Противоморозные добавки в бетон

Содержание

 

Введение  ……………………………………………………………………………………………………………………….…..3

 

1.  Общие положения……..……………………………………………………………………………….…………….….5

 

2. Механизм действия противоморозных добавок………………………………..……………..…………7

2.1 Антифризы………………………………………………………………………………………………………………..….7

2.2 Добавки  со слабыми антифризовыми свойствами………………………………………………….…9

2.3 Добавки,  ускоряющие схватывание бетонной смеси………………………………………………..9

 

3. Виды противоморозных добавок…………………………………………………………….……………...….11

3.1 Российские ПМД…………………………………………………………………………………………………………11

3.2 Добавки зарубежных производителей……………………………………………………………….…....12

 

4. Влияние ПМД на свойства бетонной смеси……………………………………………………………..…13

4.1 Сроки схватывания цемента……………………………………………………………………………………...13

4.2 Водоотделение……………………………………………………………………………………………………..…...13

4.3 Реологические свойства бетонной смеси………………………………………………………………...14

4.4 Микроструктура цементного камня………………………………………………………………………....14

4.5 Ползучесть бетона……………………………………………………………………………………………………..15

4.6 Поровая структура цементного камня……………………………………………………………………...15

4.7 Непроницаемость бетона……………………………………………………………………………………….…15

 

5. Области применения ПМД…………………………………………………………………………………….…...16

5.1 Дозировка ПМД………………………………………………………………………………………………………….16

5.2 Области применения  ПМД……………………………………………………………………………..………..17

 

Заключение………………………………………………………………………………………………………………………21

Список использованной литературы………………………………………………………………………………22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Твердение бетонов и растворов  при пониженной температуре происходит медленно, так как замедляется  процесс гидратации цемента. Уже  при температуре - 3...- 6 °С вода в бетоне замерзает, и процессы гидратации вяжущего и твердения бетона практически  прекращаются. При оттаивании, при  условии сохранения жидкой фазы, эти  процессы возобновляются, и бетон  продолжает увеличивать свою прочность. Однако для бетона, замороженного  в раннем возрасте, после оттаивания и последующей выдержки характерны рыхлая структура, низкая прочность  и морозостойкость. Это объясняется  тем, что свежеуложенный бетон содержит много воды, которая при замерзании расширяется, разрыхляет цементный  камень и нарушает сцепление заполнителя  с цементной матрицей.

Поэтому для обеспечения  требуемого набора прочности бетона в зимнее время необходимо создавать такие условия, при которых будут активно протекать процессы твердения вяжущего, т. е. необходимо обеспечивать наличие жидкой фазы. Эту задачу можно решить, например, путем выдерживания забетонированной конструкции при положительной температуре. Такое выдерживание можно осуществлять при обогреве бетона в термоактивной опалубке, использованием разогретых смесей с последующим укрытием поверхности конструкции теплоизоляционными материалами и другими способами.

В тех случаях, когда на строительной площадке по техническим  или организационным причинам такие  способы не могут быть реализованы, целесообразно в бетон вводить противоморозные добавки — вещества, понижающие температуру замерзания воды и способствующие твердению бетона при отрицательных температурах.

Применение бетонов  с противоморозными добавками осуществляется при возведении монолитных бетонных и железобетонных сооружений, монолитных частей сборно-монолитных конструкций, замоноличивании стыков сборных конструкций, при изготовлении сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций в условиях полигона при установившейся среднесуточной температуре наружного воздуха и грунта не ниже 5 °С и минимальной суточной температуре ниже 0 °С.

В настоящее время наиболее эффективными и проверенными в производственных условиях противоморозными добавками являются добавки-электролиты: поташ П, НН1, ХК, НК, ННК, ННХК, их комплексы НК+ХН, НК+М, ННХК+М и другие.

