Anwendung von Calciumoxid bei der Herstellung von Betonexpansionsmitteln

Beim Bau moderner Betonprojekte ist die Schwindrissbildung ein Kernproblem, das die Dauerhaftigkeit, Dichtheit und Stabilität von Bauwerken beeinträchtigt. Als wichtige Zusatzstoffe lösen expansive Wirkstoffe dieses Problem wirksam. Mit seinem großen Hydratationsexpansionsvolumen, stabiler Leistung, kontrollierbaren Kosten und zugänglichen Rohstoffen dient Calciumoxid als hocheffizientes traditionelles Expansionsbasismaterial. Es ist zu einem Kernrohstoff für die Herstellung von Betonexpansionsmitteln geworden und wird häufig in technischen Bereichen wie wasserdichtem Beton, Massenbeton und Vergussmaterialien eingesetzt. Aufgrund seiner einzigartigen Hydratationsreaktionseigenschaften können Expansionsmittel auf Calciumoxidbasis das Schrumpfen und die Verformung von Beton während der Aushärtung effektiv ausgleichen, Risse an der Quelle verhindern und die allgemeine Bauqualität von Projekten verbessern.

Das Kernprinzip der Anwendung von Calciumoxid zur Herstellung von Expansionsmitteln liegt in seiner spezifischen chemischen Hydratationsreaktion. Reines Calciumoxid (Branntkalk) unterliegt einer heftigen Hydratationsreaktion mit Wasser, um Calciumhydroxid zu erzeugen, mit der chemischen Gleichung: CaO+H₂O=Ca(OH)₂. Diese Reaktion setzt nicht nur eine große Menge Wärme frei, sondern verursacht auch erhebliche Volumenschwankungen. Das Volumen des Hydratisierungsprodukts Calciumhydroxid ist ungefähr doppelt so groß wie das des ursprünglichen Calciumoxids, wodurch ein stabiler Volumenexpansionseffekt entsteht. Im Gegensatz zu Calciumsulfoaluminat-Expansionsmitteln zeichnen sich Expansionsmittel auf Calciumoxidbasis durch einen sanften und anhaltenden Expansionsprozess mit milder Frühexpansion und stabiler Spätexpansion aus. Sie können den Bedarf an Trockenschwindungs- und Kaltschwindungskompensation in der mittleren und späten Erhärtungsphase von Beton genau decken und den Mangel an unzureichender Spätschrumpfungskompensation herkömmlicher Expansionsmittel ausgleichen.

In der industriellen Produktion bestimmen die Rohstoffauswahl und der Vorbehandlungsprozess von Calciumoxid direkt die Leistung der fertigen Expansionsmittel. Das bei der Produktion verwendete Calciumoxid muss eine hohe Aktivität und Reinheit aufweisen. Es wird im Allgemeinen durch Kalzinieren von hochwertigem Kalkstein bei einer Temperatur über 1200℃ hergestellt, wobei der effektive Calciumoxidgehalt nicht weniger als 93 % beträgt. Der Gehalt an Verunreinigungen wie Magnesiumoxid und Siliziumdioxid muss streng kontrolliert werden. Übermäßige Verunreinigungen verringern die Expansionseffizienz und verursachen eine unausgeglichene Expansionsstabilität, was wiederum zu lokaler Rissbildung im Beton führt. Darüber hinaus weist rohes Calciumoxid eine übermäßig schnelle Hydratationsrate auf, und die direkte Anwendung führt zu einer übermäßigen Frühexpansion und einer unzureichenden Spätexpansion. Daher ist eine Modifikationsbehandlung in der Produktion unerlässlich. Zur Regulierung der Hydratationsrate werden Verfahren wie Oberflächenbeschichtung, Pulververedelung und Mischungsverhältnisse eingesetzt, sodass der Expansionseffekt genau an den Aushärtungsrhythmus des Betons angepasst werden kann.

Derzeit sind die auf dem Markt gängigen Expansionsmittel auf Calciumoxidbasis in zwei Kategorien unterteilt: reine Calciumoxid-Typen und zusammengesetzte modifizierte Typus-Typen. Reine Calciumoxid-Expansionsmittel zeichnen sich durch eine einfache Produktionstechnologie und eine hohe Expansionsrate aus und werden hauptsächlich in Szenarien eingesetzt, die eine große Expansionskapazität erfordern, wie z. B. beim Verfugen von Geräten und bei der Verstärkung von Fundamenten. Zusammengesetzte Expansionsmittel verwenden Calciumoxid als Kernbasismaterial und werden mit Calciumsulfoaluminat, Gips, aktivem Mineralpulver und anderen Rohstoffen vermischt, wodurch die Vorteile zweier Arten von Expansionsmaterialien vereint werden. Insbesondere sorgt Calciumoxid für eine stabile Spätexpansion, während Calciumsulfoaluminat für eine schnelle Frühexpansion sorgt. Das duale Expansionssystem kann die plastische Schrumpfung, die Härtungsschrumpfung und die Temperaturschrumpfung von Beton umfassend kompensieren. Es eignet sich für die meisten Tiefbauprojekte, einschließlich Hochbau, Tunnel und Wasserschutzprojekte, und ist damit derzeit der am weitesten verbreitete Typ.

Im Vergleich zu anderen Arten von Blähmitteln weisen Blähmittel auf Calciumoxidbasis deutliche Anwendungsvorteile auf. Erstens verfügen sie über eine hohe Expansionseffizienz und eine ausgezeichnete Stabilität. Ihre Hydratationsprodukte füllen die Kapillarporen des Betons, was nicht nur das Schwinden ausgleicht, sondern auch die Kompaktheit des Betons sowie die Undurchlässigkeit und Frostbeständigkeit verbessert. Zweitens bieten sie aufgrund ihrer reichlichen Rohstoffreserven und niedrigen Produktionskosten eine hohe Kostenleistung in der industriellen Produktion und eignen sich für groß angelegte technische Anwendungen. Drittens weisen sie eine gute Kompatibilität mit verschiedenen Zementsystemen wie gewöhnlichem Portlandzement und Hüttenzement auf und verursachen keine Alkali-Aggregat-Reaktionen, wodurch die Langzeitstabilität von Betonkonstruktionen gewährleistet wird.