Часть 5.1 — Ускорители схватывания и твердения в технологии бетонов. Твердение цемента при низких температурах


Условия твердений бетона и уход за ним

В процессе твердения в бетоне протекают реакции гидратации, в ходе которых минералы цемента, взаимодействуя с водой, образуют новые соединения. Обезвоживание бетона в ранние сроки в результате испарения может замедлить или прекратить процесс твердения и привести к недобору прочности, а также вызвать большие его усадки и растрескивание.

При благоприятных условиях твердения прочность бетона непрерывно повышается. Для нормального твердения бетона необходима положительная температура 20±2°С с относительной влажностью окружающего воздуха не менее 90%.

При нормальных условиях твердения нарастание прочности бетона происходит довольно быстро и бетон (на портландцементе) через 7—14 дней после приготовления набирает 60—70% своей 28-дневной прочности. Затем рост прочности замедляется.

Если бетон твердеет все время в воде, то его прочность будет выше, чем при твердении на воздухе. При твердении бетона в сухой среде вода из него через несколько месяцев испарится и тогда твердение практически прекратится. Объясняется это тем, что внутренняя часть многих зерен цемента не успевает вступить в реакцию с водой. Поэтому для достижения бетоном необходимой прочности нельзя допускать его преждевременного высыхания. В теплую сухую и ветреную погоду углы, ребра и открытые поверхности бетона высыхают быстрее, чем внутренние его части. Необходимо предохранить эти элементы от высыхания и дать им возможность достигнуть заданной прочности.

При твердении бетона всегда изменяется его объем. При твердении бетон дает усадку, которая в поверхностных зонах происходит быстрее, чем внутри, поэтому при недостаточной влажности бетона в период твердения на его поверхности появляются мелкие усадочные трещины. Кроме того, трещинообразование возможно в результате неравномерного разогрева бетонного блока вследствие выделения тепла при схватывании и твердении цемента. Трещины снижают качество, прочность и долговечность бетона.

Рост прочности бетона в значительной степени зависит от температуры, при которой происходит твердение. Твердение бетона при температуре ниже нормальной замедляется, а при температуре ниже 0°С практически прекращается; наоборот, при повышенной температуре и достаточной влажности процесс твердения ускоряется.

Продолжительность твердения имеет большое практическое значение при бетонных работах. Ускорять твердение необходимо, когда требуется быстро нагрузить конструкции эксплуатационной нагрузкой или распалубить в ранние сроки, а главным образом при работах зимой и изготовлении бетонных и железобетонных изделий.

Для ускорения твердения бетона применяют добавки-ускорители, вводимые при приготовлении бетонной смеси. Оптимальное содержание добавок-ускорителей устанавливается экспериментальным путем строительной лабораторией.

Чтобы свежеуложенный бетон получил требуемую прочность в назначенный срок, за ним необходим правильный уход: поддержание его во влажном состоянии, предохранение от сотрясений, повреждений, ударов, а также от резких изменений температуры.

Отсутствие ухода может привести к получению низкокачественного, дефектного и непригодного бетона, а иногда к разрушению конструкции несмотря на хорошее качество применяемых материалов, правильно подобранный состав смеси и тщательное бетонирование. Особенно важен уход за бетоном в течение первых дней после укладки. Недостатки ухода в первые дни могут настолько ухудшить качество бетона, что практически их нельзя будет исправить даже тщательным уходом в последующие дни.

Благоприятные температурно-влажностные условия для твердения бетона обеспечивают путем предохранения его от вредного воздействия ветра и прямых солнечных лучей, систематической поливкой. Для этого открытые поверхности свежеуложенного бетона укрывают полиэтиленовой пленкой и поливают водой. В зависимости от климатических условий частота поливки должна быть такой, чтобы поверхность бетона в период ухода все время была во влажном состоянии. В сухую погоду открытые поверхности поддерживают во влажном состоянии до достижения бетоном 50—70% проектной прочности.

В жаркую погоду поливают также деревянную опалубку. При снятии опалубки до истечения срока поливки (например, опалубки колонн, стен, боковых щитов балок) поливают и распалубленные вертикальные поверхности бетонных конструкций. Наиболее эффективно вертикальные и круто наклонные поверхности поливать непрерывным потоком воды через систему трубок с мелкими отверстиями. В жарком сухом климате этот способ полива применяют обязательно. При температуре ниже +5° бетон не поливают.

Низкая температура является главной проблемой сопровождающей зимнее бетонирование. Для начала стоит упомянуть  каким образом отрицательная температура может повлиять на процесс схватывания и твердения бетона. Существует две основных причины:

- затормаживание процесса гидратации цемента (увеличение сроков набора прочности бетона)

- вымерзание воды, входящей в состав бетона (полная остановка процесса набора прочности)

   Низкая температура (0 − +10 градусов) существенно затормаживает процесс гидратации цемента, то есть растягиваются сроки набора прочности бетона. К примеру: в нормальных условиях (+20 градусов Цельсия) за неделю бетон набирает до 70% прочности. При температуре окружающего воздуха +5 градусов, срок набора 70% марочной прочности бетона может растянуться на 3-4 недели. В такую погоду рекомендовано добавление добавок, ускоряющих гидратацию, чтобы бетон ускоренными темпами набирал марочную прочность.

   И если низкая положительная температура тормозит процесс схватывания и набора прочности бетона, то отрицательная - полностью его останавливает. Причина тому – вымерзание воды в молодом бетоне. Сам процесс гидратации цемента невозможен в отсутствие воды. Вода является необходимым компонентом для образования цементного камня. Цемент должен находиться в контакте с водой (влагой) в течение всего времени созревания.

