Як RDP допомагає запобігти тріщинам усадки в матеріалах для заповнення швів

Розуміння тріщин усадки в цементних матеріалах для заповнення швів

Що спричиняє тріщини усадки в бетоні та розчинах?

Коли цементні матеріали усихають на 15–20 відсотків під час гідратації та висихання, з’являються тріщини усадки. Дослідження, опубліковане в 2023 році Національною асоціацією готового бетону, вказує на досить тривожний факт: майже три чверті випадків раннього виходу з ладу шовних матеріалів пов’язані саме з неконтрольованим усаджуванням під час висихання. Кілька факторів сприяють цій проблемі. По-перше, тонкі шви мають більшу площу поверхні щодо об’єму, тому волога зникає надто швидко. По-друге, це кількість води. Суміші з більш ніж 0,45 частин води на цемент створюють внутрішні напруження під час тверднення. І не варто забувати також про градацію заповнювачів. Коли заповнювачі погано узгоджені, усадка розчину зростає на 30–40 відсотків порівняно з добре збалансованими сумішами.

Роль втрати вологи та коливань температури при усадці під час висихання

Швидкість випаровування, що перевищує 0,5 кг/м²/годину протягом перших 72 годин — критичного періоду тверднення, — збільшує ризик утворення тріщин у чотири рази. Коливання температури понад 15 °C протягом 24 годин посилюють напруження усадки через диференційне теплове розширення: поверхневі шари стискаються на 0,01% при зниженні температури на 10 °C, тоді як глибші шари залишаються теплішими, утворюючи площини зсуву, що ініціюють тріщини.

Поширені пошкодження через неправильне співвідношення суміші та недостатнє тверднення

За даними Американського інституту бетону (2022), 62% пошкоджень швів, пов’язаних з усадкою, включають:

Дозвіл на навантаження до досягнення 7-денної міцності становить 38% випадків раннього тріщинування.

Виявлення ознак тріщин від усадки в системах швів

Слідкуйте за цими ознаками протягом перших 28 днів:

1. Тонкі тріщини (0,1–0,3 мм завширшки), що виходять від контрольних швів
2. Різниця у забарвленні поверхні, що вказує на неоднорідний розподіл вологи
3. Збільшення зазорів швів понад проектні специфікації (>125% від початкової ширини)
4. Локальне короблення (>3 мм зміни висоти на 1 м) по краях плити

Своєчасне виявлення дозволяє ефективно виправити дефекти за допомогою ін'єкцій епоксидної смоли, уникаючи повної заміни швів у 89% випадків (Інститут ремонту бетону, 2021).

Наукові основи використання полімерної дисперсії (RDP) для зменшення усадки при висиханні

Як полімерні дисперсії змінюють структуру матриці

Під час додавання у цементні суміші для заповнення швів, перерозподільний полімерний порошок утворює гнучкі полімерні плівки всередині структури затверділого матеріалу. Ці плівки з'єднують дрібні тріщини, що виникають під час усадки при твердінні, розподіляючи напруження по всій суміші полімеру та цементу, замість того, щоб дозволити тиску концентруватися в окремих місцях. Лабораторні випробування показали, що розчини, модифіковані РДП, можуть витримувати приблизно на 30 відсотків більше навантаження на розтяг, ніж звичайні суміші. Це означає, що шви, виготовлені з такого матеріалу, можуть витримувати значну кількість коливань без появи тріщин, що суттєво впливає на термін експлуатації цих конструкцій до моменту потреби у ремонті.

Вплив РДП на структуру пор і здатність утримувати воду

Дослідження з використанням ртутної інтрузійної порометрії показали, що ці полімерні плівки зменшують капілярні пори приблизно на 45%. Що це означає на практиці? Коли пор менше, волога не випаровується так швидко під час процесу твердіння. Це дозволяє бетону довше залишатися вологим, подовжуючи так званий критичний період твердіння з приблизно трьох днів до майже п’яти повних днів у типових погодних умовах. Додатковий час дає змогу воді краще взаємодіяти з частинками цементу, утворюючи щільнішу матрицю гелів гідрату силікату кальцію. Згідно з дослідженням, опублікованим у журналі International Cement Review минулого року, це призводить до значного зниження усадки під час висихання — в межах від 22% до 28%.

