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 5 - Ускорители схватывания и твердения в технологии бетонов.
ссылка скрыта
ссылка скрыта
Готовые хлористые соли, как ускорители схватывания и твердения бетонов.
При исследовании разных ускорителей схватывания и твердения бетонных композиций, было установлено, что соли двухвалентных металлов более действенны, чем соли одновалентных. А еще более эффективны соли трехвалентных металлов. Также было выявлено, что из всех этих солей наиболее действенны соли соляной кислоты – хлориды, особенно если принять во внимание также и очень высокую их растворимость в воде.
Хлористые соли очень давно и очень успешно применяются в строительной практике в качестве ускорителей и противоморозных добавок. Они дешевы, доступны. Пожаро-взрыво безопасны. Не ядовиты. Не оказывают негативного влияния на людей и окружающую среду. Но на сегодняшний день у них имеется два очень серьезных недостатка – дешевизна, коррозионная активность по отношению к железу и высочайшая эффективность.
Первый недостаток – дешевизна, все время предопределяет их судьбу. В пору социалистического строительства, в угоду копеечной экономии, хлориды использовали массово и повсеместно. Оказалось, что их коррозионную активность можно достаточно легко нивелировать добавками нитритов (нитрита натрия или нитрита кальция) или иными ингибиторами типа катапина. Пока смешением ингредиентов в нужных пропорциях занимались узкоспециализированные предприятия, производившие комплексы на основе хлоридов типа ННХК (нитрит-нитрат-хлорид кальция) все было более-менее благополучно. Но как только практически то же самое пытались делать на местах, комплекс ХК+НН, например (хлорид кальция + нитрит натрия), в так называемых построечных условиях, часто приключалась какая ни, будь бяка, смакуемая потом ежегодником “Аварийные обрушения в строительстве”. Действительной первопричиной всех этих неприятностей служили не хлориды сами по себе, а, в первую очередь, нарушение технологического регламента работы с ними. Национальную отечественную черту – разгильдяйство, увековечили на законодательном уровне, - вообще запретив применение хлоридов для большинства более-менее ответственных конструкций. С учетом отечественной ментальности абсолютно верное решение – береженого, Бог бережет. Между тем на Западе хлориды давно и достаточно широко применяются. Даже бетоносмесительное оборудование идет сразу с мерниками для хлористого кальция.
Бурный всплеск интереса к ускорителям наблюдается в последнее время. За период развала многие бетонные заводы, по тем или иным причинам, утратили свое паросиловое хозяйство – использовать отработанный способ ускорения твердения бетонных изделий при помощи тепловлажностной обработки уже стало просто физически невозможно. Выход единственный – работать по так называемой беспропарочной технологии с использованием ускорителей - химических интенсификаторов схватывания и твердения.
И хотя национальное строительное законодательство для очень многих видов железобетона прямо и непосредственно запрещает использование неингибированных хлористых солей, никто ведь не запрещал их использовать в простых бетонах. О какой, скажите на милость, коррозии может идти речь при производстве изделий, где железной арматуры нет вообще? – те же малые архитектурные формы, элементы мощения, ячеистые и легкие бетоны и т.д. В этом случае опять срабатывает, как это ни парадоксально, один из недостатков хлоридов – их высокая эффективность при низкой цене.
Ведь чего греха таить, многие продавцы технологии и оборудования для производства элементов мощения, например, абсолютно не заинтересованы в распространении правдивой информации об отечественных модификаторах для бетонов. Многие из них основной бизнес делают именно на продаже форм для производства тротуарных камней. А все остальное – антураж, призванный обеспечить именно их продажу. Разумеется, эффективные и дешевые ускорители для подобного бизнеса как кость в горле – оборачиваемость форм резко увеличивается, соответственно объемы их продаж падают.