    При бетонировании в отрицательных температурах, основная задача – не дать замерзнуть воде, входящей в состав бетона. 

Существует несколько основных способов сохранения воды затворения бетона от вымерзания:

- применение противоморозных добавок в бетон (ПМД)

- использование электропрогрева бетона

- укрывание бетона пленкой ПВХ, утеплителями и т.п.

- сооружение временного укрытия с прогревом тепловыми пушками.

   Применение противоморозных добавок в бетон - наиболее распространённый способ, применяемый при бетонировании в зимних условиях. Так называемый зимний бетон производится в различных вариациях, отличающихся между собой процентным содержанием добавок. Роль химических добавок – активировать процессы твердения и понизить температуру замерзания жидкой фазы. Кроме этого строитель должен помнить:

- чтобы обеспечить твердение бетона в теплой и влажной среде до набора критической прочности, внутренний запас теплоты в бетоне  создают   путем подогрева материалов, составляющих   бетонную смесь;

- после окончания укладки смеси поверхность бетона нужно сразу же утеплить щитами или матами, что поможет сохранить теплоту выделяющуюся при химической реакции цемента с водой (экзотермия цемента) и поддерживать необходимые условия для твердения бетона. Изолированный от холодного воздуха бетон твердеет за счет тепла, внесенного в бетонную смесь при ее приготовлении, а также тепла, выделяемого в процессе экзотермической реакции твердения цементного теста;

- запрещается применять смерзшийся заполнитель.

   Электропрогрев бетона чаще применяется на стройках, где имеется техническая возможность использовать трансформаторы большой мощности (30-80 кВт).  Электрический прогрев бетона зимой  лучший метод, при проведении монолитных работ.

   Укрывание бетона – наиболее рациональный метод бетонирования в зимнее время, при граничных температурах воздуха +3 − -3. Схватывание и твердение бетона – изотермический процесс, то есть: при застывании и наборе прочности, цемент, контактируя с водой, выделяет тепло. Для этого необходимо свежеотлитую конструкцию из бетона укрыть ПВХ плёнкой, или утеплителем. В некоторых случаях, если при бетонировании в зимнее время применялся обычный бетон без противоморозных добавок, а температура воздуха резко упала до низких минусовых значений (-5 − -15º) целесообразно использовать газовые или электрические пушки.

  Если будет использоваться дополнительный прогрев тепловыми пушками, то укрытие из плёнки ПВХ укладывается не на поверхность бетона, а на временный каркас из досок, брусков и т.п . Создаётся нечто наподобие низкой «палатки» или «шатра» над бетонной конструкцией и под это укрытие ставятся тепловые пушки. Чем выше будет температура под шатром, тем быстрее будет идти процесс набора прочности, и соответственно, раньше можно будет прекратить прогрев.

Движение людей по забетонированным конструкциям, а также установка на них лесов и опалубки допускается только тогда, когда бетон достигает прочности не менее 1,5 МПа. Движение автотранспорта и бетоноукладочных машин по забетонированной конструкции допускается только по достижении бетоном прочности, предусмотренной проектом производства работ.

z-abi.com

Бетон при различных температурах

Бетон, начавший твердеть, а затем замерзший, после оттаивания продолжает твердеть в теплой среде

причем, если он не был поврежден замерзающей водой в самом начале твердения, прочность его нарастает значительно.

При повышенных температурах бетон твердеет быстрее, чем при нормальной, особенно в условиях влажной среды. Так как при высоких температурах бетон трудно предохранить от быстрого высыхания, то нагревать его выше 85° нельзя. Исключение составляет лишь обработка насыщенным паром под давлением в автоклавах на заводах, изготовляющих бетонные изделия .Прочность бетона, твердеющего при различных температурах в течение любого срока, может быть приблизительно определена по проектной прочности бетона R28, твердеющего 28 дней при нормальной температуре, умножением на коэффициенты, полученные опытным путем С. А. Мироновым и приведенные в табл. 1.

Относительная прочность бетона в разные сроки твердения при различных стредних температурах ( портландцемент средней марки)

Основные требования к бетону при зимних работах и способы производства работ

Бетон, укладываемый зимой, должен зимой же затвердеть и приобрести прочность, достаточную для распалубки, частичной загрузки или даже для полной загрузки сооружения.

При любых бетонных работах бетон следует предохранить от замерзания до приобретения им 50% проектной прочности

Даже при применении быстротвердеющих цементов (глиноземистого, высокопрочного портландцемента) срок твердения бетона в теплой среде должен быть не меньше 2 — 3 суток, а при обычных цементах — 5 — 7 суток.

Опыты показывают, что замерзание бетона в раннем возрасте влечет за собой значительное понижение его прочности после оттаивания. Это объясняется тем, что свежий бетон насыщен водой, которая при замерзании расширяется и разрывает связь между поверхностью заполнителей; и малозатвердевшим цементным камнем. Прочность бетона, тем ближе к нормальной, чем позже бетон был заморожен. Кроме того, из-за раннего замораживания значительно уменьшается сцепление бетона со стальной арматурой в железобетоне.

Для затвердевания бетона зимой необходимо обеспечить его твердение в теплой и влажной среде в течение срока,

устанавливаемого в зависимости от заданной прочности. Этой цели достигают двумя способами:

1) использованием внутреннего тепла бетона;

2) дополнительной подачей бетону тепла извне, если внутреннего тепла недостаточно.

