Varför används acceleratorer i sprutbetongkonstruktion? Lite kunskap om tillsatser

Varför används acceleratorer i sprutbetongkonstruktion? Lite kunskap om tillsatser

Med den snabba utvecklingen av underjordisk ingenjörs- och transportinfrastrukturkonstruktion blir tillämpningen av sprutbetongteknik för sluttningsreparation, bergstöd och läckageblockering vid tunnelsprängning och snabbt underhåll alltmer utbredd. Sprutbetong är en typ av betong som bildas genom höghastighetssprutning av en blandning av cementbaserade material och aggregat på en avsedd yta med hjälp av tryckluft eller andra kraftkällor.

Sprutbetongkonstruktion är uppdelad i två huvudtyper: torrblandnings- och våtblandningsmetoder. Torrblandningsmetoden använder pulveriserade acceleratorer, medan våtblandningsmetoden använder vätskeacceleratorer. I Kina använder majoriteten av sprutbetongbyggandet fortfarande torrblandningsmetoden, med våtblandningskonstruktioner som endast står för cirka 10 % av sprutbetongtillämpningarna. Men i takt med att kvalitetskraven för sprutbetong inom underjordsteknik ökar och miljömedvetenheten växer, ses våtblandningsmetoden som den oundvikliga trenden för den framtida utvecklingen av sprutbetongteknologin.

Acceleratorer är kärntillsatserna i sprutbetong och spelar en avgörande roll för betongens härdningshastighet och styrka. Deras dosering är bara 2 %-3 % av cementmängden i betong, men de kan uppnå initial härdning inom 5 minuter och slutlig härdning inom 10 minuter, vilket uppfyller kraven för snabb härdning i specialkonstruktioner och säkerställer snabb konsolidering i tunnlar eller axlar. Därför är forskning och tillämpning av acceleratorer nyckelfaktorer som bestämmer nivån på sprutbetongteknologin.

Acceleratorer finns i olika typer, klassificerade efter produktform som antingen pulver (fast) eller flytande acceleratorer. Baserat på alkalihalten kan de vara alkaliska eller icke-alkaliska acceleratorer, med acceleratorer som har Na2O-halt<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.

Icke-alkaliska acceleratorer tar upp frågan om hög alkalihalt i traditionella acceleratorer. Betong med icke-alkaliska acceleratorer kan uppnå mer än 90 % av sin 28-dagstyrka jämfört med traditionella acceleratorer. Dessutom är icke-alkaliska acceleratorer icke-frätande, miljövänliga och utgör minimala hälsorisker för byggpersonal. Trenden går mot att använda icke-alkaliska vätskeacceleratorer istället för traditionella alkaliska och lågalkaliska acceleratorer.

Den nuvarande statusen för pulveriserade acceleratorer började på 1930-talet med Sigunite, utvecklad av det schweiziska företaget Sika. Tidiga alkaliska pulveriserade acceleratorer, gjorda av oorganiska saltmaterial såsom kalk, natriumaluminat och silikat- och karbonatsalter, uppfyllde kravet på snabb härdning men drabbades senare av betydande hållfasthetsförluster, från 20 % till 50 %.

I Kina, på grund av det relativt sena införandet av sprutbetongteknologi, startade forskningen om acceleratorer senare. Alkaliska pulveriserade acceleratorer har fördelar som god anpassningsförmåga, effektiv prestanda med olika cementmärken, bra härdningseffekter, låg kostnad och mogna beredningsprocesser. De har dock flera defekter, inklusive betydande hållfasthetsförluster i senare skeden, minskad betonghållbarhet på grund av införandet av alkali, hög återhämtning under betongsprutning och stark korrosivitet under beredning, vilket utgör risker för arbetarna.

När våtblandningsmetoden gradvis blir mer utbredd har forskningen om pulveriserade acceleratorer minskat avsevärt, vilket flyttar fokus till studiet av flytande lågalkali- och icke-alkaliacceleratorer. Men på grund av enkelheten, anpassningsförmågan och låga kostnaden för torrblandningsmetoden, använder en betydande del av sprutbetongprojekten i Kina fortfarande pulveriserade acceleratorer.

