Ускорители схватывания и твердения в технологии бетонов
| Вид материала | Документы |
- Ускорители схватывания и твердения в составе сухих строительных смесей, 112.42kb.
- Комплексные модификаторы, суперпластификаторы, противоморозные добавки, ускорители, 724.7kb.
- В статье описываются свойства и возможности высокопрочных порошковых бетонов, а также, 135.45kb.
- Общие сведения и классификация легких бетонов, 252.54kb.
- Ресурсосберегающие тепловые методы ускорения твердения бетона при монолитном строительстве, 80.19kb.
- Воздушные и гидравлические вяжущие вещества, 220.67kb.
- «Ускорители элементарных частиц. Lhc.», 527.26kb.
- Оргкомитету, 23.63kb.
- В производстве аэрированных легких бетонов, 227.7kb.
- Пособие к сниП 03. 01-84 по проектированию самонапряженных, 2360.9kb.
Часть 4 - Ускорители схватывания и твердения в технологии бетонов.
ссылка скрыта
6.6. Применение молотой извести-кипелкис с соляной кислотой в качестве интенсификатора твердения тяжелых и ячеистых бетонов.
Традиционное заблуждение, укоренившееся в умах многих поколений строителей – негашеную известь нельзя применять в бетонах. Базировалось оно на вполне справедливом утверждении, что “при затворении водой и образованием из безводной окиси гидроокиси кальция происходит изменение объема вновь полученного продукта в 3.5 раза”.
Качество цемента действительно сильно зависит от количества в нем свободной окиси кальция – извести-кипелки попросту. Еще в самом начале исследования цементов было установлено, что именно известь-кипелка, содержащаяся в цементе в несвязанном состоянии, является причиной неравномерности изменения объема цемента. Отсюда и сложилось убеждение, что поскольку даже незначительное количество свободной извести, оказавшейся внутри цемента и не связанной в силикаты и алюминаты кальция во время обжига, ухудшают качество цемента, то дополнительная добавка её в цемент в большом количестве извне тем, более недопустима.
При всем том упускается тот факт, что негашеная известь, которая образовалась внутри цемента во время его обжига и не успела войти в состав клинкера, и известь, введенная в готовый цемент, впоследствии – ведут себя по-разному. В первом случае получается, что известняк обжигается при температуре обжига клинкера (около 1450 оС), и не успевшая войти в состав клинкера часть извести оказывается сильно пережженной. Такая известь характеризуется очень медленным гашением. Как правило, этот процесс длится несколько десятков суток в уже затвердевшем бетоне. Удельный вес извести-кипелки CaO – 3.1, а получившейся в результате взаимодействия с водой гидроокиси Ca(OH)2 – 2.1. Этот процесс в толще набирающей (или даже уже набравшей) прочность цементной матрицы вызывает приращение объема пор, что приводит к неравномерному изменению объема цемента и его растрескиванию.
При обжиге же извести-кипелки температура обжига обычно не превышает 1000 оС. Обожженная при такой сравнительно невысокой температуре известь, при введении в цемент гасится в течение нескольких минут. Как правило, достаточно тонкомолотая известь способна прогасится в составе бетона еще даже до начала его схватывания. В этом случае изменение её объема не вызывает каких либо внутренних напряжений вообще.
Вот почему добавка к цементу до 15% тонкомолотой окиси кальция (извести-кипелки) не вызывает вредных последствий. А содержание той же извести в, на порядок меньших количествах, в составе клинкерной части цемента – необратимо портит цемент.
Если вводить в цемент одновременно с негашеной известью соляную кислоту или хлористый кальций, то гашение извести будет протекать еще быстрее, что абсолютно исключает возможность её вредного воздействия на цемент.
Все эти соображения сохраняют силу, если в цементный бетон прибавлена тонкомолотая высококальциевая известь. Крупные частицы, образующиеся при грубом помоле, а тем более комки извести-кипелки, могут вызвать неравномерное изменение объема цемента и даже растрескивание бетона.