При первом способе необходимо применять высокопрочные и быстротвердеющие цементы, прежде всего портландцемент высоких марок и глиноземистый цемент. Кроме того, рекомендуется использовать ускоритель твердения цемента — хлористый кальций, уменьшать количество воды в бетонной смеси и уплотнять ее высокочастотными вибраторами. Все это дает возможность ускорить сроки твердения бетона при бетонировании сооружений и добиться того, чтобы бетон приобрел достаточную прочность в течение 3—5 дней вместо обычных 28.

Внутренний запас тепла в бетоне создают, подогревая материалы, составляющие бетонную смесь; кроме того, тепло выделяется при химической реакции, происходящей между цементом и водой (экзотермия цемента).В зависимости от массивности конструкций и температуры наружного воздуха подогревают либо только воду для бетона, либо воду и заполнители (песок, гравий и щебень). Воду можно подогревать до 90°, заполнители — до 40°, цемент не подогревают. Требуется, чтобы бетонная смесь при выходе из бетономешалки имела температуру не выше 30°, так как при более высокой температуре она быстро густеет.

Загустевание, т. е. потеря подвижности бетонной смеси, затрудняет укладку, добавлять же воду нельзя, так как это понижает прочность бетона. Минимальная температура бетонной смеси при укладке в массивы должна быть не ниже +5°, а при укладке в тонкие конструкции — не ниже + 20°*.В процессе твердения бетона цемент выделяет значительное количество тепла, зависящее от состава и тонкости помола цемента, температуры бетона и срока твердения. Это тепло выделяется главным образом в первые 3—5 дней твердения. Чтобы сохранить тепло в бетоне на определенный срок, необходимо покрыть опалубку и все открытые части бетона хорошей изоляцией (соломит, шевелин, опилки, шлак и т. п.), толщина которой определяется теплотехническим расчетом.Описанный выше способ зимнего бетонирования часто называют способом «термоса», так как подогретая бетонная смесь твердеет в условиях теплоизоляции. Применение Данного способа допустимо и рационально, если тепло сохраняется в бетоне по крайней мере 5—7 суток, необходимых для его первоначального твердения. Это возможно только при массивных или тщательно изолированных средних по толщиие конструкциях.У этих конструкций отношение охлаждающейся поверхности бетона к его объему (так называемый модуль поверхности F /V) должно быть не более 6.Все конструкции более тонкие или со слабой теплоизоляцией, а также возводимые при очень сильных морозах, должны бетонироваться с подачей тепла извне. Существуют три разновидности этого способа, описанные ниже.

Обогрев бетона паром,

пропускаемым между двойной опалубкой, окружающей бетон, или по трубкам, нахо дящимся внутри бетона, или по каналам, вырезанным с внутренней стороны опалубки. Последний способ пропаривания (так называемая капиллярная опалубка) предложен А. А. Вацуро. Обычная температура пара 50—80°. При этом бетон твердеет быстро, достигая в течение двух суток такой прочности, которую он приобретает на 7-й день при нормальном твердении.

Электропрогрев бетона,

который осуществляют, пропуская через бетон электрический переменный ток. Для этой цели стальные пластинки-электроды, соединенные с электрическими проводами, укладывают сверху или с боковых сторон конструкции на бетон в начале его схватывания. При другом способе в бетон закладывают продольные и струнные электроды или вбивают короткие стальные стержни для присоединен ния проводов. После затвердевания бетона эти стержни срезают.Пластинчатые электроды применяют главным образом для подогрева плит и стен, «струнные» электроды и поперечные короткие стержни — для балок и колонн.В начале прогрева подают обычно ток низкого напряжения—50—60 в, получаемый путем трансформирования обычного тока в 220 в. Сырой бетон при пропускании тока разогревается и затвердевает. По мере затвердевания бетона его электрическое сопротивление возрастает, и напряжение приходится повышать. Нагревать бетон следует медленно во избежание высушивания и появления в нем трещин (повышать   температуру нужно не более чем на 5° в час) и доводить температуру бетона до 60.° При этих условиях бетон в течение 36—48 час. твердения приобретает прочность не меньшую, чем за 7 дней нормального твердения.При бетонировании массивных сооружений зимой целесообразно применять электропрогрев только поверхностного слоя бетона и углов сооружения, чтобы предохранить их от преждевременного замерзания (так называемый периферийный электропрогрев).Применяется еще один способ электропрогрева бетона, который заключается в использовании так называемой «термоактивной опалубки». Это — двойная деревянная  опалубка, в которую засыпают опилки, смоченные раствором соли. В опилки через опалубку вставляют стержневые электроды и разогревают опилки и опалубку. При этом способе электроды в бетоне не остаются, и бетон равномерно нагревается, но требуется тщательный противопожарный надзор.

Обогрев воздуха, окружающего бетон.

Для этого устраивают фанерный или брезентовый тепляк, в котором устанавливают временные печи, жаровни (при этом нужно строго соблюдать противопожарные правила), воздушное отопление (калориферы) или электрические отражательные печи. В тепляке ставят сосуды с водой, чтобы создать влажную среду для тверlения, или поливают бетон. Этот способ дороже предыдущих и применяется иногда при малых объемах бетонирования, при очень низких температурах, а также при отделочных работах

www.advicehouse.ru

Ускорители схватывания и твердения в технологии бетонов

Посмотреть все статьи

Часть 5.1

6.7.1.3 Влияние хлористого кальция на схватывание цементов при пониженных положительных температурах.

Отечественные погодно-климатические условия часто вынуждают работать если не совсем на морозе, то когда достаточно прохладно. Очень часто влияние окружающей температуры абсолютно не учитывается. И если в традиционных строительных работах это выражается в замедлении темпов работ, то при производстве пенобетона, снижение температуры в цехе на “несущественные” 5оС может явиться первопричиной брака.

