Защо се използват ускорители в строителството с торкрет бетон? Малко познаване на примесите

Защо се използват ускорители в строителството с торкрет бетон? Малко познаване на примесите

С бързото развитие на подземното инженерство и строителството на транспортна инфраструктура, прилагането на торкрет бетон технология за ремонт на склонове, скална опора и блокиране на течове при взривяване на тунели и бърза поддръжка става все по-широко разпространено. Торкрет бетонът е вид бетон, образуван чрез високоскоростно пръскане на смес от циментови материали и инертни материали върху определена повърхност с помощта на сгъстен въздух или други източници на енергия.

Конструкцията с торкрет бетон се разделя на два основни вида: методи на суха смес и мокра смес. Методът на сухо смесване използва прахообразни ускорители, докато методът на мокро смесване използва течни ускорители. В Китай по-голямата част от строителството с торкрет бетон все още използва метода на суха смес, като строителството с мокра смес представлява само около 10% от приложенията на торкрет бетон. Въпреки това, тъй като изискванията за качество на торкрет бетона в подземното инженерство се увеличават и екологичната осведоменост расте, методът на мокро смесване се разглежда като неизбежна тенденция за бъдещото развитие на технологията за торкрет бетон.

Ускорителите са основните добавки в торкрет бетона, които играят решаваща роля за скоростта на втвърдяване и здравината на бетона. Тяхната дозировка е само 2%-3% от количеството цимент в бетона, но те могат да постигнат първоначално втвърдяване в рамките на 5 минути и окончателно втвърдяване в рамките на 10 минути, като отговарят на изискванията за бързо втвърдяване в специални конструкции и осигуряват бърза консолидация в тунели или валове. Следователно, изследването и приложението на ускорителите са ключови фактори, определящи нивото на торкрет технологията.

Ускорителите се предлагат в различни видове, класифицирани според формата на продукта като прахообразни (твърди) или течни ускорители. Въз основа на алкално съдържание те могат да бъдат алкални или неалкални ускорители, като ускорителите имат съдържание на Na2O<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.

Неалкалните ускорители решават проблема с високото алкално съдържание в традиционните ускорители. Бетонът с неалкални ускорители може да постигне повече от 90% от 28-дневната си якост в сравнение с традиционните ускорители. Освен това неалкалните ускорители не са корозивни, щадящи околната среда и представляват минимални рискове за здравето на строителния персонал. Тенденцията се измества към използването на неалкални течни ускорители вместо традиционните алкални и нискоалкални ускорители.

Настоящият статус на прахообразните ускорители започва през 30-те години на миналия век със Sigunite, разработен от швейцарската компания Sika. Ранните алкални прахообразни ускорители, направени от неорганични солеви материали като вар, натриев алуминат и силикатни и карбонатни соли, отговаряха на изискването за бързо втвърдяване, но по-късно претърпяха значителна загуба на якост, варираща от 20% до 50%.

В Китай, поради сравнително късното въвеждане на технологията за торкрет бетон, изследванията на ускорителите започнаха по-късно. Алкалните прахообразни ускорители имат предимства като добра адаптивност, ефективна работа с различни марки цимент, добри ефекти на втвърдяване, ниска цена и зрели процеси на подготовка. Въпреки това, те имат няколко дефекта, включително значителна загуба на якост в по-късните етапи, намалена издръжливост на бетона поради въвеждането на алкали, силен отскок по време на пръскане на бетон и силна корозивност по време на подготовката, което представлява риск за работниците.

Тъй като методът на мокро смесване постепенно става все по-разпространен, изследванията върху прахообразните ускорители значително намаляха, измествайки фокуса към изследването на течни нискоалкални и неалкални ускорители. Въпреки това, поради простотата, адаптивността и ниската цена на метода със суха смес, значителна част от проектите за торкрет бетон в Китай все още използват прахообразни ускорители.

