoksiid ja kaltsium-magneesium komposiittüübid. Erinevate paisuvate komponentide tõttu on ka nende laienemisvõime erinev. Kõige laialdasemalt aktsepteeritud paisuvate ainete mehhanismid hõlmavad kristallilise kasvu teooriat, vee neeldumise paisumise teooriat ja tahke faasi mahu laienemise teooriat.

2.1 Kaltsiumsulfoaluminaadil põhinevad paisutavad ained

Kaltsiumsulfoaluminaadil põhinevate paisuvate ainete paisumisefekt saavutatakse peamiselt kaltsiumetringiidi (C3A-3CaSO4-32H2O) moodustumisega hüdratatsiooni käigus. Olemasolevad uuringud näitavad, et ettringiidi kristalse kasvurõhu ja vee neeldumise paisumisjõu koosmõju on paisumise peamine põhjus, kusjuures domineeriv tegur on vee neeldumise turse. Selle teooria põhjal nõuab ettringiidi hüdratatsioonireaktsioon märkimisväärses koguses vett, mis piirab selle kasutamist kõrge tugevusega betoonis, millel on madal vee-tsemendi suhe. Lisaks nõuab kaltsiumsulfoaluminaadil põhinevaid paisutavaid aineid sisaldav betoon ranget kõvenemiskontrolli. Vale kõvenemine mitte ainult ei kompenseeri kokkutõmbumist, vaid suurendab ka pragunemise ohtu. Lisaks võib kaltsiumettringiit laguneda niiskes ja kuumas keskkonnas, mõjutades tugevust ja vastupidavust. Seetõttu tuleks kaltsiumsulfoaluminaadil põhinevate paisumisainete kasutamisel inseneritöös erilist tähelepanu pöörata keskkonnatemperatuurile.

2.2 Kaltsiumoksiidil põhinevad paisutavad ained

Kaltsiumoksiidil põhinevate ekspansiivsete ainete paisumismehhanism hõlmab kaltsiumoksiidi (CaO) hüdraatimist, et moodustada kaltsiumhüdroksiid (Ca(OH)2). See protsess suurendab tahke faasi mahtu ja hüdratsiooniproduktide lokaalne kogunemine suurendab pooride mahtu, mille tulemuseks on pasta mahu laienemine. Võrreldes kaltsiumsulfoaluminaadil põhinevate paisumisainetega, vajavad kaltsiumoksiidil põhinevad paisumisained vähem vett, neil on suurem paisumisefektiivsus ja kuluefektiivsemad, mistõttu neid kasutatakse laialdasemalt. Kuid CaO reageerib eksotermiliselt veega, mis on kahjulik betooni temperatuuripragude kontrollimisele. Lisaks põhjustab CaO kiire hüdratatsioonikiirus betooni plastilises etapis märkimisväärset paisumist, mis muudab selle hilisemas etapis kokkutõmbumise kompenseerimiseks ebatõhusaks. CaO on tundlik ka keskkonna niiskuse suhtes, mis nõuab hoolikat pakkimist, et vältida niiskuse imendumist, mis võib vähendada selle paisumise efektiivsust. Lisaks lahustub Ca(OH)2 teatud veesurve all, mistõttu tuleb olla ettevaatlik kaltsiumoksiidil põhinevate paisuvate ainete kasutamisel veealustes ehitusprojektides.

2.3 Magneesiumoksiidil põhinevad paisutavad ained

Magneesiumoksiidil põhinevate paisuvate ainete paisumisefekt ilmneb magneesiumoksiidi (MgO) hüdraatimisel magneesiumhüdroksiidiks (Mg(OH)2), kusjuures ruumala muutus on tingitud Mg(OH)2 veeimavusest tingitud paisumisjõust. hüdratatsiooni varases staadiumis ja Mg(OH)2 kristalse kasvusurve hilisemates etappides. Ulatuslikud uuringud ja insenerirakendused on näidanud, et magneesiumoksiidil põhinevatel paisumisainetel on hiline paisumine ja pikk paisumistsükkel, mis võib tõhusalt kompenseerida temperatuuri kokkutõmbumist jahutamise ja kuivatamise ajal. Nende mehaanilised omadused on stabiilsed ja nad vajavad niisutamiseks vähem vett. Magneesiumoksiidil põhinevate paisumisainete eelisteks on ka stabiilsed hüdratatsioonitooted ja reguleeritavad paisumisomadused, mistõttu on need laialdaselt kasutatavad suuremahulistes betooniprojektides, nagu tammid. Praktikas tuleks erineva reaktsioonivõimega (R-tüüpi, M-tüüpi, S-tüüpi) suure jõudlusega betooni pragunemiskindlate ainete või magneesiumoksiidi paisumisainete valimisel arvesse võtta selliseid tegureid nagu betooni tugevusaste, konstruktsioonimõõtmed ja ehituskeskkond. kompenseerida betooni kokkutõmbumist, saavutades seeläbi kogu tsükli pragude kontrolli ja lihtsustades temperatuuri reguleerimise meetmeid. Tähelepanu tuleb aga pöörata magneesiumoksiidil põhinevate paisutavate ainete doseerimisele, kuna ülemäärased kogused võivad põhjustada liigset paisumist, mis toob kaasa halva mahu stabiilsuse.

2.4 Kahe laienemisallikaga laiendavad agendid

Turul levinud kahe paisuallikaga paisumisained hõlmavad kaltsiumsulfoaluminaadi-kaltsiumoksiidi baasil paisutavaid aineid (nagu HCSA, CSA, FQY jne) ja kaltsiumi-magneesiumi komposiitpaisuaineid.

Kaltsiumsulfoaluminaat-kaltsiumoksiidil põhinevad paisutavad ained: Nende ainete paisumisallikateks on ettringiit ja Ca(OH)2. Kui neid aineid kasutatakse betoonis, kompenseerib Ca(OH)2 varajase kokkutõmbumise, ettringiit aga hilisemas staadiumis. Nendest allikatest lähtuv paisumine toimub erinevatel etappidel, saavutades tõhusa kokkutõmbumist kompenseeriva efekti. Võrreldes ühepaisutavate allikatega on kaltsiumsulfoaluminaat-kaltsiumoksiidipõhistel paisumisainetel parem paisumine, väiksem veevajadus ja varasem stabiilne paisumisperiood. Neid kasutatakse laialdaselt sellistes projektides nagu iseveekindlad betoonkonstruktsioonid ja ülipikkade konstruktsioonide õmblusteta ehitamine.

Kaltsiumi-magneesiumi komposiitpaisutavad ained: Need ained on valmistatud kergelt põletatud magneesiumoksiidi kombineerimisel kaltsiumoksiidiga, mille paisumisallikateks on Ca(OH)2 ja Mg(OH)2. Nende komposiitainete paisumiskiirust reguleerib kaltsiumoksiidi kiirem hüdratatsioonikiirus ja magneesiumoksiidi aeglasem hüdratatsioonikiirus. See reguleerimine võimaldab betooni kokkutõmbumise järkjärgulist, täistsüklilist kompenseerimist. Veelgi enam, kaltsium-magneesiumi komposiitpaisutavad ained ületavad üksikute kaltsiumoksiidil põhinevate paisumisainete temperatuuritundlikkust, muutes need sobivaks projektidele, mille temperatuuri reguleerimise nõuded on vähem ranged.