Высокопроизводительный торкрет-бетон, как стройматериал, характеризуется значительно улучшенными технологическими свойствами, плюс демонстрирует высокий показатель долговечности. Это подтверждённый практикой строительства факт, если сравнивать с теми же традиционными торкрет-бетонами, приготовленными на основе смеси цемента и заполнителя. Рассмотрим более подробно характеристику стройматериала, быстро обретающего популярность в строительной сфере.
Торкрет-бетон как технология на химических добавках
Инновационные торкрет-материалы получают путём внедрения различных химических добавок:
- кремнезёма,
- летучей золы,
- армирующего волокна.
Следующие преимущества, связанные с использованием этих добавок в составе торкрет-бетона, выделяются особым акцентом для применения в ремонтных процессах.
Торкрет-бетон допускает добавление различных новых химических веществ с целью улучшения характеристик:
- прочности,
- адгезии,
- когезии,
- устойчивости к замерзанию / оттаиванию,
- устойчивости к истиранию,
- уменьшения отскока.
Ускоряющие примеси обычно используются в «сухой» и «влажной» технологии формирования раствора. В сухом процессе использование ускоряющих добавок приводит к увеличению ранней прочности, уменьшению отскока, снижению массы пыли. Мокрыми жидкостными ускорителями, что добавляются через отдельную линию форсунки, обеспечивается быстрое твердение и упрочнение.
Сильнощелочные примеси для бетона
Исторически вначале использовались сильнощелочные примеси, такие как водный силикат натрия (Na2SiO3, «жидкое стекло») или порошкообразный алюминат натрия (NaAl (OH) 4). Но, несмотря на эффективное снижение отскока по причине почти мгновенного эффекта жёсткости на бетоне, основными недостатками сильнощелочных добавок являются значительное снижение предельной прочности.
Особенно эффект снижения прочности наблюдается в диапазоне 20–50% по сравнению с обычным бетоном (без ускорителей). Также негативным фактором рассматривается нездоровая среда для рабочих, которым приходится обращаться с химическими веществами.
По этим причинам щелочные ускорители заменены ускорителями на основе алюмината. Без щелочные ускорители решили проблему высокой токсичности, но не лишены недостатков, поскольку получаемый ускоряющий эффект приводит к значительному снижению прочности на сжатие.
Как следствие, для торкретирования требуется увеличенная толщина слоя. Чтобы избежать этого явления снижения прочности, исследователи разработали добавки, благодаря которым уменьшается отскок не за счёт ускорения, но за счёт повышенной вязкости.
Одна такая смесь, которая применяется в больших количествах в промышленных масштабах, содержит смесь полинафталинсульфоната (BNS), обычного суперпластификатора, и полиэтиленоксида (PEO), загустителя. Комбинация этих двух, явно антагонистических примесей, в соотношении 8: 1 (BNS / PEO) приводит к очень сильному синергетическому эффекту. Получаемый синергетический эффект вызывает резкое увеличение вязкости и значительное уменьшение отскока.
Кремнеземный порошок тонкой структуры
Аморфный диоксид кремния — тонкий кремнезёмный порошок, по сути, побочный продукт процесса производства ферросилиция. Лабораторными исследованиями установлено, что кремнезёмный порошок обеспечивает превосходные характеристики как бетону, так и технологии торкретирования.
Используются очень мелкие частицы порошкового кремнезёма, примерно в сто раз меньше частиц цемента, которые реагируют пуццолановой реакцией с гидратированной известью (гидроксид кальция), образующейся гидратацией цемента. Это приводит к увеличению прочности на сжатие, значительному снижению проницаемости и улучшенной химической стойкости.
Дым кремнезёмный порошок обычно добавляют в количестве 8-10% по массе цемента. Добавление порошка кремнезёма в «сухих» или «мокрых» торкрет-материалах повышает внутреннюю когезию смесей. Таким образом, обеспечивается высокая вертикальная (верхняя) аккумуляция. Добавление порошка кремнезёма также способствует уменьшению отскока материала в процессе нанесения (торкретирования).
Этот момент особенно заметен в случаях с «мокрым» торкрет-бетоном, где отскок уменьшается до очень малых значений. Одним из отрицательных аспектов при использовании порошка кремнезёма, однако, является склонность смесей к пластическому усадочному растрескиванию. Но этот момент допустимо контролировать с помощью надлежащей процедуры отверждения, главным образом при раннем отверждении.
Большая площадь покрытия порошком кремнезёма также требует использования реагентов для снижения содержания воды в «мокром» торкрет-бетоне. Модифицированные кремнезёмом торкрет-бетонные смеси широко используются:
- при переоборудовании мостов,
- при ремонте морских сооружений,
- для создания подземной опоры в туннелях и шахтах.
