Воздухововлечение бетона: как это работает и почему от этого зависит долговечность

Настил моста в северном городе проживает двадцатую зиму, его поверхность все еще цела, а на пятом аналогичном настиле в трех километрах от него появляются сколы и выбоины. Решающая разница обычно незаметна: около 5 процентов объема затвердевшего бетона составляет воздух, специально помещенный туда. Воздухововлечение бетона — это преднамеренное создание миллиардов микроскопических стабильных пузырьков воздуха в смеси посредством добавок на основе поверхностно-активных веществ, и оно остается наиболее надежной защитой от разрушения при замораживании-оттаивании и отложений солевых отложений. Далее объясняется, что на самом деле представляет собой увлеченный воздух, почему эти пузырьки работают, сколько они стоят по прочности и как практика дозирования, дополнительные материалы и качество цемента определяют, сохранится ли заданное содержание воздуха от смесителя до готовой конструкции.

Контент

1 Что на самом деле представляет собой воздухововлечение бетона
2 Почему крошечные пузырьки предотвращают ущерб от замораживания и оттаивания
3 Преимущества, которые проявляются до и после закалки
4 Компромисс прочности и как его понимают дизайнеры
5 Краткий обзор бетона с воздухововлекающими добавками и без него
6 Что регулирует содержание эфира в реальных пакетах
7 Соединение со стороны цемента: постоянство от печи до мельницы
8 Проверка содержания воздуха перед приемом груза
9 Где важен воздухововлечение, а где нет
- 9.1 Случаи, когда это обычно опускается
10 Последовательность в источнике окупается в нисходящем направлении

Что на самом деле представляет собой воздухововлечение бетона

Захваченный воздух — это не то же самое, что дыры, которые вы видите в плохо уплотненной стене. Захваченный воздух возникает случайно: более крупные пустоты неправильной формы, обычно занимающие от 1 до 2 процентов объема, образовавшиеся из-за недостаточной вибрации или грубого обращения. Захваченный воздух устроен инженерно: сферические пузырьки, в основном диаметром от 10 до 100 микрометров, тоньше человеческого волоса, распределены по цементному тесту на близком и равномерном расстоянии. Смесь, предназначенная для замораживания, имеет общее содержание воздуха примерно от 4 до 7 процентов по объему, что составляет миллиарды отдельных пузырьков на каждый кубический метр.

Пузырьки стабилизируются воздухововлекающими добавками, традиционно получаемыми из древесных смол и натуральных мыл, сегодня часто синтетическими поверхностно-активными веществами. Их молекулы собираются на границе раздела вода-воздух, снижают поверхностное натяжение и придают стенкам каждого пузырька достаточную эластичность, чтобы выдержать смешивание, транспортировку, размещение и вибрацию, не разрушаясь и не укрупняясь.

Почему крошечные пузырьки предотвращают ущерб от замораживания и оттаивания

Вода внутри насыщенного цементного теста при замерзании расширяется в объеме примерно на 9 процентов. В бетоне без защитных пустот это расширение создает гидравлическое давление внутри капиллярных пор, и паста трескается при первом замерзании влажного элемента. Повторяющиеся циклы затем приводят к расслоению и растрескиванию, а противообледенительные соли ухудшают ситуацию, сохраняя поверхность насыщенной и создавая осмотический стресс.

Воздушные пустоты меняют физику. Каждый пузырь на небольшом расстоянии от замерзающей пасты действует как расширительная камера: по мере роста льда вода выталкивается из капиллярной системы в ближайшую пустоту, где давление безвредно рассеивается. Таким образом, защита зависит от того, как далеко должна пройти вода, и это свойство выражается как коэффициент расстояния между пустотами. Для обеспечения долговечности обычно требуется расстояние около 0,20 мм или меньше, поэтому равномерность распределения мелких пузырьков имеет большее значение, чем просто общее процентное содержание воздуха.

Преимущества, которые проявляются до и после закалки

Устойчивость к замерзанию и оттаиванию является основным преимуществом, но это не единственная причина, по которой производители увлекают воздух. В пластичном состоянии увлеченный воздух:

Улучшает обрабатываемость, поскольку сферические пузырьки ведут себя как мелкие шарикоподшипники и уменьшают внутреннее трение между частицами.
Уменьшает кровотечение и сегрегацию, поскольку пузырьки перекрывают каналы, по которым в противном случае вода поднималась бы, снижая риск образования слабых, проницаемых карманов под заполнителями и арматурными стержнями.
Добавляет связность бедным или жестковатым смесям, что проявляется в меньшем количестве ячеек и более чистой поверхности.
Позволяет небольшое снижение содержания воды при одинаковой осадке, что компенсирует часть затрат на прочность, обсуждаемых ниже.

После затвердевания та же самая система пустот несет на себе нагрузку на долговечность: устойчивость к замерзанию и оттаиванию, противообледенительным солевым отложениям и циклам внутренних напряжений, которые разрушают открытые покрытия и настилы.

