EN
Пуцоланові добавки для цементування: формування тривалої міцності та щільності
Як димка кремнезему, летюча зола та шлак сприяють утворенню C-S-H та знижують проникність за рахунок вторинних пуцоланових реакцій
Коли додаються до сумішей цементу, матеріали, такі як дим плавлення кремнезему, летюча зола та шлак, створюють щось особливе через так звані вторинні позоланові реакції. Ці матеріали реагують з гідроксидом кальцію (CH), що утворюється природним чином під час процесу гідратації портландцементу, утворюючи додатковий гідрат силікату кальцію або C-S-H. Наступне явище досить вражаюче. Нові сполуки заповнюють усі ці крихітні простори між частинками в цементній матриці. Це робить всю структуру значно щільнішою, зменшуючи проникнення води приблизно на 40 відсотків порівняно зі звичайним портландцементом окремо. Дим плавлення кремнезему працює особливо добре, оскільки його частинки надзвичайно малі — приблизно в 100 разів дрібніші за звичайні цементні частинки, — що допомагає краще ущільнити всю суміш і сприяє ранньому утворенню важливого гелю C-S-H. Летюча зола та GGBFS реагують повільніше, але продовжують працювати з часом, тому фактично допомагають нарощувати міцність навіть після стандартних 28 днів. Разом ці компоненти перетворюють м’яку, водянисту складову CH на міцний, що витримує навантаження, гель C-S-H. Ця зміна робить бетон набагато міцнішим проти проблем, з якими ми стикаємося в реальних умовах, таких як сульфати в ґрунті, кислі води чи тиск підземних рідин, що намагаються просочитися крізь.
Реальні показники: підвищення міцності за 28 днів (22–35%) та зниження дифузії хлоридів (до 60%) у цементних системах для нафтових свердловин та морського застосування
Дані, зібрані як на місці, так і в лабораторних умовах під час виконання робіт зі свердловинного буріння та морського будівництва, підтверджують ці переваги. Коли додати дим частинки кремнезему до сумішей цементу для нафтових свердловин, випробування показують приблизно 25% покращення міцності на стиск через 28 днів порівняно зі звичайними цементними сумісями. Це має принципове значення при роботі з великими тисками на великих глибинах. Для морських застосувань із використанням леткої попелу класу F спостерігається зниження проникнення хлоридів приблизно на половину. Це означає значно меншу ймовірність корозії сталевої арматури в районах, які постійно піддаються впливу морської води та солоних бризок. Змішування шлаку з цементом зменшує проникність для газу приблизно на 40%, що допомагає запобігти небажаній міграції газу між шарами у свердловинах. Усі ці покращення пов’язані з тим, як ці матеріали уточнюють дрібні пори всередині бетонної матриці, утворюючи з часом міцніші структури зв’язків. Для будь-якого, хто будує інфраструктуру поблизу узбережжя чи в хімічно агресивних середовищах, додавання цих спеціальних домішок стає абсолютно необхідним для забезпечення десятиліть надійного терміну служби їхніх споруд.
Гідратаційно-прискорювальні цементувальні добавки: баланс між ранньою міцністю та структурною цілісністю
Тріетаноламін проти триізопропаноламіну: кінетичний вплив на гідратацію C-S та оптимізація стискальної міцності за 72 години
Тріетаноламін (TEA) і три-ізопропаноламін (TIPA) прискорюють процес гідратації трикальцієвого силікату (C3S), але діють по-різному залежно від часу. TEA швидко запускає процес вже на початку, завдяки чому бетон набуває на 15–22 відсотки більшої міцності всього за 24 години. Це робить його ідеальним для проектів, що вимагають швидкого виконання, або для робіт у холодних умовах, де повільне твердіння створює проблеми. TIPA підходить до справи інакше. Замість того щоб прискорювати процес спочатку, він забезпечує триваліше прискорення, тому підвищення міцності становить близько 30% на етапі 72 години. Цікавою особливістю TIPA є те, як він взаємодіє безпосередньо з цементною матрицею. Його адсорбція призводить до утворення щільніших структур C-S-H і покращує зв'язки між частинками, що особливо помітно в сумішах із вапняком. Коли у цих смесях присутні карбонати, TIPA діє навіть ефективніше, ніж зазвичай. Більшість підрядників стверджують, що обидва добавки добре поєднуються зі стандартними методами, якщо дотримуватися дозування, встановленого стандартами ASTM C494. Ніхто не хоче, щоб несподівані терміни схоплювання або раптове твердіння зіпсували роботу на будмайданчику.
