Miksi ruiskubetonirakentamisessa käytetään kiihdyttimiä? Vähän tietoa lisäaineista

Miksi ruiskubetonirakentamisessa käytetään kiihdyttimiä? Vähän tietoa lisäaineista

Maanalaisen tekniikan ja liikenneinfrastruktuurin rakentamisen nopean kehityksen myötä ruiskubetonitekniikan soveltaminen rinteiden korjaamiseen, kallion tukemiseen ja vuotojen estämiseen tunnelien räjäytysrakentamisessa ja nopeassa kunnossapidossa on yleistymässä. Ruiskubetoni on betonityyppi, joka on muodostettu ruiskuttamalla sementtipitoisten materiaalien ja kiviainesten seosta suurella nopeudella määrätylle pinnalle paineilmalla tai muilla voimanlähteillä.

Ruiskubetonirakentaminen on jaettu kahteen päätyyppiin: kuivasekoitus- ja märkäsekoitusmenetelmät. Kuivasekoitusmenetelmässä käytetään jauhemaisia ​​kiihdyttimiä, kun taas märkäsekoitusmenetelmässä nestemäisiä kiihdyttimiä. Kiinassa valtaosa ruiskubetonirakentamisesta käyttää edelleen kuivasekoitusmenetelmää, ja märkäsekoitusrakentamisen osuus on vain noin 10 % ruiskubetonisovelluksista. Kuitenkin, kun maanalaisessa suunnittelussa ruiskubetonin laatuvaatimukset kasvavat ja ympäristötietoisuus kasvaa, märkäsekoitusmenetelmä nähdään väistämättömänä trendinä ruiskubetonitekniikan tulevalle kehitykselle.

Kiihdyttimet ovat ruiskubetonin ydinlisäaineita, joilla on ratkaiseva rooli betonin kovettumisnopeudessa ja lujuudessa. Niiden annostus on vain 2 %-3 % betonin sementin määrästä, mutta ne voivat saavuttaa alkukovettumisen 5 minuutissa ja lopullisen kovettumisen 10 minuutissa, mikä täyttää nopean kovettumisen vaatimukset erikoisrakenteessa ja varmistaa nopean tiivistymisen tunneleissa. tai akselit. Siksi kiihdyttimien tutkimus ja soveltaminen ovat keskeisiä tekijöitä, jotka määrittävät ruiskubetonitekniikan tason.

Kiihdyttimiä on eri tyyppejä, jotka luokitellaan tuotemuodon mukaan joko jauheeksi (kiinteiksi) tai nestemäisiksi kiihdyttimiksi. Alkalipitoisuuden perusteella ne voivat olla emäksisiä tai ei-emäksisiä kiihdyttimiä, joissa kiihdyttimiä on Na2O-pitoisuus<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.

Ei-emäksiset kiihdyttimet käsittelevät perinteisten kiihdyttimien korkeaa alkalipitoisuutta. Ei-emäksisiä kiihdyttimiä sisältävä betoni voi saavuttaa yli 90 % 28-päivälujuudestaan ​​perinteisiin kiihdyttimiin verrattuna. Lisäksi ei-emäksiset kiihdyttimet eivät ole syövyttäviä, ympäristöystävällisiä ja aiheuttavat minimaaliset terveysriskit rakennushenkilöstölle. Suuntaus on siirtymässä ei-emäksisten nestekiihdyttimien käyttöön perinteisten emäksisten ja vähän alkalipitoisten kiihdyttimien sijaan.

Nykyinen jauhemaisten kiihdytinten asema alkoi 1930-luvulla sveitsiläisen Sika-yhtiön kehittämästä Sigunitesta. Epäorgaanisista suolamateriaaleista, kuten kalkista, natriumaluminaatista ja silikaatti- ja karbonaattisuoloista valmistetut varhaiset emäksiset jauhemaiset kiihdyttimet täyttivät nopean kovettumisen vaatimuksen, mutta kärsivät myöhemmin merkittävästä lujuushäviöstä 20–50 %.

Kiinassa ruiskubetoniteknologian suhteellisen myöhäisen käyttöönoton vuoksi kiihdyttimien tutkimus alkoi myöhemmin. Alkalisilla jauhemaisilla kiihdyttimillä on etuja, kuten hyvä sopeutuvuus, tehokas suorituskyky eri sementtimerkkien kanssa, hyvät kovettuvuusvaikutukset, alhaiset kustannukset ja kypsät valmistusprosessit. Niissä on kuitenkin useita puutteita, mukaan lukien merkittävä lujuuden menetys myöhemmissä vaiheissa, heikentynyt betonin kestävyys emäksen lisäämisen vuoksi, korkea kimppuuntuminen betonin ruiskutuksen aikana ja voimakas syövyttävyys valmistelun aikana, mikä aiheuttaa riskejä työntekijöille.

Kun märkäsekoitusmenetelmä vähitellen yleistyy, jauhemaisten kiihdyttimien tutkimus on vähentynyt merkittävästi ja painopiste on siirtynyt nestemäisten vähäalkalisten ja ei-emäksisten kiihdyttimien tutkimukseen. Kuivasekoitusmenetelmän yksinkertaisuuden, mukautumiskyvyn ja alhaisten kustannusten vuoksi huomattava osa kiinalaisbetoniprojekteista käyttää kuitenkin edelleen jauhemaisia ​​kiihdyttimiä.

