Kako RDP pomaže u sprečavanju pucanja uslijed skupljanja kod ispuna spojeva

Razumijevanje pucanja uslijed skupljanja kod cementnih ispuna spojeva

Što uzrokuje pucanje uslijed skupljanja u betonu i malterima?

Kada cementni materijali skupljaju između 15 i 20 posto tijekom procesa hidratacije i sušenja, obično se pojavljuju pukotine uslijed skupljanja. Istraživanje objavljeno 2023. godine od strane Nacionalnog udruženja za gotovu betonsku smjesu ukazuje na nešto prilično uznemiravajuće: skoro tri četvrtine ranih problema s otkazivanjem ispuna spojnica zapravo se svodi na ovaj problem nekontroliranog skupljanja pri sušenju. Na ovaj problem utječe nekoliko čimbenika. Prije svega, tanke spojnice imaju veću površinu u odnosu na svoj volumen, pa se vlaga jednostavno prebrzo gubi. Zatim postoji i čimbenik sadržaja vode. Smjese s više od 0,45 dijelova vode po cementu stvaraju unutarnje napetosti tijekom stvrdnjavanja. A nemojmo zaboraviti ni na zrnastost agregata. Kada agregati nisu pravilno usklađeni, skupljanje paste poraste za 30 do 40 posto u odnosu na dobro uravnotežene smjese.

Uloga gubitka vlage i temperaturnih fluktuacija u skupljanju pri sušenju

Stopa isparavanja veća od 0,5 kg/m²/sat tijekom prvih 72 sata — kritičnog vremenskog prozora za učvršćivanje — udvostručuje rizik od pucanja. Temperaturne fluktuacije veće od 15°C unutar 24 sata pogoršavaju napetosti uslijed skupljanja diferencijalnom toplinskom ekspanzijom: površinski slojevi se skupljaju za 0,01% po padu od 10°C dok dublji dijelovi ostaju topliji, stvarajući ravnine smicajnih otkaza koje pokreću pucanje.

Uobičajeni kvarovi zbog nepropisnog omjera mješavine i učvršćivanja

Američki institut za beton (2022) izvještava da 62% kvarova spojnica vezanih uz skupljanje uključuje:

Preveliko opterećenje prije razvoja čvrstoće nakon 7 dana odgovorno je za 38% slučajeva pucanja u ranom stadiju.

Prepoznavanje ranih znakova pucanja uslijed skupljanja u spojnim sustavima

Pratite ove pokazatelje unutar prvih 28 dana:

1. Pukotine debljine vlasi (širine 0,1–0,3 mm) koje se šire iz kontrolnih spojnica
2. Različita površinska diskoloracija koja ukazuje na neravnomjernu raspodjelu vlage
3. Proširenje spojnica iznad projektiranih specifikacija (>125% početne širine)
4. Lokalno savijanje (>3 mm promjene visine na 1 m) na rubovima ploče

Rano otkrivanje omogućuje popravke injektiranjem epoksi smolom koji su ekonomičniji, u 89% slučajeva izbjegavajući potpunu zamjenu spojnica (Institut za popravak betona, 2021.)

Znanost iza RDP-a u smanjenju sušenja skupljanjem

Kako disperzije polimera mijenjaju strukturu matrice

Kada se dodaju u spojeve na bazi cementa, praškaste redispergibilne polimerne smjese stvaraju elastične polimernе filmove unutar očvrsnute strukture materijala. Ovi filmovi povezuju mikroskopske pukotine koje nastaju tijekom skupljanja u fazi otvrdnjavanja, raspršujući napetosti kroz cijelu mješavinu polimera i cementa, umjesto da dozvole nagomilavanje tlaka na određenim točkama. Laboratorijski testovi pokazuju da mortovi modificirani RDP-om mogu izdržati oko 30 posto veću vlačnu čvrstoću u usporedbi s uobičajenim mješavinama. To znači da spojevi izrađeni s ovim materijalom mogu podnijeti znatno više pokreta naprijed-nazad bez pojave pukotina, što znatno produljuje vijek trajanja ovih instalacija prije nego što zahtijevaju popravak.