Компромисс прочности и как его понимают дизайнеры

Увеличение долговечности имеет измеримую цену. Как правило, каждый дополнительный 1 процент воздуха снижает прочность на сжатие примерно на 4–5 процентов. Таким образом, смесь, в которую добавлено 5 процентных пунктов воздуха для сильного воздействия, изначально имеет крепость примерно на 20 процентов ниже той же смеси без него.

Проектировщики компенсируют часть этих потерь, поскольку вовлеченный воздух улучшает обрабатываемость: при том же осадке содержание воды может быть уменьшено, а более низкое водоцементное соотношение снова увеличивает прочность. При хорошо пропорциональных структурных сочетаниях чистый штраф меньше, чем предполагает правило необработанных данных. В отношении элементов, подвергающихся влажному замерзанию, этот аргумент в любом случае является спорным, поскольку бетон без воздухововлекающих добавок не разрушается из-за недостаточной прочности; он терпит неудачу в результате распада. Возражение, которое имеет значение, другое: высокопрочные смеси с низким соотношением воды и цемента и внутренние полы, натертые твердой сталью, где увлеченный воздух действительно снижает свойства, необходимые элементу. Вот где спецификации правильно пропускают это.

Краткий обзор бетона с воздухововлекающими добавками и без него

Если рассматривать эти компромиссы рядом друг с другом, то их легко прочитать:

Типичное сравнение свойств бетона с воздухововлеченным воздухом и без него при одинаковой осадке; диапазоны отражают общепринятую практику, а не ограничения для какого-либо конкретного сочетания
Недвижимость	Воздухововлекающий бетон	Безвоздушный бетон
Устойчивость к замораживанию-оттаиванию	Высокий; пустоты снижают давление льда	Плохо при влажном замораживании; заклеить трещины
Противообледенительная соль для удаления накипи	Сильно устойчивый	Склонен к образованию накипи на поверхности
Работоспособность при равном количестве воды	Высшее; воду можно немного срезать	Ниже при том же спаде
Кровотечение и сегрегация	уменьшенный; лучшая сплоченность	Больше кровоточащей воды и слабых карманов
Прочность на сжатие	Примерно на 4-5% ниже на 1% воздуха	Базовый уровень
Типичное общее содержание воздуха	4-7% по объему	в ловушке только 1-2%
Лучше всего подходит для	Тротуары, настилы мостов, открытые работы в холодном климате	Внутренние плиты, мягкий климат, высокопрочные элементы

Что регулирует содержание эфира в реальных пакетах

Воздухововлечение – динамический процесс. Сдвиг при смешивании одновременно создает и разрушает пузырьки, а содержание воздуха, измеряемое в барабане, является точкой баланса между ними. Вот почему одна и та же добавка в одной и той же дозировке может поставлять 6 процентов воздуха при одной загрузке и 3,5 процента при следующей. Переменные с наибольшим влиянием:

Время и энергия смешивания: воздух сначала поднимается при перемешивании, затем вытесняется обратно в результате длительного интенсивного перемешивания.
Температура бетона: содержание воздуха падает с повышением температуры; смесь при 30°C обычно содержит на один-два процентных пункта меньше воздуха, чем та же смесь при 15°C.
Содержание осадки и мелких частиц: очень жесткие смеси увлекают меньше воздуха, а очень мелкие частицы повышают потребность в добавках.
Летучая зола: несгоревший углерод в летучей золе адсорбирует воздухововлекающие молекулы, поэтому зола с высокими потерями при воспламенении может незаметно лишать смесь защитной системы пустот.
Загрязнение: масла, смазки или органические остатки на агрегатах или оборудовании подавляют образование пузырьков.

Хорошая практика дозирования рассматривает воздух так же, как и любое другое измеряемое свойство: проверяйте его при каждой нагрузке, где воздействие серьезное, корректируйте дозировку, чтобы поддерживать указанный диапазон, и никогда не полагайтесь на среднее значение для партии.

Соединение со стороны цемента: постоянство от печи до мельницы

Для производителей бетона сам цемент является еще одной переменной, влияющей на спрос на добавки. Химический состав и тонкость цемента влияют на то, сколько воздухововлекающего агента требуется пасте, и насколько стабильными остаются образующиеся пузырьки. Уровни щелочи и сульфатов, фиксируемые в процессе обжига, минералогия клинкера, определяемая температурным профилем печи, а также тонкость, создаваемая контуром измельчения, - все это влияет на химический состав поверхности частиц цемента. Цементный завод, который поддерживает эти параметры на стабильном уровне, поставляет продукт, потребность в добавках которого предсказуема, а это именно то, что нужно производству готовых смесей, чтобы поддерживать воздух в пределах спецификации в любое время года.