Nestemäisten kiihdyttimien historia juontaa juurensa 1970-luvulle, jolloin Sveitsissä kehitettiin Sika-emäksisiä nestekiihdyttimiä. Näillä varhaisilla nestekiihdyttimillä oli kuitenkin korkea alkalipitoisuus, mikä johti huonoon betonin myöhemmän vaiheen lujuuteen ja kestävyyteen. Pyrkiessään parantamaan myöhempien vaiheiden suorituskykyä ja eliminoimaan ihmisten terveydelle haitallisia tutkijoita kehittyneiden maiden tutkijat aloittivat 1970-luvulla kehittää vähäalkalisia nestekiihdyttimiä. He käyttivät alumiinisuoloja pääasiallisena kovettumisen kiihdyttimenä, mikä alensi alkalipitoisuuden 10-20%:iin, mikä johti myöhemmän vaiheen lujuushäviön laskuun 20 %:iin-30%.

Kiinassa nestemäisten kiihdyttimien tutkimus jäi kehittyneistä maista jäljessä märkäsekoitusmenetelmän myöhäisen käyttöönoton vuoksi. Varhaiset nestekiihdyttimet täyttivät standardivaatimukset, mutta osoittivat alhaisempaa alkuvaiheen betonin lujuutta. Tämän ratkaisemiseksi tutkijat keskittyivät alkalipitoisuuden vähentämiseen lieventääkseen myöhemmän vaiheen lujuuden menetystä ja parantaakseen kestävyyttä. Nykyään vähäalkalisia nestekiihdyttimiä käytetään laajalti markkinoilla, ja ne tarjoavat etuja, kuten alhaisen annoksen ja lyhyet kovettumisajat. Ne sisältävät kuitenkin edelleen jonkin verran alkalipitoisuutta ja voivat johtaa alkaliaggregaattireaktioihin, mikä vaikuttaa haitallisesti ruiskubetonin kestävyyteen. Tämän seurauksena tutkijat ovat kiinnittäneet huomionsa ei-alkalisiin nestekiihdyttimiin.

Ei-emäksisten nestekiihdyttimien tutkimus aloitettiin 1990-luvulla Euroopassa ja Yhdysvalloissa, hieman myöhemmin Kiinassa. Tutkimuksen ensisijaisena lähestymistapana on löytää uusia kovettumismateriaaleja nestemäisten kiihdyttimien alkalimetallisuolien korvaamiseksi. Niistä alumiinisulfaatti, koska se ei sisällä alkalimetallipitoisuutta, edistää tehokkaasti sementin hydraatiota ja parantaa merkittävästi laastin alkuvaiheen lujuutta. Sitä pidetään tällä hetkellä ihanteellisena materiaalina ei-emäksisten nestekiihdyttimien valmistukseen. Tutkijat ympäri maailmaa ovat tehneet laajoja tutkimuksia nestemäisistä kiihdyttimistä, jotka on valmistettu pääasiassa alumiinisulfaatilla. Suorituskykyiset ja vakaat tuotteet, kuten BASF:n MEYCOSA-sarja ja Sikan Sigunite®A-sarja, edustavat ei-emäksisten nestekiihdyttimien nykyistä edistynyttä tasoa.

Ei-emäksiset nestekiihdyttimet ovat nykyisen ja tulevan kehityksen painopisteitä, vähentäen alkali-aggregaattireaktioiden todennäköisyyttä ja parantaen tehokkaasti betonin myöhemmän vaiheen lujuutta. Ei-emäksisten nestekiihdyttimien kehitys on kuitenkin alkuvaiheessa, ja haasteita ovat suhteellisen suuri annostus (6 %-12 %), riittämätön varastointistabiilisuus sekä korkeammat hinnat ja kustannukset verrattuna perinteisiin emäksisiin nestemäisiin ja jauhemaisiin kiihdyttimiin. .

4.2 Kiihdytinten koostumus

Alumiinisuolat, silikaattisuolat, karbonaattisuolat ja hydroksidit ovat kiihdyttimien pääasiallisia alkalityyppejä. Alumiinisuola ja alumiinialkali ovat tärkeimmät komponentit ei-alkalisissa nestekiihdyttimissä. Alumiinisuolalle alumiinisulfaatti on ihanteellinen raaka-aine, ja alumiinisulfaatin käyttö pääasiallisena kovettumiskomponenttina ei-alkalisissa nestekiihdyttimissä on saanut laajaa huomiota ja tutkimusta.

4.4 Accelerator-tuotantoprosessi

4.4.1 Nestekiihdyttimet

Alkaliset kiihdyttimet: Natriumhydroksidi ja vesi sekoitetaan reaktioastiassa, ja sekoittamisen jälkeen lisätään alumiinihydroksidia. Seos kuumennetaan 110 asteeseen ja jäähdytetään sitten lopullisen tuotteen valmistamiseksi.

Ei-emäksiset kiihdyttimet: Fluoripiihappoa lisätään reaktioastiaan ja sekoitetaan huoneenlämpötilassa ja ilmakehän paineessa. Lisätään alumiinisulfaattia ja sekoitetaan, kunnes se on täysin liuennut. Sen jälkeen pH säädetään arvoon 5, jolloin saadaan lopputuote.

4.4.2 Jauhekiihdyttimet

4.4.2.1 Punnitus ja sekoitus

Raaka-aineet, kuten alumiinituhka (hiukkaskoko {{0}}cm), kalkkikivi (hiukkaskoko 05-1,2 cm) ja teollisuusalkali (natriumkarbonaatti), kuljetetaan suljetulla kuljettimella punnituslaite. Alumiinisulfaatti