Optymalizacja urabialności, wytrzymałości i trwałości w zastosowaniach budowlanych

1. Wprowadzenie

Superplastyfikatory na bazie naftalenu (NBS) odgrywają kluczową rolę w nowoczesnej technologii betonu. Poprawiają urabialność betonu, jednocześnie zmniejszając zawartość wody, co jest kluczem do silniejszych i trwalszych mieszanek. Zespoły budowlane często stają przed wyzwaniami w określeniu właściwej dawki NBS, ponieważ zbyt mała lub zbyt duża ilość szkodzi wydajności. W tym artykule przedstawiono wytyczne dotyczące dawkowania oparte na dowodach, czynniki wpływające na użycie i praktyczne wskazówki dotyczące stosowania. Postępując zgodnie z tymi zaleceniami, inżynierowie mogą zrównoważyć potrzeby funkcjonalne betonu z opłacalnością.

2. Jak superplastyfikatory na bazie naftalenu działają w betonie

Zrozumienie mechanizmu NBS pomaga uzasadnić wybór dawkowania. Cząsteczki NBS adsorbują się na powierzchni cząstek cementu natychmiast po dodaniu. Adsorpcja ta tworzy ładunek ujemny na każdej cząstce cementu. Odpychanie pomiędzy naładowanymi cząsteczkami rozbija aglomeracje, uwalniając uwięzioną wodę. Uwolniona woda poprawia następnie płynność betonu bez zwiększania całkowitej zawartości wody. NBS spowalnia również nieznacznie wczesną hydratację cementu, wydłużając czas urabialności cementowania. Mechanizm ten oznacza, że ​​dozowanie bezpośrednio wpływa na stopień rozproszenia cząstek, a tym samym na wydajność betonu.

3. Kluczowe czynniki wpływające na dawkowanie NBS

Kilka zmiennych zmienia optymalną ilość NBS dla mieszanki. Inżynierowie muszą ocenić te czynniki przed ustaleniem dawek.

• Typ cementu: Różne cementy mają różny skład mineralny. Cementy o wysokiej zawartości C3A (np. cement portlandzki typu III) szybciej reagują z wodą. Aby utrzymać urabialność, wymagają 0,1–0,2% więcej NBS w przeliczeniu na masę cementu. Cementy o niskiej zawartości C3A (np. Typ I/II) wymagają mniej NBS.
• Właściwości agregatu: Grube i drobne kruszywa wpływają na popyt na NBS. Kruszywa o dużej absorpcji (np. porowaty wapień) chłoną wodę. Mogą potrzebować 0,1% dodatkowego NBS, aby to zrekompensować. Gładkie, nieporowate kruszywa (np. granit) zmniejszają wymagania NBS.
• Stosunek woda-cement (w/c).: Mieszanki o niskiej zawartości w/c (≤0,45, powszechne w betonie o wysokiej wytrzymałości) wymagają większej ilości NBS. Polegają na NBS w celu rozproszenia cząstek w ograniczonej wodzie. Mieszanki o dużej zawartości w/c (≥0,55) wymagają mniej NBS, ponieważ dodatkowa woda już zwiększa przepływ.
• Temperatura otoczenia: Gorąca pogoda (powyżej 25°C) przyspiesza hydratację cementu. Skraca czas urabialności, dlatego załogi często dodają 0,1–0,3% więcej NBS. Zimna pogoda (poniżej 10°C) spowalnia nawodnienie, umożliwiając stosowanie niższych dawek NBS.
• Wymagania konstrukcyjne: Beton pompowany wymaga większej urabialności, co wymaga 0,2–0,4% więcej NBS. W betonie wylewanym na miejscu i łatwo dostępnym można stosować mniejsze dawki.

4. Zalecane dawki NBS dla popularnych mieszanek betonowych

Dawki są zazwyczaj mierzone jako procent masy cementu (masowo). Poniżej znajdują się wytyczne dotyczące najczęściej stosowanych rodzajów betonu.

4.1 Beton normalnej wytrzymałości (20–35 MPa)

Ta mieszanka jest powszechna w fundamentach, płytach i ścianach nienośnych. Inżynierowie zalecają 0,5–1,0% NBS w przeliczeniu na masę cementu. Dawka 0,5% sprawdza się w przypadku mieszanek o stosunku w/c ≥0,55. Dawka 1,0% jest odpowiednia dla bardziej suchych mieszanek (w/c 0,45–0,55) lub kruszyw porowatych. Zakres ten zapewnia dobrą urabialność (opad 100–150 mm) bez zacieków (krwawienia).

4.2 Beton o wysokiej wytrzymałości (≥40 MPa)

Stosowana w mostach, kolumnach i konstrukcjach wysokościowych, mieszanka ta ma niski poziom w/c (0,3–0,45). Optymalna dawka NBS wynosi 1,0–1,5% wagowo cementu. Dawka 1,0% działa dla mieszanek o ciśnieniu 40–50 MPa. W przypadku mieszanek o ciśnieniu 50–60 MPa lepsza jest dawka 1,5%. Ta dawka utrzymuje spadek (150–200 mm), jednocześnie wspierając przyrost siły. Unikaj dawek powyżej 1,5% – grozi to segregacją agregatów.

