Waarom worden versnellers gebruikt in de spuitbetonbouw? Weinig kennis over mengsels

Waarom worden versnellers gebruikt in de spuitbetonbouw? Weinig kennis over mengsels

Met de snelle ontwikkeling van de constructie van ondergrondse engineering en transportinfrastructuur, wordt de toepassing van spuitbetontechnologie voor hellingreparatie, rotsondersteuning en lekkageblokkering bij tunnelexplosieconstructies en snel onderhoud steeds wijdverspreider. Spuitbeton is een soort beton dat wordt gevormd door het met hoge snelheid spuiten van een mengsel van cementachtige materialen en toeslagstoffen op een aangewezen oppervlak met behulp van perslucht of andere krachtbronnen.

Spuitbetonconstructies zijn onderverdeeld in twee hoofdtypen: droge mix- en natte mixmethoden. Bij de droge mixmethode wordt gebruik gemaakt van versnellers in poedervorm, terwijl bij de natte mixmethode gebruik wordt gemaakt van vloeibare versnellers. In China wordt bij het merendeel van de spuitbetonconstructies nog steeds gebruik gemaakt van de droge-mixmethode, terwijl de natte-mixconstructie slechts ongeveer 10% van de spuitbetontoepassingen voor zijn rekening neemt. Naarmate de kwaliteitseisen voor spuitbeton in de ondergrondse techniek toenemen en het milieubewustzijn groeit, wordt de natte mengmethode echter gezien als de onvermijdelijke trend voor de toekomstige ontwikkeling van spuitbetontechnologie.

Versnellers zijn de belangrijkste additieven in spuitbeton en spelen een cruciale rol bij de uithardingssnelheid en sterkte van beton. Hun dosering bedraagt ​​slechts 2%-3% van de cementhoeveelheid in beton, maar toch kunnen ze een initiële uitharding binnen 5 minuten en een uiteindelijke uitharding binnen 10 minuten bereiken, waardoor ze voldoen aan de eisen voor snelle uitharding in speciale constructies en snelle consolidatie in tunnels garanderen of schachten. Daarom zijn het onderzoek en de toepassing van versnellers sleutelfactoren die het niveau van de spuitbetontechnologie bepalen.

Versnellers zijn er in verschillende typen, ingedeeld naar productvorm als poeder- (vaste) of vloeibare versnellers. Op basis van het alkaligehalte kunnen het alkalische of niet-alkalische versnellers zijn, waarbij versnellers een Na2O-gehalte hebben<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.

Niet-alkalische versnellers pakken het probleem aan van het hoge alkaligehalte in traditionele versnellers. Beton met niet-alkalische versnellers kan meer dan 90% van zijn sterkte in 28-dagen bereiken vergeleken met traditionele versnellers. Bovendien zijn niet-alkalische versnellers niet-corrosief, milieuvriendelijk en vormen ze minimale gezondheidsrisico's voor bouwpersoneel. De trend verschuift naar het gebruik van niet-alkalische vloeistofversnellers in plaats van traditionele alkalische en laag-alkalirijke versnellers.

De huidige status van poedervormige versnellers begon in de jaren dertig met Sigunite, ontwikkeld door het Zwitserse bedrijf Sika. Vroege alkalische poedervormige versnellers, gemaakt van anorganische zoutmaterialen zoals kalk, natriumaluminaat en silicaat- en carbonaatzouten, voldeden aan de eis voor snelle uitharding, maar leden later aanzienlijk sterkteverlies, variërend van 20% tot 50%.

In China kwam het onderzoek naar versnellers later op gang vanwege de relatief late introductie van spuitbetontechnologie. Alkalische poedervormige versnellers hebben voordelen zoals een goed aanpassingsvermogen, effectieve prestaties bij verschillende cementmerken, goede hardingseffecten, lage kosten en volwassen bereidingsprocessen. Ze hebben echter verschillende gebreken, waaronder een aanzienlijk sterkteverlies in de latere stadia, een verminderde duurzaamheid van het beton als gevolg van de introductie van alkali, een hoge rebound tijdens het spuiten van beton en een sterke corrosiviteit tijdens de voorbereiding, wat risico's voor de werknemers met zich meebrengt.

Naarmate de natte-mixmethode geleidelijk meer gangbaar wordt, is het onderzoek naar poedervormige versnellers aanzienlijk afgenomen, waardoor de focus is verlegd naar de studie van vloeibare laag-alkali- en niet-alkali-versnellers. Vanwege de eenvoud, het aanpassingsvermogen en de lage kosten van de droge mengmethode wordt echter bij een aanzienlijk deel van de spuitbetonprojecten in China nog steeds gebruik gemaakt van poedervormige versnellers.

