Vett redutseeriva aine lahus mitmele probleemsele tsemendile

Kõrge leelisesisaldusega tsement
Tsemendis lahustuvad leelised väljendatakse tavaliselt Na2O ekvivalendina ja need pärinevad peamiselt savist ja tsemendi tootmisel kasutatavatest lisanditest. Sobiv kogus lahustuvat leelist soodustab tsemendi hüdratatsiooni, mis hõlbustab betooni varajast tugevuse kujunemist. Katsed on näidanud, et tsementbetooni voolavus suureneb leelisesisaldusega. Kui aga leelisesisaldus saavutab teatud taseme, kiireneb tsemendi hüdratatsioon järsult, mis põhjustab tsemendipasta voolavuse märkimisväärset vähenemist. Samuti väheneb märgatavalt veesisaldust vähendavate ainete plastifitseeriv toime, mis põhjustab valmissegudes ja pumbatavas betoonis kasutatava betooni puhul aja jooksul suuremat languse kadu.

Selle nähtuse peamine põhjus on see, et tsemendis sisalduvad leelised kiirendavad trikaltsiumaluminaadi (C3A) lahustumist. Kipsi kui tardumisregulaatori juuresolekul moodustuvad kiiresti AFt-kristallid, mis kapseldavad C3A pinna, pärssides otsest hüdratatsiooni kaltsiumaluminaadiks ja parandades tsemendipasta voolavust.

Liigne leelisesisaldus põhjustab aga algfaasis suure hulga AFt kristallide moodustumist, mis vähendab voolavust ja muudab vett redutseerivad ained vähem tõhusaks. Seda iseloomustab ebapiisav vee vähendamise tõhusus, halb plastifitseeriv toime ja suurem languse kadu aja jooksul. Kõrge leelisesisaldusega tsemendi kasutamisel on madala sulfaadisisaldusega vett redutseerivad ained halvad. Seevastu kõrge sulfaadisisaldusega (nt naatriumsulfaadi sisaldus üle 20%) vett redutseerivad ained on oluliselt paremad kohanemisvõimega.

See paranemine tuleneb sellest, et madala sulfaadisisaldusega vett redutseerivad ained sisaldavad CaSO4, mis lahustub kergesti. Enne tsemendis sisalduva kipsi lahustumist on vees juba märkimisväärne SO3, mis reageerib C3A-ga, moodustades AFt kristalle, takistades kaltsiumaluminaadi moodustumist ja leevendades voolavuse kadu. Suure naatriumsulfaadisisaldusega vett redutseerivad ained sobivad paremini suure leelisesisaldusega tsemendi jaoks. Paljudel polükarboksülaadipõhistel vett redutseerivatel ainetel on madal pH-tase ja kombineerituna happeliste aeglustajatega, nagu sidrunhape, on neil raske kohaneda kõrge leelisesisaldusega tsemendiga. Happelised lisandid neutraliseerivad kiiresti leelised, vabastades soojust, mis tõstab temperatuuri ja kiirendab tsemendi hüdratatsiooni. Selle tulemuseks on halb voolavus ja kiire langus. Teisest küljest võivad leeliselised aeglustid neid probleeme vältida.

Madala leelisesisaldusega väävlisisaldusega tsement
Tsemendi optimaalseks lahustuva leelisesisalduseks peetakse üldiselt {{0}},4%-0,6%. Tsementi, milles on alla 0,4% leelist, nimetatakse madala leelissisaldusega tsemendiks. Lahustuvad leelised esinevad sageli sulfaatsooladena, seetõttu nimetatakse madala leelisesisaldusega tsementi ka väävlipuudulikuks tsemendiks.

Kui vähese leelisesisaldusega tsementi segada vett redutseerivate ainetega, on voolavus tavaliselt halb. Veesisaldust vähendava aine annuse suurendamine pakub piiratud paranemist ja sageli süvendab selliseid probleeme nagu verejooks, betooni halb homogeensus ja kiire langus. Tavalised vett redutseerivad ained ei suuda tõhusalt kohaneda väävlipuudusega tsemendiga, isegi kui aeglusti annus on oluliselt suurenenud.

