Kakšno je načelo delovanja proti zmrzovanju betona?

Ko temperatura okolja pade na okoli 0 stopinj, je treba za betonsko konstrukcijo izvesti posebne tehnične ukrepe. To je splošno znano v gradbeništvu. Vendar odpravljanje vzrokov za škodo zaradi zmrzovanja in ustrezni gradbeni ukrepi niso preprosta naloga. V nadaljevanju so predstavljeni nekateri pogledi na podlagi konkretnih delovnih izkušenj in sklicevanja na ustrezno literaturo.

Obstaja veliko zimskih gradbenih ukrepov za beton, zcelovita metoda ohranjanja toploteki se običajno uporablja na severu Kitajske. Spodaj se osredotočamo na mehanizem poškodb zaradi zmrzovanja in razpravljamo omehanizem za odmrzovanjecelovite metode ohranjanja toplote.

1. Kritična trdnost betona

Pri zimski gradnji, ko beton doseže določeno mejo trdnosti, je struktura dovolj oblikovana, da se upre poškodbam zaradi zmrzali. Zato beton ne bo poškodovan zaradi zmrzovanja, ko je dosežen ta prag. Ta moč se imenujekritična odpornost proti zmrzovanju. Uvedba kritične trdnosti odpornosti proti zmrzovanju predstavlja velik preboj v teoriji zimskih betonskih konstrukcij in je ključna osnova za oblikovanje zimskih gradbenih ukrepov. Cilj zimske betonske konstrukcije je zagotoviti, da beton dosežekritična odpornost proti zmrzovanjučim hitreje.

Številni poskusi in prakse so pokazali, da je kritična trdnost betona proti zmrzovanju povezana z različnimi dejavniki, kot so vrsta cementa, razmerje med vodo in cementom in hitrost ohlajanja. Poleg tega se kritična trdnost odpornosti proti zmrzali razlikuje med navadnim betonom in betonom, mešanim z betonom proti zmrzovanju. Na splošno ima beton, pomešan z betonskim sredstvom proti zmrzovanju, nekoliko nižjo kritično odpornost proti zmrzovanju v primerjavi z navadnim betonom. To je zato, ker uporaba betonskega sredstva proti zmrzovanju zmanjša vsebnost vode, kar povzroči bolj razpršene in šibkejše ledene kristale, kar zmanjša učinke zmrzali.

2. Mehanizem proti zmrzovanju betona

Antifriz za beton je oblikovan na podlagi mehanizma poškodb betona zaradi zmrzali, ki vključuje teorije, povezane s kritično trdnostjo odpornosti proti zmrzovanju, optimalno stopnjo nastajanja ledu in transformacijo morfologije ledenih kristalov. Običajno je sestavljen iz štirih glavnih komponent. Funkcije vsake komponente so naslednje:

2.1 Komponenta zgodnje moči

Komponenta zgodnje trdnosti je bistvena za napredek v procesu gradnje. V zgodnjih fazah strjevanja je pomembno, da se izognete prekomernim tresljajem, ki bi lahko poškodovali ploščo. Primarna funkcija te komponente je pospešiti vezanje in strjevanje betona, kar mu omogoča, da dosežekritična odpornost proti zmrzovanjučim prej. Ko je dosežena kritična trdnost, lahko dodatno pospeši hitrost utrjevanja in premaga počasno rast trdnosti, ki jo povzročajo negativne ali nizke temperature.

2.2 Komponenta za zajemanje zraka

Ta komponenta vnaša v beton mikronske drobne zračne mehurčke (koristne zračne mehurčke). Njegove funkcije vključujejo:

Rezanje in tesnjenje medsebojno povezanih por v betonu (škodljive pore), zmanjšanje širjenja razpok med zmrzaljo.

Vneseni zračni mehurčki delujejo kot "blažilni" prostori, ki absorbirajo ekspanzijski pritisk ledenih kristalov, kar zmanjšuje možnost poškodb zaradi zmrzali. Z vnosom 3,5 % zraka v beton lahko absorbira do 6,6 % prostorninskega raztezanja, s čimer se dolgoročno poveča odpornost proti zmrzovanju in vzdržljivost betona.

2.3 Komponenta za zmanjšanje vode

Komponenta za zmanjšanje vode ima naslednje funkcije:

Zmanjšanje količine vode za mešanje, s čimer se zmanjša skupna vsebnost proste vode, kar bistveno zmanjša količino vode, ki lahko zmrzne (pri čemer še vedno ohranja ustrezno vsebnost ledu). To pomaga ublažiti notranje napetosti, ki jih povzroča zmrzal.

S svojim razpršilnim učinkom komponenta za zmanjšanje vode pomaga pri sproščanju vezane vode in odpravlja okvarjene vodne mehurčke. To preoblikuje večje ledene kristale v drobnejše kristale, optimizira okolje hidratacije cementa in zmanjša ekspanzijski tlak, ki ga povzroča zmrzal.

2.4 Komponenta proti zmrzovanju

Ta komponenta je običajno sestavljena iz anorganskih soli, ki znižujejo zmrzišče. Učinki so povzeti na naslednji način:
Ko raztopini dodamo komponento proti zmrzovanju (npr. NaNO₃ v koncentraciji 2 %), zmrzišče raztopine pade na približno -1.5 stopinj. Ko se temperatura še naprej znižuje, začne prosta voda blizu zmrznjene strani zmrzovati, kar povzroči obarjanje anorganskih soli. Koncentracija soli v preostali prosti vodi se poveča (nadalje se zniža zmrzišče). Ta proces se nadaljuje, ko temperatura pade (npr. na -5 stopinj) in več proste vode zmrzne. Ta neprekinjen proces bo trajal, dokler ne bo dosežena najnižja evtektična točka natrijevega nitrata, pri kateri bo vsa prosta voda v porah zamrznila.
Zato je primarna funkcija komponente proti zmrzovanju zagotoviti, da je v betonu vedno nekaj vode v tekoči fazi (preohlajena voda), kar omogoča, da se hidratacija cementa nadaljuje tudi v pogojih zmrzovanja.

Mehanizem zaantifriz za betonje kompleksen in večplasten. Na svetu ni enotne univerzalno uporabne komponente proti zmrzovanju. "Antifriz" je preprosto končni učinek, dosežen s kombiniranim delovanjem komponent zgodnje trdnosti, vnosa zraka, redukcije vode in komponent proti zmrzovanju. Poleg tega je učinkovitost betonskega sredstva proti zmrzovanju tesno povezana s posebnimi pogoji gradnje. Zimska betonska gradnja je tipičen sistemski projekt, ki zahteva celovito upoštevanje različnih dejavnikov.