Utjecaj RDP-a na strukturu pora i zadržavanje vode

Ispitivanja upotrebom živine intruzijske porozimetrije pokazala su da ove polimerni folije smanjuju kapilarne pore za oko 45%. Kako to praktično izgleda? Pa, kada je manje pora, vlaga ne isparava tako brzo tijekom procesa učvršćivanja. To znači da beton može dulje ostati vlažan, produžavajući tzv. kritični period učvršćivanja s otprilike tri dana na gotovo pet punih dana u tipičnim vremenskim uvjetima. Dodatno vrijeme omogućuje bolje miješanje vode s česticama cementa, stvarajući gušću mrežu gelova hidrata silikata kalcija. Prema istraživanju objavljenom u International Cement Review prošle godine, to rezultira znatnim smanjenjem sušenja uslijed skupljanja u rasponu od 22% do 28%.

Smanjeno pucanje kod mortova modificiranih RDP-om prema ASTM ispitivanju

Ispitivanje skupljanja prema ASTM C157/C157M pokazuje da mortovi poboljšani RDP-om postižu pukotine 60–80% užih nakon 90-dnevnih ciklusa sušenja. Poljska ispitivanja pod cikličnim promjenama temperature (−5°C do 40°C) pokazuju da RDP održava cjelovitost spojeva kroz više od 500 termičkih ciklusa — trostruko poboljšanje u odnosu na sredstva za smanjenje skupljanja samostalno.

Optimizacija doziranja RDP-a radi maksimalnog smanjenja skupljanja

Doziranje od 2,5–3,5% RDP-a u odnosu na masu cementa obično osigurava optimalnu kontrolu skupljanja u većini ispuna za spojeve, iako uvjeti izloženosti zahtijevaju prilagodbe:

• Zone s zamrzavanjem i odmaranjem : 3% RDP uz dodatak sredstava za zračenje
• Spojevi s visokim prometom : 4% RDP kombiniran s celuloznim eterima radi poboljšanog zadržavanja obradivosti

Prekoračenje 5% RDP-a može smanjiti tlačnu čvrstoću za 12–15%, što zahtijeva pažljiv balans između fleksibilnosti i strukturnih performansi.

RDP naspram sredstava za smanjenje skupljanja (SRA): Učinkovitost i ograničenja

Učinkovitost SRA sredstava u kontroli skupljanja

Dodaci koji smanjuju skupljanje (SRAs) ublažavaju sušenje skupljanja time što snižavaju površinski napon vode u cementnim smjesama, time smanjujući kapilarne napetosti. Nedavna ispitivanja pokazuju da SRAs mogu smanjiti neograničeno skupljanje za 25% i sile ograničenog skupljanja za 50% u visokoučinkovitom betonu. Međutim, njihova učinkovitost u velikoj mjeri ovisi o uvjetima okoline i kompatibilnosti sastava.

Ograničenja SRAs-a u primjeni kao ispune za spojeve

Iako SRAs pruža neke prednosti, često remeti važne karakteristike punila za spojeve. Kada se primjenjuje u standardnim količinama od oko 3,7 litara po kubnom metru, ovi aditivi mogu smanjiti tlačnu čvrstoću nakon 28 dana otprilike za 10 posto. Štoviše, vrijeme vezanja se odgađa za oko 45 minuta ako se kombinira s plastifikatorima. Za spojeve koji su stalno izloženi vozilima koja prelaze preko njih ili promjenama temperature, SRAs zapravo čini materijal krhkijim. Ova povećana krhkost znači da se pukotine pojavljuju ranije nego što se očekuje, točno na mjestima gdje se spojevi pomiču i savijaju.

Zašto RDP nudi izvrsnu koheziju i otpornost na pukotine

Praškasti redisperzibilni polimer (RDP) djeluje na drugačiji način od SRA sredstava koja ovise samo o jednoj metodi. Kada se dodaje u žbuke, RDP istovremeno obavlja tri stvari: stvara fleksibilnu polimernu mrežu, poboljšava zadržavanje vlage unutar pora materijala i povećava vezu između različitih komponenti u smjesi. Budući da ti efekti djeluju zajedno na više razina, ispune za spojne fuge s RDP-om mogu podnijeti otprilike dvostruko veće promjene temperature prije pojave pukotina u usporedbi s onima tretiranim samo SRA sredstvima. Stvarno testiranje pokazalo je da kada graditelji dodaju između 6 i 8 posto RDP-a po težini u svoje žbuke, nakon puno godinu dana rada pod normalnim uvjetima javlja se otprilike 60 posto manje pukotina u dilatacijskim spojevima na autocestama.

