De ce se folosesc acceleratoarele în construcția de beton împușcat? Puține cunoștințe despre aditivi

De ce se folosesc acceleratoarele în construcția de beton împușcat? Puține cunoștințe despre aditivi

Odată cu dezvoltarea rapidă a ingineriei subterane și a construcției infrastructurii de transport, aplicarea tehnologiei betonului proiectat pentru repararea pantelor, susținerea rocii și blocarea scurgerilor în construcția de sablare a tunelurilor și întreținerea rapidă devine din ce în ce mai răspândită. Betonul aruncat este un tip de beton format prin pulverizarea de mare viteză a unui amestec de materiale cimentoase și agregate pe o suprafață desemnată folosind aer comprimat sau alte surse de energie.

Construcția de beton proiectat este împărțită în două tipuri principale: metode de amestec uscat și metode de amestec umed. Metoda de amestec uscat folosește acceleratori sub formă de pulbere, în timp ce metoda de amestec umed folosește acceleratori lichizi. În China, majoritatea construcțiilor din beton împușcat încă utilizează metoda de amestec uscat, construcția cu amestec umed reprezentând doar aproximativ 10% din aplicațiile de beton împușcat. Cu toate acestea, pe măsură ce cerințele de calitate pentru betonul împușcat în inginerie subterană cresc și gradul de conștientizare a mediului crește, metoda amestecului umed este văzută ca tendința inevitabilă pentru dezvoltarea viitoare a tehnologiei betonului împușcat.

Acceleratorii sunt aditivii de bază din betonul împușcat, jucând un rol crucial în viteza de priză și rezistența betonului. Doza lor este de doar 2%-3% din cantitatea de ciment din beton, dar pot realiza priza inițială în 5 minute și priza finală în 10 minute, îndeplinind cerințele de priză rapidă în construcții speciale și asigurând o consolidare rapidă în tuneluri. sau arbori. Prin urmare, cercetarea și aplicarea acceleratoarelor sunt factori cheie care determină nivelul tehnologiei betonului aruncat.

Acceleratoarele sunt de diferite tipuri, clasificate în funcție de forma de produs, fie sub formă de pulbere (solide) fie acceleratoare lichide. Pe baza conținutului de alcali, aceștia pot fi acceleratori alcalini sau nealcalini, acceleratorii având conținut de Na2O<1% considered non-alkaline. The development of accelerators has gone through stages such as high-alkali powder, low-alkali powder, high-alkali liquid, and low (non)-alkali liquid since the Swiss company Sika first developed Sigunite powdered accelerator in the 1930s.

Acceleratoarele nealcaline abordează problema conținutului ridicat de alcali în acceleratoarele tradiționale. Betonul cu acceleratori nealcalini poate atinge mai mult de 90% din rezistența sa de 28-zi în comparație cu acceleratoarele tradiționale. În plus, acceleratoarele nealcaline sunt non-corozive, ecologice și prezintă riscuri minime pentru sănătatea personalului din construcții. Tendința se îndreaptă către utilizarea acceleratoarelor lichide nealcaline în locul acceleratoarelor tradiționale alcaline și cu conținut scăzut de alcali.

Starea actuală a acceleratoarelor sub formă de pulbere a început în anii 1930 cu Sigunite, dezvoltat de compania elvețiană Sika. Primii acceleratori alcalini sub formă de pulbere, fabricați din materiale săruri anorganice, cum ar fi varul, aluminatul de sodiu și sărurile de silicat și carbonat, au îndeplinit cerințele de întărire rapidă, dar au suferit pierderi semnificative de rezistență mai târziu, variind de la 20% la 50%.

În China, din cauza introducerii relativ târzii a tehnologiei betonului împușcat, cercetările privind acceleratoarele au început mai târziu. Acceleratorii alcalini sub formă de pudră au avantaje precum adaptabilitate bună, performanță eficientă cu diferite mărci de ciment, efecte bune de priză, costuri reduse și procese mature de preparare. Cu toate acestea, au mai multe defecte, inclusiv pierderi semnificative de rezistență în etapele ulterioare, durabilitate redusă a betonului datorită introducerii de alcali, rebound mare în timpul pulverizării betonului și corozivitate puternică în timpul pregătirii, prezentând riscuri pentru lucrători.

Pe măsură ce metoda amestecului umed devine treptat mai răspândită, cercetările privind acceleratorii sub formă de pulbere au scăzut semnificativ, concentrându-se asupra studiului acceleratorilor lichizi cu conținut scăzut de alcali și nealcalini. Cu toate acestea, datorită simplității, adaptabilității și costului scăzut al metodei de amestec uscat, o parte considerabilă a proiectelor de beton împușcat din China utilizează încă acceleratori sub formă de pulbere.

