Добавки - ускорители твердения

В настоящее время имеется большое число различных добавок - ускорителей процесса твердения растворов и бетонов в начальный период, в том числе много и  заграничных ускорителей, состав которых скрыт патентами фирм, выпускающих их на рынок.

Общие требования, предъявляемые к таким добавкам, следующие:

-они не должны влиять на ускорение схватывания (по возможности);

-не должны давать соединений, вредно влияющих впоследствии на конечную прочность раствора или бетона;

-не должны быть дефицитными.

В качестве ускорителей применяются хлористый кальций (СаСl), соляная кислота (НСl), сода (Na₂C0₃), растворимое жидкое стекло (Na₂0*Si0₂+H₂0) и др.

Применение соды и раствора растворимого стекла должно быть очень ограничено и может быть рекомендовано лишь при аварий­ный работах. Хотя добавка соды и ускоряет твердение раствора или бетона, но в дальнейшем приводит к снижению относительной прочности. Например, при ее добавке в виде безводного вещества И количестве 5,2% от веса цемента временное сопротивление сжа- Т1и" через 28 дней снижается почти вдвое по сравнению с цементом без  добавки. Приблизительно такая же картина получается при добавке растворимого стекла, обладающего еще и тем недостатком, что его химический состав непостоянен. 

                                                          Бетонирование под водой                                                      

Хлористый кальций - наиболее распространенный ускоритель процесса твердения растворов и бетонов.

Хлористый кальций в количестве даже 2% добавки от веса цемента различно влияет на процесс твердения основных частей цемента. Так, хлористый кальций повышает активность трехкальциевого силиката (ЗСаО*SiO) во всех возрастах, активность двухкальциевого силиката (2СаО*SiO) повышается с седьмого дня, а активность трехкальциевого алюмината (ЗСаО * Аl₂0₃) увеличивается только в течение первых пяти дней, а дальше уменьшается и тем быстрее, чем больше была добавка хлористого кальция.

Выделение тепла цементами в период гидратации различно для разных сортов; наибольшее количество тепла выделяется при гидратации трехкальциевого алюмината.

При введении добавки хлористого кальция выделение тепла увеличивается, отчего ускоряются сроки схватывания и твердения.

В результате проведенных исследований, а также на основании практики можно сказать, что при добавке хлористого кальция в дозах, дающих ускорение схватывания не больше чем в два раза (такую добавку называют оптимальной и находят ее опытным путем), происходит следующее:

-скорость схватывания цементного теста увеличивается для всех сортов цемента;

-значительно увеличивается прочность растворов и бетонов в раннем возрасте и дальше на протяжении трех лет не снижается;

-добавки хлористого кальция в дозах больше оптимальной сильно повышают раннюю -прочность раствора или бетона, но в дальнейшем вызывают снижение относительной прочности;

Рис. 4. График влияния добавки хлористого кальция на механическую прочность цемента при t=150
1 – 2%;  2 – 0%; 3 – 5%; 4 – 15%

-повышается степень подвижности (пластичность) свежей массы раствора или бетона, вследствие чего добавка хлористого кальция в количестве около 2% от веса цемента может снизить расход воды до 10%, а это благоприятно отражается на прочности бетона;

-значительно увеличивается усадка растворов и бетонов; поэтому рекомендуется тщательно поддерживать высокую относительную влажность среды, окружающей твердеющий раствор или бетон;

-несколько повышается водонепроницаемость раствора или бетона, а это должно иметь место в подводных частях сооружения; придается большая равномерность изменению объема цементов; несколько замедляется процесс коррозии цементного камня в агрессивной среде.

На рис. 4 приведен график влияния добавки хлористого кальция на механическую прочность цемента.

Представляют интерес результаты опытов с добавкой хлористогo кальция к цементу, проведенных в свое время Лондонским строительно-исследовательским бюро; они подтверждают сказанное выше и свидетельствуют о следующем:

-время схватывания портландцемента уменьшается с увеличением  добавки хлористого кальция;

-при нормальных температурах (около +15°С) добавка хлористого кальция значительно ускоряет твердение в ранних возрастах и даст возможность раньше снимать опалубку и вводить в работу бетон;

-добавка 2% хлористого кальция увеличивает прочность бето­на по всех возрастах до 90 дней; добавки в количестве больше не дают сколько-нибудь заметного увеличения прочности; V адка бетона увеличивается при добавках хлористого кальция; добавка до 2% хлористого кальция дает отдельные следы кор- рпшн на арматуре, по это явление не увеличивается с возрастом бетона;

-добавка хлористого кальция увеличивает скорость твердения бетона при низких температурах; при температурах выше точки замерзания добавка значительно ускоряет степень твердения и по­этому  очень полезна для конструкций, находящихся в холодной воде, так как уменьшается время, необходимое для выдержки бетона. Для температур ниже точки замерзания добавка является только средством, предохраняющим бетон от повреждения морозом, а скорость твердения и механическую прочность его не увеличивает.

В некоторых случаях достаточно эффективен такой ускоритель  как добавка  кэла. Кэл - это известь (пушонка), обработан­ная раствором хлористого кальция, иначе говоря, это хлорокись кальция 3CaO*CaCl* 15Н₂0.