Взаимодействие цемента с водой – химический процесс. Скорость протекания любой химической реакции сильно зависит от температуры. С возрастанием температуры она увеличивается, и наоборот, за редким исключением. (Одно такое интересное исключение будет использовано, когда мы будем бороться с высолами на кирпичной кладке – но это в другой рассылке).

Химическое взаимодействие цемента с водой отмечено одной особенностью – процесс идет в две стадии. Сначала, в течение нескольких часов, происходит т.н. схватывание. После его окончания – начинается твердение. И даже по прошествии 28 суток, набор прочности бетоном не прекращается. Он продолжается и дальше, годами, но именно прочность через первые 4 недели твердения и условились называть марочной прочностью. В соответствии с этой 28-ми суточной прочностью и нормируется т.н. марочность изготовленного бетона.

Снижение температуры влияет как на твердение, так, что очень важно для производства пенобетона, — на схватывание. Наглядно этот процесс иллюстрирует Таблица 6713-1

Таблица 6713-2

Время схватывания некоторых цементов марки М-400 при различных температурах.

Вид цемента

Периоды

Температура окружающей среды

+70оС

+50оС

+30оС

+15оС

+5оС

+0оС

Свежий портландцемент

Начало схватывания, через чч-мин

0-37

1-10

1-45

3-00

4-45

8-00

Конец схватывания, через чч-мин

0-55

2-00

2-45

6-10

14-40

25-35

Период схватывания, чч-мин

0-18

0-50

1-00

3-10

9-55

17-30

 

Свежий пуццолановый портландцемент

Начало схватывания, через чч-мин

0-47

0-43

1-45

2-45

6-50

9-50

Конец схватывания, через чч-мин

0-57

2-07

4-30

6-35

16-20

25-35

Конец схватывания, через чч-мин

0-10

1-26

2-45

4-10

9-30

15-45

Как видно из таблицы, даже для свежих цементов, совсем незначительное снижение температуры заметно удлиняет период схватывания.

Подавляющее большинство строителей качество цемента характеризует двумя показателями – “хороший” и “плохой”. Иногда, при этом, упоминается его марочность и завод производитель – но это уже редкость.

С таким подходом к цементу браться за пенобетон не следует. Уже, во первых, потому, что при хранении цемент теряет примерно 10% активности в месяц. Причем эта потеря сказывается, в первую очередь, именно на начале и длительности схватывания – они многократно удлиняются. Если это усугубить еще и пониженной температурой в цехе, то брак гарантирован. Ведь какой бы распрекрасный пенообразователь Вы не применяли, все равно у него имеется некий период стойкости пены. По его прошествии цементная матрица или должна успеть схватиться и приобрести самонесущие свойства, или…. – или пенобетонный массив осядет под собственным весом, и его придется выбросить.

Нельзя исчерпывающе полно охарактеризовать влияние добавки хлористого кальция на начало и длительность схватывания цемента – уж слишком это тонкий параметр. Да и не нужно это – меняющиеся всякий раз входные параметры бетонной смеси будут непредсказуемо корректировать результаты. Единственное, что можно сказать с полной определенностью – при всех прочих равных условиях, можно смело утверждать, что добавка 1% хлористого кальция от массы цемента, по его влиянию на схватывание цемента, равносильна повышению температуры на 15 – 20оС.

6.7.1.4 Влияние (ХК) на повышение пластичности бетонов.

Хлористый кальций способствует повышению пластичности бетонной смеси. В прикидочных расчетах можно считать, что для получения равноподвижных смесей, каждый процент введенного (ХК) позволяет уменьшить количество воды затворения примерно на 5%. Чем более жесткая изначально бетонная смесь, тем сильнее выражен этот эффект.

6.7.1.5 Влияние хлористого кальция на усадку бетонов.

В разных источниках мне неоднократно встречались утверждения, что ускорители на основе хлористых солей взывают очень сильную усадку бетонов. В случае с пенобетонами, эта усадка, мол, способна привести к полной невозможности использования хлоридов – пенобетон очень сильно растрескивается. Подобные суждения, иначе как спекулятивными, назвать нельзя. И вот почему.

Усадка бетонов зависит от множества причин. Если рассматривать усадку с научной точки зрения, то было бы гораздо корректней разделить усадку, как явление, на два разных процесса вызывающих, тем не менее, одинаковое физическое проявление и накладывающиеся друг на друга. Это воздействие на твердеющую цементную матрицу обусловленное капиллярными силами – т.н. влажностная усадка. И проявление результатов химических реакций между цементом и водой – т.н. контракционная усадка.

Я не буду в рамках данной темы давать развернутое объяснение – проблеме усадки и мерам борьбы с ней будет посвящена отдельная рассылка. Замечу только, что усадка зависит:

1 От свойств вяжущего, т.е. от вида цемента.

2. От количества вяжущего – цементного теста в бетоне. Чем больше цемента, тем усадка больше. Зависимость, примерно, прямо пропорциональная.

3. От свойства, состава и гранулометрии заполнителей.

4. От количества воды в бетоне. С увеличением В/Ц усадка значительно увеличивается.

5. От условий созревания бетона. Если принять усадку бетона при его вызревании при 100% влажности (пропарочная камера) за эталон, то тот же бетон, вызревавший при относительной влажности в 50% (летний навес с легким сквознячком) даст усадку в 3 – 4 раза большую. (И уже не одно поколение начинающих пенобетонщиков испытали это явление непосредственно на себе).

