Miten RDP estää kutistumisrakojen syntymisen liitosaineissa

Kutistumisrikon ymmärtäminen sementtipohjaisissa liitososien täyteaineissa

Mikä aiheuttaa kutistumisrikkoja betonissa ja sideaineissa?

Kun sementtipohjaiset materiaalit kutistuvat 15–20 prosenttia hydrataatioprosessin aikana ja kuivuessaan, muodostuu helposti kutistumarikkauksia. National Ready Mixed Concrete Associationin vuonna 2023 julkaisema tutkimus tuo esiin melko hälyttävän seikan: lähes kolme neljäsosaa liitosten täyteaineiden varhaisista vioista johtuu juuri hallitsemattomasta kuivumiskutistumisesta. Useita tekijöitä edesauttavat tätä ongelmaa. Ensinnäkin ohut sauma suhteessa tilavuuteensa on suurempi pinta-ala, jolloin kosteus haihtuu liian nopeasti. Sitten on vesisuhde: seokset, joiden vesimäärä on yli 0,45 osaa sementtiä kohden, aiheuttavat sisäisiä jännityksiä kovettuessaan. Älkäämme myöskään unohtako rakeiden gradointia. Kun rakeet eivät sovi yhteen oikein, seoksen kutistuminen nousee 30–40 prosenttia verrattuna hyvin tasapainotettuihin seoksiin.

Kostean menetyksen ja lämpötilan vaihteluiden rooli kuivumiskutistumisessa

Höyrystymisnopeudet, jotka ylittävät 0,5 kg/m²/tunti ensimmäisten 72 tunnin aikana – kriittisen kovettumisikkunan aikana – nelinkertaistavat halkeamisriskin. Lämpötilan vaihtelut, jotka ylittävät 15 °C 24 tunnissa, pahentavat kutistumisjännityksiä erilaisten lämpölaajenemisten kautta: pintakerrokset kutistuvat 0,01 % jokaista 10 °C pudotusta kohti, kun taas syvemmät osat säilyvät lämpimämpinä, mikä luo leikkausmurtumatason, josta halkeamat alkavat.

Yleisiä vikoja vääränlaisesta sekoitussuhteesta ja kovettumisesta

American Concrete Institute (2022) raportoi, että 62 % kutistumiseen liittyvistä liitoskohtien vioista sisältää:

Ajoissa kuormittaminen ennen 7-viikon kestävyyden saavuttamista aiheuttaa 38 % varhaisiäkseen halkeamisista.

Pienhalkeamien varhaismerkkien tunnistaminen liitoskohtien järjestelmissä

Tarkkaile seuraavia oireita ensimmäisten 28 päivän aikana:

1. Hiuksen ohuet halkeamat (0,1–0,3 mm leveät), jotka sijoittuvat ohjausliitoksista säteittäin
2. Erilainen pintavärjäytyminen, joka osoittaa epätasaisen kosteuden jakautumisen
3. Liitosvälien laajeneminen suunnittelumääritelmien yli (>125 % alkuperäisestä leveydestä)
4. Paikallinen kurtistuminen (>3 mm nousumuutos 1 metrin matkalla) levyn reunoilla

Varhainen havaitseminen mahdollistaa kustannustehokkaan epoksi-täytteen käytön, mikä välttää täydellisen liitoskohdan uusimisen 89 % tapauksista (Concrete Repair Institute, 2021).

Tieteellinen perusta RDP:n roolille kuivumisesta johtuvan kutistumisen hillinnässä

Miten polymeerijakot muuttavat matriksirakennetta

Kun punoksesta valmistettuja liitosaineita sekoitetaan sementtipohjaisiin saumoihin, uudelleenjakoituva polymeeripulveri luo joustavia polymeerikalvoja kovettuneen materiaalin rakenteeseen. Nämä kalvot yhdistävät kutistumisen aikana muodostuvat mikrokolrot ja jakavat rasitukset tasaisesti koko polymeeri-sementti-seoksen läpi sen sijaan, että paine kasautuisi tiettyihin kohtiin. Laboratoriotestit osoittavat, että RDP:llä muunnettujen laastien vetolujuus on noin 30 prosenttia suurempi verrattuna tavallisiin seoksiin. Tämä tarkoittaa, että näillä aineilla tehdyn sauman kestää paljon enemmän liikettä edestakaisin ilman, että se alkaa halkeilla, mikä merkittävästi vaikuttaa asennusten käyttöiän pituuteen ennen kuin korjaukset ovat tarpeen.

RDP:n vaikutus huoporakenteeseen ja vedenpidätyskykyyn

Eläinvalojen käyttöä koskevat testit ovat osoittaneet, että nämä polymeerikalvot vähentävät kapillaariporeja noin 45 %. Mitä tämä tarkoittaa käytännössä? Kun poreja on vähemmän, kosteus ei haihtuisi yhtä nopeasti kovettumisprosessin aikana. Tämä tarkoittaa, että betoni voi pysyä kosteana pidempään, jolloin niin sanottu kriittinen kovettumisaika venyy tyypillisissä sääolosuhteissa noin kolmesta päivästä lähes viideksi päiväksi. Lisäaika mahdollistaa veden paremman sekoittumisen sementtijauheen kanssa, mikä johtaa tiheämpään kalsiumsilikaattihydraattigeelirakenteeseen. Viime vuonna julkaistun tutkimuksen mukaan International Cement Review -julkaisussa tämä johtaa kuivumispienemiseen, joka on merkittävästi alhaisempaa, vaihdellen 22–28 %:n välillä.