Selle kokkusobimatuse algpõhjus seisneb ebapiisavas SO3 sisalduses tsemendis, mis ei suuda C3A hüdratatsiooni tõhusalt maha suruda. See põhjustab lisandite kiiret ja liigset adsorptsiooni C3A poolt, mis vähendab vett redutseerivate ainete plastifitseerimise efektiivsust. Ainus tõhus lahendus on lahustuvate leeliste (nt sulfaatide) lisamine. Lihtsalt aeglustaja annuse suurendamisel on minimaalne mõju.

Kõrge lisandiga tsement
Hiina tsemendistandardite kohaselt võib tsemendile lisada suures koguses lisandeid, nagu lendtuhk, putsolaanid, räbu ja peeneks jahvatatud lubjakivi. Need lisandid erinevad aktiivsuse, veevajaduse, mineraalide sisalduse ja adsorptsiooniomaduste poolest, mis mõjutavad lisandite kokkusobivust tsemendiga.

Kvaliteetsel lendtuhal peab olema kõrge aktiivsus (kõrge reaktiivse SiO2 ja Al2O3 sisaldus), väike süttimiskadu (LOI), peenosakeste suurus ja väike veevajadus. LOI, mis näitab põlemata süsiniku sisaldust lendtuhas, mõjutab lisanditega kokkusobivust kõige rohkem. Suurem süsinikusisaldus halvendab betooni jõudlust, suurendades veevajadust ja verejooksu, süvendab kokkutõmbumise deformatsiooni ning nõrgendab sidet tsemendipasta ja täitematerjalide vahel.

Lendtuhas sisalduv põlemata süsinik moodustab ka osakeste pinnale hüdrofoobse kile, takistades vee läbitungimist ja vähendades lendtuha reaktsioonivõimet. Süsinik konkureerib täiendavalt tsemendiga lisandi adsorptsiooni osas, mõjutades tsemendipasta voolavust. Lahendused hõlmavad lisandite annuse suurendamist ja kvaliteetsete õhku kaasavate ainete kooskasutamist. Peened ühtlased õhumullid võivad leevendada suure süsinikusisaldusega lendtuha kahjulikke mõjusid.

Kõrge aluminaatide sisaldusega räbutsement vajab tardumise reguleerimiseks sageli täiendavat kipsi. Tavalised portlandtsemendi tootmisprotsessid võivad räbutsemendi väävlipuudust süvendada. Suure sulfaadisisaldusega vett redutseerivad ained koos kvaliteetsete õhku kaasahaaravate ainetega tagavad sellise tsemendi parema jõudluse.

Suure C3A sisaldusega tsement
Tsement koosneb peamiselt C3S-st, C2S-st, C3A-st ja C4AF-st ning nende adsorptsiooniaktiivsus on järjestatud järgmiselt: C3A > C4AF > C3S > C2S. C3A-l on vett redutseerivate ainete suurim adsorptsioonivõime. Kui C3A sisaldus suureneb, betooni voolavus väheneb ja languse kadu aja jooksul suureneb.

Liigne C3A (üle 8%) mõjutab ebasoodsalt betooni voolavust, tarbides enamikku vett vähendavatest ainetest, jättes ebapiisavalt aineid teiste mineraalsete komponentide, nagu C3S, hajutamiseks. Katsed on näidanud, et SO3 lisamine (kõrge sulfaadisisaldusega vett redutseerivate ainete kaudu) või hüdroksüülkarboksüülhappe aeglustajate kooskasutamine võib pärssida C3A hüdratatsiooni ja adsorptsiooni. Mitme alkoholiga aeglustajad on vähem tõhusad.

Suurenenud annusega odavad vett vähendavad ained võivad rahuldada ka C3A nõudlust, parandades samal ajal teiste komponentide, nagu C3S, voolavust. Kuna sellised vahendid on kulutõhusad, ei suurenda need oluliselt kulusid.