Посилення межфазної перехідної зони (МПЗ) і пригнічення утворення мікротріщин за рахунок контрольованої модуляції гідратації
Коли ми контролюємо процес прискорення, фактично покращується так звана інтерфазна перехідна зона (ITZ). Ця ділянка, де цементний розчин стикається з заповнювачем, завжди була слабким місцем у бетонних конструкціях. Прискорювачі сприяють більш рівномірному утворенню важливих кристалів C-S-H саме на межі розділу, зменшуючи пористість ITZ приблизно на 40–50 відсотків. Це робить матеріал значно міцнішим до утворення тріщин і забезпечує краще загальне зчеплення. Особливо цікаво те, що вдосконалення порової структури сприяє більш рівномірному розподілу напружень по всьому матеріалу. Випробування показали, що утворення тріщин виникає приблизно на 25% рідше, коли матеріали піддаються термічним циклам згідно зі стандартами ASTM. Дуже важливо також дотримуватися правильної кількості прискорювача. Його надлишок призводить до проблем, таких як гарячі ділянки або передчасне загусання, що порушує консистенцію розчину і перешкоджає правильному «мостінню» мікротріщин. Однак за належного контролю бетон краще протистоїть циклам заморожування та відтавання, а також повторним навантаженням, одночасно зберігаючи добру оброблюваність під час укладання та стабільні розміри з часом.
Перспективні та спеціальні добавки для цементування з метою підвищення стійкості
Інгібітори корозії (наприклад, нітрит кальцію) та наноматеріали (наприклад, нанокристали целюлози) для підвищення стійкості до хлоридів та запобігання утворенню тріщин
Сучасні адитивні технології усувають первинні причини деградації матеріалів, а не лише ліквідують їх наслідки. Візьмемо, наприклад, кальцієву селітру, яка визнана надійним інгібітором корозії згідно зі стандартами ASTM. Ця сполука діє шляхом утворення захисних шарів навколо сталевого армування в бетоні, перетворюючи шкідливі іони заліза на стабільні утворення магнетиту та гематиту. Випробування показали, що вона може зменшити пошкодження, пов’язані з хлоридами, приблизно на 70 % у конструкціях, що піддаються впливу морської води. Разом із цими хімічними заходами захисту, нанокристали целюлози забезпечують додатковий рівень захисту фізичним шляхом. Ці дрібні стрижневі частинки мають ширину від 5 до 20 нанометрів і рівномірно розподіляються по всьому цементному замісі. Вони утворюють зв’язки з продуктами гідратації цементу та ефективно «зашивають» малі тріщини, перш ніж ті стануть структурною проблемою. Поєднання цих підходів збільшує міцність на згин приблизно на 15–25 %, а також підвищує здатність матеріалів чинити опір після утворення тріщин. Це має велике значення для таких об’єктів, як мости поблизу узбережжя чи нафтовидобувні вишки у морі, де постійний рух створює навантаження на будівельні матеріали. Проте перед тим, як використовувати ці спеціалізовані добавки в реальних проектах, інженери мають перевірити, як вони взаємодіятимуть з іншими поширеними компонентами, такими як летюча зола чи прискорювачі тверднення. Правильне дозування суміші забезпечує стабільність у робочих характеристиках, вмісті повітря та часі тверднення, що відповідає результатам, отриманим під час лабораторних випробувань.
ЧаП
Питання: Що таке вторинні пуццоланові реакції?
Відповідь: Вторинні пуццоланові реакції відбуваються, коли матеріали, такі як дим частинок кремнезему, летюча зола та шлак, реагують з гідроксидом кальцію під час процесу гідратації портландцементу, що призводить до додаткового утворення гідрату силікату кальцію (C-S-H), посилює цементну матрицю та зменшує проникність.
Питання: Як прискорювачі гідратації, такі як TEA та TIPA, впливають на тверднення бетону?
Відповідь: Тріетаноламін (TEA) прискорює гідратацію на ранніх етапах, сприяючи швидкому набору міцності протягом 24 годин, тоді як триізопропаноламін (TIPA) забезпечує тривале прискорення, підвищуючи міцність на позначці 72 години.
Питання: Яку роль інгібітори корозії та наноматеріали відіграють у бетоні?
Відповідь: Інгібітори корозії, такі як кальцієва нітрит, запобігають пошкодженню, захищаючи сталеву арматуру, тоді як наноматеріали, наприклад, нанокристали целюлози, зміцнюють бетон, з'єднуючи тріщини та утворюючи зв'язки з продуктами гідратації.