УДК 666.295.4
Крылова А.В., Перцев В.Т., Ткаченко Т.Ф.
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
Ускорение процесса твердения бетона с целью получения распалубочной и отпускной прочности в более ранние сроки — актуально, тем более, если это касается поризованных бетонов, в значительной степени наполненных воздухом.
Данная работа имеет практическую направленность – она связана с внедрением результатов исследования по получению поризованного бетона со средней плотностью 700 кг/м3 применительно к условиям завода по выпуску железобетонных изделий г. Воронежа. Цель работы состоит в обеспечении распалубочной прочности в возрасте приблизительно 1 суток, а отпускной – в интервале 3-7 суток естественного твердения.
Способов ускорения твердения бетонов известно много, но для поризованного бетона наиболее эффективно, как показали исследования, ускорение твердения за счет применения химических добавок.
Темп твердения бетона обусловливается физико-химическими процессами взаимодействия цементных минералов с водой. Известно, что введение химических добавок влияет на этот процесс по-разному в зависимости от их вида и дозировок. Опыт работы с добавками-ускорителями применительно к поризованному бетону показал, что традиционные, такие как хлористый кальция, сернокислый натрий и др. и новые, такие как фтористый натрий, щавелевая кислота, гипохлорит кальция, АЖКС, а также комплексные добавки, ускоряя процесс твердения бетона, приводят к существенному снижению воздухововлечения и, соответственно, к повышению средней плотности бетона. Увеличение концентрации воздухововлекающей добавки в этом случае нежелательно из-за ряда побочных технологических эффектов.
Поиск добавок-ускорителей твердения поризованного бетона показал эффективность добавки нитрита натрия, которая известна как мощный ингибитор коррозии. Она не только не гасит воздухововлечение, а наоборот, способствует ему, что позволяет примерно на четверть снизить дозировку воздухововлекающей добавки. Отмечено и незначительное влияние на изменение средней плотности поризованного бетона добавки нитрата кальция.
Добавка нитрита натрия не содержит с вяжущим одноименных ионов и, согласно классификации Ратинова, относится к добавкам-ускорителям первого класса. В основе ее действия лежит повышение растворимости исходных продуктов (имеются в виду минералы-силикаты) вследствие изменения ионной силы раствора, то есть за счет изменения энергии взаимного электростатического притяжения и отталкивания сольватных оболочек ионов, создающих ионную атмосферу. Эта энергия зависит от величины заряда входящих в состав раствора ионов и от их концентрации.
Эффект изменения ионной силы считается для добавок-электролитов универсальным, хотя в цементах он частично «маскируется» тем, что могут вступать в химическое взаимодействие с алюмосодержащими фазами цементного клинкера, в частности с С3А. Такое поведение объясняется тем, что взаимодействие, как правило, растянуто во времени и частично все добавки электролиты более или менее продолжительное время сохраняются в жидкой фазе цементного теста и камня тем самым изменяют растворимость продуктов гидратации цемента.
Согласно литературным данным NaNO2 – это добавка, вступающая также в обменную реакцию с образованием комплексных соединений. По Ратинову такая реакция идет только с участием гидроксида кальция, который выделяется при гидратации алита и белита:
3СаО.Al2O3 + n Ca(OH)2 + 2n NaNO2+ m H2O =
=3СаО.Al2O3. n Ca(NO2)2. m H2O + 2n NaOH,
где n= 1 или 3; m = 10-12 или 14-32.
Продуктом реакции является гидронитрилалюминат кальция. Особенность взаимодействия состоит в том, что в реакцию вступает только анион добавки, тогда как катион сохраняется в жидкой фазе и в реакции не участвует. Недостающие же ионы кальция для образования гидронитрилалюмината кальция поставляет алит. В связи с этим обменная реакция обычно протекает медленно и лимитируется скоростью гидратации алита, в отличие от скорости образования аналогичных комплексных трудно растворимых солей при введении других добавок-ускорителей, содержащих одноименные с вяжущим ионы.
Анализируя выше сказанное, можно сделать вывод о том, что включение в обменную реакцию и С3А, и Са(ОН)2 будет интенсифицировать процесс твердения при введении добавки NaNO3 – и именно в этом состоит главная специфика его действия как ускорителя твердения.
Добавка Са(NО3)2 содержит одноименный с вяжущим ион и вступает в реакцию присоединения с С3А с образованием трудно растворимых соединений, состоящих из гидронитроалюминатов кальция, возможно и в высоконитратной форме, то есть данная добавка принимает непосредственное участие в формировании структуры цементного камня. Продукты взаимодействия откладываются в теле цементного камня и кольматируют поры. Поэтому они могут вписываться в структуру наравне с другими новообразованиями при этом проходят все основные уровни дисперсности, начиная от зарождения кристаллов двойных солей-гидратов до их роста [1].
В отличие от нитрита натрия в этой реакции принимает участие и анион, и катион добавки Са(NО3)2, то есть можно сделать вывод о том, что хотя продукты реакции этих добавок тождественны, то есть представляют собой двойные гидросоли, их проницаемость пленок будет различной, и данные добавки будут положительно дополнять друг друга в эффекте ускорения твердения поризованного бетона.
Так как практически трудно изучать влияние различных дозировок добавок на поризованных системах, было решено поставить двухфакторный эксперимент на плотном цементном камне без воздухововлекающей добавки. В опыте контролировались пластическая прочность цементного теста в течение 6 часов твердения и прочность при сжатии цементного камня в возрасте 16 часов, 1 и 3 суток
В результате эксперимента были определены следующие лучшие по кинетике твердения цементного камня две дозировки комплексной добавки NaNO2 + Ca(NO3)2:
1) 1% NaNO2 + 0,5% Ca(NO3)2;
2) 1,5% NaNO2 + 1% Ca(NO3)2.
Для сравнения также были рассмотрены добавки 1% и 2% нитрита натрия (табл.1).
На следующем этапе исследований указанные добавки были изучены применительно к поризованному бетону, для получения которого была использована воздухововлекающая добавка «Морпен» в количестве 0,047% от массы цемента. Время перемешивания в смесителе турбинного типа составляло 6 минут при скорости оборота вала равной 12 с-1.
Изучались изменения пластической прочности бетонной смеси во времени и кинетика твердения поризованного бетона. Установлено, что данные добавки примерно одинаково увеличивают пластическую прочность поризованного бетона. Распалубочную прочность для поризованного бетона с добавками-ускорителями твердения (0,6-0,75 МПа) удается получить в возрасте одних суток (табл.2).
В возрасте 3 суток поризованный бетон с добавками имеет 47-67% от двадцативосьмисуточной (отпускной) прочности, которая составляет 3 МПа.
Проанализировав данные табл.2, можно сказать, что отпускную прочность поризованного бетона с добавками-ускорителями можно обеспечить в период времени от 3 до 7 суток естественного твердения.
Исходя из полученных данных, наилучшими нами признаны следующие добавки-ускорители твердения: индивидуальная добавка – 2% NaNO2 и комплексная — 1,5% NaNO2 + 1% Ca(NO3)2.
Библиографический список
- Добавки в бетон. Справочное пособие/В.С.Рамачандран.- М.: Стройиздат, 1988.- 571 с.