Зменшення утворення тріщин у розчинах, модифікованих РДП, за випробуваннями за ASTM

Випробування усадки за ASTM C157/C157M показали, що розчини, покращені РДП, забезпечують на 60–80% меншу ширину тріщин після 90-денних циклів сушіння. Польові випробування за умов циклічних температурних змін (−5°C до 40°C) демонструють здатність РДП зберігати цілісність швів понад 500 термоциклів — що втричі перевершує ефективність лише добавок, які зменшують усадку.

Оптимізація дозування РДП для максимальної боротьби з усадкою

Доза РДП 2,5–3,5% від маси цементу зазвичай забезпечує оптимальний контроль усадки в більшості герметиків для швів, хоча умови експлуатації можуть вимагати коригування:

• Зони з циклами замерзання-відтавання : 3% РДП із добавками, що повітрянонасичують
• Шви з інтенсивним навантаженням : 4% РДП у поєднанні з ефірами целюлози для поліпшення збереження оброблюваності

Перевищення дози РДП понад 5% може знизити міцність на стиск на 12–15%, тому потрібно дотримуватися обережного балансу між гнучкістю та структурною міцністю.

РДП порівняно з добавками, що зменшують усадку (SRAs): ефективність та обмеження

Ефективність добавок, що зменшують усадку, у контролі усадки

Пластифікатори, що зменшують усадку (SRAs), зменшують висихання усадки за рахунок зниження поверхневого натягу води у цементних сумісях, тим самим зменшуючи капілярні напруження. Останні випробування показали, що SRAs можуть зменшити невимушену деформацію усадки на 25% і вимушені зусилля усадки на 50% у високоміцному бетоні. Однак їх ефективність значною мірою залежить від умов навколишнього середовища та сумісності суміші.

Обмеження SRAs у застосуванні як наповнювачів швів

Хоча ВВР і мають певні переваги, вони часто порушують важливі характеристики шовних матеріалів. При застосуванні у звичайних дозах близько 3,7 літра на кубометр ці добавки можуть знизити міцність на стиск через 28 днів приблизно на 10 відсотків. Більше того, час твердіння затримується приблизно на 45 хвилин, якщо їх поєднувати з пластифікаторами. Для швів, які постійно піддаються впливу рухомого транспорту або періодичним коливанням температури, ВВР фактично роблять матеріал крихкішим. Ця підвищена крихкість означає, що тріщини з'являються раніше, ніж очікувалося, саме в місцях, де шви рухаються й гнуться.

Чому RDP забезпечує кращу зчеплюваність і стійкість до утворення тріщин

Порошок редисперсного полімеру (RDP) працює інакше, ніж SRA, які залежать лише від одного методу. Коли додається до розчинних систем, RDP фактично виконує три функції одночасно: створює гнучку полімерну мережу, покращує здатність пор утримувати вологу всередині матеріалу та підвищує міцність зв'язку між різними компонентами суміші. Оскільки ці ефекти взаємодіють на кількох рівнях, шви заповнювачів, виготовлені з RDP, можуть витримувати приблизно вдвічі більші температурні зміни перед виникненням тріщин у порівнянні з тими, що оброблені лише SRA. У реальних випробуваннях виявлено, що коли підрядники додають від 6 до 8 відсотків RDP за масою до своїх розчинних сумішей, після повного року експлуатації під нормальних умов у дорожніх швах розширення виникає приблизно на 60 відсотків менше тріщин.

Створення заповнювачів швів з низьким ступенем усадки за допомогою RDP: найкращі практики

Поєднання оброблюваності та усадки у формуванні складу суміші

Рекомендовані норми включення RDP для різних умов експозиції

Польові дані показують, що дотримання цих меж запобігає 85% пошкоджень, пов’язаних з усадкою, за умови правильного затвердіння згідно з рекомендаціями ACI 548.3R-21.

