Противоморозные добавки в бетон

Ускорение твердения  бетона вызывается, главным образом, тем, что эти добавки повышают растворимость силикатных составляющих цемента и образуют с продуктами его гидратации двойные или основные соли. При взаимодействии добавок с алюминий содержащими фазами цемента также образуются двойные соли типа ГХАК, ГНАК и другие. Кристаллы образующихся солей имеют, как правило, удлиненную форму, благодаря чему они как бы «армируют» цементный камень. Однако, за счет химического связывания добавок (кроме поташа), температура замерзания жидкой фазы бетона постепенно повышается в зависимости от скорости образования перечисленных двойных и основных солей. По мере охлаждения бетона выкристаллизовывается лёд, поэтому концентрация раствора возрастает, что приводит к понижению температуры его замерзания. Этому же способствует уменьшение количества воды за счет гидратации цемента и образования кристаллогидратов. [3] 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Виды противоморозных добавок

3.1  Российские противоморозные добавки

Ускоряющая противоморозная  добавка УПДМ. Сбалансированная по компонентному составу жидкая смесь из отходов производства ацетоуксусного эфира, ацетилацетона и нитрохлорактинида, взятых в соотношении 7:3:1 по объёму. Раствор темно-коричневого цвета. Дозировка уточняется опытным путем в пределах 0,1. ..0,42 л/кг цемента при температуре наружного воздуха от О °С до -25 °С.

Формиат натрия спиртовой  ФНС. Отход нефтехимического производства, представляющий 30. ..40 % водный раствор натриевых солей муравьиной и серной кислот. Прозрачная жидкость от соломенного до темно-коричневого цвета. Рекомендуемая дозировка 2. ..6 %, добавка вводится в бетонную смесь с водой затворения.

Асол-К. Продукт из органических и неорганических компонентов: водного раствора поташа, ингибиторов коррозии и модификаторов. Добавка обеспечивает твердение бетона при температуре до -10 °С. При положительных температурах вызывает быстрое схватывание смесей (от 5 до 30 мин).

Гидробетон — С-ЗМ-15. Противоморозная добавка для бетонов и растворов с пластифицирующим действием. Жидкость темно-коричневого цвета 34. ..36 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре до —15 °С.

Гидрозим. Жидкий антифриз для бетонов и растворов в виде раствора 50 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре до —15 °С. Не вызывает коррозии арматуры в бетоне.

Лигнопан-4. Противоморозная добавка для бетона и железобетона с пластифицирующим действием. Водный раствор 40 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре до -18 °С. Дозировка: 2 % при температуре до -5 °С, 3 % до -10 °С, 4 % до -15 °С.

ПОБЕДИТ-Антимороз. Противоморозная добавка для сухих строительных растворов, относящаяся к ускорителям. Рекомендуемая дозировка - 2...8 % массы компонентов сухой смеси в зависимости от температуры применения.

Аммиачная вода. Продукт (NH₄OH), представляющий собой аммиачный газ NН₃, растворенный в обычной воде. [1]

 

3.2 Добавки зарубежных производителей

Бетонсан (Betonsan). Сухая бессолевая противоморозная добавка, относящаяся к ускоряющим модификаторам, для строительных растворов. Обеспечивает твердение бетона при температуре до —10 °С. Дозировка: 1...2 % массы цемента. Производитель: ЗАО «Компания Конвент ЦЕНТР».

Сементол Б (Cementol В). Противоморозная добавка-антифриз для бетонов и растворов. Обеспечивает твердение бетона при температуре до + 5 °С. Рекомендуется для бетонов на высокомарочном цементе с повышенной экзотермией. Дозировка: 0,2...0,8 % массы цемента. Производитель: Фирма ТКК (Словения).

Экономически рациональной противоморозной добавкой является аммиачная вода, так как по сравнению с водными раствора поташа и хлорида кальция имеет значительно меньший процент объёмного расширения и поэтому является наименее опасной в отношении возможных деформаций от расширения жидкой фазы с образованием льда.

