Домішки до бетону: види, функції та застосування

вступ

Бетон є основою сучасної інфраструктури, утворюючи структурну основу будівель, доріг, мостів, тунелів, дамб тощо. Його широке використання пояснюється його високою міцністю на стиск, універсальністю та економічною ефективністю. основні інгредієнти бетону — цемент, вода та заповнювачі — часто вимагають модифікації, щоб відповідати конкретним вимогам щодо ефективності та навколишнього середовища. Ось дедобавки до бетонуграють вирішальну роль.

Добавки до бетонуце природні або промислові хімічні речовини або добавки, що додаються до бетонної суміші перед або під час змішування для зміни її властивостей у свіжому або затверділому стані. Вони використовуються для покращення працездатності, часу схоплювання, міцності, довговічності, стійкості до впливу навколишнього середовища та навіть естетики. Цей нарис заглиблюється в класифікацію, механізми, переваги та застосування домішок, пропонуючи детальний погляд на їх незамінну роль у сучасному будівництві.

КласифікаціяДомішки для бетону

Домішки зазвичай поділяють на дві основні категорії:

1. Хімічні домішки

Це водорозчинні хімікати, які змінюють поведінку бетону. Поширені типи включають:

• Водознижуючі домішки

• Сповільнювальні домішки

• Прискорювальні добавки

• Суперпластифікатори (потужні водовідновлювачі)

• Повітровтягуючіагентів

• Інгібітори корозії

• Домішки, що знижують усадку

• Інгібітори лужно-кремнеземної реакції

2. Мінеральні (або додаткові цементні) домішки

Це високоякісні матеріали, часто промислові побічні продукти, які замінюють частину портландцементу:

• Зола-винесення

• Мелений гранульований доменний шлак (ГГБШ)

• Кремнезем

• Метакаолін

• Зола рисового лушпиння

Хімічні домішки та їх функції

1. Водовідновлюючі домішки

призначення: Для зменшення вмісту води в бетонній суміші, не впливаючи на здатність до укладання.

Типи:

• нормальний: Зменшіть воду на 5–10%

• Середній діапазон: Зменшіть воду на 6–12%

• Високодіапазонний (Суперпластифікатори): Зменшіть воду до 30%

Загальні сполуки:

• Лігносульфонати

• Нафталінсульфонати

• Полікарбоксилатні ефіри (PCE)

Додатки:

• Готовий бетон

• Збірні елементи

• Високоякісний бетон

Переваги:

• Підвищена міцність

• Нижча проникність

• Покращена довговічність

2. Сповільнювальні домішки

призначення: Для уповільнення часу схоплювання бетону.

Використовується в:

• Бетонування в жарку погоду

• Великі наливки

• Складні опалубки

Приклади:

• цукри

• Фосфонати

• Гідроксикарбонові кислоти

Переваги:

• Запобігає холоду суглобів

• Покращує обробку

• Допускає тривале транспортування

3. Прискорювальні домішки

функція: прискорює ранній розвиток сили.

Приклади:

• Хлорид кальцію (хоча використовується обмежено через ризик корозії)

• Нітрат кальцію

• Тіоціанат натрію

Використання:

• Бетонування в холодну погоду

• Швидкі ремонтні роботи

• Виробництво збірного залізобетону

Примітка: Безхлоридні прискорювачі краще використовувати в залізобетоні для запобігання корозії сталі.

4. Суперпластифікатори

ВизначенняВисокоефективні водознижувальні присадки, що забезпечують значне зниження водоспоживання без втрати оброблюваності.

Сполуки:

• Полікарбоксилатні ефіри

• Домішки на основі меламіну

Додатки:

• Бетон високої міцності

• Самоущільнюючий бетон (SCC)

• Перекачуваний бетон

Переваги:

• Підвищена плинність без сегрегації

• Покращена обробка поверхні

• Щільний і міцний бетон

5. Повітровтягуючі домішки

призначення: Введіть мікроскопічні бульбашки повітря в бетон.

функція:

• Підвищення стійкості до замерзання-відтавання

• Підвищення працездатності

• Зменшити кровотечу та сегрегацію

Додатки:

• Тротуари

• Мостові настили

• Відкритий бетон у холодних регіонах

Використані агенти:

• Вінсолова смола

• Жирні кислоти

• Сульфовані вуглеводні

6. Інгібітори корозії

функція: Захист вбудованої сталевої арматури від корозії.

Поширені типи:

• Нітрит кальцію

• Інгібітори на основі цинку

• Органічні інгібітори корозії

Додатки:

• Морські споруди

• Автодорожні мости

• Парковки

7. Домішки, що знижують усадку (SRA)

функція: Зменшує усадку при висиханні та пов'язане з цим розтріскування.

Механізм: нижчий поверхневий натяг води в капілярах.

Додатки:

• Плити по класу

• Топінги

• Конструкційні елементи піддаються впливу умов сушіння

8. Інгібітори лужно-кремнеземної реакції (ASR).

призначення: Зменшити розширення, викликане реакцією між лугами в цементі та реактивним кремнеземом в заповнювачах.

