Создано:
Противоморозные добавки в бетон
Когда и для чего необходимо применять противоморозные добавки в бетон?
Процесс бетонирования при низких температурах весьма затратный и сопряжен с вероятными рисками получить в результате конструкцию с рыхлой бетонной структурой и сниженными прочностными характеристиками.
Оптимальной температурой окружающей среды для созревания бетона считается температура 15°-20°С. Известно, что при таких погодных условиях первые 30% марочной прочности бетон набирает по истечении 3-х суток после его литья. Спустя 7-14 суток (около двух недель) также при сохранении нормальных условий он набирает 60-80%. После 28 суток (4 недели) бетон при тех же нормальных условиях набирает 100%. А Через 3 месяца бетон набирает все 120% марочной прочности, но только если температура также колеблется в диапазоне 15°-20°С. Он и дальше продолжает набирать прочность при повторных увлажнениях, но уже не так быстро. С падением температуры ниже +15°С скорость твердения снижается очень сильно. При +5°С она измеряется сутками, а при достижении температурой отметки в 0°С вовсе останавливается.
Например, при нормальных условиях в неделю бетон набирает до 70% прочности. При температуре окружающего воздуха +5°, 70% марочной прочности будут набираться за 3-4 недели.
Кроме замедления реакции гидратации низкие температуры приводят еще к одному нежелательному процессу: отсутствие нормальных условий (15°-20°С), имеющее место на ранних стадиях созревания бетона, крайне негативно сказывается на его будущей структуре – он становится пористым и неморозостойким.
Вследствие значительного увеличения своего объема замерзающая вода развивает силы внутреннего давления, приводящие к разуплотнению структуры свежего бетона; помимо этого, замерзшая вода склонна к образованию ледяных пленок на поверхности заполнителей, что нарушает сцепление между заполнителями в растворе. Этот процесс развивает в порах бетона давление, разрушающее структуры еще «как следует не окрепшего» бетона, что в конечном итоге приводит к снижению его окончательной прочности.
Если бетонный раствор подвергнуть замораживанию сразу после литья в опалубку, то он будет иметь прочность при отрицательных температурах благодаря силам смерзания. При наступлении оттепели гидратация цемента возобновится и бетон начнет твердеть, но из-за рыхлой структуры (образовавшейся после таяния льда) его прочность будет во много раз ниже прочности бетона, одинакового по составу, но твердеющего в нормальных условиях. Только бетон, успевший набрать первоначальную прочность без замерзания, может противостоять морозу и после оттаивания продолжить нормально созревать.
Чем раньше замерз бетон, тем ниже его конечная прочность. Самым опасным является его замерзание на начальной стадии схватывания. Существует научно обоснованный способ, согласно которому бетон предохраняется от замерзания только на время схватывания и твердения до наступления момента набора им начальной «критической» прочности.
Согласно строительным нормам и правилам переход на зимний способ ведения строительных работ происходит в момент достижения среднесуточной температурой +5 и ниже градусов / минимальной суточной температурой - 0°С и ниже.
Из графиков набора прочности бетоном после замораживания, основанных на проведении большого числа экспериментов, следует:
1. Бетон, набравший в результате первоначального твердения прочность около 70% от марочной, при замораживании и последующем оттаивании продолжает созревать, набирая заданную марочную прочность. Замораживание в этом случае не вызывает деструктивных изменений в бетоне, а лишь приостанавливает на время его твердение из-за замерзания воды.
2. При замерзании бетона, успевшего перед этим набрать 50% марочной прочности, деструкция, вызванная замораживанием является незначительной. Этот бетон при последующем оттаивании и дальнейшем твердении теряет только 10% прочности.
3. Замораживание бетона, наступившее до набора им 50% марочной прочности приводит к значительным потерям конечной прочности после оттаивания и дальнейшего созревания.
Установлено, что прочность бетона, составляющая 50% марочной, является критической, и если бетон успевает достигнуть ее до замораживания, то оно не скажется в будущем на прочности его конструкции. Для ответственных сооружений, например пролетных строений мостов, СНиПами определена критическая прочность в 70%.
Таким образом, способ зимнего литья бетона заключается в обеспечении строительной бригадой набора бетоном принятой для сооружения заданного типа критической прочности до наступления его замораживания.
Одним из наиболее распространенных зимних способов ведения строительных работ – это применение противоморозных добавок для приготовления бетонного раствора. Такой метод называется методом холодного бетонирования. Этот метод в 1,2—1,4 раза более экономичный, нежели использование паро-прогрева и бетонирования с предварительным ограждением постройки, утеплением ее изнутри (сооружения т.н. «тепляков») и в 1,3-1,5 раза экономичнее электропрогрева.