Если вместо обычного песка использовать крупно размолотый клинкер – сырье, из которого делают цемент, окажется, что прочность получившегося бетона намного выше – в 3 – 5 раз. Это явление объясняется тем, что поверхность песка из клинкера активно взаимодействует с твердеющим цементом. Обычный же песок представляющий собой окись кремния в нормальных условиях с цементом практически не вступает в какое либо химическое взаимодействие. И только при температуре 170 – 200 оС образуются гидросиликаты - основа прочности силикатных бетонов, в т.ч. и ячеистых газосиликатов. Но такую технологию, возможно, реализовать только при автоклавировании изделий, что очень дорого, чрезвычайно хлопотно и реализуемо только в производственных условиях.
Еще в 1947 году советские ученые, заинтересовавшись темой обеспечения гидросиликатного твердения без ресурсоемкого автоклавирования, начали экспериментировать с заполнителями. Вместо песка попробовали использовать молотый доменный шлак. Эксперименты оказались весьма обнадеживающими. Бетон “на пробужденном” шлаке, так его стали называть, оказался в несколько раз прочнее традиционного - без особых хлопот удалось достичь марочность до М850. А все потому, что доменный шлак обладает активностью по отношению к цементу.
А нельзя ли обычные заполнители, тот же песок, например, сделать активными по отношению к цементу? – Вот было бы здорово.
Оказалось, что, обработав кварцевый песок соляной кислотой плотностью 1.19 в течение 30 минут можно сделать его активным по отношению к извести. Иными словами реализовать идею гидросиликатного твердения в обычных условиях и безо всяких автоклавов.
На практике эта технология реализуется следующим образом. В смеситель загружается порция песка. Туда же приливается раствор соляной кислоты плотностью 1.19. Пол часа смесь перемешивается. Затем в тот же смеситель добавляется негашеная известь в количестве 15 – 20% от предполагаемой массы цемента. Еще через время, добавляется цемент. После непродолжительного перемешивания смесь готова.
Существенная модернизация этой схемы – замена песка (либо части песка) золой-уносом. Её тонина очень привлекательна для пенобетонной технологии (смотри ранее вышедшие рассылки). Но реалии жизни не позволяют в полной мере воспользоваться всеми её преимуществами. Дело в том, что в свежей золе-уносе много пережженной извести. Если её сразу ввести в состав, через время эта известь начнет гасится в уже готовом изделии и разорвет его в пыль. Поэтому свежую золу использовать нельзя – её обычно выдерживают в отвалах по несколько лет при постоянном увлажнении. В результате она превращается в абсолютно нетранспортабельную массу. В присутствии соляной кислоты даже в свежей золе-уносе известь очень быстро нейтрализуется, переходя в хлористый кальций.
6.6.1 Тепловыделение при гашении извести
Характерным для совместного введения в бетон негашеной извести и соляной кислоты является выделение тепла при их взаимодействии друг с другом и с водой. Количество выделенного тепла можно подсчитать по следующим уравнениям экзотермических реакций:
1. Гашение извести
CaО + H2O = Ca(OH)2 = 15.5 ккал
Согласно этому уравнению, 1 кг химически чистой извести при гашении её водой выделяет 276 ккал тепла.
2. Нейтрализация извести соляной кислотой и образование в результате хлористого кальция:
Ca(OH)2 x ag + 2HCl x ag = CaCl2 x ag + 2H2O + 28 ккал
Из этого уравнения следует, что 1 кг извести при нейтрализации его соляной кислотой выделяет 384 ккал тепла.
3. В присутствии образовавшегося в растворе хлористого кальция растворимость свободной извести увеличивается. Теплота растворения определяется из уравнения:
Ca(OH)2 x ag = Ca(OH)2 x ag + 3 ккал
1 кг растворяющейся извести выделяет 40 ккал тепла
4. Взаимодействие избытков извести с хлористым кальцием высокой концентрации может привести к образованию хлорокиси кальция:
3Ca(OH)2 + CaCl2 + n x H2O = 3CaO x CaCl2 x 16H2O + 79.5 ккал
Каждый килограмм образующейся хлорокиси выделяет 140 ккал тепла
Неизбежным следствием перечисленных выше экзотермических реакций является выделение тепла внутри бетона и повышение его температуры. Помимо этого минералы портландцементного клинкера также выделяют тепло в результате химической реакции с водой в результате гидролиза и гидратации. Введенные в состав бетона ускорители “подстегивают” это тепловыделение.