Очень интересный факт, исключительно полно характеризующий отношение к ускорителям на основе хлоридов на Западе – в середине 70-х годов в Великобритании 90% объема продаж ускорителей составляли 16 торговых марок. Так вот 12 из них были изготовлены на основе хлористых солей. Выпускаемые в начале 70-х в Чехословакии 7 добавок-ускорителей – все были изготовлены на основе хлоридов. А вот как относятся к ускорителям в такой, достаточно консервативной и требовательной к качеству строительства, стране, как США (см. Таблица 67-1)
Таблица 67-1
Перечень коммерческих ускорителей используемых в США
(по состоянию на 1986 г.)
| Товарное название | Производитель или поставщик | Действующий ингридиент-ускоритель |
| Darex SetAcselerator | W.R. Grace | формиат |
| Rapid Set | Standard Chemicals Ltd of Canada | формиат |
| PDA High Early 202 | Protex Industries | хлорид 23% |
| TCDA тип E | Mulco Inc. | хлорид 8% + лигносульфонат |
| Sikacrete | Sika Chemicals | хлорид + лигносульфонат |
| Pozzolith High Early | Master Builders | смесь хлоридов |
| Porzite L-75 | Sternson Ltd | хлорид + лигносульфонат |
6.7.1 Хлорид кальция
Хлорид кальция (ХК) применяется в строительной практике издавна - первые документально подтвержденные свидетельства датируются 1873 г., а первый патент на его применение был выдан в 1885 г. До 1890 г. во всем мире насчитывалось только 7 публикаций по вопросу применимости (ХК). Но в последствие количество литературы о нем многократно выросло. Интерес к (ХК) очевиден из несчетного опубликованных статей, патентов, обзоров, книг и симпозиумов, на которых обсуждаются как научно-методололгические аспекты использования (ХК) в технологии бетонов так и узко практические вопросы, с целевым технологическим уклоном.
В то же время, следует отметить, имеются серьезные разногласия и высказываются даже неправильные взгляды по поводу эффекта воздействия (ХК) на многие свойства бетонов. В одних странах использование (ХК) запрещено, в других - в бывшем СССР, США и Канаде разрешено при обеспечении определенных мер предосторожности при производстве армированных и, особенно, преднапряженных, конструкций.
С химической точки зрения хлорид кальция CaCl2 – кальциевая соль соляной кислоты. Существует несколько его кристаллогидратов, а именно – безводный, дву-, четырех- и шести- водный. Хлористый кальций очень гигроскопичен, его используют даже в качестве осушителя. Поэтому его дозирование перед применением в строительной индустрии должно обязательно учитывать этот факт. Вычислять сложным химическим путем, сколько же безводный (ХК) нахватался воды, и какой собственно кристаллогидрат мы имеем, абсолютно излишне. Достаточно использовать водные растворы (ХК), а, измеряя их плотность весьма легко вычислить, сколько же там безводного хлорида кальция (см. Таблица 671-1)
Таблица 671-1
ТАБЛИЦА ПЕРЕВОДА УДЕЛЬНОГО ВЕСА И ПЛОТНОСТИ
Растворы хлористого кальция (t = +18°C)
| Плотность | Градусы Вё | Содержание безводного СаС12 в кг на 1 л раствора | Содержание безводного СаС12 в кг на 1 кг раствора |
| 1.0039 | 0.7 | 0,0051 | 0,0051 |
| 1,0079 | 1.05 | 0.0102 | 0,0101 |
| 1,0119 | 1,65 | 0.0154 | 0,0152 |