Успішне практичне застосування герметиків для швів із полімерними добавками

Останні відновлення історичних кам'яних конструкцій демонструють ефективність RDP, при якій модифіковані наповнювачі зберігають цілісність швів протягом 10 або більше циклів заморожування-відтавання. Підрядники повідомляють про на 40% швидший час нанесення завдяки покращеній зчепності розчину, що мінімізує провисання матеріалу у вертикальних швах.

Перехід до високоефективних ремонтних розчинів із низьким ступенем усадки

Будівельна галузь тепер надає перевагу ремонтним розчинам, модифікованим RDP, які поєднують менше ніж 12% усадки при висиханні з міцністю на стиск не менше 25 МПа. Ці матеріали відповідають стандартам EN 1504-3 для структурних ремонтів і усувають 70% ремонтів тріщин після монтажу, які часто спостерігаються в традиційних цементних наповнювачах.

Максимізація довготривалої ефективності: RDP, процес твердіння та конструкція швів

Роль правильного твердіння у покращенні ефективності RDP

Щоб полімерний порошок, який можна повторно диспергувати (RDP), справді зменшив усадку, необхідне належне тверднення відповідно до стандартів ASTM. Збереження рівня вологості протягом перших трьох критичних днів дозволяє модифікованим RDP розчинам сформувати потужну полімерну структуру, якої ми прагнемо. Це фактично знижує капілярний тиск приблизно на 30–40% порівняно з тим, що відбувається зі звичайними немодифікованими матеріалами. Практичний досвід показує ще один цікавий факт: підрядники, які використовують методи туманного вологіння або застосовують паропроникні мембрани замість традиційних способів, спостерігають приблизно вдвічі менше мікротріщин у своїх швах-компенсаторах під час роботи в важких умовах сушіння при температурі 90 градусів за Фаренгейтом, які всі так ненавидять.

Оптимізація деформаційних швів за допомогою матеріалів, модифікованих RDP

Чи може RDP замінити механічні заходи контролю тріщин?

RDP досить сильно зменшує усадкові тріщини, але найкраще працює в поєднанні з іншими методами. Однак у місцях, де багато ходять люди і підлога піддається зсувним зусиллям понад 500 psi, все ще потрібне сталеве армування. Добра новина полягає в тому, що RDP дозволяє будівельникам використовувати приблизно на 30 відсотків менше арматури в фундаментах будинків, не порушуючи вимог ACI 224R-01 до розмірів тріщин. Коли ми розглядаємо різні кліматичні умови, особливе значення мають спеціальні суміші. Наприклад, у сухих районах додавання близько 4,2% RDP разом із целюлозними волокнами може фактично позбутися додаткових швів у підлозі складів, навіть коли навколо помірно рухаються вантажівки. Це у багатьох випадках робить монтаж швидшим і дешевшим.

Розділ запитань та відповідей

Що таке усадкові тріщини в цементних матеріалах?

Усадкові тріщини виникають через зменшення об'єму при висиханні та гідратації цементних матеріалів, зазвичай у межах 15–20% усадки.

Як можна зменшити усадкові тріщини?

Використання порошку полімеру, який повторно диспергується (RDP), у сумішах для заповнення швів може допомогти зменшити усадку при висиханні за рахунок утворення гнучких полімерних плівок, які поглинають напруження.

Що таке SRAs і як вони порівнюються з RDP?

Додатки, що зменшують усадку (SRAs), знижують поверхневий натяг води та капілярні напруження, але можуть робити суміші для швів крихкішими порівняно з RDP, який забезпечує краще зчеплення та стійкість до утворення тріщин.

Як належне витримування покращує роботу RDP?

Правильне витримування дозволяє розчинам, модифікованим RDP, сформувати міцну полімерну сітку, що зменшує капілярний тиск та утворення мікротріщин.