Ускорители гидратации цемента

Ускорители гидратации цемента

Добавки-ускорители применяют при бетонировании в холодную погоду. Сильное увеличение ранней прочности бетона при обычной и низкой температурах облегчает уход за бетонной смесью и сокращает период набора распалубочной прочности.

В качестве ускорителей могут использоваться большинство минеральных солей, таким образом применимость их определяется большей частью их стоимостью. Хлорид кальция (ХК) является одним из самых дешевых и изученных в своем действии на цемент. Однако многие аспекты его действия до сих пор  не ясны и спорны.

Влияние ХК на гидратацию клинкерных минералов. C₃S и C₂S

По ускоряющему действию мин.ионы располагаются в ряды:

Кальций>стронций>барий>литий> натрий>калий

Сульфат-ион>гидроксид>хлор-ион>бром>иод>нитрат>ацетат

Таким образом, в хлориде кальция (ХК) оба иона являются самыми сильными ускорителями. Кроме этого, ХК может реагировать с гидросиликатами, изменяя их прочность, пористость, морфологию, удел.поверхность.

Гидратация.

Рекомендуемые материалы

В присутствие 1% ХК резко ускоряется гидратация C₃S (~6 раз) и к 5 суткам количество Ca(OH)₂ превышает таковое на 30-е сутки без ХК. Одновременно изменяется структура гидросиликатов в связи со встраиванием хлора в структуру гидросиликатов.

Если же ввести 4% ХК, то степень гидратации продолжает расти (C₃S+4%CaCl₂> C₃S+1%CaCl₂> C₃S), тогда как количество Ca(OH)₂, напротив, снижается (C₃S+1%CaCl₂> C₃S> C₃S+4%CaCl₂). Причиной этой аномалии является образование большего количестве высокоосновных силикатов в присутствие 4%ХК.

Неясен вопрос о составе гидросиликатов. Считается, что независимо от количества вводимого ХК хим.состав гидросиликатов изменяется в сторону роста отношения C/S. Однако по некоторым данным, это отношение либо не меняется, либо даже снижается по сравнению с эталоном.

Механизм действия ХК неизвестен. Одни считают, что ХК является катализатором гидратации C₃S, другие считают, что ХК способствует образованию зародышей новой фазы. Однако известно, что в присутствие ХК снижается рН поровой жидкости ~5-10% (это очень много!), т.е. происходит «закислении» среды.

Микроструктура.

В общем, считается, что в присутствие ХК форма кристаллов меняется от игольчатой к сферической, решетчатой, пластинчатой или даже фибриллярной. Причиной этого является встраивание хлора в поверхностные слои гидросиликатов. Подобное изменение структуры приводит, по разным оценкам, к 50-70% росту прочности камня из C₃S. Причем при снижении В/Т различия в морфологии снижаются. Из этого следует, что наибольшая эффективность ХК будет проявляться при высоких В/Т.

Морфология кристаллов вообще чувствительна к присутствию ионов. Но, среди катионов и анионов наибольшее влияние на нее оказывают анионы, а не катионы.

Поровая структура

В первом приближении, можно считать, что пористость ЦК  в присутствие ХК снижается. Однако, на самом деле, общая пористость остается прежней – происходит перераспределение пор по размерам. В камне, полученном из C₃S в присутствие ХК, большая часть пор приходится на долю пор с радиусом менее 0,0065 мкм – эти поры не определяются ртутной порометрией – отсюда ошибка. В целом, можно утверждать, что в присутствие ХК радиус пор снижается от 5.33 нм (эталон) до 3.18 нм. Некоторые авторы считают, что снижение радиуса пор является основной причиной повышения прочности ЦК.

Прирост прочности

Нет однозначной зависимости от количества ХК. Необходимо учитывать В/Т-отношение. Для В/Т=0,5 оптимальным является 2%-ое содержание ХК, тогда как при В/Т=0,3 прирост прочности почти одинаков что для 2%, что для 5% ХК. При этом повышение степени гидратации  не обязательно сопровождается приростом прочности.

Обнаружено, что в присутствие ХК ускоряется превращение ортосиликата кальция (мономерная форма)в димер и полимер.

Усадка

Независимо от В/Т, количества ХК и глубины степени гидратации, усадка в его присутствие всегда выше.

Гидратация С₃А и С₄АF в присутствие ХК

ХК образует с С₃А два гидрохлоралюмината:

C₃A-CaCl₂-xH₂O

C₃A-3CaCl₂-yH₂O

При этом образуется наибольшее количество низкохлодирной формы – последнее связано с низкой концентрацией ХК. Во всех случаях (для всех концентраций) ХК ускоряет как гидратацию С₃А, так и превращения высокосульфатной формы гидроалюмината (эттрингита) в низкосульфатную форму, и кубическую форму гидроалюминатов.

Камень из чистого С₃А, полученный в присутствие ХК имеет пониженную прочность из-за возникающих растягивающих напряжений. Однако, при гидратации цемента в присутствие ХК указанное явление отсутствует, т.к. образуется повышенное количество Ca(OH)₂, вступающего в реакцию с гидрохлоралюминатами.

Технологические и эксплуатационные свойства бетонов с ХК

В присутствие ХК увеличивается удобоукладываемость при снижении водопотребности, проявляет воздухововлекающий эффект. Одновременно сокращаются сроки схватывания пропорционально дозировке. Однако сокращение сроков схватывания не имеет прямой корреляции с ростом конечной прочности бетона. Введение ХК приводит, также, к снижению водоотделения вследствие роста вязкости  и плотности жидкой фазы.

Обратите внимание на лекцию "Категории помещений и зданий".

Дозировка ХК нелинейно влияет на прочности изделий. При дозировках 0,0005%; 0,005; 0,01; 0,05; 0,5 и 1% ХК достигается прирост прочности раствора в 0,8; 0,6; 0,9; 2, 1,8; и 2,1 раза соответственно. Для бетонных смесей оптимальным является интервал 1-4% (2%), т.к. при большей дозировке наблюдается сброс прочности

Одним из отрицательных явлений, сопровождающих использование ХК, является усиление процессов зелочной коррозии заполнителей, увеличение которой, в зависимости от исходной щелочности цемента, может составлять до 30%. Предотвращение щелочной коррозии наполнителя можно предотвратить только введением пуццолановых добавок.

Другой отрицательной стороной использования ХК является усиление процессов коррозии арматуры. Коррозия заключается в растворении защитной оксидной пленки и образовании растворимого хлорида железа. Но следует помнить, что «вредным» является только растворимый хлор.

Другие ускорители

В качестве таковых применяют карбонаты щелочных металлов, нитраты, нитриты тиосульфаты кальция. Применение этих солей увеличивает прочность на 28 сут. И сокращает сроки схватывания.  Параллельно снижается содержание малых (менее 10нм) пор и увеличивается содержание больших пор. Среднее сокращение сроков схватывания составляет 0,5-2 часа.

В качестве ускорителей можно применять продукты гидратации цемента, которые в количестве 2% эквивалентны по действию 2-ум процентам хлорида кальция.