В зависимости от расчетной  минимальной температуры наружного  воздуха назначается определенная концентрация раствора аммиачной воды затворения (табл. 1). В отличие от других противоморозных добавок аммиачная вода не только не вызывает коррозии арматуры, но может служить анодным ингибитором стали от коррозии в железобетонных конструкциях, содержащих хлористые соли. Аммиачная вода несколько замедляет сроки схватывания цементов, что позволяет сохранять удобоукладываемость бетонной смеси от 4 до 7 ч. [1]

Таблица 1 - Рекомендуемая концентрация аммиачной воды

Расчетная температура  наружного воздуха, °С	Концентрация аммиачной  воды затворения, %
до -10	5
-10... -20	10
-20... -35	15
ниже -35	20

 

4.Влияние противоморозных добавок на свойства бетонной смеси

 

4.1  Сроки схватывания цемента

Как уже указывалось, такие распространенные противоморозные добавки, как хлорид кальция и комплексные добавки  на его основе, а также поташ  и некоторые другие сильно сокращают  сроки схватывания цемента, что  нередко делает их применение затруднительным, особенно при необходимости транспортировать бетонную смесь на сравнительно большие  расстояния. Поэтому даже при низкой температуре воздуха их обычно применяют  совместно с органическими или  неорганическими замедлителями  схватывания из числа указанных  ранее.  
Нитрат кальция, НКМ и ННКМ незначительно ускоряют процессы схватывания бетонной смеси. Нитрит натрия слабо изменяет сроки схватывания цемента, а карбамид замедляет их. 

4.2  Водоотделение

Для бетонных смесей с наиболее популярными противоморозными добавками  водоотделение и связанная с  ним седиментация твердых частиц нехарактерны. Это объясняется тем, что, за редким исключением, такие добавки  — сильные ускорители схватывания  цемента. Кроме того, противоморозные  добавки, вводимые в сравнительно больших  дозировках, повышают вязкость жидкой фазы бетонной смеси; в этом же направлении  действует и пониженная температура. Опасность водоотделения возрастает при использовании комплексных  добавок, содержащих кроме противоморозных  сильные замедлители схватывания  и пластифицирующие добавки, а также  при работе с нитритом натрия, карбамидом, аммиаком и некоторыми другими веществами, относящимися либо к слабым ускорив  телям, либо к замедлителям схватывания  бетонной смеси. В этом случае принимают  обычные меры по устранению водоотделения: изменяют состав бетонной смеси за счет увеличения количества песка, понижения  его модуля крупности, введения высокодисперсных минеральных добавок и т. д. 

 

 
4.3 Реологические свойства бетонной смеси

Применяемые в качестве противоморозных  добавок соли кальция проявляют  себя как слабые пластификаторы бетонной смеси, что позволяет при сохранении неизменным значения ее подвижности  снизить водоцементное отношение  на 3—5 % по отношению к эталону — бетонной смеси без добавок. Аналогично ведут себя и смеси хлорида кальция с нитритом и хлоридом натрия. 
Большим пластифицирующим действием характеризуется карбамид; он же повышает подвижность бетонной смеси, если вводится в составе таких комплексных противоморозных добавок, как НКМ, ННКМ и ННХКМ. Поскольку карбамид, кроме того, удлиняет сроки схватывания цемента, его пластифицирующий эффект, в том числе в комплексных добавках, проявляется более четко, чем в добавках — солях кальция, не содержащих карбамида (где повышение подвижности бетонной смеси, ощущаемое сразу после ее приготовления, часто не удается реализовать из-за быстрого загустевания этой смеси). 