Istoria acceleratoarelor lichide datează din anii 1970 odată cu dezvoltarea acceleratoarelor lichide alcaline Sika în Elveția. Cu toate acestea, acești acceleratori lichizi timpurii aveau un conținut ridicat de alcali, rezultând o rezistență și durabilitate slabă a betonului în faza ulterioară. În încercarea de a îmbunătăți performanța în faza ulterioară și de a elimina daunele aduse sănătății umane, cercetătorii din țările dezvoltate au început să dezvolte acceleratoare lichide cu conținut scăzut de alcali în anii 1970. Au folosit săruri de aluminiu ca principal accelerant de priză, reducând conținutul de alcali la 10-20%, ducând la o scădere a pierderii de rezistență în etapa ulterioară la 20%-30%.

În China, din cauza introducerii târzii a metodei amestecului umed, cercetările privind acceleratorii lichizi au rămas în urma țărilor dezvoltate. Acceleratoarele lichide timpurii, în timp ce îndeplineau cerințele standard, au prezentat o rezistență mai mică a betonului în stadiu incipient. Pentru a rezolva acest lucru, cercetătorii s-au concentrat pe reducerea conținutului de alcali pentru a atenua pierderea de rezistență în faza ulterioară și pentru a îmbunătăți durabilitatea. Astăzi, acceleratoarele lichide cu conținut scăzut de alcali sunt utilizate pe scară largă pe piață, oferind beneficii precum dozare redusă și timpi scurti de priză. Cu toate acestea, acestea introduc încă un conținut alcalin și pot duce la reacții agregate alcaline, afectând negativ durabilitatea betonului aruncat. Drept urmare, cercetătorii și-au îndreptat atenția către acceleratorii lichidi non-alcalini.

Studiul acceleratorilor lichidi non-alcalini a început în anii 1990 în Europa și Statele Unite, puțin mai târziu în China. Abordarea principală a cercetării implică găsirea de noi materiale de fixare pentru a înlocui sărurile de metale alcaline în acceleratoarele lichide. Printre acestea, sulfatul de aluminiu, din cauza lipsei de conținut de metale alcaline, promovează eficient hidratarea cimentului și îmbunătățește semnificativ rezistența mortarului în stadiu incipient. În prezent este considerat un material ideal pentru prepararea acceleratoarelor lichide nealcaline. Cercetătorii din întreaga lume au efectuat studii ample asupra acceleratorilor lichizi pregătiți în principal cu sulfat de aluminiu. Produsele de înaltă performanță și stabile, cum ar fi seria MEYCOSA de la BASF și seria Sigunite®A de la Sika, reprezintă nivelul avansat actual de acceleratoare lichide nealcaline.

Acceleratoarele lichide non-alcaline sunt în centrul dezvoltării actuale și viitoare, reducând probabilitatea reacțiilor alcaline-agregate și îmbunătățind eficient rezistența în faza ulterioară a betonului. Cu toate acestea, dezvoltarea acceleratoarelor lichide non-alcaline este în fazele sale incipiente, iar provocările includ doze relativ mari (6%-12%), stabilitate insuficientă la depozitare și prețuri și costuri mai mari în comparație cu acceleratoarele tradiționale lichide și pulbere alcaline. .

4.2 Compoziția acceleratoarelor

Sărurile de aluminiu, sărurile de silicat, sărurile de carbonat și hidroxizii sunt principalele tipuri de alcalii în acceleratori. Sarea de aluminiu și alcaliul de aluminiu sunt cele mai importante componente ale acceleratoarelor lichide nealcaline. Pentru sarea de aluminiu, sulfatul de aluminiu este o materie primă ideală, iar utilizarea sulfatului de aluminiu ca componentă principală de fixare în acceleratoarele lichide non-alcaline a câștigat o atenție și cercetare pe scară largă.

4.4 Procesul de producție al acceleratorului

4.4.1 Acceleratoare lichide

Acceleratoare alcaline: hidroxidul de sodiu și apa sunt amestecate într-un vas de reacție, iar după agitare se adaugă hidroxid de aluminiu. Amestecul este încălzit la 110 grade, apoi răcit pentru a produce produsul final.

Acceleratoare nealcaline: acidul fluorosilicic este adăugat în vasul de reacție și agitat la temperatura camerei și presiunea atmosferică. Se adaugă sulfat de aluminiu și se agită până se dizolvă complet. pH-ul este apoi ajustat la 5, rezultând produsul final.

4.4.2 Acceleratoare sub formă de pulbere

4.4.2.1 Cântărirea și amestecarea

Materiile prime, cum ar fi cenușa de aluminiu (dimensiunea particulelor {{0}}cm), calcarul (dimensiunea particulelor 0,5-1,2cm) și alcalii industriale (carbonat de sodiu) sunt transportate printr-un transportor etanș la un dispozitiv de cântărire. Sulfat de aluminiu