Proč se při stavbě stříkaného betonu používají urychlovače? Malé znalosti o příměsích

Proč se při stavbě stříkaného betonu používají urychlovače? Malé znalosti o příměsích

S rychlým rozvojem podzemního inženýrství a výstavby dopravní infrastruktury se stále více rozšiřuje použití technologie stříkaného betonu pro opravy svahů, podporu hornin a blokování úniků při odstřelování tunelů a rychlé údržbě. Stříkaný beton je druh betonu vytvořený vysokorychlostním nástřikem směsi cementových materiálů a kameniva na určený povrch pomocí stlačeného vzduchu nebo jiných zdrojů energie.

Konstrukce stříkaného betonu se dělí na dva hlavní typy: metody suché a mokré směsi. Metoda suché směsi využívá práškové urychlovače, zatímco metoda mokré směsi využívá kapalné urychlovače. V Číně se ve většině staveb stříkaného betonu stále používá metoda suchého míchání, přičemž konstrukce stříkaného betonu představují pouze asi 10 % aplikací stříkaného betonu. Jak se však požadavky na kvalitu stříkaného betonu v podzemním stavitelství zvyšují a povědomí o životním prostředí roste, je metoda mokrého míchání považována za nevyhnutelný trend pro budoucí vývoj technologie stříkaného betonu.

Urychlovače jsou základní přísady do stříkaného betonu, které hrají klíčovou roli v rychlosti tuhnutí a pevnosti betonu. Jejich dávkování je pouze 2%-3% množství cementu v betonu, přesto mohou dosáhnout počátečního tuhnutí do 5 minut a konečného tuhnutí do 10 minut, splňují požadavky na rychlé tuhnutí ve speciálních konstrukcích a zajišťují rychlou konsolidaci v tunelech nebo hřídele. Proto jsou výzkum a aplikace urychlovačů klíčovými faktory určujícími úroveň technologie stříkaného betonu.

Akcelerátory se dodávají v různých typech, klasifikovaných podle formy produktu jako práškové (pevné) nebo kapalné urychlovače. Podle obsahu alkálií to mohou být alkalické nebo nealkalické urychlovače, přičemž urychlovače mají obsah 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.

Nealkalické urychlovače řeší problém vysokého obsahu alkálií v tradičních urychlovačích. Beton s nealkalickými urychlovači může dosáhnout více než 90 % své 28-denní pevnosti ve srovnání s tradičními urychlovači. Nealkalické urychlovače jsou navíc nekorozivní, šetrné k životnímu prostředí a představují minimální zdravotní rizika pro stavební personál. Trend se posouvá k používání nealkalických kapalných urychlovačů namísto tradičních alkalických a nízkoalkalických urychlovačů.

Současný stav práškových urychlovačů začal ve 30. letech 20. století Sigunitem, který vyvinula švýcarská společnost Sika. Rané alkalické práškové urychlovače, vyrobené z anorganických solných materiálů, jako je vápno, hlinitan sodný a křemičitanové a uhličitanové soli, splnily požadavek na rychlé vytvrzení, ale později utrpěly významnou ztrátu pevnosti v rozmezí od 20 % do 50 %.

V Číně, kvůli relativně pozdnímu zavedení technologie stříkaného betonu, začal výzkum urychlovačů později. Alkalické práškové urychlovače mají výhody, jako je dobrá přizpůsobivost, efektivní výkon s různými značkami cementu, dobrý účinek tuhnutí, nízké náklady a vyzrálé procesy přípravy. Mají však několik vad, včetně významné ztráty pevnosti v pozdějších fázích, snížené trvanlivosti betonu v důsledku vnesení alkálie, vysokého odrazu při stříkání betonu a silné korozivnosti během přípravy, což představuje riziko pro pracovníky.

Vzhledem k tomu, že metoda mokrého míchání se postupně stává převládající, výzkum práškových urychlovačů se výrazně snížil a pozornost se přesunula na studium kapalných nízkoalkalických a nealkalických urychlovačů. Vzhledem k jednoduchosti, přizpůsobivosti a nízkým nákladům na metodu suchého míchání však značná část projektů stříkaného betonu v Číně stále používá práškové urychlovače.

