Pourquoi les accélérateurs sont-ils utilisés dans la construction en béton projeté ? Peu de connaissances sur les adjuvants

Pourquoi les accélérateurs sont-ils utilisés dans la construction en béton projeté ? Peu de connaissances sur les adjuvants

Avec le développement rapide de l'ingénierie souterraine et de la construction d'infrastructures de transport, l'application de la technologie du béton projeté pour la réparation des pentes, le soutènement des roches et le blocage des fuites dans la construction de tunnels et l'entretien rapide est de plus en plus répandue. Le béton projeté est un type de béton formé par pulvérisation à grande vitesse d'un mélange de matériaux cimentaires et d'agrégats sur une surface désignée à l'aide d'air comprimé ou d'autres sources d'énergie.

La construction en béton projeté est divisée en deux types principaux : les méthodes de mélange sec et les méthodes de mélange humide. La méthode de mélange sec utilise des accélérateurs en poudre, tandis que la méthode de mélange humide utilise des accélérateurs liquides. En Chine, la majorité des constructions en béton projeté utilisent encore la méthode de mélange sec, la construction en mélange humide ne représentant qu'environ 10 % des applications de béton projeté. Cependant, à mesure que les exigences de qualité du béton projeté dans l'ingénierie souterraine augmentent et que la conscience environnementale augmente, la méthode de mélange humide est considérée comme la tendance inévitable pour le développement futur de la technologie du béton projeté.

Les accélérateurs sont les principaux additifs du béton projeté, jouant un rôle crucial dans la vitesse de prise et la résistance du béton. Leur dosage ne représente que 2 %-3 % de la quantité de ciment dans le béton, mais ils peuvent atteindre une prise initiale en 5 minutes et une prise finale en 10 minutes, répondant ainsi aux exigences de prise rapide dans les constructions spéciales et assurant une consolidation rapide dans les tunnels. ou des arbres. Par conséquent, la recherche et l’application d’accélérateurs sont des facteurs clés déterminant le niveau de technologie du béton projeté.

Les accélérateurs sont de différents types, classés par forme de produit en poudre (solide) ou en liquide. En fonction de leur teneur en alcalis, il peut s'agir d'accélérateurs alcalins ou non alcalins, les accélérateurs ayant une teneur en Na2O.<1% considered non-alkaline. The development of accelerators has gone through stages such as high-alkali powder, low-alkali powder, high-alkali liquid, and low (non)-alkali liquid since the Swiss company Sika first developed Sigunite powdered accelerator in the 1930s.

Les accélérateurs non alcalins résolvent le problème de la teneur élevée en alcalis dans les accélérateurs traditionnels. Le béton avec des accélérateurs non alcalins peut atteindre plus de 90 % de sa résistance journalière 28-par rapport aux accélérateurs traditionnels. De plus, les accélérateurs non alcalins sont non corrosifs, respectueux de l'environnement et présentent des risques minimes pour la santé du personnel de construction. La tendance s’oriente vers l’utilisation d’accélérateurs liquides non alcalins au lieu des accélérateurs alcalins et faiblement alcalins traditionnels.

L'état actuel des accélérateurs en poudre a débuté dans les années 1930 avec Sigunite, développé par la société suisse Sika. Les premiers accélérateurs alcalins en poudre, fabriqués à partir de sels inorganiques tels que la chaux, l'aluminate de sodium et les sels de silicate et de carbonate, répondaient à l'exigence d'un durcissement rapide, mais subissaient par la suite une perte de résistance significative, allant de 20 % à 50 %.

En Chine, en raison de l’introduction relativement tardive de la technologie du béton projeté, la recherche sur les accélérateurs a commencé plus tard. Les accélérateurs alcalins en poudre présentent des avantages tels qu'une bonne adaptabilité, des performances efficaces avec différentes marques de ciment, de bons effets de prise, un faible coût et des processus de préparation matures. Cependant, ils présentent plusieurs défauts, notamment une perte de résistance importante dans les étapes ultérieures, une durabilité réduite du béton en raison de l'introduction d'alcalis, un rebond élevé lors de la projection du béton et une forte corrosivité lors de la préparation, posant des risques pour les travailleurs.

À mesure que la méthode de mélange humide devient progressivement plus répandue, la recherche sur les accélérateurs en poudre a considérablement diminué, se concentrant désormais sur l'étude des accélérateurs liquides faiblement alcalins et non alcalins. Cependant, en raison de la simplicité, de l’adaptabilité et du faible coût de la méthode de mélange sec, une part considérable des projets de béton projeté en Chine utilise encore des accélérateurs en poudre.

