Zastosowanie tlenku wapnia w produkcji środków ekspansywnych do betonu

W konstrukcji nowoczesnych projektów betonowych pękanie skurczowe jest podstawowym problemem wpływającym na trwałość, szczelność i stabilność konstrukcji. Jako kluczowa domieszka, środki ekspansywne skutecznie rozwiązują ten problem. Charakteryzujący się dużą objętością ekspansji po uwodnieniu, stabilną wydajnością, kontrolowanymi kosztami i dostępnymi surowcami, tlenek wapnia służy jako tradycyjny, wysokowydajny materiał bazowy do rozszerzania. Stał się podstawowym surowcem do produkcji środków ekspansyjnych do betonu i jest szeroko stosowany w dziedzinach inżynierii, takich jak beton wodoodporny, beton masowy i materiały do ​​zaczynu. Opierając się na swoich unikalnych właściwościach reakcji na hydratację, środki ekspansywne na bazie tlenku wapnia mogą skutecznie kompensować skurcz i deformację betonu podczas utwardzania, zapobiegać pęknięciom u źródła i poprawiać ogólną jakość konstrukcji.

Podstawowa zasada stosowania tlenku wapnia do wytwarzania środków ekspansywnych polega na jego specyficznej reakcji chemicznej hydratacji. Czysty tlenek wapnia (wapno palone) ulega energicznej reakcji hydratacji z wodą, w wyniku której powstaje wodorotlenek wapnia zgodnie z równaniem chemicznym: CaO+H₂O=Ca(OH)₂. Reakcja ta nie tylko uwalnia dużą ilość ciepła, ale także powoduje znaczne zmiany objętości. Objętość produktu hydratacji, wodorotlenku wapnia, jest w przybliżeniu dwukrotnie większa niż pierwotnego tlenku wapnia, co daje stabilny efekt zwiększania objętości. W odróżnieniu od środków ekspansyjnych na bazie sulfoglinianu wapnia, środki ekspansyjne na bazie tlenku wapnia charakteryzują się delikatnym i długotrwałym procesem ekspansji z łagodną ekspansją na początku i stabilną ekspansją w późnej fazie. Mogą dokładnie zaspokoić zapotrzebowanie na kompensację skurczu suchego i skurczu na zimno w środkowej i późnej fazie utwardzania betonu, kompensując niedostateczną kompensację późnego skurczu tradycyjnych środków ekspansywnych.

W produkcji przemysłowej wybór surowca i proces wstępnej obróbki tlenku wapnia bezpośrednio decydują o działaniu gotowych środków ekspansywnych. Od stosowanego do produkcji tlenku wapnia wymaga się dużej aktywności i dużej czystości. Zwykle wytwarza się go przez kalcynację wysokiej jakości wapienia w temperaturze powyżej 1200 ℃, przy efektywnej zawartości tlenku wapnia nie mniejszej niż 93%. Należy ściśle kontrolować zawartość zanieczyszczeń, takich jak tlenek magnezu i dwutlenek krzemu. Nadmierne zanieczyszczenia zmniejszą skuteczność rozszerzania i spowodują niezrównoważoną stabilność rozszerzania, co dodatkowo doprowadzi do lokalnego pękania betonu. Ponadto surowy tlenek wapnia charakteryzuje się zbyt dużą szybkością hydratacji i bezpośrednie zastosowanie spowoduje nadmierne wczesne rozszerzanie i niedostateczne późne rozszerzanie. Dlatego obróbka modyfikacyjna jest niezbędna w produkcji. Zastosowano procesy obejmujące powlekanie powierzchniowe, rozdrabnianie proszku i mieszanie proporcji w celu regulacji szybkości hydratacji, tak aby efekt rozszerzania mógł dokładnie odpowiadać rytmowi utwardzania betonu.

Obecnie dostępne na rynku środki ekspansywne na bazie tlenku wapnia dzielą się na dwie kategorie: czysty tlenek wapnia i modyfikowany kompozyt. Czyste środki ekspansywne na bazie tlenku wapnia charakteryzują się prostą technologią produkcji i dużą szybkością rozszerzania i są najczęściej stosowane w scenariuszach wymagających dużej zdolności rozszerzania, takich jak spoinowanie sprzętu i wzmacnianie fundamentów. Kompozytowe środki ekspansywne wykorzystują tlenek wapnia jako podstawowy materiał rdzenia i są mieszane z sulfoglinianem wapnia, gipsem, aktywnym proszkiem mineralnym i innymi surowcami, łącząc zalety dwóch rodzajów materiałów ekspansyjnych. W szczególności tlenek wapnia zapewnia stabilną późną ekspansję, podczas gdy sulfoglinian wapnia zapewnia szybką ekspansję wczesną. System podwójnego rozszerzania może kompleksowo kompensować skurcz plastyczny, skurcz utwardzania i skurcz temperaturowy betonu, odpowiedni dla większości projektów inżynierii lądowej, w tym budownictwa, tuneli i projektów oszczędzania wody, co czyni go obecnie najpowszechniej stosowanym typem.

W porównaniu z innymi rodzajami środków ekspansywnych, środki ekspansywne na bazie tlenku wapnia mają znaczące zalety w stosowaniu. Po pierwsze, charakteryzują się dużą wydajnością rozszerzalności i doskonałą stabilnością. Ich produkty hydratacyjne wypełniają pory kapilarne betonu, co nie tylko kompensuje skurcz, ale także poprawia zwięzłość betonu, a także zwiększa szczelność i mrozoodporność. Po drugie, dzięki obfitym zasobom surowców i niskim kosztom produkcji, zapewniają wysoką wydajność kosztową w produkcji przemysłowej i nadają się do zastosowań inżynieryjnych na dużą skalę. Po trzecie, mają silną kompatybilność z różnymi systemami cementowymi, takimi jak zwykły cement portlandzki i cement żużlowy, i nie powodują reakcji alkalicznych z kruszywami, zapewniając długoterminową stabilność konstrukcji betonowych.