Добавки-ускорители схватывания цемента и твердения бетона

 

Роль добавок-ускорителей схватывания цемента и твердения бетона заключается, в основном, в активизации процесса гидратации цемента, что приводит к ускоренному образованию субмикрокристаллических продуктов гидратации, обладающих высокой прочностью. Многие из добавок – ускорителей твердения в результате обменных реакций с гидроксидом кальция или с минералами цемента активно влияют на гидролиз трехкальциевого силиката, повышают содержание в жидкой фазе цемента ионов кальция и гидроксила, что приводит к пересыщению системы этими ионами и ускоряет коагуляционное, а затем и кристаллизационное структурообразование гидратных новообразований.

По характеру воздействия на цементное тесто различают добавки:

• не вступающие в реакцию с компонентами цемента, но повышающие их растворимость и понижающие температуру замерзания воды;

• активизирующие процессы гидратации цемента, разрушения силикатных составляющих и повышения их растворимости в воде;

• ускоряющие процессы гидратации цемента, вызываемые реакциями обмена, которые приводят к образованию гелей гидроксидов кальция и снижают температуру замерзания воды;

• способствующие выделению тепла при гидратации цемента и понижающие температуру замерзания воды.

Ускорители твердения при введении в бетонную смесь в количествах 0,5 – 3,0% от массы цемента интенсифицируют процессы гидратации и оказывают положительное влияние на формирование структуры цементного камня.

За счет ускорения твердения бетона можно снизить расход цемента, пара, увеличить оборачиваемость форм. Такие добавки, как хлорид кальция, хлорид-нитрит-нитрат кальция, хлорид алюминия, сульфат натрия при естественном твердении бетона при положительной температуре увеличивают скорость набора прочности в 3 – 4 раза, что позволяет через 24 часа с момента окончания формования получать бетон с 50 – 60% отпускной прочностью.

При применении этих и некоторых других ускорителей твердения бетонов, подвергаемых пропариванию, появляется возможность в 2 раза сократить продолжительность изотермического прогрева, либо на 20% сократить расход тепловой энергии, или на 10 – 15% сократить расход цемента.

Как видно из данных табл. 9.5, введение добавок-ускорителей твердения повышает прочность бетона на 50 – 60%, что может быть использовано для снижения удельного расхода цемента или тепловой энергии при пропаривании.

 

Таблица 9.5 – Наиболее распространенные виды ускорителей твердения бетона

Наименование добавок	Обозначение	Стандарт на добавку	Дозировка,%
Сульфат натрия	СН	ГОСТ 6318-68*; ТУ 38-1-3-9-69	1-2
Нитрат натрия	НН1	ГОСТ 828-68*	1-3
Хлорид кальция	ХК	ГОСТ 450-70	1-5
Нитрат кальция	НК	ГОСТ 4142-66	1-3
Нитрит - нитрат - сульфат натрия	ННСН	ТУ 38-10274-74	1-3
Нитрит - нитрат - хлорид кальция	ННХК	ТУ 6-18-157-73	1-3

 

Наиболее распространенной добавкой-ускорителем твердения является хлорид кальция.

Положительным качеством хлористого кальция является способность оказывать ускоряющее действие во все сроки твердения и на все виды цементов, а также увеличивать конечную прочность бетона.

Отрицательное свойство этой добавки – выделение хлор-ионов, вызывающих коррозию стальной арматуры. Этот недостаток может быть частично устранен при одновременном введении в бетоны ингибиторов коррозии стали, типа нитрита натрия или нитрита кальция.

Хлорид натрия менее эффективен как ускоритель, но столь же опасен как стимулятор коррозии арматуры. Сульфат натрия ускоряет твердение только в начальные сроки. Нитрат кальция, нитрит-нитрат и нитрит-нитрат-хлорид кальция дают увеличение прочности со временем и значительно повышают водонепроницаемость бетона, ионы натрия и калия могут вызывать коррозию бетона.

Хлорид кальция как катализатор, ускоряет гидратацию C₃S и C₂S. Влияние его как при нормальном твердении, так и при пропаривании одинаково.

Технология пропаривания с добавкой хлористого кальция изменяется. При оптимальном содержании добавки можно уменьшать наполовину время выдержки изделий. Оптимальная температура пропаривания бетонов на портландцементах понижается на 10 –15°С. Оптимальное содержание хлорида кальция в бетоне на портландцементе находится в пределах от 0,6 до 1,0%.

