Оптимізація працездатності, міцності та довговічності в будівництві

1. Вступ

Суперпластифікатори на основі нафталіну (NBS) відіграють вирішальну роль у сучасній бетонній технології. Вони покращують технологічність бетону, одночасно зменшуючи вміст води, що є ключем до міцніших і довговічніших сумішей. Команди будівельників часто стикаються з проблемами у визначенні правильної дози NBS, оскільки занадто мало або занадто багато шкодить продуктивності. У цій статті викладено рекомендації щодо дозування, що ґрунтуються на доказах, фактори, що впливають на використання, і практичні поради щодо застосування. Дотримуючись цих рекомендацій, інженери можуть збалансувати функціональні потреби бетону з економічною ефективністю.

2. Як діють суперпластифікатори на основі нафталіну в бетоні

Розуміння механізму NBS допомагає обґрунтувати вибір дозування. Молекули NBS адсорбуються на поверхні частинок цементу відразу після додавання. Ця адсорбція створює негативний заряд на кожній частинці цементу. Відштовхування між зарядженими частинками розбиває агломерації, звільняючи захоплену воду. Звільнена вода покращує текучість бетону без збільшення загального вмісту води. NBS також трохи уповільнює ранню гідратацію цементу, подовжуючи час придатності для укладання. Цей механізм означає, що дозування безпосередньо впливає на те, наскільки добре розсіюються частинки — і, отже, на продуктивність бетону.

3. Ключові фактори, що впливають на дозування NBS

Кілька змінних змінюють оптимальну кількість NBS для суміші. Інженери повинні оцінити ці фактори перед встановленням доз.

• Тип цементу: Різні цементи мають різний мінеральний склад. Цементи з високим вмістом C3A (наприклад, портландцемент типу III) швидше реагують з водою. Їм потрібно на 0,1–0,2% більше NBS від маси цементу, щоб зберегти працездатність. Цементи з низьким вмістом C3A (наприклад, типу I/II) потребують менше NBS.
• Агрегатні властивості: Дрібні та дрібні заповнювачі впливають на попит NBS. Заповнювачі з високим поглинанням (наприклад, пористий вапняк) вбирають воду. Їм може знадобитися 0,1% додаткового NBS для компенсації. Гладкі непористі заповнювачі (наприклад, граніт) зменшують вимоги до NBS.
• Водоцементне співвідношення (w/c).: Суміші з низьким вмістом води (≤0,45, зазвичай у високоміцному бетоні) потребують більше NBS. Вони покладаються на NBS для диспергування частинок у обмеженій кількості води. Суміші з високим вмістом води (≥0,55) вимагають менше NBS, оскільки додаткова вода вже підвищує потік.
• Температура навколишнього середовища: Спекотна погода (вище 25°C) прискорює гідратацію цементу. Це скорочує час працездатності, тому бригади часто додають на 0,1–0,3% більше NBS. Холодна погода (нижче 10°C) уповільнює гідратацію, дозволяючи зменшити дози NBS.
• Вимоги до будівництва: Бетон, що перекачується, потребує вищої легкоукладальності, вимагає на 0,2–0,4% більше NBS. Залитий бетон із легким доступом може використовувати менші дози.

4. Рекомендовані дози NBS для звичайних бетонних сумішей

Дозування зазвичай вимірюється у відсотках від ваги цементу (за масою). Нижче наведено вказівки щодо найбільш використовуваних типів бетону.

4.1 Бетон нормальної міцності (20–35 МПа)

Така суміш поширена у фундаментах, плитах і ненесучих стінах. Інженери рекомендують 0,5–1,0% NBS від маси цементу. Доза 0,5% працює для сумішей із співвідношенням w/c ≥0,55. Доза 1,0% підходить для більш сухих сумішей (w/c 0,45–0,55) або пористих заповнювачів. Цей діапазон забезпечує хорошу оброблюваність (осадження 100–150 мм) без 泌水 (витоку).

4.2 Високоміцний бетон (≥40 МПа)

Використовується в мостах, колонах і висотних конструкціях, ця суміш має низький рівень w/c (0,3–0,45). Оптимальне дозування NBS становить 1,0–1,5 % від маси цементу. Доза 1,0% працює для сумішей 40–50 МПа. Доза 1,5% краще для сумішей 50–60 МПа. Це дозування підтримує осадження (150–200 мм), одночасно підтримуючи приріст сили. Уникайте доз, що перевищують 1,5% — вони загрожують поділом агрегатів.

