Capitolul 3 - Cenușă zburătoare în beton de ciment Portland - Fapte de cenușă zburătoare pentru inginerii de autostrăzi - Reciclare

Fapte de cenușă zburătoare pentru inginerii de autostrăzi

Capitolul 3 - Cenușă zburătoare în beton de ciment Portland

Introducere

Utilizarea cenușii zburătoare în betonul de ciment portland (PCC) are multe beneficii și îmbunătățește performanța betonului atât în ​​stare proaspătă, cât și în stare întărită. Utilizarea cenușii zburătoare în beton îmbunătățește lucrabilitatea betonului plastic, precum și rezistența și durabilitatea betonului întărit. Utilizarea cenușii zburătoare este, de asemenea, rentabilă. Când se adaugă cenușă zburătoare în beton, cantitatea de ciment portland poate fi redusă.

Beneficii pentru betonul proaspăt. În general, cenușa zburătoare beneficiază de beton proaspăt, reducând necesarul de apă de amestecare și îmbunătățind comportamentul de curgere a pastei. Beneficiile rezultate sunt următoarele:

Lucrabilitate îmbunătățită. Particulele sferice de cenușă zburătoare acționează ca rulmenți cu bile miniaturale în amestecul de beton, oferind astfel un efect lubrifiant. Același efect îmbunătățește, de asemenea, pompabilitatea betonului prin reducerea pierderilor de frecare în timpul procesului de pompare și a finisabilității la lucru plat.

Figura 3-1: Cenușa zburătoare îmbunătățește lucrabilitatea betonului de trotuar.

Scăderea cererii de apă. Înlocuirea cimentului cu cenușă zburătoare reduce necesarul de apă pentru o anumită scădere. Când cenușa zburătoare este utilizată la aproximativ 20% din totalul cimentului, cererea de apă este redusă cu aproximativ 10%. Conținutul mai mare de cenușă zburătoare va produce reduceri mai mari de apă. Cererea scăzută de apă are un efect redus sau deloc asupra contracției/crăparii uscării. Se știe că unele cenușe zburătoare reduc contracția de uscare în anumite situații.

Căldură redusă de hidratare. Înlocuirea cimentului cu aceeași cantitate de cenușă zburătoare poate reduce căldura de hidratare a betonului. Această reducere a căldurii de hidratare nu sacrifică câștigul de rezistență pe termen lung sau durabilitatea. Căldura redusă de hidratare reduce problemele de creștere a căldurii în plasamentele de beton în masă.

Beneficii pentru betonul întărit. Unul dintre principalele beneficii ale cenușii zburătoare este reacția sa cu varul și alcalii disponibili în beton, producând compuși cimentari suplimentari. Următoarele ecuații ilustrează reacția pozzolanică a cenușii zburătoare cu var pentru a produce liant suplimentar de silicat de calciu (C-S-H):

(hidratare)
Reacția cimentului:	C3S +	H → C-S-H + CaOH
Reacție pozolanică:	CaOH +	S → C-S-H
silice din constituenții de cenușă

• Creșterea puterii ultime. Liantul suplimentar produs de reacția cenușii zburătoare cu varul disponibil permite betonului de cenușă zburătoare să continue să câștige rezistență în timp. Amestecurile concepute pentru a produce rezistență echivalentă la vârste mici (mai puțin de 90 de zile) vor depăși în cele din urmă rezistența amestecurilor drepte de beton de ciment (a se vedea Figura 3-2).

Figura 3-2: Creșterea tipică a rezistenței betonului de cenușă zburătoare.

• Permeabilitate redusă. Scăderea conținutului de apă combinată cu producerea de compuși cimentici suplimentari reduce interconectivitatea porilor betonului, scăzând astfel permeabilitatea. Permeabilitatea redusă are ca rezultat îmbunătățirea durabilității pe termen lung și a rezistenței la diferite forme de deteriorare (a se vedea Figura 3-3)

Figura 3-3: Permeabilitatea betonului de cenușă zburătoare.

• Durabilitate îmbunătățită. Scăderea varului liber și creșterea rezultată a compușilor cimentați, combinată cu reducerea permeabilității sporesc durabilitatea betonului. Acest lucru oferă mai multe beneficii:
  • Rezistență îmbunătățită la ASR. Cenușa zburătoare reacționează cu alcalii disponibili în beton, ceea ce le face mai puțin disponibili pentru a reacționa cu anumite minerale de silice conținute în agregate.
  • Îmbunătățirea rezistenței la atacul cu sulfat. Cenușa zburătoare induce trei fenomene care îmbunătățesc rezistența la sulfat:
    • Cenușa zburătoare consumă varul liber, făcând indisponibilă reacția cu sulfatul
    • Permeabilitatea redusă previne pătrunderea sulfatului în beton
    • Înlocuirea cimentului reduce cantitatea de aluminați reactivi disponibili
  • Rezistență îmbunătățită la coroziune. Reducerea permeabilității crește rezistența la coroziune.

  Figura 3-4: Betonul de cenușă zburătoare este utilizat în aplicații cu expunere severă
  precum punțile și digurile podului Sunshine Skyway din Tampa Bay.

  Cerințe de proiectare și specificații pentru amestec

  Procedurile de proporționare a amestecurilor de beton de cenușă zburătoare (FAC) diferă în mod necesar ușor de cele pentru PCC convenționale. Liniile directoare de bază pentru selectarea proporțiilor concrete sunt conținute în Manualul de practică a betonului al Institutului American al Betonului (ACI), Secțiunea 211.1. Agențiile de autostrăzi folosesc în general variații ale acestei proceduri, dar conceptele de bază recomandate de ACI sunt larg recunoscute și acceptate. Există foarte puține proporții în ACI 232.2.

  Cenușa zburătoare este utilizată pentru a reduce costurile și pentru a îmbunătăți performanțele PCC. De obicei, 15 la 30 la sută din cimentul portland este înlocuit cu cenușă zburătoare, cu procente chiar mai mari utilizate pentru plasarea în masă a betonului. Cimentul îndepărtat este înlocuit cu o greutate echivalentă sau mai mare de cenușă zburătoare. Raportul de substituție a cenușii zburătoare la cimentul portland este de obicei 1: 1 până la 1,5: 1.

  Ar trebui evaluat un design de amestec cu procente variate de cenușă zburătoare. Curbele timp versus rezistență pot fi reprezentate grafic pentru fiecare condiție. Pentru a îndeplini cerințele specificațiilor, se dezvoltă curbe pentru diferite rapoarte de înlocuire și se selectează raportul procentual de înlocuire optim. Un proiect de amestec ar trebui realizat folosind materialele de construcție propuse. Se recomandă ca betonul de cenușă zburătoare să fie testat să încorporeze materiale locale în evaluarea performanței.

  ---