Итак, среди свойств противоморозных добавок, позволяющих выполнять безобогревное зимнее бетонирование можно отметить следующее:
- снижение температуры замерзания воды, содержащейся в бетонной смеси, за счет увеличения времени схватывания;
- увеличение подвижности бетонного раствора, что облегчает бетонирование элементов конструкции в неблагоприятных погодных условиях;
- наличие ингибиторов коррозии, которые содержатся во многих противоморозных добавках, служит дополнительной защитой для арматуры;
- противоморозные добавки в бетон ускоряют его набор им прочности, увеличивают водонепроницаемость.
Что собой представляют противоморозные добавки и каков принцип их действия?
Добавки-антифризы для бетона можно разделить на три основные группы:
1. Противоморозные добавки в бетон, снижающие температуру замерзания жидкой фазы бетона и являющиеся либо слабыми ускорителями, либо замедлителями схватывания и твердения бетона. К ним относят сильные электролиты, такие, как нитрит натрия, хлорид натрия; слабые электролиты – водные растворы аммиака, не электролиты, органические вещества (многоатомные спирты, карбамид и т.п.).
2. Вторая группа – это антифризы, объединяющие в себе способность сильно ускорять процесс схватывания и твердения бетонов с хорошими противоморозными свойствами. Такими являются добавки на основе хлорида кальция — смеси хлорида кальция и хлорида натрия, нитрита натрия, нитрит-нитрата кальция; нитрит-нитрата кальция и мочевины и другие.
Противоморозные добавки второй группы, как правило, имеют вид бесцветной, желтоватой или светло-серой, а в некоторых случаях – и темно-коричневой жидкости (в зависимости от преобладающего вещества), плотностью около 1,4 кг/л, с массовой долей нитрата кальция 42 – 45% и уровнем рН – от 5 до 8.
При использовании добавки во время бетонирования происходит уплотнение бетона за счет заполнения пор карбонизированным гидроксидом кальция. Это позволяет практически удвоить прочность конструкции, при чем львиная доля этой прочности набирается в раннем возрасте бетона, что в свою очередь дает возможность снять опалубку, не повредив бетон, по истечению 18-ти часов после выполнения работ.
3. Противоморозные добавки в бетон третьей группы обладают слабыми антифризными свойствами по сравнению с «представители» двух предыдущих, но относятся к сильным ускорителям схватывания и твердения бетона, при этом вызывают сильное тепловыделение на ранней стадии твердения бетонного раствора. Эти добавки (сульфаты трехвалентного железа и алюминия) способствуют быстрому образованию плотной капиллярной структуры цементного камня.
Еще одним полезным свойством противоморозных добавок является то, что они позволяют вместо дорогих портландцементов использовать цемент низких марок (вплоть до шлакопортландцемента), что дает возможность значительно снизить стоимость готовых бетонных изделий без потери в их качестве.
Способ применения противоморозных добавок
В виде порошка противоморозные добавки вводятся в смесь вместе с другими составляющими: песок, цемент, вода и пластификатор. Водный раствор добавок нужно изначально смешивать вместе с водой затворения, после чего добавлять в бетонную смесь, которая готовится в бетоносмесителе на протяжении часа. Степень однородности полученной бетонной смеси может зависеть от времени перемешивания и от характеристик бетономешалки.
Количество добавки подбирается в соответствии с инструкцией производителя, но, обычно, определяется окончательно только опытным путем на стройплощадке. В основном, это 0,2% от необходимого количества цемента при температуре воздуха заявленной производителем. Количество добавки должно увеличиваться с понижением температуры из расчета 0,05% на 1 градус.
Роль добавок в бетон — активировать процессы твердения и понизить температуру замерзания жидкой фазы. Не следует забывать о том, что противоморозные добавки не всесильны, и условия для их «корректной работы» должна создавать сама строительная бригада, четко следующая алгоритму выполнения работ, утвержденному в СНиПах:
- Чтобы обеспечить твердение бетона до набора критической прочности, необходимо создать внутренний запас теплоты в нем путем подогрева материалов, из которых будет готовиться бетонная смесь.
- После окончания бетонирования поверхность конструкции необходимо сразу же теплоизолировать плитами или матами, что сохранит тепло выделяющееся при химической реакции гидратации (экзотермия цемента) и поддержит необходимые условия для последующего твердения бетона. Защищенный от холодного воздуха бетон твердеет благодаря теплу, внесенному в бетонный раствор при его приготовлении, а также – выделяемому в процессе экзотермической реакции при твердении цементного теста.
- Нельзя использовать смерзшийся заполнитель.
- Зимой нужно применять высокомарочные быстротвердеющие цементы и портландцементы.
- Если нагреть материалы для приготовления бетонной смеси не представляется возможным, то предпочтительным является следующий порядок ее приготовления: сначала заполнитель вводится в раствор противоморозной добавки необходимой концентрации и после их перемешивания в течение 1,5— 2 мин загружается цемент с последующим перемешиванием в течение 4—5 мин.
- Во избежание потерь влаги, попадания осадков и образования высолов на поверхности бетона необходимо ее укрывать слоем гидроизоляционного материала сразу же после окончания бетонирования.
- Необходимо узнавать особенности зимнего литья, принятого для различных типов строительных объектов.