| 1,0159 | 2,1 | 0,0206 | 0,0203 |
| 1,0200 | 2.7 | 0.0259 | 0,0254 |
| 1.0241 | 3.4 | 0,0311 | 0,0304 |
| 1,0282 | 3.9 | 0.0365 | 00355 |
| 1.0323 | 4.4 | 0,0419 | 00406 |
| 1.0365 | 4,7 | 0.0473 | 0.0456 |
| 1,0449 | 5,4 | 0,0528 | 0,0507 |
| 1,0467 | 6,0 | 0,0582 | 0,0557 |
| 1,0491 | 6,7 | 0,0638 | 0,0608 |
| 1,0534 | 7,1 | 0,0693 | 0,0658 |
| 1,0577 | 7,7 | 0,0750 | 0,0709 |
| 1,0620 | 8,0 | 0,0807 | 0,0760 |
| 1,0663 | 8,7 | 0,0864 | 0.0810 |
| 1,0706 | 9,4 | 0,0922 | 0,0861 |
| 1,0750 | 10,0 | 0,0980 | 0,0912 |
| 1,0794 | 10,6 | 0,1038 | 0,0962 |
| 1,0838 | 10,9 | 0,1098 | 0,1013 |
| 1,0882 | 11,5 | 0,П58 | 0,1064 |
| 1,0927 | 12,5 | 0,1218 | 0,1115 |
| 1,0972 | 12,7 | 0,1278 | 0,1165 |
| 1,1017 | 13,0 | 0,1340 | 0,1216 |
| 1,1062 | 13,6 | 0,1402 | 0,1267 |
| 1,1107 | 14,2 | 0,1463 | 01317 |
| 1,1158 | 14,9 | 0,1548 | 0,1388 |
| 1,1199 | 15,4 | 0,1589 | 0,1419 |
| 1,1246 | 16,0 | 0,1652 | 0,1459 |
| 1,1292 | 16,5 | 0,1716 | 0,1520 |
| 1,1339 | 16,9 | 0,1781 | 0,1571 |
| 1,1386 | 17,1 | 0,1846 | 0 1621 |
| 1,1433 | 18,0 | 0,1912 | 0,1672 |
| 1,1480 | 18,5 | 0,1978 | 0,1723 |
| 1,1527 | 19,1 | 0,2044 | 0,1773 |
| 1,1575 | 19,5 | 0,2111 | 0,1824 |
| 1,1622 | 20,1 | 0,2179 | 01875 |
| 1,1671 | 20,6 | 0,2247 | 0,1925 |
| 1,1719 | 20,9 | 0,2316 | 0,1976 |
| 1,1768 | 21,4 | 0,2385 | 0,2027 |
| 1,1816 | 22,0 | 0,2454 | 0,2077 |
| 1,1865 | 22,5 | 0 2525 | 0,2128 |
| 1,1914 | 23,0 | 0,2546 | 0,2179 |
| 1,1963 | 23,5 | 0,2668 | 0,2230 |
| 1,2012 | 24,0 | 0,2739 | 0,2280 |
| 1,2062 | 24,5 | 0.2812 | 0,2331 |
| 1,2112 | 25,0 | 0,2885 | 0,2382 |
| 1,2162 | 25,5 | 0,2958 | 0,2432 |
| 1,2212 | 96,0 | 0,3032 | 0,2483 |
| 1,2262 | 26,4 | 0,3107 | 0,2534 |
| 1,2312 | 26,9 | 0,3181 | 0,2584 |
| 1,2363 | 27,4 | 0,3258 | 0,2635 |
| 1,2414 | 27,9 | 0,3334 | 0,2686 |
| 1,2465 | 28,4 | 0,3410 | 0,2736 |
| 1,2516 | 28,8 | 0,3488 | 0,2787 |
| 1,2567 | 29,3 | 0,3567 | 0,2838 |
| 1,2618 | 29,7 | 0,3638 | 0,2888 |
| 1,2669 | 30,2 | 0,3723 | 0,2939 |
| 1,2721 | 30,6 | 0,3804 | 0,2990 |
| 1,2773 | 31,3 | 0,3883 | 0,3040 |
| 1,2825 | 32,0 | 0,3964 | 0,3091 |
| 1,2877 | 32,2 | 0,4046 | 0,3142 |
| 1,2929 | 32,6 | 0,4127 | 0,3192 |
| 1,2981 | 33,1 | 0,4210 | 0,3243 |
| 1,3034 | 33,5 | 0,4293 | 0,3294 |
| 1,3087 | 33,9 | 0,4376 | 0,3344 |
| 1,3140 | 34,6 | 0,4461 | 0,3395 |
| 1,3193 | 35,0 | 0,4546 | 0,3446 |
| 1,3246 | 35,4 | 0,4632 | 0,3497 |
Таблица 671-2
Содержание хлорида натрия в растворах и их плотность
| Концентрация раствора, %. | Плотность раствора при 20оС, г/см3 | Температурный коэффициент плотности раствора | Содержание безводного ХН в 1 литре раствора (кг) |
| 1 | 1,005 | 0,00022 | 0,010 |
| 2 | 1,013 | 0,00024 | 0,020 |
| 3 | 1,020 | 0,00026 | 0,031 |
| 4 | 1,027 | 0,00028 | 0,041 |
| 5 | 1,034 | 0,00030 | 0,052 |
| 6 | 1,041 | 0,00031 | 0,062 |
| 7 | 1,049 | 0,00033 | 0,073 |
| 8 | 1,056 | 0,00034 | 0,084 |
| 9 | 1,064 | 0,00036 | 0,096 |
| 10 | 1,071 | 0,00037 | 0,107 |
| 15 | 1,109 | 0,00043 | 0,166 |
| 20 | 1,148 | 0,00049 | 0,230 |
| 23 | 1,172 | 0,00052 | 0,270 |
| 25 | 1,189 | 0,00054 | 0,297 |
6.7.1.1 Механизм действия хлористого кальция на цемент.
