Рекомендуемые добавки

Рекомендуемые добавки для улучшения технологических свойств бетонных смесей и строительно-технических свойств бетонов

Класс добавок по ГОСТ 24211-91 Дозировка, % массы цемента в пересчете на сухое вещество Эффект от применения
Суперпластифицирующие 0,4-0,8 Снижение водопотребности бетонной смеси более 21%
Сильнопластифицирующие 0,15-0,3 Снижение водопотребности бетонной смеси до 20%
Среднепластифицирующие 0,1-0,2 Снижение водопотребности бетонной смеси до 10%
Слабопластифицирующие 0,05-0,1 Снижение водопотребности бетонной смеси до 5%. Обеспечение воздухововлечения 3-5%, повышение морозостойкости бетона на 50-100 циклов
Газо- и пенообразующие До 0,1 Повышение морозостойкости бетона на 200-300 циклов
До 0,25 Производство ячеистых бетонов
Воздухововлекающие 0,005-0,03 Обеспечение воздухововлечения в бетонную смесь более 5%, повышение морозостойкости бетона на 100-200 циклов
Противоморозные До 10 Твердение бетона при отрицательной температуре
Ингибиторы коррозии 2 Предотвращение коррозии арматуры в железобетоне
Регуляторы сроков схватывания Замедлители 0,1-2 Замедление схватывания до нескольких часов
Ускорители 0,1-2 Ускорение схватывания и твердения в ранние сроки

 

Химические добавки

Одним из направлений технического прогресса в строительстве является создание бетонов с улучшенными техническими свойствами путем введения химических добавок – модификаторов различной природы и механизма действия.

В основу классификации химических добавок по механизму действия положено деление их на четыре класса.

Добавки первого класса (электролиты) повышают или понижают растворимость исходного вяжущего и конечных продуктов гидратации вследствие изменения ионной силы раствора. В таких растворах сложным образом проявляются взаимное электростатическое притяжение и отталкивание гидратированных (сольватированных) ионов, создающих ионную атмосферу. В соответствии с классификацией добавки первого класса разделены на две группы: не содержащие и содержащие одноименные с вяжущим ионы.

Ускоряющий гидратационное твердение эффект добавок, содержащих одноименные с вяжущим ионы, обусловлен тем, что они резко увеличивают вероятность возникновения зародышей новой фазы. Для силикатных фаз цемента добавки, содержащие с ним одноименные ионы (хлорид, нитрат и нитрит кальция), являются ускорителями твердения по двум причинам. Во-первых, клинкерные минералы, кинетика гидратации которых в значительной степени определяется стадией растворения, тем не менее весьма «чувствительны» к ускорению возникновению зародышей новой фазы. Во-вторых, при введении подобных добавок сверх определенного количества возможна реакция с гидроксидом кальция с образованием соответствующих двойных солей, повышающих растворимость Ca(OH)2, C3S и β-C2S.

Добавки второго класса, реагирующие с вяжущими с образованием  труднорастворимых соединений, делятся на две группы: добавки, участвующие с вяжущим или продуктами его гидратации в реакциях присоединения (первая группа) и в обменных реакциях (вторая группа).

При взаимодействии добавок второго класса и комплексных на их основе с минералами портландцементного клинкера образуются в основном двойные соли-гидраты (гидросульфоалюминаты, гидрохлоралюминаты, гидронитроалюминаты, гидрокарбоалюминаты, гидрооксинтраты кальция). В отличие от добавок первого класса, добавки второго класса принимают участие в формировании структуры цементного камня, осаждаясь на вяжущих в виде пленок или кольматируя поры. К таким добавкам относят известные ускорители твердения CaCl2, Ca(NO3)2, Ca(NO2)2.

Технологический эффект от введения добавок, вступающих с вяжущими в обменные реакции, обусловлен не только реакциями ускорения гидратации силикатных фаз цемента на ранней стадии твердения, но и протекающими вслед за ними реакциями (обменными или параллельными им).

В механизме действия добавок первой и второй групп отмечается много общего. При введение их в бетонную смесь образуются труднорастворимые двойные соли-гидраты. К добавкам первой группы относятся NaCl, KCl, NaNO2, KNO2, NaNO3, CH3COONa и т.д.

К добавкам третьего класса – готовые центры кристаллизации, облегчают выделение новой фазы из пересыщенного раствора, и поэтому применение их в качестве ускорителя твердения эффективно тогда, когда скорость процесса кристаллизации новообразований определяет скорость твердения вяжущего (например для гипса).

К добавкам четвертого класса относятся органические ПАВ.

Классификация добавок – ускорителей твердения и полученные количественные зависимости позволяют эффективно использовать возможность улучшения физико-технических свойств бетонов путем применения химических добавок.

Ускоряющее действие добавок объясняется повышением растворимости минералов цементного клинкера, ускорением образования геля вокруг цементных частиц и образованием комплексных соединений типа гидрохлор- и гидросульфоалюминатов кальция.

Также существует подразделение химических добавок на две группы: ускоряющие и не ускоряющие начальное твердение цемента. Каждая из этих групп делится на три подгруппы: неорганические, комбинированные и органические. Добавки-ускорители представляют собой: кальциевые соли сильных кислот; соли, дающие в результате обменной реакции с цементном менее растворимые соли; свободные основания; кислоты, обогащающие жидкую среду водородными ионами. Ускоряющий эффект добавок электролитов пропорционален степени ионизации кислоты или основания.

