Справочник строителя | Добавки регулирующие схватывание и твердение
Добавки - ускорители схватывания и твердения
В монолитном строительстве при бетонировании бетонных и железобетонных конструкций в ряде случаев возникает необходимость ускорить рост прочности уложенного бетона с целью сокращения сроков его выдержки перед распалубкой с последующим ускорением строительного процесса. Для этого эффективно использование электролитов - добавок - ускорителей схватывания бетонных смесей и твердения бетона.
Значительный эффект от использования добавок-ускорителей имеет место и в технологии сборного бетона и железобетона. Сокращение сроков схватывания цемента и интенсификация его твердения актуальны как для бетонов нормально-влажностного твердения, так и подвергаемых тепло-влажностной обработке, причем не только для бетонов на плотных, но и на пористых заполнителях.
При производстве сборных конструкций в условиях полигона, когда тепловая обработка не предусматривается, добавки-ускорители твердения позволяют сократить выдержку отформованных изделий в формах и, таким образом, уменьшить требуемое количество форм, а, следовательно, и металлоемкость производства. Кроме того, сокращается производственная площадь, необходимая для выдерживания отформованных изделий.
В заводских условиях производства сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций применение добавок-ускорителей схватывания и твердения позволяет сократить время тепло-влажностной обработки, что ускоряет оборачиваемость форм и тепловых агрегатов. Это способствует снижению металлоемкости производства и сокращению энергетических затрат на тепловую обработку. Благодаря введению добавок-ускорителей удается снизить расход цемента, причем, дополнительное использование совместно с электролитами пластифицирующих органических добавок обеспечивает возможность снижения клинкерного вяжущего до 12...15 %. Таким образом, применение добавок-ускорителей схватывания и твердения является эффективным технологическим приемом, позволяющим снизить себестоимость продукции и улучшить технико-экономические показатели деятельности предприятия.
Другим важным направлением использования добавок-ускорителей схватывания и твердения является бетонирование конструкций при отрицательной температуре. В этом случае роль добавок заключается в ускорении процессов гидратации и твердения цементного теста с целью формирования бетона с достаточной «критической» прочностью, которая могла бы обеспечить его сопротивляемость давлению замерзающей в порах воды и формирование мелкопористой структуры цементного камня и бетона. Это дает возможность замораживания бетона до температур ниже расчетной без опасности его размораживания, так как в бетоне резко сокращается количество свободной воды, а формирующаяся мелкопористая структура исключает возможность замерзания воды в порах при обычных зимних температурах.
Основным критерием эффективности добавок-ускорителей схватывания бетонных и растворных смесей является ускорение процесса схватывания на 25 % и более (при температуре окружающего воздуха (20+2) °С). Для добавок-ускорителей твердения бетона по требованиям надежности необходимо повышение прочности бетона на 20 % и более в возрасте 1 суток нормального твердения.
В настоящее время нашли применение следующие виды добавок-ускорителей схватывания и твердения бетона.
Поташ П (карбонат калия К2СО3). Продукт в виде кристаллического порошка белого цвета — соль с сильно выраженными щелочными свойствами. Наблюдается быстрое схватывание бетонной смеси, получение бетона с крупнопористой структурой. При использовании заполнителей, содержащих реакционно-способный кремнезем, возможна щелочная коррозия бетона. Дозировка добавки - до 5 % массы цемента.
Хлорид кальция ХК. Кристаллический порошок белого цвета в виде СаСI2 или дигидрата СаСI2 • 2Н2O, а также водных растворов. При длительном стоянии на воздухе порошок расплывается.
Нитрат кальция НК. Выпускается в виде кристаллов Сa(NO3)2 или тетрагидрата Сa(NO3)2 • 4Н2O. Продукт бесцветный, хорошо растворим в воде.
Нитрит-нитрат кальция ННК. Смесь нитрита и нитрата кальция в соотношении по массе 1 : 1 в виде водного раствора или пасты. Не допускается смешивать с растворами ЛСТ.