Приготовление кэла очень простое: надо смешать 100 частей извести - пушенки с раствором хлористого кальция, в котором взято 50 частей воды и 55 частей кристаллического хлористого кальция. При изготовлении эта смесь очень тщательно растирается, чтобы не было крупных комков; рекомендуется также полученную мелкозернистую смесь перед употреблением перемолоть.

При растворении в воде кэл распадается на гидрат окиси кальция (известь) в хлористый кальций, причем вся связанная вода отдается обратно; по этой причине действие кэла как добавки аналогично действию хлористого кальция или соляной кислоты. С другой стороны, кэл имеет перед хлористым кальцием то преимущество, что допускает предварительное, за некоторое время до употребления, смешивание с цементом; цемент в этом случае своих свойствах не теряет. Хлористый кальций, наоборот, в силу своей гигроскопичности абсолютно не допускает предварительного смешивания с цементом и требует хранения в закрытой таре.

Все же нельзя хранить смесь цемента и кэла длительное время, так как влага и С02 воздуха могут явиться причиной распада кэла на составные части с выделением связанной воды, которая будет способствовать дальнейшему разрушению кэла. Опы­ты показывают, что готовую смесь вполне допустимо хранить в сухом помещении в течение 15 дней.

На основании исследований можно считать, что добавки кэла в дозах до 10% от веса цемента благоприятно сказываются на прочности бетона, особенно в раннем его возрасте. По содержанию хлористого кальция добавка кэла в этом количестве примерно соответствует 1-1,5% добавки безводного хлористого кальция. Как в первом, так и во втором случае этим добавкам в указанных процентах соответствует наибольшее увеличение прочности.

Хлористый кальций должен быть отнесен к группе неорганических электролитов, обладающих пластифицирующим действием на растворные и бетонные смеси.

Для ускорения твердения можно применять и такие добавки, как хлористый алюминий, хлористое железо и др., но все они по сравнению с хлористым кальцием и кэлом менее эффективны.

В конце пятидесятых годов были получены убедительные в отношении повышения стойкости бетона и раствора результаты при введении кремнийорганических соединений. Наиболее полно изучена предложенная проф. В. М. Москвиным добавка полигидросилоксана (ГКЖ-94), введение которой в долях процента к весу цемента значительно повышает стойкость, и ее ус­пешно применяют при возведении морских и речных гидротехнических сооружений. За последнее время создан ряд нормативных и инструктивных документов, способствующих внедрению кремнийорганических продуктов в строительство.

Жидкость ГКЖ-94 коррозионно неактивна, не выделяет вредных паров или газов, легко растворяется в органических раство­рителях (бензин, толуол, четыреххлористый углерод и т. п.), не смешивается с водой, образует эмульсии, которые и вводят в бе­тонную смесь. Не касаясь способа приготовления эмульсии, нужно отметить, что в замороженном состоянии (в виде брикетов) она может сохранять свои свойства неизменными практически неограниченное время, и после оттаивания никаких признаков ее расслаивания не наблюдается.

Оптимальная величина дозировки добавки в пределах 0,05-0,2% должна быть для каждого назначаемого состава бетона откорректирована с учетом использования местных материалов, вида и расхода вяжущего, заполнителей и т. д.

Повышение долговечности бетонов при введении в их состав оптимальных добавок кремнийорганических соединений можно физически объяснить образованием структуры мелких равномерно распределенных пор в сочетании с частичной гидрофобизацией внутренней поверхности пор и капилляров.

Исследованиями установлено, что добавка ГКЖ-94 действует на бетонные и растворные смеси как пластификатор, причем с уменьшением расхода цемента эффект ее действия повышается. Далее, при рекомендуемых дозировках она замедляет твердение бетонов и растворов в начальные сроки, но к 28 дням их прочность достигает тех же значений, что и для смесей без добавок (рис 5), а при повышенных дозировках снижается (рис. 6).

Использование ГКЖ-94 должно быть особо приемлемо при иошедеиии бетонных и армированных (добавка не оказывает существенного влияния на сцепление с арматурой) гидротехниче­ских сооружений в суровых климатических условиях, для кладки бетона в зоне переменного уровня воды и при подводном бетонировании.

Рис. 5.  График изменения прочности бетона на сжатие в  %:
/ - бетонная смесь без добавки ГКЖ-94 к
цементу;   2 - бетонная   смесь   с   добавкой
при  оптимальной дозировке

Рис.6.    График    изменения прочности   бетона    на   сжатие в %   при   повышенных   дозировках добавки ГКЖ-94

В данное время под руководством проф. В. М. Москвина ведутся  исследования новой дешевой и недефицитной микропенообразующей  добавки нейтрализованного черного контакта (НЧК), который представляет  собой водный раствор кальциевых или на­триевых сульфосолей, получаемых нейтрализацией кислого гудрона. НКЧ оказывает пластифицирующее и воздухововлекающее действие на бетонные смсси, является хорошим средством для получения водостойких цементов. Судя по первым лабораторным и выполненным производственным работам (в Киргизии), эта добавки перспективна