Историята на течните ускорители датира от 1970 г. с разработването на алкални течни ускорители на Sika в Швейцария. Въпреки това, тези ранни течни ускорители имат високо алкално съдържание, което води до лоша якост и издръжливост на бетона на по-късен етап. В опит да подобрят ефективността на по-късен етап и да премахнат вредата за човешкото здраве, изследователи в развитите страни започнаха да разработват нискоалкални течни ускорители през 70-те години. Те използват алуминиеви соли като основен ускорител на втвърдяване, намалявайки алкалното съдържание до 10-20%, което води до намаляване на загубата на якост на по-късен етап до 20%-30%.

В Китай, поради късното въвеждане на метода на мокро смесване, изследванията върху течните ускорители изостават от развитите страни. Ранните течни ускорители, въпреки че отговаряха на стандартните изисквания, показаха по-ниска якост на бетона в началния етап. За да се справят с това, изследователите се съсредоточиха върху намаляване на съдържанието на алкали, за да смекчат загубата на якост на по-късен етап и да подобрят издръжливостта. Днес нискоалкални течни ускорители се използват широко на пазара, като предлагат предимства като ниска дозировка и кратко време на втвърдяване. Въпреки това, те все още въвеждат известно алкално съдържание и могат да доведат до алкално-инертни реакции, което влияе неблагоприятно на издръжливостта на торкрет бетона. В резултат на това изследователите са насочили вниманието си към неалкални течни ускорители.

Изследването на неалкални течни ускорители започва през 90-те години в Европа и Съединените щати, малко по-късно в Китай. Основният изследователски подход включва намирането на нови материали за настройка, които да заменят соли на алкални метали в течни ускорители. Сред тях алуминиевият сулфат, поради липсата на съдържание на алкални метали, ефективно насърчава хидратацията на цимента и значително подобрява здравината на разтвора в ранен стадий. В момента се счита за идеален материал за приготвяне на неалкални течни ускорители. Изследователи от цял ​​свят са провели обширни проучвания върху течни ускорители, приготвени главно с алуминиев сулфат. Високопроизводителни и стабилни продукти, като серията MEYCOSA от BASF и серията Sigunite®A от Sika, представляват текущото напреднало ниво на неалкални течни ускорители.

Неалкалните течни ускорители са в центъра на настоящите и бъдещи разработки, като намаляват вероятността от алкално-агрегатни реакции и ефективно подобряват якостта на бетона на по-късен етап. Разработването на неалкални течни ускорители обаче е в начален етап и предизвикателствата включват относително голяма доза (6%-12%), недостатъчна стабилност при съхранение и по-високи цени и разходи в сравнение с традиционните алкални течни и прахообразни ускорители .

4.2 Състав на ускорителите

Алуминиевите соли, силикатните соли, карбонатните соли и хидроксидите са основните видове алкали в ускорителите. Алумиевата сол и алуминиевата основа са най-важните компоненти в неалкалните течни ускорители. За алуминиевата сол алуминиевият сулфат е идеална суровина и използването на алуминиев сулфат като основен втвърдяващ компонент в неалкални течни ускорители привлече широко внимание и изследвания.

4.4 Процес на производство на ускорител

4.4.1 Течни ускорители

Алкални ускорители: Натриевият хидроксид и водата се смесват в реакционен съд и след разбъркване се добавя алуминиев хидроксид. Сместа се нагрява до 110 градуса, след което се охлажда, за да се получи крайният продукт.

Неалкални ускорители: В реакционния съд се добавя флуоросилициева киселина и се разбърква при стайна температура и атмосферно налягане. Добавя се алуминиев сулфат и се разбърква до пълното му разтваряне. След това pH се регулира до 5, което води до крайния продукт.

4.4.2 Прахообразни ускорители

4.4.2.1 Претегляне и смесване

Суровини като алуминиева пепел (размер на частиците {{0}} cm), варовик (размер на частиците 0.5-1.2 cm) и промишлени алкали (натриев карбонат) се транспортират от запечатан конвейер до устройство за теглене. Алуминиев сулфат