Historie kapalných urychlovačů sahá až do 70. let 20. století s vývojem alkalických kapalných urychlovačů Sika ve Švýcarsku. Tyto rané kapalné urychlovače však měly vysoký obsah alkálií, což mělo za následek špatnou pevnost a trvanlivost betonu v pozdější fázi. Ve snaze zlepšit výkon v pozdějších fázích a eliminovat poškození lidského zdraví začali výzkumníci ve vyspělých zemích v 70. letech vyvíjet nízkoalkalické kapalné urychlovače. Jako hlavní urychlovač tuhnutí použili hliníkové soli, které snížily obsah alkálií na 10-20 %, což vedlo ke snížení ztráty pevnosti v pozdější fázi na 20 %-30 %.

V Číně kvůli pozdnímu zavedení metody mokrého mixování zaostával výzkum kapalných urychlovačů za vyspělými zeměmi. Rané kapalné urychlovače, při splnění standardních požadavků, vykazovaly nižší pevnost betonu v raném stádiu. Aby se to vyřešilo, výzkumníci se zaměřili na snížení obsahu alkálií, aby se zmírnila ztráta pevnosti v pozdější fázi a zlepšila se životnost. Dnes jsou na trhu široce používány nízkoalkalické kapalné urychlovače, které nabízejí výhody jako nízké dávkování a krátké doby tuhnutí. Ty však stále obsahují určitý obsah alkálií a mohou vést k alkalicko-agregátovým reakcím, které nepříznivě ovlivňují trvanlivost stříkaného betonu. V důsledku toho výzkumníci obrátili svou pozornost na nealkalické kapalné urychlovače.

Studium nealkalických kapalných urychlovačů začalo v 90. letech 20. století v Evropě a Spojených státech, o něco později v Číně. Primární výzkumný přístup zahrnuje nalezení nových tužidel, které by nahradily soli alkalických kovů v kapalných urychlovačích. Mezi nimi síran hlinitý díky nedostatku alkalických kovů účinně podporuje hydrataci cementu a výrazně zlepšuje počáteční pevnost malty. V současnosti je považován za ideální materiál pro přípravu nealkalických kapalných urychlovačů. Vědci z celého světa provedli rozsáhlé studie na kapalných urychlovačích připravených převážně ze síranu hlinitého. Vysoce výkonné a stabilní produkty, jako je řada MEYCOSA od společnosti BASF a řada Sigunite®A od společnosti Sika, představují současnou pokročilou úroveň nealkalických kapalných urychlovačů.

Nealkalické kapalné urychlovače jsou středem zájmu současného a budoucího vývoje, snižují pravděpodobnost reakcí alkalického kameniva a účinně zlepšují pevnost betonu v pozdějších fázích. Vývoj nealkalických kapalných urychlovačů je však v rané fázi a problémy zahrnují relativně velké dávkování (6 %-12 %), nedostatečnou stabilitu při skladování a vyšší ceny a náklady ve srovnání s tradičními alkalickými kapalnými a práškovými urychlovači .

4.2 Složení urychlovačů

Hliníkové soli, silikátové soli, uhličitanové soli a hydroxidy jsou hlavními typy alkálií v urychlovačích. Hliníková sůl a alkálie hliníku jsou nejdůležitějšími složkami v nealkalických kapalných urychlovačích. Pro hliníkovou sůl je síran hlinitý ideální surovinou a použití síranu hlinitého jako hlavní složky tuhnutí v nealkalických kapalných urychlovačích získalo širokou pozornost a výzkum.

4.4 Proces výroby urychlovače

4.4.1 Kapalné urychlovače

Alkalické urychlovače: Hydroxid sodný a voda se smíchají v reakční nádobě a po promíchání se přidá hydroxid hlinitý. Směs se zahřeje na 110 stupňů, poté se ochladí, aby se vytvořil konečný produkt.

Nealkalické urychlovače: Do reakční nádoby se přidá kyselina fluorokřemičitá a míchá se při teplotě místnosti a atmosférickém tlaku. Přidá se síran hlinitý a míchá se, dokud se úplně nerozpustí. Potom se pH upraví na 5, čímž se získá konečný produkt.

4.4.2 Práškové urychlovače

4.4.2.1 Vážení a míchání

Suroviny, jako je hliníkový popel (velikost částic {{0}} cm), vápenec (velikost částic 0.5-1,2 cm) a průmyslové alkálie (uhličitan sodný) jsou přepravovány utěsněným dopravníkem do vážicí zařízení. Síran hlinitý