Hvad er virkningsmekanismen for ekspansionsmiddel i beton?

I byggeteknik er forekomsten af ​​betonrevner og vandudsivning almindelig, og strukturelle revner kan påvirke æstetikken eller i alvorlige tilfælde bygningens sikkerhed. På grund af faktorer som øget cementforbrug, højere styrkekrav, konstruktionsforhold og utilstrækkelig hærdning er dannelsen af ​​revner i betonkonstruktioner uundgåelig. I øjeblikket er den eneste gennemførlige tilgang inden for teknik at kontrollere revner inden for harmløse grænser.

Årsager til revner i beton

Der er forskellige årsager til, at beton revner i byggeprojekter, herunder konstruktionsdesign, konstruktionshærdning og råmaterialer. Den primære årsag til revner er den trækspænding, der genereres, når beton udsættes for belastning, deformation og blanding under hærdningsprocessen. Revner opstår, når den indre trækspænding overstiger betonens ultimative trækstyrke. Blandt disse udgør ikke-strukturelle revner forårsaget af deformation 80 %, og størstedelen af ​​disse ikke-strukturelle revner skyldes betonsvind (såsom autogent svind, plastisk svind, tørresvind, termisk svind osv.).

Der er ingen detaljerede tekniske specifikationer for styring af ikke-strukturelle revner, og almindelige metoder, der anvendes inden for teknik, omfatter design af ekspansionsfuger eller anvendelse af "hoppelagermetoden" under konstruktionen. Men denne tilgang forlænger byggeperioden og øger rengøringsomkostningerne. Omfattende ingeniørapplikationer har vist, at den mest effektive metode er at bruge krympningskompenserende beton til revnekontrol.

Mekanisme og anvendelse af ekspansive midler

Betonekspansive midler er tilsætningsstoffer, der, når de tilsættes beton, får det til at udvide sig i volumen, hvilket kompenserer for betonsvind. Ekspansive midler klassificeres baseret på deres ekspansive komponenter, såsom calciumsulfoaluminat, CaO-baseret, MgO-baseret, calciumsulfoaluminat-calciumoxid og calcium-magnesium-komposittyper. På grund af de forskellige ekspansive komponenter varierer deres ekspansionsydelse også. De mest almindeligt accepterede mekanismer for ekspansive midler omfatter teorien om krystallinsk vækst, teori om vandabsorptionskvældning og fastfase-volumenekspansionsteori.

2.1 Calcium Sulfoaluminat-baserede ekspansionsmidler

Ekspansionseffekten af ​​calciumsulfoaluminat-baserede ekspansive midler opnås primært gennem dannelsen af ​​calcium ettringit (C3A-3CaSO4-32H2O) under hydrering. Eksisterende undersøgelser tyder på, at den kombinerede effekt af det krystallinske væksttryk og ettringits vandabsorptions-kvældningskraft er den grundlæggende årsag til ekspansion, hvor vandabsorptionshævelse er den dominerende faktor. Baseret på denne teori kræver hydratiseringsreaktionen af ​​ettringit en betydelig mængde vand, hvilket begrænser dets anvendelse i højstyrkebeton med lave vand-cementforhold. Derudover kræver beton indeholdende calciumsulfoaluminat-baserede ekspansive midler streng hærdningskontrol. Forkert hærdning kompenserer ikke kun for krympning, men øger også risikoen for revner. Desuden kan calcium ettringit nedbrydes i fugtige og varme omgivelser, hvilket påvirker styrke og holdbarhed. Derfor skal der lægges særlig vægt på miljøtemperaturen, når der anvendes calciumsulfoaluminat-baserede ekspansive midler i ingeniørarbejde.