Летучая зола как эффективная добавка смеси
Летучая зола (зола-унос) является побочным продуктом сжигания угля, используемого, к примеру, на электростанциях. Летучая зола широко используется в торкрет-бетонах, во многом тем же причинам, что и в бетоне. Добавление летучей золы способствует улучшению обрабатываемости и прокачки торкрет-бетона «мокрой» смеси.
Благодаря добавке, снижается тепло гидратации, следовательно, снижается риск термического растрескивания в толстых сечениях. Кроме того, летучая зола повышает долговечность торкрет-бетона в разных агрессивных средах, снижает затраты на производство материала.
Для монолитного бетона летучая зола обычно добавляется в количестве 20-50% по массе от общего количества цементных материалов. Для торкрет-бетона летучая зола обычно добавляется в количестве 15-20% по массе от общего количества цементных материалов.
Относительно новая разработка — торкрет-бетон «мокрой» смеси с высоким содержанием летучей золы в диапазоне 40-60% по массе от общего количества цементных материалов. Также следует отметить редукторы воды и высокие дозы супер пластификаторов для получения низкого водоцементного соотношения.
Полученный торкрет-бетон обладает хорошей объёмной стабильностью (низкая усадочная способность при сушке). Отмечается хорошая прочность при замораживании-оттаивании и очень низкая проницаемость для хлоридов, по сравнению с торкрет-бетоном на основе портландцементного смачивания. Это явно желательные характеристики для ремонта и реставрации, но необходимы дальнейшие исследования для оценки характеристик торкрет-бетона с большим содержанием летучей золы.
Армирующие волокна под внедрение в торкрет-бетон
Основным достижением технологии торкретирования стало использование армирующих волокон. По сути, используемая большим количеством волокнистая основа способна заменить традиционные арматурные стальные стержни или стальную сетку. Используемая небольшим количеством волокнистая основа создаёт функцию уменьшения или устранения усадочного растрескивания при высыхании торкрет-бетона.
Введение волокон в состав смеси приводит к увеличению прочности на растяжение, изгиб. Увеличивается так называемая трещиностойкость. Усиливающий эффект волокон возрастает с увеличением количества и модуля упругости используемого волокна. Используются три основных типа волокон:
- Стальные волокна.
- Щелочестойкие стекловолокна.
- Полимерные волокна.
Армирующее стальное волокно
Стальные волокна обеспечивают очень эффективное армирование и на сегодняшний день наиболее широко используются в торкрет-бетонах как для «сухого», так и для «мокрого» торкретирования. Особенно полезны стальные волокна для корректирующих применений в агрессивных химических или морских средах.
Это очевидно, поскольку торкрет-бетон, армированный стальными волокнами (SFRS — Steel Fibre Reinforced Concrete), обладает исключительной устойчивостью к коррозии. Пока матрица торкретирования сохраняет присущую щёлочность и остаётся без трещин, ухудшение структуры торкрет-бетона маловероятно.
Коррозия незаметных стальных волокон происходит только до глубины карбонизации поверхности в торкрет-бетоне. Чтобы избежать коррозии волокон на поверхности, можно наносить флэш-слой простого торкрет-бетона (неармированный торкрет-бетон).
Кроме того, у стальных волокон есть еще одно важное преимущество: устраняется проблема с экранированием и образованием пор, возникающая иногда при обычном ремонте торкрет-бетона, где стальные стержни используются в качестве усиления.
Армирующее щёлочестойкое стекловолокно на торкрет-бетон
Щёлочестойкое стекловолокно обладает высоким модулем упругости и легко смешивается с растворами в больших количествах, чем стальное волокно. Также следует отметить очень хорошую отделочную способность армированного стекловолокном раствора торкрет-бетона.
Устойчивое к щелочам стекловолокно обычно используется в процессе «мокрого» торкретирования, но также может применяться в «сухом» процессе. Щёлочестойкий торкрет-бетон, армированный стекловолокном, используется в основном при восстановлении бетонных систем:
- потолочных поверхностей,
- стен и балок бетонных конструкций,
- мостовых сооружений,
- промышленных объектов.
Армирующее полимерное волокно
Полимерные волокна, обычно полипропилен с одной нитью, также использовались в процессах «сухого» или «мокрого» торкретирования. Основным ограничением армирования полипропиленовым волокном является низкий модуль упругости.
Полипропилен в основном используется для контроля пластического растрескивания при усадке. Основными преимуществами полипропилена выступают сравнительно низкая стоимость и химическая инертность в щелочных растворах и торкрет-бетоне.