Рассматривая механизм действия (ХК) на цемент следует сначала оговорить его минералогический состав.
Основу всех портландцементов составляют 4 минерала, синтез которых происходит при обжиге клинкера – полупродукта, после помола которого, собственно, цемент и получается, а именно:
- трехкальциевый силикат – 3CaO x SiO2 (C3S)
- двухкальциевый силикат - 2CaO x SiO2 (C2S)
- трехкальциевый алюминат - 3CaO x Al2O3 (C3A)
- четырехкальциевый алюмоферит - 4CaO x Al2O3 x Fe2O3 (C4AF)
В нормальном цементе, без добавки какого либо ускорителя эти минералы следующим образом участвуют в твердении цементного камня:
- трехкальциевый силикат (C3S) – дает нарастание прочности всегда, - пашет во все сроки твердения
- двухкальциевый силикат (C2S) – до 28-ми суток его вклад в прочность незначителен, но после этого срока он “просыпается” и обеспечивает последующий набор прочности в течение многих лет.
- трехкальциевый алюминат (C3A) – оказывает значительный прирост прочности в самом начале твердения и до срока в 28 дней, затем его вклад минимален.
- четырехкальциевый алюмоферит(C4AF) – его роль в твердении незначительна и, в основном, сказывается в поздние сроки твердения цемента, эдакий бедный родственник.
Допустим мы задались целью ускорить набор прочности цементом. На какие минералы, из приведенных выше, и как, нам следует воздействовать?
Трехкальциевый силикат дает прирост прочности все время, - значит нужно просто повысить его активность, - пусть делает это проворней.
Двухкальциевый силикат у нас получается “тормознутый”, нам нужен прирост прочности не через месяц, а быстрей. Если не сразу, то хоть бы через неделю он должен включиться в работу.
Трехкальциевый алюминат и так самый шустрый. Именно ему мы, в основном, и обязаны суточной и трехсуточной прочностью. А если его еще подстегнуть. Пусть выложится по полной программе в первые дни твердения, а затем, трава не расти, пусть даже “сбрасывает” прочность – к тому времени трехголовый силикат в самую силу войдет, подстрахует.
Четырехкальциевый алюмоферит – ну в семье не без урода, толку от него все равно почти нет. Поэтому оставим его в покое – как хочет, так пусть и знает.
Так вот, все что описано выше и проделывает хлористый кальций!!!
(Здесь и везде, я умышленно не привожу, на мой взгляд, блестящую, классификацию ускорителей по Ратинову и Розенберг. Считаю что их деление добавок на классы излишне академично для простого смертного, а потому будет просто непонятно практикующим строителям).