L'histoire des accélérateurs liquides remonte aux années 1970 avec le développement des accélérateurs liquides alcalins Sika en Suisse. Cependant, ces premiers accélérateurs liquides avaient une teneur élevée en alcalis, ce qui entraînait une faible résistance et durabilité du béton aux étapes ultérieures. Dans le but d'améliorer les performances des étapes ultérieures et d'éliminer les dommages à la santé humaine, des chercheurs des pays développés ont commencé à développer des accélérateurs liquides à faible teneur en alcali dans les années 1970. Ils ont utilisé des sels d'aluminium comme principal accélérateur de prise, réduisant la teneur en alcalis à 10-20 %, entraînant une diminution de la perte de résistance ultérieure à 20 %-30 %.

En Chine, en raison de l’introduction tardive de la méthode du mélange humide, la recherche sur les accélérateurs liquides a pris du retard par rapport aux pays développés. Les premiers accélérateurs liquides, tout en répondant aux exigences standard, présentaient une résistance initiale inférieure du béton. Pour résoudre ce problème, les chercheurs se sont concentrés sur la réduction de la teneur en alcalis afin d’atténuer la perte de résistance ultérieure et d’améliorer la durabilité. Aujourd'hui, les accélérateurs liquides à faible teneur en alcali sont largement utilisés sur le marché, offrant des avantages tels qu'un faible dosage et des temps de prise courts. Cependant, ceux-ci introduisent toujours une certaine teneur en alcalis et peuvent conduire à des réactions alcali-granulats, affectant négativement la durabilité du béton projeté. En conséquence, les chercheurs se sont tournés vers les accélérateurs liquides non alcalins.

L’étude des accélérateurs liquides non alcalins a débuté dans les années 1990 en Europe et aux États-Unis, un peu plus tard en Chine. La principale approche de recherche consiste à trouver de nouveaux matériaux de prise pour remplacer les sels de métaux alcalins dans les accélérateurs liquides. Parmi eux, le sulfate d'aluminium, en raison de son absence de teneur en métaux alcalins, favorise efficacement l'hydratation du ciment et améliore considérablement la résistance initiale du mortier. Il est actuellement considéré comme un matériau idéal pour préparer des accélérateurs liquides non alcalins. Des chercheurs du monde entier ont mené des études approfondies sur les accélérateurs liquides préparés principalement avec du sulfate d'aluminium. Les produits performants et stables, tels que la série MEYCOSA de BASF et la série Sigunite®A de Sika, représentent le niveau avancé actuel des accélérateurs liquides non alcalins.

Les accélérateurs liquides non alcalins sont au centre du développement actuel et futur, réduisant le risque de réactions alcali-agrégat et améliorant efficacement la résistance ultérieure du béton. Cependant, le développement d'accélérateurs liquides non alcalins en est à ses débuts et les défis incluent un dosage relativement important (6 % -12 %), une stabilité de stockage insuffisante et des prix et des coûts plus élevés par rapport aux accélérateurs liquides alcalins et en poudre traditionnels. .

4.2 Composition des accélérateurs

Les sels d'aluminium, les sels de silicate, les sels de carbonate et les hydroxydes sont les principaux types d'alcalis présents dans les accélérateurs. Le sel d'aluminium et l'alcali d'aluminium sont les composants les plus importants des accélérateurs liquides non alcalins. Pour le sel d'aluminium, le sulfate d'aluminium est une matière première idéale, et son utilisation comme principal composant de prise dans les accélérateurs liquides non alcalins a suscité une attention et des recherches généralisées.

4.4 Processus de production d’accélérateurs

4.4.1 Accélérateurs de liquides

Accélérateurs alcalins : l'hydroxyde de sodium et l'eau sont mélangés dans un récipient de réaction et, après agitation, de l'hydroxyde d'aluminium est ajouté. Le mélange est chauffé à 110 degrés, puis refroidi pour produire le produit final.

Accélérateurs non alcalins : de l'acide fluorosilicique est ajouté au récipient de réaction et agité à température ambiante et pression atmosphérique. Du sulfate d'aluminium est ajouté et agité jusqu'à dissolution complète. Le pH est ensuite ajusté à 5, ce qui donne le produit final.

4.4.2 Accélérateurs en poudre

4.4.2.1 Pesée et mélange

Les matières premières telles que les cendres d'aluminium (taille des particules {{0}} cm), le calcaire (taille des particules 0,5-1,2 cm) et les alcalis industriels (carbonate de sodium) sont transportées par un convoyeur scellé vers un appareil de pesée. Sulfate d'aluminium