2.2 Calciumoxid-baserede ekspansive midler

Ekspansionsmekanismen for calciumoxid-baserede ekspansive midler involverer hydrering af calciumoxid (CaO) til dannelse af calciumhydroxid (Ca(OH)2). Denne proces øger fastfasevolumenet, og lokal akkumulering af hydreringsprodukter forstørrer porevolumenet, hvilket resulterer i volumenudvidelse af pastaen. Sammenlignet med calciumsulfoaluminat-baserede ekspansionsmidler kræver calciumoxid-baserede ekspansionsmidler mindre vand, har højere ekspansionseffektivitet og er mere omkostningseffektive, hvilket gør dem mere udbredte. CaO reagerer dog eksotermt med vand, hvilket er skadeligt for at kontrollere temperaturrevner i beton. Derudover fører den hurtige hydratiseringshastighed af CaO til, at betydelig ekspansion forbruges i plastfasen af ​​beton, hvilket gør den ineffektiv til at kompensere for svind i senere trin. CaO er også følsom over for miljøets fugtighed, hvilket kræver omhyggelig emballering for at forhindre fugtabsorption, hvilket kan reducere dets ekspansionseffektivitet. Endvidere er Ca(OH)2 opløselig under visse vandtryk, så der skal udvises forsigtighed ved brug af calciumoxidbaserede ekspansive midler i undervandsbyggeri.

2.3 Magnesiumoxid-baserede ekspansive midler

Ekspansionseffekten af ​​magnesiumoxidbaserede ekspansive midler opstår gennem hydrering af magnesiumoxid (MgO) til dannelse af magnesiumhydroxid (Mg(OH)2), med volumenændringen drevet af vandabsorptions-kvældningskraften af ​​Mg(OH)2 i de tidlige stadier af hydratisering og det krystallinske væksttryk af Mg(OH)2 i de senere stadier. Omfattende undersøgelser og tekniske applikationer har vist, at magnesiumoxid-baserede ekspansive midler udviser forsinket ekspansion og en lang ekspansionscyklus, som effektivt kan kompensere for temperatursvind under afkølings- og tørringssvind. Deres mekaniske egenskaber er stabile, og de kræver mindre vand til hydrering. Magnesiumoxid-baserede ekspansive midler har også fordelene ved stabile hydreringsprodukter og justerbare ekspansionsegenskaber, hvilket gør dem bredt anvendelige i store betonprojekter såsom dæmninger. I praksis bør faktorer som betonstyrke, strukturelle dimensioner og konstruktionsmiljø tages i betragtning, når der vælges højtydende beton-revnebestandige midler eller magnesiumoxidekspansive midler med forskellig reaktivitet (R-type, M-type, S-type) til kompensere for betonsvind og dermed opnå fuld cyklus revnekontrol og forenkle temperaturkontrolforanstaltninger. Man skal dog være opmærksom på doseringen af ​​magnesiumoxid-baserede ekspansive midler, da for store mængder kan forårsage overdreven ekspansion, hvilket fører til dårlig volumenstabilitet.

2.4 Dobbelt Udvidelse Kilde Ekspansiv Agenter

Almindelige ekspansionsmidler med dobbelt ekspansionskilde på markedet omfatter calciumsulfoaluminat-calciumoxid-baserede ekspansive midler (såsom HCSA, CSA, FQY osv.) og calcium-magnesium kompositekspansive midler.

Calcium Sulfoaluminat-Calciumoxid-baserede ekspansionsmidler: Ekspansionskilderne til disse midler er ettringit og Ca(OH)2. Når disse midler anvendes i beton, kompenserer Ca(OH)2 for tidligt svind, mens ettringit kompenserer for svind i de senere stadier. Udvidelsen fra disse kilder sker på forskellige stadier, hvorved der opnås en effektiv svindkompensationseffekt. Sammenlignet med enkelt-ekspansionskildemidler har calciumsulfoaluminat-calciumoxid-baserede ekspansionsmidler fordelene ved større ekspansion, lavere vandbehov og en tidligere stabil ekspansionsperiode. De er meget udbredt i projekter som selvvandtætning af betonkonstruktioner og sømløs konstruktion af superlange strukturer.

Calcium-Magnesium sammensatte ekspansionsmidler: Disse midler fremstilles ved at kombinere let forbrændt magnesiumoxid med calciumoxid med ekspansionskilder fra Ca(OH)2 og Mg(OH)2. Ekspansionshastigheden af ​​disse kompositmidler justeres af den hurtigere hydratiseringshastighed af calciumoxid og den langsommere hydratiseringshastighed af magnesiumoxid. Denne justering giver mulighed for trinvis fuldcykluskompensation af betonsvind. Desuden overvinder calcium-magnesium-kompositekspansive midler temperaturfølsomheden af ​​enkelte calciumoxid-baserede ekspansive midler, hvilket gør dem velegnede til projekter med mindre strenge krav til temperaturkontrol.