Как RDP предотвратява пукането от свиване при фугови запълнители

Разбиране на пукането от свиване при циментови фугови запълнители

Какви са причините за пукането от свиване в бетон и разтвори?

Когато материали, базирани на цимент, свиват между 15 и 20 процента по време на процеса на хидратация и докато изсъхват, често се образуват пукнатини от свиване. Проучване, публикувано през 2023 г. от Националната асоциация на производителите на готов бетон, посочва нещо доста тревожно: почти три четвърти от ранните повреди при фугови запълнители всъщност се дължат на този проблем с неконтролираното свиване при изсъхване. Няколко фактора допринасят за този проблем. Първо, тънките фуги имат по-голяма повърхнина спрямо обема си, поради което влагата изчезва прекалено бързо. След това има и фактора на съдържанието на вода. Смесите с над 0,45 части вода към цимент създават вътрешни напрежения по време на втвърдяване. И да не забравяме и градацията на агрегатите. Когато агрегатите не са правилно подбрани, свиването на циментовата паста нараства с 30 до 40 процента в сравнение с добре балансираните смеси.

Ролята на губенето на влага и температурните колебания при свиването при изсъхване

Скоростите на изпарение, надвишаващи 0,5 kg/m²/час през първите 72 часа — критичния период на втвърдяване — увеличават четири пъти риска от пукнатини. Температурни колебания над 15°C за 24 часа усилват напреженията от свиване чрез диференциално топлинно разширение: повърхностните слоеве се свиват с 0,01% при всяко понижение с 10°C, докато по-дълбоките части остават по-топли, което създава равнини на срязващо разрушаване, водещи до образуване на пукнатини.

Чести повреди поради неправилен състав на сместа и втвърдяване

Според Американския институт по бетон (2022) 62% от повредите във фугите, свързани със свиване, включват:

Прекомерно натоварване преди постигане на 7-дневната якост отговаря за 38% от случаите на ранно напукване.

Идентифициране на първите признаци на напукване от свиване в системите с фуги

Наблюдавайте тези индикатори през първите 28 дни:

1. Фини напуквания (0,1–0,3 мм ширина), разпростиращи се от контролни фуги
2. Различна повърхностна оцветеност, сочеща неравномерно разпределение на влагата
3. Фугите се разширяват извън проектните спецификации (>125% от първоначалната ширина)
4. Локално огъване (>3 мм промяна в надморската височина на 1 м) по ръбовете на плочата

Ранното откриване позволява ремонт с ефективно по отношение на разходите инжектиране на епоксиди, като се избягва напълно замяната на фугите в 89% от случаите (Институт за ремонт на бетон, 2021 г.).

Науката зад RDP при намаляване на свиването при сушене

Как полимерните дисперсии променят структурата на матрицата

Когато се смесват във фугови пълнители на циментова основа, преразтворимият полимерен прах създава еластични полимерни филми вътре в затвърдялата материална структура. Тези филми всъщност свързват микроскопичните пукнатини, които се образуват при свиването по време на втвърдяване, като разпределят напрежението по цялата полимерно-цементна смес, вместо да позволят натрупване на налягане в определени точки. Лабораторни тестове показват, че разтворите, модифицирани с RDP, могат да издържат около 30 процента повече опън в сравнение с обикновените смеси. Това означава, че фугите, направени с този материал, могат да понасят значително движение напред-назад, без да започнат да се пукат, което има голямо значение за продължителността на експлоатацията на тези конструкции преди да се наложи ремонт.

Въздействието на RDP върху порестата структура и задържането на влага

Изследвания с използване на ртутна порозиметрия показват, че тези полимерни филми намаляват капилярните пори приблизително с 45%. Какво означава това на практика? При по-малко пори влагата не напуска толкова бързо по време на процеса на втвърдяване. Това означава, че бетонът може да остане по-влажен в продължение на по-дълги периоди, удължавайки така наречения критичен период на втвърдяване от около три дни до почти пет цели дни при типични метеорологични условия. Допълнителното време позволява на водата да се смеси по-добре с циментовите частици, като се образува по-плътна матрица от гелове на хидратиран калциев силикат. Според проучване, публикувано миналата година в International Cement Review, това води до значително намалено сушилно свиване в диапазона между 22% и 28%.