6. От абсолютных геометрических размерностей массива бетона и условий его армирования. Иными словами — чем меньше пенобетонный блок, тем проявление усадочных явлений в нем будут меньшими.

7. От величины добавки некоторых ускорителей, вступающих в непосредственное химическое взаимодействие с минералами цементного клинкера, — и хлористого кальция, в том числе.

Вот последний пункт и рассмотрим подробней. Исследованиями установлено, что да, действительно, хлористый кальций увеличивает усадочные явления в бетоне. Примерно в 1.2 – 1.3 раза по сравнению с аналогичным, бездобавочным бетоном. Но, мы видели ранее, что повышение относительной влажности среды вызревания бетона может снизить усадку чуть ли не в 4 раза. Как и наоборот. Иными словами, снижать усадку наиболее эффективно, действуя именно в этом направлении – в обеспечении влажностных, еще лучше тепло-влажностных условий вызревания бетона. А это не только достаточно хлопотно и затратно, но и, порой, просто невыполнимо технически.

Как это ни парадоксально, но получается, что любой эффективный ускоритель, пусть он даже сам склонен повышать усадку, в конечном итоге общую усадку снижает. За счет ускоренной гидратации цемента под воздействием ускорителя, бетону уже нет нужды целый месяц устраивать, буквально, тепличные условия.

Кроме того, повышенные дозировки цемента в бетоне, зачастую обусловлены исключительно потребностью иметь высокую раннюю прочность — как правило, для ускорения оборачиваемости формоснастки. Двигаясь по другому пути – улучшая кинетику набора прочности ускорителями “взрывного” действия (в первую очередь это соляная кислота и её соли – хлориды), можно избежать излишнего перерасхода цемента. Это не только само по себе экономически выгодно, но и позволяет минимизировать усадку.

 

6.7.1.6 Влияние хлористого кальция на кинетику набора прочности в первые часы твердения.

Процессы твердения бетона в раннем возрасте протекают интенсивней и с большей полнотой, когда его температура повышается, а не наоборот. Это относится как к бетону с ускорителями, так и к бездобавочному бетону. Объясняется это тем, что, например, при понижении температуры, т.е. при более высокой начальной температуре, процессы гидролиза минералов, входящих в состав цементного клинкера, протекают сперва интенсивно – начинают образовываться коллоидные массы. Но затем эти процессы как бы искусственно тормозятся понижением температуры.

Кроме того, известь, выделяющаяся при гидратации цемента, имеет т.н. “аномальную растворимость” – её растворимость с уменьшением температуры наоборот увеличивается. Поэтому она вновь переходит в раствор из начавших выкристализацию новообразований – по сути, частично их разрушая. Таким образом, нарушается целостная и упорядоченная структура начавшего образовываться цементного камня, и это приводит к некоторому понижению его прочности на общем фоне твердения.

При постепенном повышении температуры мы имеем обратную картину. В этом случае процессы твердения протекают плавно, постепенно развиваясь. Благодаря этому получается более равномерная, упорядоченная и плотная структура цементного камня. Этому способствует также и то, что известь, сначала перешедшая в раствор в большом количестве, затем, с повышением температуры, начинает из него выкристаллизовываться и образовывать либо коллоиды и гели, либо кристаллические сростки. Эти процессы способствуют уплотнению гелей и, тем самым, увеличению прочности цементного камня.

Исследованиями было установлено количество тепла, дополнительно выделяющегося в присутствии хлористого кальция при гидратации 4 основных минералов цементного клинкера (см. Таблица 6716-1)

Таблица 6716-1

Элементарное тепловыделение основными минералами цементного клинкера

(за первые 24 часа в кал на 1% содержания в 1 г цемента)

 

Минералы цементного клинкера

C3S

C2S

C3A

C4AF

Без добавки (контрольные)

0.8

0.19

1.62

0.01

С добавкой 1% CaCl2

0.78

0.26

1.47

0.25

Анализ таблицы показывает, что добавка хлористого кальция несколько повышает количество тепла за первые 24 часа, выделяемые двухкальциевым силикатом (C2S) и четырехкальциевым алюмоферитом (C4AF), и уменьшает количество тепла, выделяемого трехкальциевым алюминатом (C3A). На тепловыделение трехкальциевого силиката (C3S) добавка хлористого кальция почти не оказывает влияния.

Если взять уже упоминавшийся ранее цемент ПЦ-400 завода Комсомолец и в свете данных из этой таблицы произвести подсчеты, то получим следующие цифры:.

Минералогический состав этого цемента следующий:

C3S — 62.7%

C2S — 16.4%

C3A — 3.4%

C4AF – 16.2%

Для бездобавочного цемента, выделение тепла составит:

(62.7 * 0.8) + (16.4 * 0.19) + (3.4*1.62) + (16.2*0.01) = 50.16 + 3.12 + 5.51 + 0.16 = 58.94 кал

Добавка 1% (ХК) позволяет с каждого грамма цемента дополнительно получить 3.27 кал тепла

(62.7 * 0.78) + (16.4 * 0.26) + (3.4*1.47) + (16.2*0.25) = 48.91 + 4.26 + 4.99 + 4.05 = 62.21 кал

Если принять расход цемента в 480 кг/м3 (типовой для пенобетона) то тепловая прибавка от добавки в его состав всего 1% хлористого кальция составит ни много, ни мало – 1569 ккал. Много это или мало? Если перевести цифры в общепонятный формат, то этого количества тепла, в его бензиновом эквиваленте, хватит среднему легковому автомобилю, чтобы проехать более 20 км.