Руководствуясь вышеприведенными соображениями, в середине 30-х годов английский исследователь Rapp провел серию очень кропотливых исследований и измерил вклад каждого из основных минералов цемента в общую прочность цементного камня под воздействием хлористого кальция (см. Таблица 6711-1)
Таблица 6711-1
Элементарные прочности для различных составляющих цемента.
| Содержание CaCl2 в % | Возраст в днях | Элементарные прочности в кг/см2 на 1% содержания | |||
| C3S | C2S | C3A | C4AF | ||
| 0 | 1 | +0.286 | +0.015 | +0.728 | -0.189 |
| 1 | +0.912 | -0.072 | +1.057 | -0.763 | |
| 2 | +0.973 | -0.074 | +1.134 | -0.609 | |
| | | | | | |
| 0 | 7 | +1.456 | +0.287 | +3.332 | -0.014 |
| 1 | +2.226 | +0.014 | +2.891 | -0.084 | |
| 2 | +2.359 | +0.238 | +2.317 | -0.490 | |
| | | | | | |
| 0 | 28 | +2.114 | +0.273 | +6.223 | -0.252 |
| 1 | +2.884 | +0.966 | +4.067 | -0.882 | |
| 2 | +3.227 | +1.120 | +2.695 | -1.316 | |
Примечание: 1. Знак “+” означает что на такую величину идет прирост прочности, “-” - прочность уменьшается
2. Значения в таблице переведены из фунтов на кв. дюйм в привычные нам кг/см2 – поэтому такая дробность
Что нам дает эта таблица? Зачем она, какой с неё прок?
А давайте проанализируем упоминавшийся ранее цемент ПЦ-400 завода Комсомолец в свете данных из этой таблицы. (Разумеется расчетные данные будут не совпадать с экспериментальными, но для нас важны не абсолютные значения, а закономерность их изменения).
Минералогический состав этого цемента следующий:
C3S - 62.7%
C2S - 16.4%
C3A - 3.4%
C4AF – 16.2%
Для подсчета суточной прочности без добавки (ХК) нам следует произвести следующие подсчеты:
(62.7 * 0.286) + (16.4 * 0.015) + (3.4*0.728) – (16.2*0.189) = 17.932 + 0.245 + 2.475 – 3.061 = 17.591 кг/см2
семисуточная будет, соответственно:
(62.7 * 1.456) + (16.4 * 0.287) + (3.4*3.332) – (16.2*0.014) = 91.291 + 4.706 + 11.328 – 0.226 = 107.099 кг/см2
а 28-ми суточная:
(62.7 * 2.114) + (16.4 * 0.273) + (3.4*6.223) – (16.2*0.252) = 132.547 + 4.477 + 21.158 – 4.082 = 154.1 кг/см2
С добавкой 2% (ХК) расчетная прочность будет:
Через сутки – 54 кг/см2
Через 7 суток – 152 кг/см2
Через 28 суток – 208 кг/см2
Характер изменения этих расчетных цифр, полученных, что называется на кончике пера, очень хорошо коррелирует и с результатами натурных экспериментов.
А общий вывод из всех вышеприведенных расчетов заключается в том, что (ХК), по совокупному воздействию на цемент как смесь различных минералов, мало чувствителен к минералогическому составу конкретного цемента. Основной упор он делает, конечно, на трехкальциевый алюминат, но его в обычных цементах сравнительно немного. (Высокоалюминатные цементы способны, конечно, существенно подправить эти рассуждения, но они достаточно редки и дефицитны). Но вот влияние (ХК) на трехкальциевый силикат, пусть и не такое большое, является определяющим - практически в любом цементе этого минерала всегда наибольшее количество. Поэтому при переходе на портландцемент другого производителя дозировки (ХК) смело можно оставлять неизменными, как и общую методологию работы с ним..
6.7.1.2 Влияние (ХК) на ускорение схватывания цементов.
Помимо ускоренного набора прочности (ХК) является также и очень мощным ускорителем схватывания цементов. В технологии традиционных тяжелых бетонов время схватывания корректируют даже в сторону увеличения – ведь бетон нужно успеть приготовить, довести и уложить. Монолитное домостроение так вообще ставит взаимоисключающее условие – ускоренное твердение при замедленном схватывании.
В технологии производства пенобетонов, элементов мощения и малых архитектурных форм, слава Богу, нет таких ограничений. Приготовление и укладка бетона (пенобетона) сосредоточены в одном месте и сокращение периода схватывания только во благо.
В обобщенном виде можно считать, что (ХК), в дозировке 1.0 – 2.0% ускоряет схватывание примерно в 2 раза, а в дозировке 2.0 – 3.0% - в 2.5 раза.