Все перечисленные добавки  одновременно являются и добавками-ускорителями схватывания и твердения бетонов и растворов, однако их концентрация в «холодных» бетонах значительно (в 2...3 раза) превышает ту, которая необходима для ускорения процессов твердения бетонов при температуре выше 0 °С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общие положения

Высокая потребность  в зданиях и сооружениях Промышленного  и Гражданского назначения в последние  годы в нашей стране, не позволяет  прерывать строительство, в том  числе в зимнее время, когда низкие температуры окружающей среды являются существенной помехой для интенсивного твердения бетона.  
Поэтому, пожалуй, единственным технологически простым и экономически выгодным на сегодняшний день способом зимнего бетонирования является введение в бетонные и растворные смеси противоморозных химических добавок, способствующих нормальному протеканию процессов гидратации цемента.

С учетом областей применения противоморозные добавки  можно разделить на две группы:

1. Добавки, понижающие температуру замерзания жидкой фазы бетона и принадлежащие к числу либо слабых электролитов, либо замедлителей схватывания и твердения цемента. К ним относятся некоторые сильные электролиты, такие, как нитрит натрия, хлорид натрия, слабые электролиты, например, водные растворы аммиака, неэлектролиты, вещества органического происхождения, например многоатомные спирты и карбамид.
2. Добавки, совмещающие в себе способность к сильному ускорению процессов схватывания и твердения цементов с хорошими антифризными свойствами. К ним относятся поташ, добавки на основе хлорида кальция – смеси хлорида кальция с хлоридом натрия, нитритом натрия, нитрит-нитратом кальция и многие другие.

Кроме этих основных двух групп противоморозных  добавок в отдельных случаях  при зимнем бетонировании используют вещества со слабыми антифризными свойствами, но относящиеся к сильным ускорителям  схватывания и твердения цемента, одновременно вызывающие сильное тепловыделение на ранней стадии твердения бетонной смеси и бетона.

В зависимости  от состава и вида цемента, температуры, состава и дозировки противоморозных  добавок последние оказывают  различное влияние на физические свойства бетонной смеси. При использовании  противоморозных добавок в процессе приготовления бетона существуют факторы, влияющих на выбор добавки:

• регулирование сохраняемости модифицированных бетонных смесей при отрицательных температурах;
• ускорение процесса гидратации цемента в бетоне;
• снижение точки замерзания воды в бетонной смеси;
• реологические свойства бетонной смеси;
• тепловой эффект гидратации цемента;
• коррозионная стойкость бетона по отношению к арматуре;
• сульфатостойкость бетона;
• щелочная коррозия заполнителя в бетоне;
• физико-механические показатели бетона.

Кроме этого, выбор назначения добавки осуществляется в зависимости от вида производимых изделий и составляющих их материалов. [1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Механизм противоморозного действия добавок

 

По механизму действия противоморозные добавки в бетоны, твердеющие при температуре ниже 0 °С, разделяются на три группы.

2.1  Антифризы

К первой группе относятся антифризы — вещества, понижающие температуру замерзания жидкой фазы бетона и являющиеся либо слабыми ускорителями, либо слабыми замедлителями схватывания и твердения бетона, то есть практически не влияют на скорость структурообразования. К этой группе относятся ХН, НН, М и другие.

Твердение бетона без последующего обогрева основано на том, что при  введении в его состав вышеуказанных  добавок при отрицательных температурах сохраняется жидкая фаза. В этом случае минералы портландцемента способны гидратироваться, обеспечивая твердение  бетона, но со скоростью несколько  меньшей, чем при положительной  температуре. Понижение температуры  замерзания воды обусловлено тем, что  при растворении добавок происходит их химическое взаимодействие с водой. В результате образуются сольваты —  более или менее прочные соединения частиц растворенного вещества с  молекулами воды (например, ионов Na и NO₂^- при растворении нитрита натрия). Поэтому для превращения воды раствора в лёд необходимо затратить энергию не только на замедление движения молекул воды, но и на разрушение сольватов.

Количество молекул воды, связываемых с каждой частицей растворенного  вещества, т. е. состав сольватов, и сила этой связи зависят, главным образом, от электрических свойств частиц, их размеров и сочетаний, а также  от содержания частиц в единице объёма воды (от концентрации раствора). При  этом, однако, в нем постепенно уменьшается  содержание «свободных» молекул  воды, способных к взаимодействию с минералами цемента. Вследствие образования  сольватов вода в растворах замерзает  постепенно, по мере охлаждения.