ASTM-testien mukaisesti RDP-muunnelluissa laastureissa havaitaan vähemmän halkeilua

ASTM C157/C157M-pistemääritys paljastaa, että RDP:llä parannetut laastit saavuttavat 60–80 % pienemmät halkeamaleveydet 90 päivän kuivumisjaksojen jälkeen. Kenttäkokeet vaihtelevissa lämpötiloissa (−5 °C – 40 °C) osoittavat, että RDP säilyttää liitosten eheyden yli 500 lämpötilasyklin ajan – kolminkertainen parannus pelkkien kutistumista vähentävien lisäaineiden suhteen.

RDP-annostuksen optimointi maksimaalisen kutistumisen vähentämiseksi

RDP-annos 2,5–3,5 % sementin painosta antaa tyypillisesti optimaalisen kutistuman hallinnan useimmille liitosaineille, vaikkakin altistumisolosuhteet edellyttävät säätöjä:

• Pakkanen-sulaminen vyöhykkeet : 3 % RDP ilmankäyttöaineiden kanssa
• Suurella liikenteellä kuormitetut liitokset : 4 % RDP yhdistettynä selluloosaeteereihin paremman työstettävyyden säilyttämiseksi

Yli 5 %:n RDP-käyttö voi vähentää puristuslujuutta 12–15 %, mikä edellyttää huolellista tasapainoa joustavuuden ja rakenteellisen suorituskyvyn välillä.

RDP vs. kutistumista vähentävät lisäaineet (SRA): Tehokkuus ja rajoitukset

SRAn tehokkuus kutistuman hallinnassa

Pienentymistä vähentävät lisäaineet (SRA) vähentävät kuivumispienentymistä alentamalla veden pintajännitystä sementtivaluissa, mikä puolestaan pienentää kapillaarista jännitystä. Viimeaikaiset testit ovat osoittaneet, että SRA:t voivat vähentää rajoittamatonta pienentymismuodonmuutosta 25 %:lla ja rajoitetun pienentymisen aiheuttamia voimia 50 %:lla korkean suorituskyvyn betonissa. Kuitenkin niiden tehokkuus on erittäin riippuvainen ympäristöolosuhteista ja seoksen yhteensopivuudesta.

SRA-lisäaineiden rajoitukset liitosraon täytteissä

Vaikka SRA:t tarjoavatkin joitakin etuja, ne tuntevat häiritä lijointerien tärkeitä ominaisuuksia. Kun niitä käytetään standardimäärinä noin 3,7 litraa kuutiometriä kohden, nämä lisäaineet voivat vähentää 28 vuorokauden puristuslujuutta noin 10 prosenttia. Lisäksi sekoitusaika venyy noin 45 minuutilla, mikäli ne yhdistetään vedenkäyttöä vähentäviin lisäaineisiin. Liitoille, joita jatkuvasti rasittavat ajoneuvot tai jotka kokevat toistuvia lämpötilan vaihteluita, SRA:t tekevät materiaalista itse asiassa haurhaampaa. Tämä lisääntynyt hauraus tarkoittaa, että halkeamia alkaa ilmetä aiemmin kuin odotettu juuri siellä, missä liitokset liikkuvat ja taipuvat.

Miksi RDP tarjoaa paremman koheesion ja halkeamisvastuksen

Uudelleenjakoituvat polymeeripölyt (RDP) toimivat eri tavalla kuin pintajännitysaineet (SRA), jotka perustuvat ainoastaan yhteen menetelmään. Kun RDP:tä lisätään laastijärjestelmiin, se todella tekee kolme asiaa samanaikaisesti: luo joustavan polymeeriverkon, parantaa huokosten kykyä sitoa kosteutta materiaalin sisällä ja vahvistaa eri komponenttien välistä sidosta seoksessa. Koska nämä vaikutukset toimivat yhdessä useilla tasoilla, RDP:llä valmistetut liitososien täytteet kestävät noin kaksinkertaisen määrän lämpötilan muutoksia ennen kuin ne halkeavat verrattuna niihin, joissa on käytetty pelkästään SRA:ita. Käytännön testauksessa on havaittu, että kun urakoitsijat lisäävät 6–8 prosenttia RDP:tä laastiseoksiinsa painoprosentteina, moottoriteiden liikuntasaumoihin ilmenee noin 60 prosenttia vähemmän halkeamia vuoden palvelun jälkeen normaaleissa olosuhteissa.