Rotary Kiln for Stable Cement Clinker Calcination

Вращающаяся печь для стабильного обжига цементного клинкера Вращающаяся печь является основным оборудованием для обжига цементного клинкера с системами мониторинга, которые стабилизируют условия обжига и химический состав клинкера. Стабильная работа печи поддерживает постоянный уровень щелочи и сульфатов, что делает спрос на добавки предсказуемым для производителей бетона. Посмотреть продукт →

Такая последовательность является скорее инженерной, чем удачной. Это достигается за счет стабильной работы печи и контролируемого химического состава клинкера, с одной стороны, и контура измельчения, который поддерживает крупность в узком диапазоне загрузки после загрузки, с другой. Покупателям, сравнивающим оборудование для производства цемента, следует внимательно присмотреться к обоим этапам, поскольку они незаметно определяют качество последующего бетона. В частности, в нашей статье о шлифовании чем на самом деле управляет цементный завод более подробно.

Cement Mill for Consistent Product Fineness

Цементная мельница для стабильной тонкости продукта Цементная мельница измельчает клинкер, гипс и добавки до заданной крупности, которая напрямую влияет на распределение частиц и прочность. Контур измельчения, который поддерживает тонкость в узком диапазоне нагрузки после загрузки, помогает последующим пользователям поддерживать содержание воздуха в пределах спецификации. Посмотреть продукт →

Проверка содержания воздуха перед приемом груза

Поскольку содержание воздуха невозможно определить на глаз, приемочные испытания являются стандартными для открытых работ. Преобладают три метода:

Метод давления, обычное полевое испытание, измеряет изменение объема уплотненного образца под действием давления. Это быстро, но предполагает, что плотность заполнителя известна и стабильна.
При объемном методе пробу перемешивают до тех пор, пока не выйдет весь воздух, и непосредственно считывают объем. Он медленнее, но не зависит от типа заполнителя и предпочтителен для легких или пористых заполнителей.
Гравиметрический метод сравнивает измеренный вес единицы продукции с рассчитанным теоретическим весом. Простой в принципе и наименее точный, поскольку он зависит от того, будут ли все остальные пропорции смеси правильными.

Спецификации воздействия замерзания обычно устанавливают диапазон, например, от 4,5 до 7,5 процентов от общего количества воздуха, а не одно значение, признавая нормальную изменчивость нагрузки от нагрузки. Отбор проб в месте размещения, а не только в грузовике, позволяет выявить потери, вызванные длительными перевозками, перекачкой и небрежным обращением.

Где важен воздухововлечение, а где нет

Практика спецификации следует за представлением, и эту логику легко применить. Воздухововлечение окупается в бетоне, который будет насыщен и заморожен:

Тротуары, тротуары, бордюры и подъездные пути в условиях морозного климата
Настилы мостов, парапеты и парковочные конструкции, подвергающиеся воздействию противообледенительных солей.
Плотины, водосбросы, облицовки каналов и морские сооружения в зонах циклического замерзания.
Любой внешний элемент в классе воздействия, сочетающем в себе влажность и замерзание.

Случаи, когда это обычно опускается

Внутренние плиты, которые будут затираться твердой сталью, поскольку вовлеченный воздух снижает плотность и износостойкость, от которых зависит затертый пол.
Высокопрочные элементы с низким водоцементным соотношением в мягких или защищенных средах, где потеря прочности ничего не дает взамен.
Сборные железобетонные изделия хранятся в контролируемых, незамерзающих условиях, за исключением случаев, когда они подвергаются воздействию в дальнейшем при эксплуатации.

Решающий вопрос короткий: будет ли затвердевший бетон влажным при замерзании? Если да, введите воздух. Если нет, взвесьте улучшение работоспособности и потерю силы и примите решение, исходя из цифр, а не привычки.

Последовательность в источнике окупается в нисходящем направлении

Для производителей цемента и операторов дробильных установок попадание воздуха является напоминанием о том, что проблемы качества возникают далеко от их происхождения. Нестабильный химический состав клинкера или колеблющаяся крупность никогда не проявляются у ворот завода; несколько месяцев спустя он появляется в виде покупателя готовой смеси, изо всех сил пытающегося удержать воздух в пределах досягаемости, или в виде отслаивающегося покрытия на шоссе. Консистенция в источнике, стабильное горение, контролируемый химический состав клинкера и схема измельчения, которая повторяет целевую крупность загрузку за загрузкой, - это то, что позволяет последующим пользователям с уверенностью поражать труднодоступные воздушные цели.

Cement Grinding Station for Finished Cement Production

Цементная помольная станция для производства готового цемента Станция помола цемента перерабатывает клинкер, гипс, шлак и золу в готовый цемент посредством дробления, помола и классификации. Контроль качества на этом конечном этапе предотвращает возникновение проблем с воздухововлечением и долговечностью в дальнейшем. Посмотреть продукт →

Haijian строит комплексные линии по производству цемента и автономные станции измельчения, спроектированные с учетом именно такой консистенции, от подготовки сырья до готового цемента. Если вы оцениваете оборудование для новой линии или модернизации, свяжитесь с нашими инженерами чтобы обсудить параметры, от которых зависят ваши клиенты.