Нитрит-нитрат-хлорид кальция ННХК. Продукт, получаемый смешением нитрит-нитрата кальция с хлоридом кальция в соотношении 1:1. Водный раствор желтоватого цвета с плотностью 1,1...1,3 г/см3.
Сульфат натрия СН. Кристаллы белого цвета с желтым оттенком в виде декагидрата Na2SO4 ·10H2O или безводной соли. Трудно и ограниченно растворимые в воде.
Нитрат натрия НН1. Бесцветные кристаллы в виде NаNО3. Не гигроскопичен, хорошо растворим в воде, при нагревании разлагается с выделением кислорода.
Хлорид натрия ХН. Кристаллический порошок белого цвета, растворимый в воде. Применение в железобетоне ограниченно, так как происходит интенсификация коррозии оборудования и арматуры в бетоне. Рекомендуемая дозировка — до 4 % массы цемента.
Тринатрийфосфат ТНФ. Продукт в виде плавленого и кристаллического Li3O4. Не гигроскопичен, хорошо растворим в воде, подогретой до температуры 30...40 °С. Рекомендуемая дозировка добавки — 1,0...3,5 % массы цемента.
Алюминат натрия АН. Продукт, применяемый в виде водного раствора, который можно приготовить на месте его использования. Раствор готовят на основе гидроксида алюминия Аl(ОН)3 марок ГДО и ГДЕ (или спека алюмината натрия), едкого натра и воды путем варки порошкообразного Аl(ОН)3 при температуре 105 °С в водном растворе едкого натра плотностью 1,4 г/см3 при их отношении 1 : 2,8 по массе (из расчета 1 кг сухого Аl(ОН)3 на 2 л водного раствора едкого натра). Рекомендуемая дозировка ~ до 3 % массы цемента.
Технический кристаллогидрат сульфата натрия (натрий сернокислый технический). Отход, получаемый при получении аскорбиновой кислоты после выделения диацетонсорбозы. Продукт в виде кристаллического порошка. В конструкциях с закладными деталями и выпусками арматуры, защищенных цинковыми покрытиями, дозировка добавки не должна превышать 1 % массы цемента. Не допускается использование в конструкциях, подвергающихся воздействию постоянных токов.
Тиосульфат натрия ТН. Отход производства хромовых соединений. Не слеживающиеся бесцветные кристаллы Na2S2O3, хорошо растворимые в воде. Рекомендуемая дозировка — 1...3 % массы цемента.
Зеленый щелок ЗЩ. Отход серийного производства, получаемый в результате регенерации щелоков после варки целлюлозы по сульфатному способу. Жидкость от светло-зеленого до темно-зеленого цвета. Используют как в качестве индивидуальной добавки, так и в комплексе с пластифицирующими (ЛСТ) и воздухо-вовлекающими (СНВ, ГКЖ-10 и другими). Оптимальная дозировка — 0,02...0,11 % массы цемента.
Лигнопан Б-2. Ускоритель твердения пластифицирующего действия на основе неорганических солей для бетонов и растворов. Продукт в виде водного раствора 30 % концентрации или порошка, легко растворимого в воде. Не содержит хлоридов, не вызывает коррозии бетона и арматуры. Дозировка - 0,6...1,5 %.
Лигнопан Б-2Т. Ускоритель твердения и пластификатор на основе неорганических солей для производства изделий на линиях безопалубочного формования. Порошок или водный раствор 30 % концентрации. Не содержит хлоридов, не вызывает коррозии бетона и арматуры. Дозировка - 0,6...1,5 %.
Лигнопан Б-2У. Ускоритель твердения с замедлением начала схватывания на основе неорганических солей. Порошок или водный раствор 30 % концентрации. Не содержит хлоридов, не вызывает коррозии бетона и арматуры. Дозировка — 0,8..Л,5 %.
