Hydrofobní beton - Hydrophobic concrete

Hydrofobní beton je beton odpuzuje vodu. Splňuje standardy uvedené v definici vodotěsný beton. Vyvinuto v Austrálie v polovině 20. století byly v Austrálii položeny miliony kubických metrů hydrofobního betonu, Asie, a Evropa a v Spojené státy od roku 1999. Jeho efektivní využití ve stovkách struktur přispělo k jeho velkému přijetí a rostoucímu využití.^[1][2]

Struktura

Typický beton je docela dost hydrofilní. To pochází z jeho složitého systému drobných kapiláry, které nasávají vodu sítí mikrotrhlin v betonové desce.^[3] Tato tvrzená matice vytváří nepřetržitý cyklus „zdroje k potopení“, což znamená, že voda shora je neustále přitahována do oblasti nižší nadmořské výšky. Darcyho koeficient se týká schopnosti zkapalněné vody pod tlakem protékat všemi přítomnými póry a kapilárami. Nižší Darcyho konstanta koreluje s kvalitnějším materiálem.^[4]

Obchodní společnosti používají různé přístupy k úpravě běžné betonové směsi za účelem vytvoření hydrofobního betonu, což vše zahrnuje určité vyplnění pórovité betonové směsi. Mezi nejčastěji používané metody patří polymer tvorba, infuze malých skvrn a krystalický formace, které jsou nejpoužívanější.

Tvorba polymerů funguje tak, že se ve vodě rozpustný předpolymer polymeruje iontovou výměnou s dvojmocnými kovovými ionty, jako je např Ca. a Fe ionty za vzniku gumovitých nerozpustných částic. Tyto malé částice migrují a koncentrují se v malých trhlinách a kapilárách vytvořených v betonu, jak schne. Jak polymerace pokračuje, vytvářejí a trvale utěsňují tyto vodní cesty gumové zátky, což výrazně snižuje absorpci vody i propustnost vody.

Krystalická technologie se používá k vytvoření hydrofobního betonu působením krystalové struktury aby se vytvořily v drobných kapilárách, pórech a dalších vzduchových kapsách, které zůstaly po procesu vytvrzování betonu. Během této formace zůstávají vedlejší produkty obvykle v kapilárách a pórech čerstvě vytvrzeného betonu hydroxid vápenatý, sulfáty uhličitany sodné, draslík, vápník a hydratované a nehydratované částice cementu. Tyto krystalové struktury pak ucpávají póry a kapiláry a brání tomu, aby nimi protékala voda. Jakmile jsou krystalické chemikálie přidány do betonové směsi, buď příměsí nebo povlakem, reagují s vedlejšími produkty v přítomnosti vody. Tato reakce pak vytvoří nerozpustnou krystalovou strukturu, která ucpává póry. Tento proces pokračuje, dokud nezreagují všechny chemikálie. Při aplikaci jako povlak probíhá chemická reakce procesem chemické difúze. Jedná se o proces řešení s vysokou chemickou hustotou migrující směrem k chemickému roztoku s nízkou hustotou, dokud se oba nedostanou do rovnováhy. Ponoření betonu do vody vytvoří v pórech nízkou chemickou hustotu a nanesení krystalické chemikálie jako povlaku pak vytvoří vysokou chemickou hustotu. Tyto dvě tekutiny difundují vnitřní strukturou betonu, dokud nedosáhnou rovnováhy v celé vnitřní struktuře. Po dokončení tohoto procesu je krystalická struktura hydrofobního betonu dokončena.^[5]

Vlastnosti

Konečným cílem při formování hydrofobního materiálu je snížit polarita z molekuly. Protože molekuly vody jsou velmi polární, snadno se přitahují k částečně kladným nebo částečně záporným nábojům. Na neutrálním povrchu se molekuly vody shlukují a přitahují se a vytvářejí sférickou kapičku vody. Tyto kapičky se pak mohou spíše odpařovat z povrchu betonu, než aby se absorbovaly do kapilár betonu. Přesná struktura a složení krystalů použitých v hydrofobním betonu není veřejnou informací; vzhledem ke svým vlastnostem se však dá předpokládat, že se jedná o nepolární molekulu.

Vlastnost odpuzovat vodu dává hydrofobnímu betonu schopnost zabránit kontaminaci částicemi rozpuštěnými ve vodních kapkách. Protože samotné krystaly nejsou polární, dochází k malé interakci mezi krystaly a rozpuštěným kyslíkem. To umožňuje betonu odolat výztuž rezivění, které tak často narušuje pevnost betonu, který protéká železnými tyčemi. Standardní komerční beton má průměrnou absorpci vody 4–10%. Naproti tomu hydrofobní beton má průměrně 0,3–1%.

Přehlíženou vlastností hydrofobního betonu je jeho schopnost odpuzovat také vlhkost ve vzduchu. Na rozdíl od kapalné vody se molekuly vody ve vzduchu pohybují s vyšší kinetickou energií a nakonec existují ve formě podobné plynu. Krystalové struktury v hydrofobním betonu jsou dostatečně kompaktní, aby zabránily vlhkosti v pronikání kapilárami betonu.

zpracovává se

Hydrofobní beton se vyrábí různými způsoby, které spadají do dvou kategorií; nátěry nebo příměsi. Oba umožňují vytvoření krystalických struktur v přítomnosti vody.