Вследствие химического воздействия ускорителей, вовлекающих в реакции большую массу цементного вещества, цемент выделяет добавочное количество тепла в начальные сроки гидратации и твердения. Исследованиями установлено, что для большинства портландцементов с 30 – 45% С3S (трехкальциевого силиката) от веса минералов цемента, при добавке 1% хлористого кальция, тепловыделение 1 кг цемента за первые сутки увеличивается на 4 – 7 ккал, т.е. примерно на 10% больше, чем в обычных условиях.
Под воздействием ускорителей быстрее протекает гидратация цемента, и, следовательно, интенсивней выделяется тепло в начальные сроки твердения.
Все перечисленные выше экзотермические реакции в своей совокупности и определяют явление, которое приводит к сильному саморазогреву бетона. В таблице 661-1 дано сопоставление количества и скорости выделения тепла различными веществами в бетоне.
Таблица 661-1
Выделение тепла 1 кг различных веществ
| Наименование вещества и характер реакции | Количество тепла в ккал | Скорость выделения тепла |
| Гидролиз и гидратация цемента марки М400 | 30 | В течении 3-х дней |
| Гидратация извести | 276 | В течение нескольких часов |
| Нейтрализация извести кислотой | 376 | В первые часы |
| Растворение извести в водном растворе хлористого кальция | 40 | В первые часы |
| Образование хлорокиси кальция (при высоких концентрациях CaCl2) | 140 | В первые часы |
| Дрова сухие (для справки) | 2000 - 2500 | |
Из таблицы видно, как велико количество тепла, выделяемого при реакции взаимодействия извести-кипелки с соляной кислотой и водой. В суммарном исчислении выделяется тепла всего в 3 раза меньше, чем от аналогичного количества сухих дров. Да известью топить можно!
При гидратации 1 кг извести и последующей нейтрализации её кислотой в течение первых же часов выделяется в 20 с лишним раз больше тепла, чем выделяет 1 кг портландцемента марки М400 в течение целых 3-х суток.
Следует обязательно отметить, что в первые 6 – 8 часов сам цемент при обычных условиях схватывания и твердения тепла практически не выделяет. А вот при введении ускорителей, именно на этот период, приходится максимум тепловыделения. Возникает вопрос, на сколько же градусов может нагреться бетон в результате перечисленных выше экзотермических реакций?
Предположим, что оптимальные дозировки извести-кипелки и соляной кислоты находятся в пределах: для кислоты порядка 1 – 2%, для извести 10 – 15% от массы цемента. Расход цемента примем в 200 и 450 кг, объемный вес тяжелого бетона – 2200 кг/м3, а пенобетона – 800 кг/м3, теплоемкость того и другого, для упрощения, примем одинаковой – 0.25 ккал/кг град. Теплоизоляцию будем считать идеальной, - тоже для упрощения.
Результаты расчетов, проведенных на основе приведенных выше термохимических реакций между химически чистыми добавками, а также водой и цементом, сведены в таблицу 661-2
Таблица 661-2
Степень саморазогрева 1 м3 бетона трехсуточного возраста при различном расходе цемента и добавки ускорителя
| Расход цемента в бетоне и величина добавки ускорителя | Тяжелый бетон плотностью 2200 кг/м3 | Пенобетон плотностью 800 кг/м3 | ||
| Прирост температуры в оС | Конечная температура бетона в оС при начальной температуре в 15оС | Прирост температуры в оС | Конечная температура бетона в оС при начальной температуре в 15оС | |
| Бетон с расходом цемента в 200 кг/м3 без ускорителей | 10.9 | 25.9 | - | - |
| То же с 1% HCl + 15% CaO | 26 | 41 | - | - |
| То же с 2% HCl + 15% CaO | 36.6 | 51.6 | - | - |
| Бетон с расходом цемента в 450 кг/м3 без ускорителей | 24.5 | 39.5 | 9.0 | 24 |
| То же с 1% HCl + 10% CaO | 58 | 73 | 21.1 | 36.1 |
| То же с 2% HCl + 15% CaO | 80 | 95 | 29.1 | 44.1 |
Приведенные в таблице данные свидетельствуют, что бетон даже без добавок способен к саморазогреву под действием тепла выделяющегося при гидратации цемента. Если учесть, что за 30 дней цемент выделит тепла в 2 раза больше, чем за 3 дня, то и его температура за это время должна была бы повысится соответственно в два раза. На практике этого не происходит т.к. принятое нами выше допущение об идеальной теплоизоляции практически невозможно, да и не нужно выполнять.
