Введение
Добровольное увлечение крошечных пузырьков воздуха в бетоне
Захват пузырьков воздуха в гидравлике
Воздухововлечение в бетоне – это намеренное создание крошечных пузырьков воздуха в партии путем добавления воздухововлекающего агента во время смешивания. Являясь формой поверхностно-активного вещества (вещества, снижающего поверхностное натяжение между водой и твердыми частицами), оно позволяет формировать пузырьки желаемого размера. Эти пузырьки образуются в процессе смешивания бетона (пока смесь находится в жидком состоянии), и большинство из них сохраняются в затвердевшем бетоне. Воздухововлечение повышает удобоукладываемость бетона при укладке и увеличивает его долговечность после затвердевания, особенно в климате с циклами замораживания и оттаивания. Оно также улучшает удобоукладываемость бетона, например, для дорог, построенных из бетона, уплотненного катком. Другое отличие заключается в технологии производства: пенобетон предполагает предварительное создание пенной смеси, которая затем смешивается с цементом, песком и водой для получения готового продукта, в то время как воздухововлеченный бетон производится путем добавления специальных добавок непосредственно в бетонную смесь во время смешивания для создания мелких пузырьков воздуха по всему объему. Около 85% бетона, производимого в Соединенных Штатах, содержит воздухововлекающие агенты, которые считаются пятым компонентом в технологии производства бетона.
air bubble entrainment in hydraulicsAir entrainment in concrete is the intentional creation of tiny air bubbles in a batch by adding an air entraining agent during mixing. A form of surfactant (a surface active substance that in the instance reduces the surface tension between water and solids) it allows bubbles of a desired size to form. These are created during concrete mixing (while the slurry is in its liquid state), with most surviving to remain part of it when hardened. Air entrainment makes concrete more workable during placement, and increases its durability when hardened, particularly in climates subject to freeze thaw cycles. It also improves the workability of concrete. or roads built using roller compacted concrete. Another difference is manufacturing process: foam concrete involves the creation of a foam mixture separately, which is then mixed with cement, sand, and water to form the final product, while air entrained concrete is produced by adding specialized admixtures or additives directly into the concrete mix during mixing to create small air bubbles throughout the mixture. Approximately 85% of concrete manufacturing in the United States contains air entraining agents, which are considered the fifth ingredient in concrete manufacturing technology.
Преимущества
Воздушное вовлечение полезно для свойств как свежего, так и затвердевшего бетона. В свежем бетоне воздушное вовлечение улучшает удобоукладываемость и облегчает обработку, транспортировку и перекачку. Оно также помогает предотвратить расслоение и водоотделение – нежелательные процессы, которые могут происходить во время смешивания. В затвердевшем бетоне воздушное вовлечение повышает прочность материала, делая его более устойчивым к циклам замораживания и оттаивания. Оно также увеличивает его сопротивление трещинообразованию, повышает долговечность при воздействии высоких температур и улучшает общую прочность. Таким образом, добавление воздуха в бетон при его изготовлении облегчает работу с ним на начальном этапе, а затем помогает ему сохранять прочность даже в сложных условиях, таких как низкие температуры или воздействие огня. Микроскопические воздушные пузырьки в воздухововлеченном бетоне действуют как внутренняя амортизация, поглощая энергию при ударах и повышая сопротивление физическим воздействиям, таким как удар или вибрация. Эта повышенная ударопрочность помогает минимизировать повреждение поверхности и предотвратить развитие трещин и разрушений, тем самым увеличивая общую долговечность. Кроме того, воздушные поры, выступающие в качестве зон снижения давления, позволяют воде или влаге расширяться во время циклов замораживания и оттаивания без создания внутренних напряжений и последующего растрескивания. Различные материалы могут влиять на свойства воздухововлекающей добавки несколькими способами. Летучая зола, являющаяся дополнительным цементирующим материалом, улучшает упаковку зерна за счет более мелких частиц, что обеспечивает лучшую текучесть и отделку бетона. Более низкая удельная плотность летучей золы увеличивает содержание зерна при заданном водоцементном отношении (В/Ц) по сравнению с обычным портландцементом. Различные типы летучей золы требуют корректировки дозировки воздухововлекающей добавки из-за различий в их химическом составе и характеристиках потери воздуха. Летучая зола класса F обычно требует более высокой дозировки добавки для поддержания желаемого уровня вовлеченного воздуха по сравнению с летучей золой класса C.
Размер
Пузырьки воздуха обычно имеют определенный диаметр и расположены близко друг к другу. Образующиеся ими пустоты могут незначительно сжиматься, снижая или поглощая напряжения, возникающие при замерзании. Воздухововлечение было внедрено в 1930-х годах, и большинство современных бетонов, особенно предназначенных для использования в условиях мороза, содержат вовлеченный воздух. Эти пузырьки улучшают удобоукладываемость, действуя как смазка для всех заполнителей и крупных песчинок в бетонной смеси.
Задержанный воздух
В дополнение к намеренно введенному воздуху, затвердевший бетон также обычно содержит некоторое количество воздуха, увлеченного при укладке. Это более крупные пузыри, образующие большие пустоты, известные как "соты", и, как правило, распределены менее равномерно, чем введенный воздух. Правильная укладка бетона, которая часто включает в себя вибрирование для уплотнения и удаления увлеченного воздуха, особенно при укладке в опалубку стен, имеет решающее значение для минимизации негативного влияния увлеченного воздуха.
Вмешательство углеродсодержащего пепла
Использование летучей золы, побочного продукта сжигания угля, в качестве добавки при производстве бетона – распространенная практика благодаря ее экологическим и экономическим преимуществам. Однако остаточный углерод в летучей золе может препятствовать работе воздухововлекающих добавок (AEA), добавляемых для повышения воздухововлечения в бетон, что улучшает его удобоукладываемость и устойчивость к циклам замораживания-оттаивания. Эта проблема стала более актуальной с внедрением технологий сжигания с низким содержанием NOx. Существуют механизмы взаимодействия между AEA и летучей золой в бетонных смесях, обусловленные влиянием остаточного углерода. Количество углерода и его свойства, такие как размер частиц и поверхностная химия, влияют на адсорбционную способность AEA. Тип используемого топлива при сжигании влияет как на количество, так и на свойства остаточного углерода. Летучая зола, полученная из битуминозного угля, обычно содержит больше углерода, чем зола, полученная из суббитуминозного угля или лигнита, но демонстрирует меньшую адсорбционную способность AEA в расчете на единицу массы углерода. Для повышения качества летучей золы, используемой в бетоне, применяются различные методы последующей обработки. Методы, такие как озонирование, термическая обработка и физическая очистка, показали многообещающие результаты в повышении эффективности.
История
Воздушное вовлечение было обнаружено случайно в середине 1930-х годов. Были разработаны и всесторонне изучены воздухововлекающие добавки для повышения устойчивости к повреждениям от замораживания и оттаивания, вызванным как внутренними напряжениями, так и выцветанием солей.