Vätskeacceleratorernas historia går tillbaka till 1970-talet med utvecklingen av Sika alkaliska vätskeacceleratorer i Schweiz. Dessa tidiga vätskeacceleratorer hade dock hög alkalihalt, vilket resulterade i dålig betongstyrka och hållbarhet i senare skede. I ett försök att förbättra prestanda i senare skeden och eliminera skador på människors hälsa, började forskare i utvecklade länder utveckla lågalkalivätskeacceleratorer på 1970-talet. De använde aluminiumsalter som den huvudsakliga inställningsacceleratorn, vilket minskade alkalihalten till 10-20%, vilket resulterade i en minskning av hållfasthetsförlusten i senare skeden till 20%-30%.

I Kina, på grund av det sena införandet av våtblandningsmetoden, släpade forskningen om vätskeacceleratorer efter utvecklade länder. Tidiga vätskeacceleratorer uppvisade, samtidigt som de uppfyllde standardkraven, lägre hållfasthet i betong i tidigt skede. För att komma till rätta med detta fokuserade forskare på att minska alkalihalten för att mildra styrka i senare skede och förbättra hållbarheten. Idag används lågalkalivätskeacceleratorer flitigt på marknaden, vilket erbjuder fördelar som låg dosering och korta härdningstider. Dessa inför dock fortfarande en viss alkalihalt och kan leda till alkali-aggregatreaktioner, vilket negativt påverkar sprutbetongens hållbarhet. Som ett resultat har forskare riktat sin uppmärksamhet mot icke-alkaliska vätskeacceleratorer.

Studiet av icke-alkaliska vätskeacceleratorer började på 1990-talet i Europa och USA, något senare i Kina. Den primära forskningsansatsen innebär att hitta nya härdningsmaterial för att ersätta alkalimetallsalter i vätskeacceleratorer. Bland dem främjar aluminiumsulfat, på grund av dess brist på alkalimetallinnehåll, effektivt cementhydratisering och förbättrar murbrukets hållfasthet i tidiga skede avsevärt. Det anses för närvarande vara ett idealiskt material för att förbereda icke-alkaliska vätskeacceleratorer. Forskare över hela världen har genomfört omfattande studier av vätskeacceleratorer framställda huvudsakligen med aluminiumsulfat. Högpresterande och stabila produkter, såsom MEYCOSA-serien från BASF och Sigunite®A-serien från Sika, representerar den nuvarande avancerade nivån av icke-alkaliska vätskeacceleratorer.

Icke-alkaliska vätskeacceleratorer är i fokus för nuvarande och framtida utveckling, vilket minskar sannolikheten för alkali-aggregatreaktioner och effektivt förbättrar senare hållfasthet i betong. Utvecklingen av icke-alkaliska vätskeacceleratorer är dock i ett tidigt skede och utmaningarna inkluderar relativt hög dosering (6 %-12 %), otillräcklig lagringsstabilitet och högre priser och kostnader jämfört med traditionella alkaliska vätske- och pulveracceleratorer .

4.2 Sammansättning av acceleratorer

Aluminiumsalter, silikatsalter, karbonatsalter och hydroxider är huvudtyperna av alkali i acceleratorer. Aluminiumsalt och aluminiumalkali är de viktigaste komponenterna i icke-alkaliska vätskeacceleratorer. För aluminiumsalt är aluminiumsulfat ett idealiskt råmaterial, och användningen av aluminiumsulfat som huvudinställningskomponent i icke-alkaliska vätskeacceleratorer har fått stor uppmärksamhet och forskning.

4.4 Acceleratorproduktionsprocess

4.4.1 Vätskeacceleratorer

Alkaliska acceleratorer: Natriumhydroxid och vatten blandas i ett reaktionskärl och efter omrörning tillsätts aluminiumhydroxid. Blandningen värms till 110 grader och kyls sedan för att producera den slutliga produkten.

Icke-alkaliska acceleratorer: Fluorokiselsyra tillsätts till reaktionskärlet och rörs om vid rumstemperatur och atmosfärstryck. Aluminiumsulfat tillsätts och omrörs tills det är helt upplöst. pH justeras sedan till 5, vilket resulterar i slutprodukten.

4.4.2 Pulveriserade acceleratorer

4.4.2.1 Vägning och blandning

Råvaror som aluminiumaska ​​(partikelstorlek {{0}}cm), kalksten (partikelstorlek 0,5-1,2 cm), och industriell alkali (natriumkarbonat) transporteras med en förseglad transportör till en vägningsanordning. Aluminiumsulfat