С введением добавок саморазогрев бетона возрастает более чем в три раза. Известно, что тепло положительно и более эффективно влияет на темпы твердения молодого бетона. Поэтому тепло, выделяемое при действии ускорителей в начальные сроки твердения, ценнее тепла, выделяемого цементом в более поздние сроки.
Конечными продуктами взаимодействия извести-кипелки и соляной кислоты внутри бетона является хлористый кальций. Помол комовой извести до тонины, когда её без боязни можно вводить в составе этой композиции достаточно хлопотен. Еще сложней обеспечить её сохранность – она начинает очень бурно гаситься уже от влаги воздуха. Возникает вопрос, изменится ли саморазогрев бетона, если вводить в него уже готовые гашенную известь и хлористый кальций, или гашенную известь и соляную кислоту.
Безусловно, изменится, так как тепло, образующееся в процессе гашения извести кислотой и при образовании хлорокиси не попадает теперь в бетон. (Для заинтересовавшихся этой темой весь процесс взаимодействия извести и кислоты разбит на отдельные этапы (см. выше). При желании можно легко подсчитать тепловыделение “убирая” отсутствующие реакции).
Там, где необходим быстрый и сильный саморазогрев бетона и быстрое его твердение, нужно применять известь-кипелку и соляную кислоту, а не хлористый кальций.
1. Добавка в бетон только одной молотой негашеной извести в дозировке до 5% повышает суточную и 280ми суточную прочность на 15 – 25%
2. Дальнейшее увеличение количества вводимой извести вызывает пропорциональное снижение прочности бетона. Во многом это может быть объяснено тем, что в традиционных помольных агрегатах, шаровых и вибромельницах, невозможно достичь требуемой тонины помола извести – на определенной стадии помола начинаются процессы самоагрегатации и тонина помола стабилизируется. Если известь-кипелку смолота на высокоэнергетических мельницах ударного действия типа дезинтегратора или десимбератора в которых самоагрегатация наступает гораздо позже дозировку извести в бетоны можно довести до 15 – 20% без потери прочности.
3. Добавка в бетон одной соляной кислоты несколько ускоряет его твердение лишь в первое время. Причем с увеличением добавки соляной кислоты до 2.5% наряду с ускорением набора прочности отмечается её спад в месячном возрасте.
4. Комбинированная добавка извести и соляной кислоты меняет весь процесс твердения кардинальным образом.
а) Добавка 0.83% кислоты и до 15% негашеной извести ускоряет твердение бетона в первые же сутки более чем в 3 раза, через трое суток – до 1.5 раз и обеспечивает нарастание прочности бетона в последующие сроки.
б) Добавка 1.67% кислоты и до 15% негашеной извести ускоряет твердение бетона в первое время еще более значительно: через 6 часов он приобретает прочность, соответствующую от 70 до 100% суточной прочности обыкновенного бетона, через сутки – до 350% прочности обыкновенного бетона того же возраста и обеспечивает нарастание прочности бетона в месячном возрасте на 15 – 20%.
в) Добавка 2.5% кислоты и до 15% негашеной извести ускоряет твердение бетона, особенно резко выраженное в первое время (прочность бетона с этими добавками уже через 6 часов достигает 150% суточной прочности обыкновенного бетона), и обеспечивает нарастание прочности бетона в месячном возрасте на 10 – 12%.
Комбинированная добавка негашеной извести и соляной кислоты ускоряет твердение бетона в первые часы в среднем в 2 – 5 раз (через сутки в 2 раза) эффективней, чем добавка одной соляной кислоты без негашеной извести. Оптимальной следует считать дозировку извести – 10% и соляной кислоты до 2% от массы цемента.
Все приведенные выше рассуждения и дозировки справедливы для химически чистых веществ. На практике же этого никогда не бывает. Строительная известь, даже первого сорта содержит максимум 85% СаО, а известь второго сорта – порядка 70% СаО. Эти соображения следует учитывать при отработке конкретной технологии исходя из местных реалий.