Представленная на рис.1 диаграмма  состояния системы «соль-вода»  в зависимости от температуры  показывает, что раствору с концентрацией  А₁ отвечает температура начала замерзания Т₁. При этом в результате перехода части воды затворения в лёд, концентрация раствора повышается, соответственно понижается температура замерзания раствора (участок кривой ОА_Э). Лишь в точке, отвечающей концентрации А_Э, в твердую фазу выпадут в виде криогидрата оставшиеся вода и соль (эвтектика). Поэтому нижний температурный предел применения добавки ограничен температурой её эвтектической точки.

Рис. 1 - Диаграмма состояния «соль — вода»

Согласно диаграмме состояния  системы «соль — вода — лёд» изменение каким-либо образом равновесной  концентрации раствора вызовет либо таяние, либо образование льда. Практически  все противоморозные добавки  применяются в концентрации меньшей  равновесной, поэтому при охлаждении бетона ниже температуры замерзания водного раствора введенной добавки  в нём начинается льдообразование, которое протекает совместно  с формированием собственной  структуры бетона. Благодаря этому  обстоятельству, а также тому, что  в присутствии добавок лёд  имеет чешуйчатое строение, в бетоне не происходит заметных деструктивных  процессов, отражающихся на его прочности.

Одновременно с этим часть  введенных солей переходит в  твердую фазу в виде новообразований, понижая концентрацию раствора, а  некоторое количество воды — в  образующиеся кристаллогидраты, повышая  её. Развитие этих противоположных  процессов приводит к непрерывному изменению количества льда в бетоне: вначале оно увеличивается, а  затем, когда процесс перехода добавки  в твердую фазу стабилизируется  и в жидкой фазе бетона установится  равновесная для данной температуры  концентрация добавки, уменьшается.

В образовании структуры  бетона, твердеющего на морозе, большую  роль играют продукты реакции между  введенными электролитами, минералами портландцементного клинкера и гидроксидом  кальция. В результате химического  взаимодействия добавок с алюминийсодержащими  фазами цемента образуются двойные  соли типа ГХАК, ГНиАК, ГНАК и другие, а взаимодействие электролитов с  Са(ОН)₂ приводит к образованию гидроксисолей разной основности. [3]

 

2.2  Добавки  со слабыми антифризными свойствами

Ко второй группе относятся добавки, обладающие слабыми антифризными свойствами, но являющиеся сильными ускорителями твердения бетона — сульфаты железа, алюминия и некоторых других металлов. На ранней стадии твердения бетонной смеси такие добавки обеспечивают создание достаточно плотной микрокапиллярной структуры цементного камня, что обусловлено протеканием обменных реакций с образованием труднорастворимых соединений. В этом случае твердение бетона при отрицательной температуре объясняется тем, что в микрокапиллярной структуре цементного камня вода не замерзает, обеспечивая тем самым процессы гидратации клинкерных минералов. При этом, чем выше концентрация солевого раствора и чем меньше диаметр капилляров, тем при более низкой температуре в них будет замерзать вода. Кроме того, реакции взаимодействия добавок с продуктами гидратации сопровождаются сильным тепловыделением, что также положительно влияет на процессы твердения бетона.

Процессы льдообразования  в бетоне с добавками проходят одновременно со структурообразованием. Причем создание микрокапиллярной структуры  бетона на сравнительно раннем этапе  его твердения вызывает дополнительное понижение температуры замерзания поровой жидкости в результате понижения  давления пара в порах с радиусом менее 10^-7 м за счет кельвиновского эффекта. Однако, в следствии практически полного связывания этих добавок в трудно растворимые соединения, рассчитывать на них как на добавки, понижающие температуру замерзания жидкой фазы в бетонах, нельзя. [3]

2.3  Добавки,  ускоряющие схватывание бетонной  смеси

К третьей группе относятся такие добавки, которые сильно ускоряют схватывание бетонной смеси и твердение бетона и обладают хорошими антифризными свойствами. К ним относятся: поташ, хлористый кальций, хлорное железо, ННХК, ННХК+М и другие. Растворы таких добавок имеют достаточно низкую эвтектическую температуру, например, поташ: -36,5 °С, хлорид кальция: -55 °С, нитрат кальция: -28,2 °С, нитрит-нитрат кальция: -29,6 °С.