4.4  Микроструктура цементного камня

Структура цементного камня  формируется под влиянием как  физических, так и химических факторов. При безобогревном зимнем бетонировании  низкая температура оказывает влияние  на скорость гидратационного твердения цемента, в результате чего образуются более совершенные (менее дефектные) гидратные фазы независимо от их химического состава. К одному из следствий этого можно отнести повышенную прочность бетона без добавок, твердеющего при температуре от 0 до + 10°С при одинаковой степени гидратации цемента.  
К химическим факторам относится указанное ранее влияние противоморозных добавок на гидратацию силикатных и алюминатных составляющих цемента.  
В первом приближении принимают, что морфология и габитус гидросиликатов кальция в присутствии противоморозных добавок изменяются несущественно в отличие от того, что Происходит с алюминийсодержащими фазами цемента в результате протекания реакций между ними и теми же добавками. Образующиеся при этих реакциях двойные и основные соли представлены главным образом игольчатыми, хорошо оформленными кристаллами. Скорость их выкристаллизовывания из пересыщенных по отношению к ним растворов выше, чем скорость выделения главной фазы цементного камня — гидросиликатов кальция. Вследствие этого двойные и основные соли способны формировать первичный структурный каркас и выполнять функции микроармирования гидросиликатной матрицы цементного камня. 

4.5  Ползучесть бетона

Присутствие противоморозных  добавок несущественно влияет на ползучесть бетона по сравнению, например, с действием таких же по составу  добавок-ускорителей, а при использовании  совместно с добавками других классов наблюдаются те же закономерности, которые были уже отмечены ранее при рассмотрении деформаций усадки бетонов с этими же комплексными добавками. 

 

4.6  Поровая структура цементного камня

Введение большинства  противоморозных добавок положительно влияет на поровую структуру цементного камня. 

 

 
4.7  Непроницаемость бетона

Смещение кривой распределения  пор цементного камня в присутствии  противоморозных добавок на основе солей кальция в область микрокапилляров  и пор геля, повышение при этом влагоемкости и улучшение качества зоны контакта цементного камня с  заполнителем обеспечивают большую  непроницаемость бетона. 
Значение непроницаемости, оцениваемое методом продавливания воды, возрастает в среднем на 0,2 МПа, а в присутствии пластифицирующих добавок — в еще большей степени. Нитрит натрия уступает в этом отношении перечисленным добавкам, хотя тоже способствует некоторому повышению непроницаемости бетона. Поташ, ухудшая поровую структуру цементного камня, повышает проницаемость бетона, однако при его сочетании с пластифицирующими добавками,используемыми для снижения водоцементного отношения бетонной смеси и замедляющими сроки схватывания, обычно указанное негативное влияние в достаточной степени компенсируется. [3]

 

 

5. Области применения противоморозных добавок 

Противоморозные добавки допускаются к применению в тяжелых и легких бетонах (класса В10 и выше). Ориентировочный расход противоморозных добавок в зависимости от расчетной температуры твердения бетона представлен в табл. 2.

5.1  Дозировка противоморозных добавок

Таблица 2 - Дозировка противоморозных добавок

Расчетная температура бетона, °С	Количество добавок  в расчете на сухое вещество, % массовой доли цемента
	Гидрозим, Гидробетон С-ЗМ-15	НН	ХН + ХК	НКМ, НК+М*	НК+М, ННК+М	ННХК, НН+ХК*, ХК+ННК*	ННХК+М	П, АСОЛ-К
0...-5	1,0	4. ..6	3 + 0... 3 + 2	3...5	3 + 1... 4+1,5	3...5	2+1... 4+1	5...6
-6... -10	1,5	6.. .8	3,5+3,5... 4 + 2,5	6...9	5+1,5... 7 + 2,5	6... 9	4,5 + 1,5... 7 + 2,5	6...8
-11…-15	2,0	8. ..10	3+4,5... 3,5 + 5	7...10	6 + 2... 8 + 3	7…10	6 + 2... 8 + 3	8...10
-16... -20	-	-	2,5 + 6... 3 + 7	9...12	7 + 3... 9 + 4	8...12	7 + 2... 9 + 4	10...12
-21... -25	-	-	-	-	-	10...14	8 + 3... 10 + 4	12...15

 

Примечания.