Таким образом, хлористый кальций может быть применен как в работах при нормальных температурах (от +10оС до +25оС) для ускорения процессов схватывания и твердения, так и в работах при пониженных температурах (ниже +10оС). И хотя в обоих случаях он дает значительную интенсификацию процессов схватывания и твердения, в последнем случае, т.е. при пониженных положительных температурах, его сравнительная эффективность значительно выше.

 

6.7.1.7 Влияние хлористого кальция на твердение бетона в период 1 – 28 суток, и на конечную марочную прочность.

При наличии необходимой влажности твердение бетона, как правило, происходит тем интенсивней, чем выше его температура. С понижением температуры и, особенно с приближением её к 0оС твердение бетона резко замедляется, что особенно сильно сказывается в самом раннем возрасте. Объясняется это сильным снижением активности воды в химической реакции взаимодействия с цементом. При температуре окружающей среды 0оС вследствие продолжающейся реакции гидратации цемента, которая сопровождается тепловыделением, в бетоне некоторое время поддерживается положительная температура и набор прочности, хоть и незначительный, продолжается. По мере его затухания, уменьшается и количество выделяющегося тепла, что еще более снижает темп набора прочности.

Переходу критической точки через 0оС препятствует скрытая теплота льдообразования. Замерзание в бетоне воды, связанное с переходом её из жидкого состояния в твердое, происходит не сразу с наступлением температуры, равной нулю, а значительно ниже. Часть воды при отрицательной температуре вообще остается в жидкой фазе, поэтому твердение бетона продолжается, хотя и очень замедленно. При этом активные цементы, содержащие повышенный процент высокоосновных минералов клинкера, обеспечивают более быстрое накопление прочности бетона. Малоактивные клинкерные цементы и цементы с тонкомолотыми добавками при температурах, близких к 0оС, более резко замедляют твердение растворов и бетонов.

 

 

Данный вопрос имеет большое практическое значение при производстве работ, как в зимних, так и особенно, в осенних или весенних условиях. Методы производства работ должны выбираться с учетом резкого замедления твердения растворов и бетонов с приближением температуры к 0оС. Значительную роль в таких случаях играют добавки – ускорители схватывания и твердения. Для упрощения способов производства работ и для обеспечения надлежащего качества бетона в названных выше условиях следует применять более активные и высокоэкзотермичные цементы.

Таблица 6717-1

Относительная прочность бетона на сжатие при различных температурах твердения, % от 28-суточной

(твердение при +20оС и влажности 90-100%)

Бетон

Срок твердения, суток

Средняя температура бетона, °С

 

-3

0

+5

+10

+20

+30

+40

Марки 200 на портландцементе М-300

1

4

6

10

18

27

36

2

8

12

18

30

43

55

3

5

12

20

25

40

52

65

5

8

20

30

40

55

65

78

7

10

30

40

50

65

74

85

14

12

40

55

65

80

90

100

28

15

55

68

80

100

 

Марок 200 -300 на портландцементе М-400

1

3

5

9

12

23

35

45

2

6

12

19

25

40

55

65

3

8

18

27

37

50

65

77

5

12

28

38

50

65

80

90

7

15

35

48

58

75

90

100

14

20

50

62

72

90

100

28

25

65

77

85

100

 

Марки 400 на портландцементе М-500

1

8

12

18

28

40

55

2

16

22

32

50

63

75

3

10

22

32

45

60

74

85

5

16

32

45

58

74

85

96

7

19

40

55

66

82

92

100

14

25

57

70

80

92

100

28

30

70

80

90

100

 

Марки 500 на портландцементе М-600

1

9

13

21

32

45

59

2

17

25

36

52

65

75

3

23

35

46

62

75

85

5

34

47

58

75

83

90

7

20

42

57

68

85

90

100

14

30

58

73

82

95

100

28

35

75

83

92

100

 

Марки 200 на шлакопортландцементе М-300

1

3

6

12

20

35

2

4

7

12

20

35

50

3

2

7

12

18

30

46

63

5

4

13

20

30

45

60

80

7

6

18

25

40

55

70

92

14

8

25

40

55

75

90

28

10

35

55

70

100

 

Марок 200- 300 на шлакопортландцементе М-400

1

3

6

10

16

30

40

2

3

8

12

18

30

40

60

3

5

13

18

25

40

55

70

5

8

20

27

35

55

65

85

7

10

25

34

43

65

70

100

14

12

35

50

60

80

96

28

15

45

65

80

100

При применении портландцементов, содержащих трехкальциевого алюмината более 6%, скорость нарастания прочности по сравнению с приведенными выше (см. Таблица 6717-1) данными увеличиваются примерно на 10%. Разница в скорости набора прочности бетона на двух цементах одинаковой марки, но с различным содержанием С3А приведено в Таблице 6717-2

 

Таблица 6717-2

Нарастание прочности бетона марок 200-300 на портландцементе марки 400 Белгородского и Воскресенского заводов

Возраст бетона, сут

Средняя температура бетона в конструкции, оС

-3

0

+5

+10

+20

+30

+40

Б

В

Б

В

Б

В

Б

В

Б

В

Б

В

Б

В

1/2

2

2

4

4

6

6

10

14

15

25

25

30

1

2

4

5

6

9

12

12

14

22

28

41

48

53

55

2

5

6

10

14

18

24

26

30

40

48

53

63

70

70

3

8

10

18

22

25

32

35

40

50

60

69

75

85

90

5

14

17

28

35

38

46

50

55

65

70

81

85

98

98

7

18

20

37

43

48

53

56

60

75

80

91

95

100

102

14

20

25

51

59

67

72

72

80

87

92

104

105

28

25

30

70

75

84

85

93

93

100

100

Примечание Б — портландцемент Белгородского завода (С3А<6%), В — то же, Воскресенского завода (С3А>6%)