Домішки:

• Нітрат літію

• Пуцоланові матеріали, що зв'язують луги

Мінеральні домішки (SCM)

1. Зола-винесення

Походження: Побічний продукт спалювання вугілля на електростанціях.

Заняття:

• Клас F: низький вміст кальцію

• Клас C: високий вміст кальцію

Переваги:

• Покращує працездатність

• Підвищує довговічність

• Зменшує тепло гідратації

2. Кремнезем

Джерело: Побічний продукт виробництва металевого кремнію або феросиліцієвого сплаву.

Властивості:

• Надзвичайно тонкий (у 100 разів дрібніший за цемент)

• Висока пуцоланова активність

Використання:

• Бетон високої міцності

• Мостові настили

• Морські споруди

3. Мелений гранульований доменний шлак (GGBFS)

Походження: Побічний продукт виробництва чавуну.

Переваги:

• Висока сульфатостійкість

• Покращує довготривалу міцність

• Освітлює колір бетону (корисно в архітектурних додатках)

4. Метакаолін

Виробник: Випалювання каолінової глини.

Переваги:

• Висока реактивність

• Покращує міцність і обробку

• Зменшує висоли

5. Зола рисового лушпиння

Джерело: Відходи сільського господарства

використання:

• Екологічно чистий бетон

• Покращує водонепроникність

• Зменшує кровотечу

Механізми дії

1. Пуццоланова реакція: Кремнезем у мінеральних домішках реагує з гідроксидом кальцію з утворенням додаткового CSH (гідрату силікату кальцію), основної сполуки, що надає міцності.

2. Дисперсія частинок цементу: Суперпластифікатори зменшують флокуляцію, збільшуючи площу поверхні та гідратацію.

3. Захоплені повітряні кишені: Створення мікрокамер, які поглинають тиск розширення від замерзаючої води.

4. Хімічна інтерференція: Деякі домішки переривають або прискорюють реакції гідратації, щоб змінити поведінку схоплювання.

Переваги використання домішок

• Покращенийпрацездатність

• кращедовговічністьіопірдо суворих умов

• Зменшенийводоцементний коефіцієнт(підвищує силу)

• Контроль часу(схоплювання та загартування)

• Економічна ефективність череззниження цементу

• Екологічно чисті альтернативи (стійке будівництво)

Виклики та обмеження

• Проблеми сумісностіміж добавками і цементом

• Ризики передозування(може знизити міцність або спричинити затримки схоплювання)

• Наслідки вартості, особливо з розширеними домішками

• Екологічні проблемиз деякими синтетичними сполуками

• Контроль якостіі потреба в правильному дизайні суміші

Застосування на практиці

1. Інфраструктурні проекти

• Дамби, тунелі, автомагістралі та злітно-посадкові смуги аеропортів використовують домішки для довговічності, контролю тріщин і тривалого терміну служби.

2. Висотні будинки

• Суперпластифікатори та сповільнювачі полегшують укладання бетону на великій висоті та зменшують холодні шви.

3. Морські та прибережні споруди

• Інгібітори корозії та повітротягуючі агенти допомагають боротися з агресивним середовищем, насиченим хлоридами.

4. Збірний залізобетон

• Прискорювачі та зменшувачі води прискорюють виробничий цикл і покращують якість поверхні.

5. Масова заливка бетону

• Сповільнювачі та мінеральні домішки зменшують температурні градієнти та тріщини, викликані усадкою.

Сталість і зелене будівництво

Домішки для бетону значно сприяютьстійке будівництво:

• Зменшитивикористання цементу, знижуючи викиди вуглецю.

• Поліпшититривалість життя, що зменшує потребу в ремонті.

• Дозволити використанняпромислові побічні продукти(наприклад, зола-винесення, шлак).

• Підтримка розвиткунизьковуглецевий бетон.

Домішки відповідають сертифікатам екологічного будівництва, наприкладLEEDіБРІМ.

Майбутні тенденції та інновації

1. Самовідновлювальні домішки

• Включайте мікрокапсули або бактерії, які реагують на тріщини та заклеюють їх автономно.

2. Нанодомішки

• Використовуйте наночастинки, такі як нанокремнезем, для покращення мікроструктури та механічних властивостей.

3. Розумні домішки

• Датчики, вбудовані в домішки, які можуть повідомляти дані в реальному часі про напругу, деформацію та температуру.

4. 3D друк бетону

• Вимагає високотекучих і швидкотвердіючих домішок для точного нанесення шарів.

5. Домішки, що вловлюють вуглець

• Тривають розробки для утримання CO₂ в бетоні під час твердіння, що зменшує викиди.

Добавки до бетонузробили революцію в сучасному будівництві, забезпечивши виробництво міцнішого, довговічнішого та довговічнішого бетону. Від базових покращень працездатності до передових можливостей самовідновлення, домішки адаптують бетон відповідно до конкретних структурних і екологічних вимог. У міру того, як урбанізація посилюється, а заклик до стійкої інфраструктури стає все гучнішим, роль домішок у створенні високоефективного, екологічно чистого бетону ставатиме все більш критичною.

Інженери, архітектори та професіонали-будівельники повинні бути в курсі технологій домішок, розумно вибираючи та застосовуючи ці матеріали, щоб розкрити повний потенціал бетону в 21 столітті.