Добавки зарубежных производителей:
Аддимеит БЕ 2 (Addiment ВЕ 2). Сверхсильный ускоритель схватывания и твердения, применяемый при торкретировании бетона или ремонтных работах. Добавка в виде порошка. Рекомендуемая дозировка —2,0...4,5 % массы цемента. Производитель: Addiment Sika (ФРГ).
Аддимент БЕ 5 (Addiment ВЕ 5). Ускоритель схватывания и твердения, применяемый для изготовления бетонных изделий и для зимнего бетонирования. Добавка в виде порошка. Рекомендуемая дозировка -1,0...2,1 %массы цемента. Производитель: Addiment Sika (ФРГ).
Аддимент БЕ 6 (Addiment ВЕ 6). Жидкий ускоритель схватывания для ремонтных работах. Рекомендуемая дозировка - разбавление водой в зависимости от назначения в соотношении от 1:1 до 1:6. Производитель: Addiment Sika (ФРГ).
Перамин А (Peramin А). Добавка-ускоритель в виде прозрачного раствора на основе тиоцианата; не содержит ионов хлора. Рекомендуемая дозировка - 0,3...0,7 % массы цемента. Производитель: ООО «Ураллласт».
Сементол Омега П (Cementol Omega Р). Добавка-ускоритель для бетонных и растворных смесей. Рекомендуемая дозировка - 1,0...2,5 % массы цемента. Производитель: ТКК (Словения).
Тиксокрет П (Tiksocret Р). Сверхсильный ускоритель схватывания для торкрет-бетона. Порошковая смесь на основе неорганических соединений; не содержит ионов хлора. Добавку добавляют в сухую смесь цемента и песка. Рекомендуемая дозировка - 2,0...4,0 % массы цемента. Производитель: ТКК (Словения).
Карбонат лития. Добавка-ускоритель на основе карбоната лития. Белый тонкодисперсный порошок без запаха; используется для бетонных и растворных смесей на высокоалюминатном цементе. Производитель: фирма Bang & Bonsomer концерна МАПЕИ (Италия).
Действие добавок-ускорителей схватывания и твердения бетона заключается в активизации процесса гидратации цемента, приводящей к ускоренному образованию гелей, которые захватывают в свои ячейки большое количество жидкой фазы и вследствие этого вызывают быстрое схватывание и последующее интенсивное упрочнение цементного камня. По механизму действия добавки-ускорители разделяют на два класса.
Добавки электролитов первого класса (ХК, НК, ННК, ННХК), содержащие одноименные с вяжущими веществами кальций ионы, повышают их растворимость и ускоряют процессы гидратации и твердения преимущественно на ранней стадии, интенсифицируя образование трехмерных зародышей новой фазы и увеличивая дисперсность продуктов гидратации.
Перспективно использование в бетоне трехкомпонентной добавки ННХК, так как при этом быстрее, чем при введении однокомпонентной добавки ХК, выкристаллизовывается гидрохлоралюминат кальция (ГХАК), выполняющий микро армирующие и кольматирующие функции и обеспечивающий более полное использование потенциальных возможностей, заложенных в алите. Ускоренный вывод из жидкой фазы агрессивных хлорид ионов делает эту добавку менее опасной для коррозии арматуры. Кроме этого, нитрит и нитрат кальция, увеличивая на продолжительный срок ионную силу поровой жидкости, обеспечивают ускорение гидратации силикатных фаз цемента. В результате повышается не только прочность бетона, особенно ранняя, но и его непроницаемость. Благодаря сильным ингибирующим свойствам, нитрит кальция в течение всего срока нахождения в поровой жидкости тормозит коррозию арматуры, причем, высокая плотность и непроницаемость цементного камня служат гарантией того, что нитрит кальция продолжительное время не будет удален из жидкой фазы.
Добавки электролитов второго класса (П, СН, ХН, НН1, ТН, ТНФ, ЗЩ и другие), реагируя с минеральными вяжущими материалами, образуют трудно растворимые или малодиссоциированные комплексные соединения. По характеру реакций с составляющими цемента и продуктами их гидратации эти добавки разделены на две группы: вступающие в реакции присоединения и участвующие в основном в обменных реакциях.