Добавка хлористого кальция существенно меняет характер твердения бетона. Множество испытаний средней интенсивности нарастания прочности бетона на портландцементе с добавкой хлористого кальция отражено в Таблице 6717-3

 

Таблица 6717-3

Влияние добавки СаС12 на прочность бетона

Возраст бетона, (суток)

Относительная прочность бетона с добавкой хлористого кальция, % от R28 без добавок, на цементах марки М-400

на портландцементе

на шлакопортланд- и пуццоланововом портландцементе

без добавок

с добавкой хлористого кальция, %

без добавок

с добавкой хлористого кальция, %

I

2

3

1

2

3

1

15

20

23

27

8

15

17

20

2

27

40

45

50

18

24

30

37

3

40

50

55

60

25

30

40

45

5

55

65

70

80

40

50

55

60

7

70

77

85

90

50

55

60

70

14

85

95

100

105

70

80

90

95

28

100

ПО

115

100

110

120

 

В зависимости от окружающей температуры, эффективность хлористого кальция отражает Таблица 6717-4

 

Таблица 6717-4

Увеличение прочности бетона в % при различных температурах твердения и добавке 2% CaCl2

Возраст бетона, суток

Процент увеличения прочности бетона при температуре, оС

+5

+15

+25

2

85

65

45

3

70

50

35

7

50

30

20

28

30

15

10

 

В приведенных выше таблицах (Таблица 6717-1 — 6717-4) данные представляют собой средние значения, выведенные из большого числа опытов, проведенных в лаборатории ускорения твердения бетона НИИЖБ в 1970—1974 гг. и уточняют величины набора относительной прочности до 28-суточного возраста по сравнению с ранее публиковавшимися данными, которые были основаны на экспериментах 1939— 1941 гг., когда марки цементов отличались от современных. Кинетика роста прочности устанавливалась на бетонах, изготовленных из смесей подвижностью 6-8 см осадки конуса.

 

6.7.1.8 Влияние хлористого кальция на твердение бетона при ТВО

Как и для всех остальных добавок, для (ХК) характерен сброс прочности бетонов после ТВО при дозировках превышающих определенную величину (см. Таблица 6718-1).

Анализ и сопоставление аналогичной таблицы (см. Таблица …) по сульфату натрия свидетельствует, что для случая изготовления пенобетона, когда расход цемента и В/Ц велики, (ХК) намного предпочтительней – сброс прочности наблюдается при дозировках более чем в 2 раза больших, чем для (СН).

Для (ХК) это, по сути предельные разумные дозировки, с лихвой перекрывающие все потребности пенобетонщиков по кинетике схватывания – осадки не будет.

Таблица 6718-1

Влияние добавки (ХК) на прочность пропаренного бетона в зависимости от расхода цемента и принятом В/Ц в % от R28 сразу после ТВО

Вид и расход цемента в бетоне

В/Ц

Добавка (ХК), в % от массы цемента

Предельно допустимая добавка (ХК) для данного расхода цемента

0

1

2

3

3.5

Бетон на белгородском (низкоалюминатном) цементе, с расходом 250 кг/м3

0.4

67

77

82

84

83

2.5

0.46

60

70

74

74

73

2.3

0.52

57

64

67

66

65

2.1

0.58

50

59

60

56

53

1.6

0.64

45

52

52

48

47

1.3

 

Бетон на белгородском (низкоалюминатном) цементе, с расходом 350 кг/м3

0.4

60

70

76

76

75

2.5

0.46

54

63

68

68

67

2.3

0.52

50

58

61

59

57

2.0

0.58

45

53

54

52

48

1.7

0.64

40

46

45

44

43

1.2

 

Бетон на белгородском (низкоалюминатном) цементе, с расходом 450 кг/м3

0.4

57

68

73

74

73

2.5

0.46

51

61

65

65

64

2.4

0.52

47

57

58

57

56

2.2

0.58

44

50

51

47

46

1.8

0.64

39

45

45

40

37

1.7

Примечание: Таблица 6718-1 составлена по результатам графических данных с погрешность. +/- 1.

Длительность ТВО (пропаривания) – 9 часов. Режим пропаривания в первоисточнике не указан.

 

6.7.1.9 Достоинства и недостатки хлористого кальция.

Если в сопоставимом формате попытаться проанализировать достоинства и недостатки (ХК) картина может выглядеть следующим образом.

Достоинства:

1. Является отходом основных химических производств, а потому дешев и легко доступен.

2. Из условий получения, практически не содержит вредных примесей, способных оказывать негативное влияние на человека.

3. Побочные примеси, как правило, других хлоридов, улучшают (как минимум не ухудшают) его эффективности как ускорителя.

4.Хорошо растворяется даже в холодной воде с выделением тепла.

5. Возможно его хранение в форме высококонцентрированных растворов без опасности выкристализации при похолодании.

7. Легко поддается модифицированию “внешними” ингибиторами, которые тоже являются ускорителями.

8. Совместим практически со всеми другими хим. добавками в составе полифункциональных комплексов.

9. Способен самопроизвольно модифицировать технические лигносульфонаты, будучи в составе полифункциональных комплексов.

10. Способен незначительно пластифицировать бетонные смеси, особенно жесткие.

11. Как самостоятельно, так и совместно с другими хлоридами, в повышенных дозировках выступает в качестве высокоэффективной противоморозной добавки.