6.6.2 Влияние саморазогрева бетона на схватывание
Из факта саморазогрева бетона вытекает ряд важных следствий. Известно, что с повышением температуры среды схватывание цементов ускоряется. При самонагреве бетона повышается температура не среды, а самого цемента, но результат будет один и тот же: сроки схватывания цемента резко сокращаются.
До какой же температуры способно разогреться цементное тесто с добавками ускорителями и как быстро может протекать это разогревание? Степень саморазогрева материала зависит не только от количества выделившегося тепла, но и от скорости его образования, а также от быстроты отвода его в окружающую среду.
Скорость образования тепла определяется скоростью гашения извести и нейтрализации её кислотой. По скорости гашения извести разделяются на: быстрогасящиеся, которые достигают максимальных температур гашения через 5 минут; среднегасящиеся – до 30 минут и медленногасящиеся – больше 30 минут. Присутствие соляной кислоты резко повышает скорость гашения любой извести. В этом случае все они оказываются по существу быстрогасящимися, причем, даже при минимальных добавках ускорителей, температура цементного теста, в первые же минуты после затворения его водой, может быть настолько высокой, что схватывание цемента наступит очень быстро. Так при добавке 3% CaCl2 и 15% СаО схватывание цементного теста нормальной густоты наступает уже через 1 - 4 минуты, а оканчивается через 12 - 20 минут. Но в реальных бетонах, где присутствуют заполнители и дозировка воды против потребной для получения теста нормальной густоты гораздо выше, разогрев и достижение температурного максимума будут приемлемыми.
В связи с ускоренным схватыванием, бетон с ускорителями гораздо быстрее, чем бездобавочный, теряет пластичность (см. Таблица 662-1).
Таблица 662-1
Изменение пластичности бетона при введении добавок-ускорителей.
| Вид и количество добавок-ускорителей | Водоцементное соотношение (В/Ц) | Время потери пластичности в минутах |
| Бетон без добавок | 0.57 | - |
| Бетон c 3% CaCl2 | 0.57 | 75 |
| Бетон c 3% CaCl2 + 15% извести-кипелки | 0.65 | 23 |
| Бетон c 2% CaCl2 + 15% извести-кипелки | 0.65 | 18 |
Длительное сохранение бетоном пластичности полезно, а порой и просто необходимо, при бетононировании массивных сооружений или при необходимости длительной транспортировки бетонной смеси. При изготовлении же мелких бетонных изделий – стеновых камней, элементов мощения, малых архитектурных форм, производство пенобетона и т.д., когда изготовление и укладка бетона сосредоточены в одном месте, длительный период схватывания абсолютно не нужен. Мало того он вреден, т.к. задерживает распалубовку изделий, требует большого количества форм и производственных площадей, загромождает производственные площади и т.д.
6.6.3 Влияние совместного введения извести и соляной кислоты на твердение цемента.
Так как твердение – процесс длительный, измеряемый неделями, а выделение тепла вследствие взаимодействия ускорителей, наоборот измеряется часами, то, казалось бы, это тепло должно влиять только на темпы схватывания бетона, а не на скорость его твердения. На самом деле оно оказывает несомненное и значительное влияние и на скорость его твердения.
Проведенные в свое время эксперименты показали, что если относительную прочность бетона, выдержанного в первые 6 часов при 20оС а затем еще сутки при комнатной температуре принять за 100%, то относительные прочности бетонов выдержанных первые 6 часов при температуре 40оС, 60оС и 80оС и затем сутки при комнатной температуре, соответственно составляют 232%, 420 и 550%. Как видим, при воздействии температуры на бетон в самый начальный момент его твердения, прочность намного возрастает.