Соли кальция, относящиеся к добавкам первого класса, по механизму их действия могут быть отнесены и к добавкам второго класса. Они с алюминий содержащими фазами цемента, в частности с С3А, образуют двойные соединения двух типов:
З СаО • Аl2O3 • СаХ2 • (10...12) H2O
и
З СаО • Аl2O3 • З СаХ2 • (14...32) H2O,
где Х- анион Cl-, NO3-, NO2-, CH3COO и т.д. или SO4-,CO3- и т.п.
При взаимодействии добавок второго класса с клинкерными минералами в основном получаются двойные соли-гидраты. Соли натрия и калия, при условии поступления в жидкую фазу гидроксида кальция, в результате реакции присоединения образуют наряду с основным продуктом и побочный — щелочь:
3CaO • Al2O3 + nCa(OH)2 + 2nNaX + mH2O 3CaO • Al2O3 • nCaX • 2mH2O + 2nNaOH,
где n = 1 или 3;
m = 10...12 или 14...31;
Х- однозарядный анион (Cl-, NO3-, NO2-, CH3COO и т.д.)
или 0,5 двухзарядного аниона (SO4-, CO3- т. п.).
В зависимости от X-аниона двойные соли называются: гидрохлоралюминат кальция (ГХАК), гидронитроалюминат кальция (ГНАК), гидронитриалюминат кальция (ГНиАК) и т. п.
В реакциях присоединения может участвовать, кроме добавки, гидроксид кальция, поставляемый за счет гидратации алита. При этом в зависимости от концентрации добавки и температуры выкристаллизовываются гидроксисоли, такие как гидроксихлориды, гидроксинитраты и гидроксинитриты кальция разной основности и другие:
Са(ОН)2 • СаСl2 • Н2O и Са(ОH)2 • СаСl2 • 12Н2O, Са(ОН)2 • Са(NO3)2 • тН2O, Са(ОН)2 • Са(NO2)2 • mН2O,
где m = 0,5.. .3.
В результате реакций присоединения составляющих цемента и добавок второго класса наблюдается повышение прочности структур твердения и непроницаемости бетона. Это, главным образом, обусловлено тем, что в соответствии с механизмом действия добавок, происходит быстрое образование первичного структурного каркаса из двойных солей гидратов и гидроксисолей, обрастающего затем гид росиликатами кальция. Наличие структурного каркаса облегчает выкристаллизовывание на матричной фазе из двойных солей основных — силикатных составляющих цементного камня, что способствует повышению прочности материала.
Для добавок второй группы, вступающих с вяжущими веществами в обменные реакции, характерно то, что во взаимодействие с апюминий содержащими фазами цемента в присутствии гидроксида кальция (выделяющегося в процессе гидролиза трех кальциевого силиката) вступают только их анионы, тогда как катионы сохраняются в поровой жидкости. Ниже представлено уравнение реакции в ионной форме на примере хлорида натрия:
4 Ca2 + 2Al2O3- + 2Na + 2Cl- 2OH- + 10H2O 3CaO • Al2O3 • CaCl2 • 10H2O + 2Na + 2OH-.
Действие добавок, участвующих в обменных реакциях, многообразно. В их присутствии возрастает, удельная поверхность цементного камня и уменьшается средний размер пор. Одновременно с развитием микропористой структуры происходит более интенсивное связывание влаги адсорбционными силами. Количество адсорбционо-связанной влаги в присутствии добавок увеличивается в 1,1. ..1,3 раза в зависимости от вида и концентрации добавки.
Результаты исследований подтвердили, что ускорители твердения (добавки первых двух классов) положительно влияют на структуру цементного камня на всех уровнях: они увеличивают объём микропор и уменьшают объём макропор при незначительном изменении общей пористости.
Вернуться к списку
|
Распечатать
|
