Hvad er princippet om frostvæske i beton?

Når den omgivende temperatur falder til omkring 0 grad, skal der træffes særlige tekniske foranstaltninger for betonkonstruktion. Dette er almindelig viden i byggebranchen. Det er dog ikke en nem opgave at tage fat på årsagerne til frostskader og tilsvarende konstruktionsforanstaltninger. Det følgende præsenterer nogle synspunkter baseret på specifik erhvervserfaring og referencer til relevant litteratur.

Der er mange vinterkonstruktionsforanstaltninger for beton, medomfattende varmetilbageholdelsesmetodeer almindeligt anvendt i det nordlige Kina. Nedenfor fokuserer vi på fryseskademekanismen og diskutererafrimningsmekanismeaf den omfattende varmetilbageholdelsesmetode.

1. Kritisk styrke af beton

Ved vinterbyggeri, når betonen når en vis styrketærskel, har strukturen dannet sig nok til at modstå frostskader. Derfor vil beton ikke blive beskadiget ved frysning, når først denne tærskel er nået. Denne styrke kaldeskritisk frostbestandighed. Indførelsen af ​​kritisk frostbestandighed repræsenterer et stort gennembrud i vinterbetonkonstruktionsteori og er et centralt grundlag for formulering af vinterkonstruktionstiltag. Målet med vinterbetonbyggeri er at sikre, at betonen når frem tilkritisk frostbestandighedså hurtigt som muligt.

Talrige eksperimenter og praksis har vist, at betonens kritiske frostbestandighed er relateret til forskellige faktorer såsom cementtype, vand-til-cement-forhold og afkølingshastighed. Derudover er den kritiske frostbestandighed forskellig mellem almindelig beton og beton blandet med betonfrostvæske. Generelt har beton blandet med betonfrostvæske en lidt lavere kritisk frostbestandighed sammenlignet med almindelig beton. Dette skyldes, at brugen af ​​beton frostvæske reducerer vandindholdet, hvilket resulterer i mere spredte og svagere iskrystaller, hvilket reducerer virkningerne af frosthævning.

2. Mekanisme af beton frostvæske

Betonfrostvæske er formuleret baseret på betonens frostskademekanisme, der inkorporerer teorier relateret til kritisk frostbestandighedsstyrke, optimal isdannelseshastighed og iskrystalmorfologitransformation. Det er typisk sammensat af fire hovedkomponenter. Funktionerne af hver komponent er som følger:

2.1 Tidlig styrkekomponent

Den tidlige styrkekomponent er afgørende for at fremme byggeprocessen. I de tidlige stadier af hærdningen er det vigtigt at undgå for store vibrationer, der kan beskadige pladen. Den primære funktion af denne komponent er at fremskynde afbindingen og hærdningen af ​​betonen, så den kan nåkritisk frostbestandighedså hurtigt som muligt. Efter at den kritiske styrke er nået, kan den yderligere accelerere hærdningshastigheden og overvinde den langsomme styrkevækst forårsaget af negative eller lave temperaturer.

2.2 Luftindtagende komponent

Denne komponent introducerer små luftbobler på mikronniveau (gavnlige luftbobler) i betonen. Dens funktioner omfatter:

Afskæring og tætning af de indbyrdes forbundne porer i betonen (skadelige porer), hvilket reducerer spredningen af ​​revner under frosthævning.

De indførte luftbobler fungerer som "buffer" rum, der absorberer ekspansionstrykket fra iskrystaller, hvilket reducerer risikoen for frostskader. Indføring af 3,5 % luft i betonen kan absorbere op til 6,6 % af volumenudvidelsen og derved forbedre betonens frostbestandighed og holdbarhed på lang sigt.

2.3 Vandreducerende komponent

Den vandreducerende komponent har følgende funktioner:

Reduktion af mængden af ​​blandevand, hvorved det samlede indhold af frit vand reduceres, hvilket fundamentalt reducerer mængden af ​​vand, der kan fryse (og samtidig opretholde et passende isindhold). Dette hjælper med at afbøde de indre belastninger forårsaget af frosthævning.

Gennem sin dispergerende effekt hjælper den vandreducerende komponent med at frigive bundet vand og eliminerer defekte vandbobler. Dette forvandler større iskrystaller til finere krystaller, optimerer cementhydreringsmiljøet og reducerer ekspansionstrykket forårsaget af frost.

2.4 Frostvæskekomponent

Denne komponent er normalt sammensat af uorganiske salte, der sænker frysepunktet. Effekterne er opsummeret som følger:
Når en frostvæskekomponent (f.eks. NaNO₃ i en koncentration på 2%) tilsættes til en opløsning, falder opløsningens frysepunkt til ca. -1,5 grader. Efterhånden som temperaturen falder yderligere, begynder det frie vand nær den frostramte side at fryse, hvilket får de uorganiske salte til at udfælde. Koncentrationen af ​​salte i det resterende frie vand stiger (sænker frysepunktet yderligere). Denne proces fortsætter, når temperaturen falder (f.eks. til -5 grad ), og mere frit vand fryser. Denne kontinuerlige proces vil fortsætte, indtil det minimale eutektiske punkt for natriumnitrat er nået, på hvilket tidspunkt alt det frie vand i porerne vil fryse.
Derfor er frostvæskekomponentens primære funktion at sikre, at der altid er noget væskefasevand (superkølet vand) i betonen, hvilket gør det muligt for cementens hydrering at fortsætte selv under fryseforhold.

Mekanismen affrostvæske i betoner kompleks og mangefacetteret. Der findes ikke en enkelt, universelt anvendelig frostvæskekomponent i verden. "Antifreeze" er simpelthen den endelige effekt opnået af de kombinerede handlinger af tidlig styrke, luftinddragelse, vandreduktion og frostvæskekomponenter. Desuden er effektiviteten af ​​betonfrostvæske tæt forbundet med de specifikke konstruktionsforhold. Vinterbetonkonstruktion er et typisk systemprojekt, der kræver omfattende overvejelser om forskellige faktorer.