Применение соляной кислоты и смеси извести-кипелки с соляной кислотой позволяет получать быстротвердеющие бетоны. Комплексные эксперименты, проведенные Киселевым Н.Н. в Горьковском инженерно-строительном институте в начале 50-х годов дали следующие результаты (см. Таблица 663-1):
Таблица 663-1
Относительное ускорение твердения бетона при добавках к нему соляной кислоты и извести-кипелки
| Возраст бетона в сутках | Без добавок ускорителей | С добавкой 2% HCl | С добавкой 2% HCl + 15% извести-кипелки |
| 1 | 100 | 290 | 950 |
| 3 | 100 | 225 | 400 |
| 7 | 100 | 135 | 210 |
| 14 | 100 | 133 | 175 |
| 28 | 100 | 130 | 170 |
| 90 | 100 | 107 | 130 |
| 270 | 100 | 105 | 125 |
Таблица - обобщение комплексного эксперимента по испытанию 915 кубов с величиной ребра 5 см. Исследовались бетоны марок “70”, “110”, “200”, “250” и 350 на портландцементах активностью 246, 332, 354 и 403 кг/см2 и на шлакомагнезиальном портландцементе активностью 264 кг/см2. расход цемента колебался в пределах 220 – 290 кг/м3, величины водоцементных отношений находились в пределах от 0.56 до 0.77, осадка бетонной смеси составляла от 4 до 8 см. Известь использовалась высококальциевая, быстрогасящаяся.
Из таблицы видно, что в суточном возрасте бетон с добавкой соляной кислоты и извести-кипелки приобрел прочность, которая почти в 10 раз, в 3-х суточном – в 4 раза, а в 28-ми суточном – в 1.7 раза больше, нежели у бетона без добавок.
Такие высокие скорости твердения бетона с добавками позволяют намного раньше делать распалубовку бетонных изделий и вводить их в эксплуатацию. Сроки располубовки за счет ускорения твердения бетона сокращаются следующим образом (см. Таблица 663-2)
Таблица 663-2
Сравнительные сроки распалубовки бетона
(усредненные данные по результатам испытаний четырех различных портландцементов)
| % прочности бетона от проектной марки | Бетон без добавок | Бетон с 2% HCl | Бетон с 2% HCl + 15% извести-кипелки |
| 50 | 5 – 8 дней, в среднем 7 дней | 3 – 5 дней, в среднем 4 дня | 1.0 – 2.5 дня, в среднем 1,5 дня |
| 70 | 10 – 13 дней, в среднем 12 дней | 7 – 8 дней | 2 – 4 дня, в среднем 3 дня |
| 100 | 28 дней | 12 – 18 дней, в среднем 14 дней | 5 – 7 дней, в среднем 6 дней |
Из таблицы видно, что совместное применение извести-кипелки и соляной кислоты может ускорить распалубовку изделий, а, следовательно, и темп работ, в 4 раза. При заводском изготовлении сборных железобетонных изделий эти добавки позволяют сократить сроки пропарки изделий, повысить оборачиваемость форм и опалубки и увеличить тем самым производительность оборудования.
Для перевода удельного веса соляной кислоты служит Таблица 663-3
Таблица 663-3
ТАБЛИЦА ПЕРЕВОДА УДЕЛЬНОГО ВЕСА И ПЛОТНОСТИ РАСТВОРОВ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ
(градусы Вё) на концентрацию при 15°C
| Удельный вес | Градусы Вё | Содержание НСl в % | Содержание НСl в кг на 1 л раствора |
| 1,000 | ??? | 0,16 | 0,0016 |
| 1,005 | 0,7 | 1,15 | 0,012 |
| 1,010 | 1,4 | 2,14 | 0,022 |
| 1,015 | 2,1 | 3,12 | 0,032 |
| 1,020 | 2,7 | 4,13 | 0,042 |
| 1,025 | 3,4 | 5,15 | 0,053 |
| 1,030 | 4,1 | 6,15 | 0,063 |
| 1,035 | 4,7 | 7,15 | 0.074 |
| 1,040 | 5,4 | 8.16 | 0,085 |
| 1,045 | 6,0 | 9.16 | 0,096 |
| 1,050 | 6,7 | 10,17 | 0,107 |
| 1,055 | 7,4 | 11,18 | 0,118 |
| 1,060 | 8,0 | 12,19 | 0,129 |
| 1,065 | 8,7 | 13,19 | 0,140 |
| 1,070 | 9,4 | 14,17 | 0,152 |
| 1,075 | 10,0 | 15,16 | 0163 |
| 1,080 | 10,8 | 16,15 | 0,174 |