Projektiranje ispuna za fuge s niskim skupljanjem uz uporabu RDP-a: Najbolje prakse

Uravnoteženje obradivosti i skupljanja u formulaciji smjese

Preporučene stope dodavanja RDP-a za različite radne uvjete

Podaci iz terena pokazuju da ovi rasponi sprječavaju 85% neuspjeha vezanih uz skupljanje, kada se kombiniraju s odgovarajućim nakanjenjem prema smjernicama ACI 548.3R-21.

Uspješna primjena brtvila za spojeve poboljšanih RDP-om

Nedavna obnavljanja povijesnih zidanih konstrukcija pokazuju učinkovitost RDP-a, pri čemu modificirani ispuni održavaju cjelovitost spojeva kroz 10 ili više ciklusa smrzavanja-odmrzavanja. Izvođači izvješćuju o 40% bržem nanosenju zbog poboljšane kohezije žbuke, što minimizira progib materijala u vertikalnim spojevima.

Pomak prema visokoučinkovitim popravnim žbukama s niskim skupljanjem

Graditeljska industrija sada daje prednost RDP-modificiranim žbukama koje imaju manje od 12% skupljanja uslijed sušenja i tlačnu čvrstoću od najmanje 25 MPa. Ovi materijali zadovoljavaju normu EN 1504-3 za strukturne popravke, istovremeno eliminirajući 70% popravaka pukotina nakon ugradnje, koji su uobičajeni kod tradicionalnih cementnih ispuna.

Maksimalno dugoročno performanse: RDP, dozrevanje i dizajn spojeva

Uloga odgovarajućeg dozrevanja u poboljšanju RDP performansi

Kako bi smanjio skupljanje, polimer prah koji se može ponovno dispergirati (RDP) zahtijeva odgovarajuće dozrevanje prema ASTM standardima. Održavanje razine vlage tijekom kritičnih prvih tri dana omogućuje RDP-modificiranim žbukama da razviju jaku polimernu mrežu koju želimo postići. To zapravo smanjuje kapilarni tlak otprilike 30 do 40 posto u usporedbi s običnim nemodificiranim materijalima. Iskustva iz prakse pokazuju zanimljivu činjenicu – podizvođači koji primjenjuju tehnike vlažnog dozrevanja ili koriste prozračne membrane umjesto tradicionalnih metoda imaju otprilike pola manje mikropukotina u svojim ispunicama spojnica kada rade u onim nepovoljnim uvjetima sušenja pri temperaturi od 90 stupnjeva Farenheita koje svi mrze.

Optimizacija kontrolnih spojnica pomoću RDP-modificiranih materijala

Može li RDP zamijeniti mehaničke mjere za kontrolu pukotina?

RDP znatno smanjuje pukotine uslijed skupljanja, ali djeluje najbolje u kombinaciji s drugim metodama. Na mjestima gdje se puno hodaje i gdje podovi iskustvuju posmične napone veće od 500 psi, još uvijek je potrebno čelično armiranje. Dobra vijest je da RDP omogućuje građevinarima da upotrijebе oko 30 posto manje armaturne žice u temeljima kuća, a da pritom ne prekrše zahtjeve ACI 224R-01 za veličinu pukotina. Kada promatramo različite klime, posebne sastave betona vrlo je važno uzeti u obzir. Uzmimo suhe regije kao primjer, dodavanje oko 4,2% RDP-a zajedno s celuloznim vlaknima može zapravo eliminirati dodatne spojne fuge na podovima skladišta, čak i kada se forklifti umjereno kreću. To u mnogim slučajevima čini postupak ugradnje bržim i jeftinijim.

FAQ odjeljak

Što su pukotine uslijed skupljanja kod cementnih materijala?

Pukotine uslijed skupljanja nastaju zbog smanjenja volumena dok se cementni materijali suše i hidratiziraju, obično unutar 15-20% skupljanja.

Kako se mogu smanjiti pukotine uslijed skupljanja?

Uporaba praškastog redispergibilnog polimera (RDP) u ispunicama spojeva može pomoći u smanjenju sušenja skupljanjem tako što stvara fleksibilne polimernske filmove koji apsorbiraju napetost.

Što su SRA i kako se uspoređuju s RDP?

Dodaci koji smanjuju skupljanje (SRA) smanjuju površinski napon vode i kapilarne napetosti, ali mogu učiniti ispune spojeva krhkiima u odnosu na RDP, koji pruža bolju koheziju i otpornost na pucanje.

Kako ispravno dozrevanje poboljšava učinak RDP-a?

Ispravno dozrevanje omogućuje mortovima modificiranim RDP-om da razviju jaku polimernu mrežu, smanjujući kapilarni tlak i nastajanje mikropukotina.