Намалено пукане при разтвори, модифицирани с RDP, според изпитванията по ASTM

ASTM C157/C157M изследване на свиването показва, че разтворите с подобрена устойчивост чрез RDP постигат с 60–80% по-малки ширини на пукнатини след 90-дневни цикли на изсъхване. Полеви изпитвания при циклични температурни промени (от −5°C до 40°C) демонстрират способността на RDP да запази цялостта на фугите при повече от 500 термични цикъла — три пъти по-добро постижение в сравнение със самите намаляващи свиването добавки.

Оптимизиране на дозата RDP за максимално намаляване на свиването

Доза от 2,5–3,5% RDP спрямо теглото на цимента обикновено осигурява оптимален контрол на свиването при повечето запълващи маси за фуги, макар че условията на въздействие изискват корекции:

• Зони с цикли замръзване-размразяване : 3% RDP с агенти за въвеждане на въздух
• Фуги с интензивно натоварване : 4% RDP в комбинация с целулозни етри за подобреното запазване на работоспособността

Надвишаването на 5% RDP може да намали натисковата якост с 12–15%, което изисква внимателно балансиране между гъвкавост и структурна производителност.

RDP спрямо добавките, намаляващи свиването (SRAs): Ефективност и ограничения

Ефективност на SRAs при контрола на свиването

Добавките, намаляващи свиването (SRAs), намаляват влагопроменливото свиване чрез понижаване на повърхностното напрежение на водата в циментовите смеси, като по този начин намалят капилярното напрежение. Скорошни изпитвания показват, че SRAs могат да намалят ненапрегнатата деформация от свиване с 25% и напрегнатите сили от свиване с 50% при високоякостен бетон. Въпреки това, тяхната ефективност силно зависи от околните условия и съвместимостта на сместа.

Ограничения на SRAs при приложения за фугови пълнители

Въпреки че добавките за намаляване на усукването предлагат някои предимства, те често нарушават важни характеристики на фуговите замазки. Когато се прилагат в стандартни количества от около 3,7 литра на кубичен метър, тези добавки могат да понижат натисковата якост на 28 дни с приблизително 10 процента. Освен това времето за свързване се удължава с около 45 минути, ако се комбинират с пластифициращи добавки. При фуги, които постоянно се подлагат на натоварване от преминаващи превозни средства или преминават през повтарящи се температурни промени, добавките за намаляване на усукването всъщност правят материала по-крехък. Тази увеличена крехкост означава, че пукнатини започват да се появяват по-рано от очакваното точно в местата, където фугите се движат и огъват.

Защо RDP осигурява по-добра сцепляемост и устойчивост на пукнатини

Полимерният прах, който се разпределя отново (RDP), действа по-различно в сравнение със СRA, които разчитат само на един метод. Когато се добави към разтворните системи, RDP всъщност извършва едновременно три неща: създава гъвкава полимерна мрежа, подобрява задържането на влага в порите на материала и усилва връзката между различните компоненти в сместа. Тъй като тези ефекти действат заедно на няколко нива, фуговите пълнители, произведени с RDP, могат да издържат около два пъти по-голяма промяна на температурата, преди да се появят пукнатини, в сравнение с тези, обработени само със СRA. При реални изпитвания е установено, че когато строителите добавят между 6 и 8 процента RDP по тегло към разтворните си смеси, броят на пукнатините в разширенията на магистрали след цяла година работа при нормални условия е с около 60 процента по-малко.