| 1,085 | 11,2 | 17,13 | 0 186 |
| 1,090 | 11,9 | 18,11 | 0,197 |
| 1,095 | 12,4 | 19,06 | 0209 |
| 1,100 | 13,0 | 20,01 | 0'220 |
| 1,105 | 13,6 | 20,97 | 0'232 |
| 1,110 | 14,2 | 21,92 | 0,243 |
| 1,115 | 14,9 | 22,86 | 0,255 |
| 1,120 | 15,4 | 23,82 | 0,267 |
| 1,125 | 16,0 | 24,78 | 0,279 |
| 1,130 | 16,5 | 25,75 | 0,291 |
| 1,135 | 17,1 | 26,70 | 0,302 |
| 1,140 | 17,7 | 27,66 | 0,315 |
| 1,145 | 18,0 | 28,14 | 0,321 |
| 1,145 | 18,3 | 28,61 | 0,328 |
| 1,150 | 18,8 | 29,57 | 0,340 |
| 1,152 | 19,0 | 29,95 | 0,345 |
| 1,155 | 19,3 | 30,55 | 0,353 |
| 1,160 | 19,8 | 31,52 | 0,366 |
| 1,163 | 20,0 | 32,10 | 0,373 |
| 1,165 | 20,3 | 32,49 | 0,379 |
| 1,170 | 20,9 | 33,46 | 0,391 |
| 1,171 | 21,0 | 33,65 | 0,394 |
| 1,175 | 21,4 | 34,42 | 0,404 |
| 1,180 | 22,0 | 35,39 | 0,418 |
| 1,185 | 22,5 | 36,81 | 0,430 |
| 1,190 | 23,0 | 37,23 | 0,443 |
| 1,195 | 23,5 | 38,16 | 0,456 |
| 1,200 | 24,0 | 39,11 | 0,469 |
Примечание:
1. Для соляной кислоты имеется очень простой и достаточно точный мнемонический прием для вычисления содержания количества НCl в её водных растворах. Его суть – две последние цифры удельного веса после запятой умножаем на 2 и получаем содержание кислоты в процентах (это правило справедливо для +20оС).
Например: удельный вес 1.19. Следовательно, содержание HCl будет 19 х 2 = 38%
Если удельный вес равен 1.12, HCl будет, соответственно, 24%
2. Как правило, товарная соляная кислота 38% - имеет удельный вес 1.19
6.6.3 Влияние хлоридов на иные показатели бетона
В начале 50-х годов проводились также комплексные исследования по влиянию хлоридных ускорителей, в частности соляной кислоты в дозировках от 1% до 2% совместно с 10 – 20% извести-кипелки на бетонах марки “140” и “200”. Толщину защитного слоя принимали равной 1, 2.5 и 7 см.
Коррозия арматуры и закладных деталей изучалась на образцах из арматурной стали (Ст. 3) длинной 10 см и диаметром 1 см, заделанных в образцы бетона (кубы) с ребром 15 см. Испытания проводились через 30, 90 и 365 дней твердения бетона при различных режимах его хранения: нормальном (во влажных опилках), водном, воздушном и переменном. В каждый образец бетона закладывались 2 – 3 стальных стержня, выточенных на токарном станке и обработанных ацетоном для удаления следов жира и загрязнений. Всего было испытано 199 образцов. Характер коррозии арматуры в трещинах изучался на балках 9-ти месячного возраста.
Опыты показали, что стальные стержни, заложенные в образцы бетона, изготовленного с добавкой соляной кислоты и извести-кипелки, с боковых поверхностей коррозией не затронуты, а на торцах оказались пятна и точки небольших размеров, не увеличивающиеся в течение года. Добавка в бетон одной соляной кислоты в количестве 1, 1.5 и 2% вызвала несколько большую коррозию стержней, чем одновременная добавка этой кислоты и извести-кипелки.
При этом ни различная толщина защитного слоя плотного бетона, ни различные режимы хранения образцов не оказали влияния на коррозию стержней. В железобетонных балках с раскрытыми трещинами шириной до 0.5 мм совместная добавка соляной кислоты и извести-кипелки не привела к коррозии арматуры вообще.
Если учесть, что нормативное строительное законодательство разрешает вводить в отдельные виды железобетонных изделий хлористых солей, то совместные добавки соляной кислоты и извести-кипелки, создающей большую щелочность среды, следует признать тем более допустимым.