Při vytváření hydrofobního betonu procesem nátěru se nátěr nastříká nebo kartáčuje na porézní povrchy. Ve většině případů se aplikuje na běžnou betonovou desku, která poté prochází korozivním procesem, aby se odkrylo více kapilár betonu. Toho lze dosáhnout tryskáním povrchu vodou při tlaku přibližně 3 000–4 000 psi. Pískování a leptání kyselinou jsou také vhodné procesy. Dalším krokem je přidání vody. Může být aplikován svisle nebo vodorovně, ale teploty by neměly klesnout pod 33 stupňů Fahrenheita zabránit zamrznutí. Rovněž je třeba zabránit nadměrnému odpařování. V oblastech s vysokou rychlostí odpařování tento proces často probíhá přes noc, když jsou teploty chladnější. Jakmile jsou póry co nejvíce nasyceny vodou, je aplikován povlak. Hydrofobní chemikálie jsou ve formě prášku a smíchají se s vodou v poměru pět dílů prášku ke dvěma dílům vody pro aplikaci štětcem. Pro aplikaci stříkáním je poměr pět dílů prášku ke třem dílům vody. Povlak se nanáší mezi 1,25 až 1,5 lb na čtvereční yard a pokračuje, dokud není pokryta celá plocha. Pokud povrch vyžaduje další vrstvu, musí být nanesena do čtyřiceti osmi hodin od počáteční aplikace hydrofobní směsi. Po nanesení musí beton vytvrdnout ve vlhkém prostředí dvě až tři hodiny po aplikaci. Toho je dosaženo postřikem povrchu vodou alespoň třikrát denně po dobu několika dní. Příležitostně se také používají zpomalovače odpařování. V závislosti na klimatu může proces vytvrzování trvat déle a vyžaduje častější smáčení. Jakmile je beton vytvrzen, sedí dva až tři týdny, než je proces dokončen.

Pokud se hydrofobní beton vyrábí pomocí přísady, přidává se během dávkování prášek s hydrofobními chemikáliemi. Jinými slovy, přidává se do samotné betonové směsi při pokládání betonu. Obvyklá dávka je dvě až tři procenta betonové směsi. Protože voda je součástí procesu dávkování, není nutný další proces vytvrzování. Tento přístup je jednodušší a méně pracný, ale lze jej použít pouze při pokládce nového betonu.^[6]

Použití

Hydrofobní beton lze použít ve stejných aplikacích jako běžný beton, nejčastěji tam, kde je oprava běžného betonu nebezpečná, nebo by náklady na poškození konstrukce byly velmi škodlivé. Tunelové práce jsou hlavní aplikací hydrofobního betonu, protože opravy v podzemí jsou obtížné a nákladné.^[7] Je také oblíbenou volbou pro pokládání základů budov a chodníků v místech pod vodní stůl.

Použití hydrofobního betonu pod vodou je hlavní aplikací v námořních zařízeních. Často se používá k zadržování vody k vytváření bazénů a rybníků. NASA z hydrofobního betonu postavili bazén používaný k výcviku astronautů pro chůzi na Měsíci. Hydrofobní beton se také používá v aplikacích vystavených dešti nebo dešti, jako jsou zelené střechy, jiné druhy střech, parkovací konstrukce a náměstí.

Výhody

Mezi mnoha výhodami použití hydrofobního betonu snižuje čas instalace a snižuje náklady. Použití hydrofobního betonu může snížit pracovní dobu průmyslového projektu, protože běžný beton zahrnuje období korozní odolnosti i období hydroizolace. U hydrofobního betonu se provádí korozní i hydroizolace současně.

Stejně tak snížení času snižuje náklady na instalaci. Běžný beton pokrytý membránou může stát kolem 5 USD za čtvereční stopu, i když ceny se mohou lišit v závislosti na aplikaci. Jednostupňový proces instalace hydrofobního betonu snižuje náklady na přibližně 3,20 USD za čtvereční stopu. Jak uvádí společnost Hycrete v jižní Kalifornii, tyto úspory se mohou během projektu rychle sčítat.

Jen v západní Evropě bylo v roce 1998 vynaloženo na opravy hydrofilního cementu odhadem pět miliard dolarů. Většina oprav byla nutná kvůli poškození korozí vodou v městských oblastech. Vzhledem k malé nebo žádné vodní korozi je hydrofobní beton lépe zachován než běžný beton, který obvykle vypadá opotřebovaný a starý po několika letech.

Z hlediska životního prostředí je hydrofobní beton také výhodný, protože je „zelený“. Díky své schopnosti znovu rozdrtit je snadno znovu použitelný. I když lze běžný beton znovu rozdrtit, vyžaduje to velmi nákladný proces, což často znamená, že beton končí na skládce. Tato výhoda hydrofobního betonu umožňuje jeho nákladově efektivní opětovné použití v budoucích projektech.

Nevýhody

Některé další nevýhody hydrofobního betonu pocházejí z procesu aplikace. Pokud je nanesen jako povlak, může do materiálu proniknout pouze do vzdálenosti 12 palců. Samotný proces potahování je také velmi náročný na práci. Pokud je struktura tlustší než 12 palců nebo jde o velkoplošný projekt, měl by lepší přístup přístup s příměsí.

Použití alternativní krystalické technologie k výrobě hydrofobního betonu je možné pouze za přítomnosti vody, protože povrch musí být před aplikací nátěru pečlivě navlhčen.^[8]

Reference