4.3 Beton samozagęszczalny (SCC)

SCC płynie bez wibracji, dzięki czemu idealnie nadaje się do skomplikowanych form. Wymaga dużej urabialności, dlatego dawka NBS waha się od 1,2–2,0% wagowo cementu. Niższe dawki (1,2–1,5%) są odpowiednie dla SCC z wypełniaczem wapiennym. Wyższe dawki (1,5–2,0%) działają w przypadku SCC z popiołem lotnym lub pyłem krzemionkowym. Zawsze sprawdzaj przepływ opadowy (docelowy: 550–700 mm), aby dostosować dawki.

4.4 Beton pompowany

Pompowanie wymaga stałego przepływu, aby uniknąć zatkania rur. Zalecane jest dodanie 0,7–1,2% NBS w przeliczeniu na masę cementu. W przypadku krótkich odległości pompowania (<50 m), wystarczy 0,7–0,9%. Na duże odległości (>100 m) lub wzniesienia pionowe stosować 1,0–1,2%. Sprawdź spadek na wyjściu pompy (docelowo: 120–180 mm), aby dokonać precyzyjnej regulacji.

5. Praktyczne wskazówki dotyczące stosowania NBS

Nawet prawidłowe dawkowanie nie powiedzie się bez odpowiedniego obchodzenia się z nim. Wykonaj poniższe kroki, aby zmaksymalizować skuteczność NBS.

1. Najpierw przeprowadź testy zgodności: Mieszać małe partie (5–10 kg) z proponowanymi dawkami NBS. Opad testowy, czas wiązania i wytrzymałość 7-dniowa. Pozwala to na wczesną identyfikację problemów, takich jak niezgodność cementu i NBS.
2. Kontrola dodania zamówienia: Dodać NBS po zmieszaniu cementu, kruszywa i wody. Pozwala to na lepszą dyspersję niż dodanie NBS z suchymi składnikami. Mieszać przez 1–2 minuty po dodaniu NBS, aby zapewnić jednorodność.
3. Monitoruj spadek na miejscu: Testuj spadek co 30 minut podczas produkcji. Jeśli spadek spadnie poniżej wartości docelowej, stopniowo dodawaj 0,1% NBS. Nigdy nie dodawaj więcej niż 0,3% NBS – powoduje to segregację.
4. Dostosuj do domieszek: Jeśli używasz innych domieszek (np. napowietrzaczy), zmniejsz NBS o 0,1–0,2%. Niektóre domieszki wchodzą w interakcję z NBS i wzmacniają jego działanie.
5. Przechowuj NBS prawidłowo: Przechowywać NBS w szczelnych, chłodnych pojemnikach. Wystawienie na działanie światła słonecznego lub wysokich temperatur pogarsza jego działanie. Stare NBS (powyżej 6 miesięcy) może wymagać wyższej dawki o 0,1%.

6. Ryzyko nieprawidłowego dawkowania NBS i jego łagodzenia

Nieprawidłowe dozowanie prowadzi do kosztownych uszkodzeń betonu. Rozpoznaj te zagrożenia i dowiedz się, jak je naprawić.

6.1 Niedostateczne dawkowanie (poniżej zalecanego zakresu)

Beton niedostatecznie dozowany ma niską urabialność – opad spada poniżej 50 mm. Trudno jest go umieścić i wibrować, co prowadzi do 蜂窝 (plastrów miodu) i pustych przestrzeni. Zmniejsza to siłę o 10–20%.
Łagodzenie: Dodaj przyrosty NBS o 0,1%, aż spadek osiągnie wartość docelową. Po zakończeniu mieszania jako uzupełnienie zastosować wysokozakresowy reduktor wody (HRWR).

6.2 Przedawkowanie (powyżej zalecanego zakresu)

Przedawkowany beton segreguje – kruszywo osiada, a woda wypływa na powierzchnię. Ma słabe warstwy powierzchniowe i słabą siłę wiązania. Trwałość spada, ponieważ 泌水 (krwawienie) tworzy pory kapilarne.
Łagodzenie: Dodać niewielką ilość suchego cementu (1–2% wagowo mieszanki), aby przywrócić konsystencję. Unikaj dodawania wody – to pogarsza segregację.

7. Wniosek

Superplastyfikatory na bazie naftalenu są potężnymi narzędziami poprawiającymi właściwości betonu, ale ich wartość zależy od dawki. Inżynierowie muszą najpierw ocenić zmienne dotyczące mieszanki (rodzaj cementu, stosunek w/c, temperatura) przed ustaleniem dawek. Należy przestrzegać zalecanych zakresów dla betonu normalnego, o wysokiej wytrzymałości, SCC i pompowanego. Zawsze testuj małe partie i monitoruj spadek na miejscu, aby w razie potrzeby dostosować. Prawidłowe dozowanie NBS gwarantuje, że beton spełni wymagania konstrukcyjne, wytrzyma dłużej i minimalizuje ilość odpadów budowlanych. Dzięki priorytetowemu traktowaniu tych wytycznych zespoły budowlane mogą budować bezpieczniejsze i wydajniejsze projekty.