Были проведены также испытания на сцепление арматуры с бетоном без добавок и с добавками-ускорителями. Для этого вытаскивали стержни диаметром 16 мм из бетонного куба с ребром 15 см. Было испытано 90 образцов. Опыты проводились на бетонах марки “140” и “250” при 50, 70 и 100% прочности от величины марки. Бетон без добавок приобретал такую прочность в 7, 12 и 28 суток, а бетон с добавками 2% HCl + 15% извести-кипелки – через 2, 3 и 7 суток.
Опыты показали, что при одинаковой прочности на сжатие бетона с добавками и без добавок, прочность на сцепление с арматурой бетона, содержащего добавку соляной кислоты и извести-кипелки, оказалась на 10 – 15 % выше. Причем, бетон с этими добавками набирал прочность в четыре раза быстрее, нежели такой же бетон без добавок.
Деформативные свойства бетона без добавок и с добавками изучались на 45 призмах размером 15 х 15 х 45 см, изготовлявшихся из бетона тех же замесов, что и образцы для испытания на сцепление. Призмы испытывались методом ступенчатого нагружения в 5, 10, 15 и 20 кг/см2 с выдержкой на каждой ступени по 10 минут. Деформации измерялись рычажными тензометрами, установленными по граням призм. Модули полных и упругих деформаций определялись при половинном напряжении от призменной прочности. Ползучесть бетона без добавки и с добавкой 2% соляной кислоты и 15% извести-кипелки определялась на призмах 10 х 10 х 40 см при половинном напряжении от призменной прочности. Деформации замерялись индикатором, а прочность определялась испытаниями контрольных кубов с ребром в 15 см и контрольных призм.
Результаты этих опытов показали, что деформативность бетона с 2% соляной кислоты и 15% извести-кипелки на 5 – 10% выше деформативности равнопрочного бетона без добавок. Такими же оказались и результаты определения модуля упругости бетона. Практически же, однако, это не играет роли, т.к. бетон без добавок достигает определенной прочности в четыре раза медленнее, чем бетон без добавок.
Что же касается ползучести бетона с добавкой 2% соляной кислоты и 15% извести-кипелки, то при напряжении, составляющем половину от призменной прочности, эта ползучесть в первое время была на 30 – 50% больше ползучести бетона без добавок. Однако впоследствии быстрого роста прочности бетона с добавками ползучесть его быстро уменьшается, так что конечные значения ползучести становятся примерно одинаковыми.
Прочность железобетонных балок на изгиб из бетона без добавок и с добавками-ускорителями исследовалась на балочках размера 250 х 25 х 15 см, армированных стержнями диаметром 14 мм. Для предупреждения разрушений от скалывания через каждые 7 см ставились хомуты, и отгибался средний стержень. Балки изготовлялись из бетона марки “250” при температуре 8 – 18 оС, причем часть балок с добавкой 2% соляной кислоты и 15% извести-кипелки изготавливали и хранили при температуре +2оС и +4оС.
Для бетона без добавок испытания проводили через 12 и 30 суток, а для бетона с добавками – через 1, 2, 3 и 7 суток. Испытание вели на балочном прессе с пролетом балок в 2м при девятиступенчатой загрузке двумя сосредоточенными силами, с выдержкой по 10 минут на каждой ступени. Испытание продолжали до разрушения.
Результаты испытаний показали, что разрушающая нагрузка для балок одинаковой прочности одна и та же, хотя возраст бетона без добавок и с добавками-ускорителями к моменту испытания был различным. Прогибы балок в момент разрушения у бетона с добавками оказались на 10 – 12% больше. Характерно, что прочность двух балок суточного возраста, изготовленных из бетона с добавками 2% соляной кислоты и 15% извести-кипелки и хранившихся при 2 – 4оС, составляла 70 кг/см2. Это указывает на возможность скоростного ведения работ из монолитного железобетона в условиях пониженных температур.
Вышеприведенные данные свидетельствуют, что известь-кипелка вкупе с соляной кислотой придают бетону и железобетону новые свойства, которые приобретают большую ценность при скоростном строительстве из монолитного железобетона, а также при заводском и полигонном производстве железобетонных изделий.