Применяя добавки-ускорители схватывания и твердения, учитывают что они ускоряют процессы гидратации и уплотняют структуру цементного камня в ранние сроки ее формирования. При этом эффективность добавок зависит от содержания в цементе трехкальциевого алюмината. Чем выше содержание трехкальциевого алюмината, тем сильнее проявляется уплотняющее действие добавок. При использовании высокоалюминатных цементов уплотняющее действие добавок не проявляется из-за быстрого схватывания цемента в их присутствии.

Наиболее эффективными добавками-ускорителями являются хлорид кальция (ХК) и хлорид алюминия (ХА), которые увеличивают прочность бетона или раствора, независимо от содержания трехкальциевого алюмината в цементе. Такими же эффективными добавками являются сульфат натрия (СН) и нитрат кальция (НК), однако их эффективность зависит от минералогического состава цемента и тонкости его помола.

Ускорители твердения, интенсифицируя процессы гидратации и оказывая положительное влияние на формирование структуры цементного камня, приводят к ускорению твердения бетона, выдерживаемого в естественных условиях, а также к увеличению прочности бетона сразу после тепловой обработки и в возрасте 28 суток последующего воздушно-влажного твердения. Это позволяет сократить сроки набора распалубочной прочности, уменьшить продолжительность тепловой обработки бетона на 10 – 20% при применении высокоалюминатных цементов. За счет увеличения темпов твердения бетона представляется возможность снизить расход цемента.

УСКОРИТЕЛЬ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА «ПЛАСТИЛ-У» – добавка, которая согласно ГОСТ 24211-2003 относится к группе добавок ускоряющих твердение бетона и обеспечивает улучшение следующих характеристик:

• увеличение прочности бетона на сжатие на 1 сутки от 80%;

• увеличение водонепроницаемости на 3 ступени;

• достижение морозостойкости бетона свыше 300 циклов;

• понижение воды затворения от 20%;

• значительное улучшение формовочных свойств (удобоукладываемости, подвижности, нерасслаиваемости, жизнеспособности);

• не вызывает коррозии арматуры железобетонных изделий. Добавка «Пластил-У» порошкообразная и вводится в бетоннуюили растворную смеси в количестве 2,0% от массы цемента непосредственно в смесь перед подачей воды, либо совместно с водой затворения.

РЕЛАКСОЛ – ТЕМП 3 – добавка интенсифицирует гидратацию цементов, способствует росту ранней прочности бетона и ускоряет твердение в начальные сроки. Не вызывает коррозии арматуры. Дозировка: от 0,8 до 2,0% от массы цемента по сухому веществу. Релаксол – ТЕМП 3 вводится с водой затворения при приготовлении бетонной смеси

EKOSALL – добавка, обеспечивающая быстрое и мгновенное схватывание и твердение бетонных смесей. Удобна для торкретбетона. Не употребляется для обычного бетонирования.

BETODURNA –добавка, обеспечивающая быстрое схватывание и твердение бетонных смесей c противоморозным действием. Не содержит хлоридов. Удобна для обычного бетона, железобетона и предварительно-напряженного конструкций. Повышает начальные и конечные значения прочности бетона. Применяется при производстве элементов заводского изготовления, а также при производстве товарных бетонов.

KAKODUR –высокоэффективный ускоритель, содержащий хлориды. Одновременно повышает морозоустойчивость бетона. Применяется только для неармированного бетона и бетонных конструкций заводского изготовления (плиты, боки и т.п.), значительно ускоряет процесс производства, особенно эффективен при производстве бетона в зимнее время.

 

9.4.3 Определение эффективности добавок, регулирующих скорость твердения бетона

 

Эффективность добавки, регулирующей срок твердения бетона, определяют по изменению скорости увеличения прочности бетона основного состава по сравнению со скоростью увеличения прочности бетона контрольного состава.

Для определения эффективности добавок, замедляющих или ускоряющих твердение бетона, применяют средства испытания и вспомогательные устройства по ГОСТ 10180 и ГОСТ 10181.

Приготавливают бетонные смеси контрольного и основных составов с маркой по удобоукладываемости П₁.

Из бетонных смесей изготавливают образцы для испытания прочности на сжатие.

Образцы бетонов с добавками хранят в нормальных условиях (на два срока испытания–для ускоряющих твердение и на четыре срока – для замедляющих твердение).

Образцы бетонов испытывают на сжатие по ГОСТ 10180 в возрасте 1 и 28 сут – для ускорителей твердения; в возрасте 1, 3, 7 и 28 сут – для замедлителей твердения.

При определении эффективности добавок, ускоряющих твердение, прирост прочности бетона основного состава R вычисляют по формуле

При определении эффективности добавок, замедляющих твердение, уменьшение прочности бетона основного состава R вычисляют по формуле

где, R _д – прочность бетона основных составов, МПа; R _к — прочность бетона контрольного состава, МПа.