Matalan kutistumisen liitososien täytteiden suunnittelu RDP:llä: parhaat käytännöt

Käsiteltävyyden ja kutistumisen tasapainottaminen seoksen formuloinnissa

Suositellut RDP-lisäysmäärät eri altistumisolosuhteisiin

Kenttätiedot osoittavat, että nämä arvovälit estävät 85 % kutistumiseen liittyneistä vioista, kun ne yhdistetään asianmukaiseen kovettamiseen ACI 548.3R-21 -suosituksien mukaisesti.

Onnistunut kenttäsovellus RDP-parannetuilla liitosaineilla

Historiallisten kivirakenteiden tuoreet restoroinnit osoittavat RDP:n tehokkuuden, kun muunnetut täyteaineet säilyttävät liitosten eheyden yli 10:ssä jäätyminen-sulaminen-kierrrossa. Työntekijät raportoivat 40 % nopeammista sovellusajoista parantuneen laastin koheesion ansiosta, mikä vähentää materiaalin painumista pystysuuntaisissa liitoksissa.

Siirtyminen korkean suorituskyvyn ja alhaisen kutistuman korjauslaasteihin

Rakennusteollisuus asettaa nyt etusijalle RDP-muunnettuja laasteja, joilla on alle 12 % kuivumiskutistuma ja puristuslujuus vähintään 25 MPa. Nämä materiaalit täyttävät EN 1504-3 -standardin rakenteellisiin korjauksiin ja poistavat 70 % jälkiasennuksen jälkeisistä halkeamakorjauksista, jotka ovat yleisiä perinteisissä sementtipohjaisissa täyteaineissa.

Pitkän aikavälin suorituskyvyn maksimointi: RDP, kovettuminen ja liitosrakenteet

Oikean kovettumisen rooli RDP:n suorituskyvyn parantamisessa

Jotta punnistumispolymeeripöllä (RDP) voidaan todella vähentää kutistumista, on noudatettava asianmukaista kovettamista ASTM-standardien mukaisesti. Kosteusarvojen ylläpitäminen kriittisinä ensimmäisinä kolmena päivänä mahdollistaa RDP-muunnettujen laastien kehittää haluttu vahva polymeeriverkko. Tämä puolestaan vähentää kapillaaripainetta noin 30–40 prosenttia verrattuna tavallisiin kovahtumattomiin materiaaleihin. Käytännön kokemukset osoittavat myös mielenkiintoista: urakoitsijat, jotka käyttävät sumutuskovettamista tai hengittäviä kalvoja perinteisten menetelmien sijaan, huomaavat noin puolet vähemmän mikrohalkeamia li jointtityyjissä työskennellessään vaikeissa 90 Fahrenheit-asteen kuivuusolosuhteissa, joita kaikki inhoavat.

Ohjausliitosten optimointi RDP-muunnetuilla materiaaleilla

Voiko RDP korvata mekaaniset halkeamien hallintatoimenpiteet?

RDP vähentää kutistumisrakojen muodostumista huomattavasti, mutta toimii erityisen hyvin yhdistettynä muihin menetelmiin. Paikoissa, joissa kävellään paljon ja lattia kokee leikkausvoimia yli 500 psi, teräsvahvisteita tarvitaan silti. Hyvä uutinen on, että RDP mahdollistaa noin 30 prosentin vähemmän raudoitetaudan käytön asuntoperustuksissa ilman, että hajamiesten ACI 224R-01 -vaatimukset rikkoutuvat. Kun tarkastellaan eri ilmastoja, erityisseokset ovat erittäin merkityksellisiä. Kuivilla alueilla esimerkiksi noin 4,2 %:n RDP:n lisääminen jonkin verran selluloosakuitujen kanssa voi itse asiassa poistaa ylimääräiset liitokset varastolattioilta, vaikka forkliftit liikkuisivat kohtuullisesti. Tämä tekee asennuksesta useissa tapauksissa nopeampaa ja edullisempaa.

UKK-osio

Mikä on kutistumisrakoilu sementtipohjaisissa materiaaleissa?

Kutistumisrakoilu johtuu tilavuuden pienenemisestä, kun sementtipohjaiset materiaalit kuivuvat ja hydratoituvat, tyypillisesti 15–20 %:n kutistumalla.

Kuinka kutistumisrakoilua voidaan vähentää?

Redispersoitavan polymeerijauheen (RDP) käyttö saumausaineissa voi auttaa vähentämään kuivumispienetymistä muodostamalla joustavia polymeerikalvoja, jotka ottavat vastaan jännitteitä.

Mitä SRAt ovat ja miten niitä verrataan RDP:hen?

Pienennysaineet (SRA) alentavat vesipinnan pintajännitettä ja kapillaaripainetta, mutta ne voivat tehdä saumausaineista haurasta verrattuna RDP:hen, joka tarjoaa paremman koheesion ja halkeamisvastuksen.

Miten asianmukainen kovettaminen parantaa RDP:n suorituskykyä?

Asianmukainen kovettaminen mahdollistaa RDP-modifioitujen laastien muodostaa vahvan polymeeriverkon, mikä vähentää kapillaaripainetta ja mikrohalkeamien syntymistä.