Наиболее эффективным и чаще других используемым в строительстве ускорителем твердения бетона является хлорид кальция. Эта добавка применяется в небольшом процентном содержании по отношению к массе цемента, способствует гидратации исключительно трехкальциевого силиката, в результате чего несколько уменьшается время схватывания цемента, но значительно увеличивается механическое сопротивление, особенно на первых этапах твердения.

Заметным противоморозным действием обладают химические соединения, которые не только снижают температуру замерзания жидкой фазы, но и способствуют ускорению образования тонкодисперсной кристаллической структуры при гидратации цемента.

Добавки электролитов, традиционно используемые в качестве противоморозных, снижают температуру замерзания жидкой фазы и активно участвуют (особенно при повышенных дозировках) в процессах формирования структуры цементного камня. Создание микрокапиллярной структуры бетона на ранней стадии его твердения вызывает дополнительное понижение температуры замерзания поровой жидкости в результате понижения давления пара в порах с радиусом менее 10-7 м за счет кельвиновского эффекта.

Скорость гидратации цемента в присутствии противоморозных добавок зависит как от их вида, так и от количества. Решающими факторами, определяющими скорость набора прочности бетона при отрицательных температурах являются В/Ц, химико-минералогический состав вяжущего, тонкость помола цемента, температурные условия твердения и время предварительной выдержки.

Применение химических добавок в технологии производства цементных растворов и бетонов является целесообразным, поскольку модификаторы различных классов позволяют не только регулировать физико-технические и технологические свойства цементных материалов, но и прогнозировать изменение этих свойств в будущем. Химические добавки следует применять в соответствии с ГОСТ 7473-94 (табл. 1).

Противоморозные добавки

 

Данный вид добавок нашел широкое применение при возведении монолитных и сборно-монолитных бетонных и железобетонных конструкций и сооружений, монолитных частей сборно-монолитных конструкций, включая бетонирование в скользящей опалубке; для замоноличивания стыков сборных конструкций и при изготовлении сборных бетонных и железобетонных конструкций в условиях строительных площадок и полигонов при установившейся температуре наружного воздуха ниже +5°С и минимальной суточной температуре от 0 до -30°С.

Введение противоморозных добавок – технологически наиболее простой, удобный и экономически выгодный способ зимнего бетонирования.

Зимнее бетонирование с противоморозными добавками не исключает применения и других добавок: газообразующих и воздухововлекающих, призванных повысить морозостойкость бетона; добавок, снижающих водопотребность; суперпластифкаторов. Дозировку воздухововлекающих и газообразующих добавок подбирают экспериментально. Обычно она несколько выше, чем при их введении в бетон без противоморозных добавок. При выборе таких добавок нужно следить за тем, чтобы не происходила их быстрая коагуляция, и при необходимости вводить добавки раздельно.

С учетом областей применения противоморозные добавки можно разделить на две группы:

1) Добавки, понижающие температуру замерзания жидкой фазы бетона и принадлежащие к числу либо слабых ускорителей, либо замедлителей схватывания и твердения цемента. К ним относятся некоторые сильные электролиты, слабые электролиты (например, водные растворы аммиака), неэлектролиты, вещества органического происхождения (например, многоатомные спирты и карбамиды).

2) Добавки, способные сильно ускорять процессы схватывания и твердения цементов и обладающие хорошими антифризными свойствами. К ним относятся поташ, добавки на основе хлорида кальция – смеси хлорида кальция с хлоридом натрия, нитритом натрия, нитрит-нитратом кальция, нитрит-нитратом кальция и мочевиной и некоторые другие.

Кроме этих основных двух групп противоморозных добавок в отдельных случаях при зимнем бетонировании используют вещества, имеющие слабые антифризные свойства, но относящиеся к сильным ускорителям схватывания и твердения цемента, одновременно вызывающие сильное тепловыделение на ранней стадии твердения бетонной смеси и бетона.

 Обращение с добавками

Условия хранения и время жизни добавок. Поскольку водопонижающие и замедляющие схватывание и твердение добавки обычно представляют собой водные растворы, их необходимо предохранять от замерзания или расслоения при понижении температуры. Для добавок на основе лигносульфонатов минимальная температура хранения составляет около -3°С, а для добавок, содержащих гидроксикарбоновые кислоты или гидроксилированные полимеры, она равна -5°С. Более низкие температуры хранения (до -10°С) можно принять для комплексных добавок, содержащих, кроме перечисленных, также электролиты. Если все же произошло замерзание добавок-водопонизителей, то их необходимо нагреть до 10-20°С и тщательно перемешать до получения гомогенного раствора.

Водопонизители, равно как и добавки других классов, следует применять в рекомендуемых дозах. Типичная дозировка составляет 200-400 мл на 100 кг цемента. Однако для установления оптимальных дозировок добавок в конкретных условиях и для определения сырьевых материалов необходимо провести соответствующие испытания.

Меры безопасности при обращении с добавками. В связи с тем, что добавки-водопонизители-замедлители имеют умеренную щелочность, следует исключить их контакт с кожей и попадание в глаза. Если это произошло, необходимо немедленно промыть кожу и глаза водой или разбавленным водным раствором борной кислоты и одновременно обеспечить врачебное наблюдение за пострадавшим. Должно быть также исключено попадание добавки в организм человека через полость рта. Следует предпринять меры предосторожности, связанные с возможной токсичностью добавки. Водные растворы добавок невоспламеняемы и негорючи, однако твердые продукты органического происхождения, остающиеся после испарения воды, могут стать огнеопасными.