1. *-соотношение компонентов  1:1 по массе в расчете на  сухое вещество.

2. При температуре бетона  выше — 5 °С вместо ХН возможно  применение ХК (до 3 % массовой доли  цемента).

Процесс кристаллизации солей  происходит с увеличением объёма, поэтому их накопление в отдельных  зонах конструкций может привести к дефектам и разрушению этих зон. Опасными в этом отношении являются добавки, содержащие поташ и нитрат кальция. В следствие активного участия ряда добавок в процессах гидратации цемента, оптимальное их количество для той или иной отрицательной температуры, а также скорость твердения бетона на морозе в значительной мере зависят от минералогического и вещественного состава цемента.

Большинство из применяемых  добавок образуют двойные соли, которые  являются потенциально опасными компонентами цементного камня при эксплуатации бетонов с такими добавками в  некоторых агрессивных водных средах. [2]

5.2  Области применения противоморозных добавок

Область применения противоморозных  добавок в бетонах, представленная в табл. 3, достаточно ограничена, что  объясняется следующими причинами.

Добавки в процессе выдерживания бетона могут мигрировать и скопляться в отдельных зонах конструкций (ребрах, поверхностных слоях и  других частях) с последующей кристаллизацией. Эти процессы интенсифицируются  при многократных температурных  перепадах, особенно с периодическим  переходом в область положительных  температур, что характерно для осенне-весенних периодов, а также оттепелей в  зимнее время.

Таблица 3 - Области применения противоморозных добавок

Тип конструкций  и условия их эксплуатации	ХК, ХН+ +ХК	НК,НКМ, НК+М, ННК+М	ХК++НН	ННХК, ННХК++М	НН	П
1. Преднапряженные конструкции  (кроме указанных в п. 2), стыки  сборно-монолитных и сборных конструкций	-	-	-	-	+	-
2. То же, армированные  сталью А600, А800, Ат600, АТ800, Ат1000	-	-	-	-	-	-
3. Железобетонные изделия  и конструкции с ненапряженной  рабочей арматурой:
3.1. диаметром 5 мм и  менее	-	+	-	-	+	+
диаметром более 5 мм	-	+	+	+	+	+
3.2. имеющие выпуск арматуры  или закладные детали:
а) без специальной защиты стали	-	+	-	-	+	+
б) с цинковым покрытием по стали	-	-	-	-	+	-
в) с алюминиевым покрытием	-	-	-	-	-	-
г) с комбинированным покрытием (щелоче стойкими лакокрасочными или другими по металлизационному подслою), а также стыки без закладных деталей	-	+	-	-	-	-
3.3. предназначенные для  эксплуатации в средах:
а) в неагрессивных газовых	-	+	+	+	+	+
б) в агрессивных газовых	-	+	-	-	+
в) в зоне переменного уровня воды и в зонах действия блуждающих постоянных токов от посторонних источников	-	+	-	-	+	-
г) в жидких и газовых средах в нормальном, влажном и мокром режимах при наличии в заполнителе включений реакционно-способного кремнезема	-	+	-	+	-	-
д) в неагрессивных и агрессивных водных средах, кроме указанных в п. 3.3. е.	+	+	+	+	+	+*
е) в агрессивных сульфатных водах или в растворах солей и едких щелочей при наличии испаряющих поверхностей	-	-	-	-	+	-
3.4. для электрифицированного  транспорта и промышленных предприятий,  потребляющих постоянный электрический  ток	-	-	-	-	-	-
4. Сборно-монолитные конструкции  из оконтуривающих блоков толщиной  ≥ 30 см с монолитным ядром	-	+	+	+	+	+
5. Бетонные конструкции  при эксплуатации в жидких, газовых  средах в нормальном, влажном,  мокром режимах при наличии  в заполнителе реакционно-способногокремнезема	-	+	+	+	-	-