4.3 Самоущільнювальний бетон (SCC)

SCC тече без вібрації, що робить його ідеальним для складних форм. Він потребує високої легкоукладальності, тому дозування NBS становить 1,2–2,0% від маси цементу. Менші дози (1,2–1,5%) підходять для ГТК з вапняковим наповнювачем. Вищі дози (1,5–2,0%) ефективні для SCC із летючою золою або кремнеземом. Завжди перевіряйте спадний потік (ціль: 550–700 мм), щоб відрегулювати дози.

4.4 Перекачуваний бетон

Накачування вимагає постійного потоку, щоб уникнути засмічення труб. Рекомендується 0,7–1,2% NBS від ваги цементу. Для коротких відстаней закачування (<50 м), достатньо 0,7–0,9%. Для великих відстаней (>100 м) або вертикальних підйомів, використовуйте 1,0–1,2%. Перевірте осадку на виході насоса (цільове значення: 120–180 мм) для точного налаштування.

5. Практичні рекомендації щодо застосування НБС

Навіть правильне дозування не вдається без належного поводження. Виконайте ці дії, щоб підвищити ефективність NBS.

1. Спочатку проведіть тести на сумісність: Змішайте невеликі партії (5–10 кг) із запропонованими дозами NBS. Тест на спад, час схоплювання та міцність протягом 7 днів. Це рано визначає такі проблеми, як несумісність цементу з NBS.
2. Наказ про додавання контролю: Додайте NBS після змішування цементу, заповнювачів і води. Це забезпечує кращу дисперсію, ніж додавання NBS із сухими інгредієнтами. Перемішуйте протягом 1–2 хвилин після додавання NBS, щоб забезпечити однорідність.
3. Відстежуйте спад на місці: Випробуйте спад кожні 30 хвилин під час виробництва. Якщо спад падає нижче цільового значення, поступово додайте 0,1% NBS. Ніколи не додавайте понад 0,3% додаткового NBS — це спричиняє сегрегацію.
4. Налаштувати на домішки: Якщо використовуються інші домішки (наприклад, повітроочисники), зменшіть NBS на 0,1–0,2%. Деякі домішки взаємодіють з NBS і посилюють його дію.
5. Зберігайте NBS належним чином: Зберігайте NBS у закритих прохолодних контейнерах. Вплив сонячного світла або високих температур погіршує його ефективність. Старий NBS (понад 6 місяців) може потребувати 0,1% більшої дози.

6. Ризики неправильного дозування NBS та пом’якшення

Неправильне дозування призводить до дорогих пошкоджень бетону. Визнайте ці ризики та як їх усунути.

6.1 Недостатня доза (нижче рекомендованого діапазону)

Недозований бетон має низьку легкоукладальність — осадка падає нижче 50 мм. Його важко розмістити та вібрувати, що призводить до утворення 蜂窝 (сот) і пустот. Це знижує міцність на 10-20%.
Пом'якшення: додайте 0,1% NBS, доки спад не досягне цільового значення. Якщо змішування завершено, використовуйте високодіапазонний редуктор води (HRWR) як доповнення.

6.2 Передозування (вище рекомендованого діапазону)

Надмірна доза бетону відокремлюється — заповнювачі осідають, а вода піднімається на поверхню. Він має слабкі поверхневі шари та погану міцність зв’язку. Стійкість падає, оскільки 泌水 (кровотеча) створює капілярні пори.
Пом'якшення: Додайте невелику кількість сухого цементу (1–2% від маси суміші), щоб відновити консистенцію. Уникайте додавання води — це погіршує поділ.

7. Висновок

Суперпластифікатори на основі нафталіну є потужними засобами для бетону, але їх значення залежить від дозування. Інженери повинні спочатку оцінити змінні суміші (тип цементу, в/ц співвідношення, температуру) перед встановленням доз. Дотримуйтеся рекомендованих діапазонів для нормального, високоміцного, SCC і насосного бетону. Завжди перевіряйте невеликі партії та відстежуйте осадження на місці, щоб за потреби відрегулювати. Правильне дозування NBS гарантує, що бетон відповідає структурним вимогам, служить довше та мінімізує будівельні відходи. Визначаючи пріоритети цих інструкцій, будівельні групи можуть будувати безпечніші та ефективніші проекти.