Проектиране на фугови пълнители с ниско свиване чрез използване на RDP: Най-добри практики

Балансиране на работимостта и свиването при формулирането на сместа

Препоръчителни диапазони за съдържание на RDP при различни условия на натоварване

Полеви данни показват, че тези диапазони предотвратяват 85% от повредите, свързани със свиване, когато се комбинират с правилно втвърдяване според насоките ACI 548.3R-21.

Успешно приложение на фугови пълнители, подобрени с RDP

Скорошните възстановявания на исторически каменни конструкции демонстрират ефективността на RDP, като модифицираните пълнители запазват цялостността на фугите при 10 или повече цикъла замразяване-размразяване. Приложителите съобщават за 40% по-бързо нанасяне поради подобрена свързаност на мазилката, което минимизира провисването на материала в вертикални фуги.

Преход към високоефективни ремонтни разтвори с ниско свиване

Строителната индустрия сега отдава приоритет на модифицирани с RDP разтвори, които осигуряват свиване при изсъхване под 12% и натисково усилие поне 25 MPa. Тези материали отговарят на стандарта EN 1504-3 за структурни ремонти и елиминират 70% от ремонтите на пукнатини след монтажа, често срещани при традиционни циментови пълнители.

Максимизиране на дългосрочната производителност: RDP, втвърдяване и проектиране на фуги

Ролята на правилното втвърдяване за подобряване на ефективността на RDP

За да намали значително свиването, прахът от полимери, пригоден за повторно разпределяне (RDP), трябва да бъде правилно излекуван според стандарта на ASTM. Задържането на нивото на влажност през първите три критични дни позволява на модифицираните с RDP замазки да развият силната полимерна мрежа, която целим. Това всъщност намалява капилярното налягане с около 30 до 40 процента в сравнение с обикновените нематирани материали. Практическият опит показва още нещо интересно – предприемачите, които прилагат овлажняване чрез мъглиста система или използват пропускащи влага мембрани вместо традиционни методи, наблюдават образуването на приблизително наполовина по-малко микротръщини в пълнителите за фуги, когато работят при трудните условия на изсъхване при 90 градуса по Фаренхайт, които всички мразят.

Оптимизиране на компенсационните фуги с материали, модифицирани с RDP

Може ли RDP да замени механичните мерки за контрол на пукнатини?

RDP значително намалява пукнатините от свиване, но действа най-ефективно в комбинация с други методи. В места, където хората много ходят и подът изпитва тангенциални сили над 500 psi, все още е необходима стоманена армировка. Добрата новина е, че RDP позволява на строителите да използват около 30 процента по-малко арматура в основите на къщи, без да нарушават изискванията на ACI 224R-01 за размера на пукнатините. Когато разглеждаме различни климати, специалните смеси имат голямо значение. Вземете например сухи райони – добавянето на около 4,2% RDP заедно с някои целулозни влакна може всъщност да премахне допълнителните фуги в складови подове, дори когато вилчести товароиздигачи се движат умерено. Това прави монтажа по-бърз и по-евтин в много случаи.

Часто задавани въпроси

Какво е пукнатини от свиване при циментови материали?

Пукнатините от свиване възникват поради намаляване на обема, докато циментовите материали изсъхват и хидратират, типично при 15-20% свиване.

Как може да се минимизират пукнатините от свиване?

Използването на пръстовиден полимерен прах (RDP) в пълнителите за фуги може да помогне за намаляване на съсирването при изсъхване чрез образуване на гъвкави полимерни филми, които поемат напрежението.

Какво са добавките за намаляване на свиването (SRAs) и как се сравняват с RDP?

Добавките за намаляване на свиването (SRAs) понижават повърхностното напрежение на водата и капилярното напрежение, но могат да направят пълнителите за фуги по-крехки в сравнение с RDP, който осигурява по-добра сцепка и устойчивост на пукнатини.

Как правилното овлажняване подобрява производителността на RDP?

Правилното овлажняване позволява на разтворите, модифицирани с RDP, да изградят здрава полимерна мрежа, намалявайки капилярното налягане и образуването на микропукалтини.