De geschiedenis van vloeistofversnellers gaat terug tot de jaren zeventig, met de ontwikkeling van Sika alkalische vloeistofversnellers in Zwitserland. Deze vroege vloeibare versnellers hadden echter een hoog alkaligehalte, wat resulteerde in een slechte betonsterkte en duurzaamheid in de latere stadia. In een poging om de prestaties in een later stadium te verbeteren en schade aan de menselijke gezondheid te elimineren, begonnen onderzoekers in ontwikkelde landen in de jaren zeventig met de ontwikkeling van laag-alkali-vloeistofversnellers. Ze gebruikten aluminiumzouten als belangrijkste versneller, waardoor het alkaligehalte werd verlaagd tot 10-20%, wat resulteerde in een afname van het sterkteverlies in de latere fase tot 20%-30%.

In China bleef het onderzoek naar vloeistofversnellers als gevolg van de late introductie van de wet-mix-methode achter bij de ontwikkelde landen. Hoewel vroege vloeistofversnellers aan de standaardvereisten voldeden, vertoonden ze een lagere vroege sterkte van beton. Om dit aan te pakken, concentreerden onderzoekers zich op het verminderen van het alkaligehalte om sterkteverlies in een later stadium te verminderen en de duurzaamheid te verbeteren. Tegenwoordig worden laag-alkali-vloeistofversnellers op grote schaal op de markt gebruikt en bieden ze voordelen zoals een lage dosering en korte uithardingstijden. Deze introduceren echter nog steeds een bepaald alkaligehalte en kunnen leiden tot alkali-aggregaatreacties, waardoor de duurzaamheid van spuitbeton negatief wordt beïnvloed. Als gevolg hiervan hebben onderzoekers hun aandacht gericht op niet-alkali-vloeistofversnellers.

Het onderzoek naar niet-alkali-vloeistofversnellers begon in de jaren negentig in Europa en de Verenigde Staten, iets later in China. De primaire onderzoeksaanpak omvat het vinden van nieuwe hardingsmaterialen ter vervanging van alkalimetaalzouten in vloeibare versnellers. Onder hen bevordert aluminiumsulfaat, vanwege het gebrek aan alkalimetaalgehalte, effectief de hydratatie van cement en verbetert het de sterkte van de mortel in een vroeg stadium aanzienlijk. Het wordt momenteel beschouwd als een ideaal materiaal voor de bereiding van niet-alkali-vloeistofversnellers. Onderzoekers over de hele wereld hebben uitgebreide onderzoeken uitgevoerd naar vloeistofversnellers die voornamelijk zijn bereid met aluminiumsulfaat. Hoogwaardige en stabiele producten, zoals de MEYCOSA-serie van BASF en de Sigunite®A-serie van Sika, vertegenwoordigen het huidige geavanceerde niveau van niet-alkali-vloeistofversnellers.

Niet-alkali-vloeistofversnellers vormen de focus van de huidige en toekomstige ontwikkeling, waardoor de kans op alkali-aggregaatreacties wordt verminderd en de sterkte in de latere stadia van beton effectief wordt verbeterd. De ontwikkeling van niet-alkali-vloeistofversnellers bevindt zich echter nog in de beginfase en de uitdagingen zijn onder meer een relatief hoge dosering (6%-12%), onvoldoende opslagstabiliteit en hogere prijzen en kosten in vergelijking met traditionele alkalische vloeistof- en poederversnellers. .

4.2 Samenstelling van versnellers

Aluminiumzouten, silicaatzouten, carbonaatzouten en hydroxiden zijn de belangrijkste soorten alkali in versnellers. Aluminiumzout en aluminiumalkali zijn de belangrijkste componenten in niet-alkali-vloeistofversnellers. Voor aluminiumzout is aluminiumsulfaat een ideale grondstof, en het gebruik van aluminiumsulfaat als de belangrijkste hardingscomponent in niet-alkali-vloeistofversnellers heeft brede aandacht en onderzoek gekregen.

4.4 Productieproces versneller

4.4.1 Vloeistofversnellers

Alkalische versnellers: Natriumhydroxide en water worden gemengd in een reactievat en na roeren wordt aluminiumhydroxide toegevoegd. Het mengsel wordt verwarmd tot 110 graden en vervolgens afgekoeld om het eindproduct te produceren.

Niet-alkalische versnellers: Fluorkiezelzuur wordt aan het reactievat toegevoegd en bij kamertemperatuur en atmosferische druk geroerd. Aluminiumsulfaat wordt toegevoegd en geroerd totdat het volledig is opgelost. De pH wordt vervolgens aangepast naar 5, wat resulteert in het eindproduct.

4.4.2 Poedervormige versnellers

4.4.2.1 Wegen en mengen

Grondstoffen zoals aluminiumas (deeltjesgrootte {{0}} cm), kalksteen (deeltjesgrootte 0,5-1,2 cm) en industriële alkali (natriumcarbonaat) worden door een afgesloten transportband getransporteerd naar een weegapparaat. Aluminiumsulfaat