12. Полностью вступает в химическую реакцию с минералами цементного клинкера, поэтому не склонен к образованию высолов и выцветов.

13. Позволяет “реанимировать” лежалые цементы. В этом случае особенно эффективен для лежалых высокомарочных цементов. (В них, как правило, содержание трехкальциевого алюмината повышено).

14. Положительно влияет на ускорение схватывания и твердения бетонов с большим содержанием золы-уноса.

15. Ускоряет и облегчает прогрев бетона при ТВО из-за повышенного выделения тепла при ускоренной гидратации цемента.

16. Позволяет применять повышенные дозировки, по сравнению с другими добавками, при ТВО, без сброса прочности.

17. Резко ускоряет как кинетику набора прочности при нормальном хранении, так и 28-ми суточную прочность.

Недостатки:

1. Вызывает коррозию стальной арматуры и оборудования.

2. В повышенных дозировках, свыше 3% от массы цемента, усиливает усадку бетона.

www.ibeton.ru

Схватывание бетона при низких температурах: добавки, ускоритель

Как известно, все растворы имеют определенный период жизнеспособности, в течение которого их можно выравнивать, наносить и заполнять формы. Но через некоторое время в составе проходят необратимые процессы, и материал начинает приобретать определенные свойства. Очень важно, чтобы соблюдались оптимальные внешние условия – схватывание бетона при низких температурах может растянуться на несколько суток, вследствие чего значительно снизится прочность и долговечность.

На фото — выравнивать поверхность можно только до схватывания

Что такое схватываемость

Главная причина, по которой бетон приобретает высокие прочностные свойства это то, что цемент при взаимодействии с водой приобретает очень высокую прочность и превращается в так называемый цементный камень. По-научному процесс называется гидратация, и проходит он в несколько этапов, главными из которых является первоначальное схватывание и дальнейшее твердение (читайте также статью «Фибропенобетон: особенности и область применения»).

Цемент – уникальный материал, с помощью которого можно своими руками возвести конструкции, которые простоят века, при этом его цена достаточно демократична и доступна

В рамках данной статьи мы рассмотрим, за сколько схватывается бетон и как влияет на это температура окружающего воздуха. Стоит отметить, что процесс этот, в отличие от твердения очень скоротечен: он происходит в первые сутки, а то и часы после заливки той или иной бетонной конструкции. Именно поэтому ему нужно уделить самое пристальное внимание, так как от него во многом зависит прочность.

Срок схватывания бетона напрямую зависит от температурных условий, рассмотрим эту зависимость в таблице:

Температура схватывания бетона Время гидратации
Отрицательные значения В этих условиях проводить бетонные работы без применения специальных добавок или использования различных способов нагрева категорически запрещено – вода замерзнет и процесс остановится.
0 градусов Бетон начинает схватываться примерно через 6-10 часов после заливки, что отрицательно сказывается на свойствах материала. Процесс затягивается на 18-20 часов.
20 градусов Можно сказать, это норма температуры для схватывания бетона. Именно при 20 градусах достигаются наилучшие показатели прочности. Процесс начинается через два часа и длится примерно час.
30 и более градусов Такие условия, естественно, ускоряют процесс испарения влаги, вследствие чего уже через полтора-два часа схватывание может быть окончено. Быстрое схватывание также отрицательно влияет на качество.

При высоких температурах работы следует проводить очень быстро

Как можно влиять на схватываемость

Если раньше при низких и отрицательных температурах все работы приостанавливались, то в наше время появилось множество  способов ускорить или замедлить схватывание, что позволяет проводить бетонирование практически круглый год. Именно их мы и рассмотрим более подробно.

Добавки

На рынке существует множество специальных составов, которые способны ускорить схватывание или замедлить его, при этом отрицательное влияние на прочность будет минимальным.

Все их условно можно разделить на следующие группы:

  • Добавки в бетон для быстрого схватывания, чаще всего используются, когда необходим быстрый набор прочности, при этом естественно сокращается и период первичного твердения. Например, некоторые из них позволяют материалу набрать до 50% от прочности всего за 2 дня. Применение таких составов стоит ограничить на объектах, где очень важна высокая прочность, так как показатели все равно уменьшаются.
  • Морозостойкий ускоритель схватывания бетона – такой вариант используется при отрицательных температурах. Состав снижает температурный порог замерзания влаги и ускоряет первоначальное схватывание без значительных потерь прочности. В подобных условиях важно, чтобы вода не замерзла – это имеет необратимые последствия для прочностных характеристик.

Как правильно использовать составы подобного типа, подскажет инструкция на упаковке

Важно! Стоит помнить, что чем ниже температура, тем больше пропорция добавления состава. Именно этот фактор является основополагающим при приготовлении бетона.

  • Замедлители схватывания бетона – этот тип составов применяется в следующих случаях: при высокой температуре окружающего воздуха, при транспортировке бетона миксерами на дальние расстояния, при длительном рабочем процессе, когда состав должен сохранять первоначальные свойства на протяжении длительного срока. Также замедлители незаменимы при устройстве монолитных конструкций: так можно избежать возникновения слоев и ослабления бетона.

При транспортировке на большие расстояния замедлитель схватывания гарантирует доставку качественного раствора

Совет! Стоит помнить, что помешивание раствора не дает начаться стадии затвердения, поэтому если нужно продлить жизнеспособность раствора на полчаса-час, то с помощью данной операции вы избежите преждевременного схватывания.

Если твердение рассчитывается по дням, то схватывание проходит скоротечно, это и есть его самая большая особенность. И очень важно, при какой температуре схватывается бетон – она должна быть максимально приближенной к оптимальной, в противном случае добиться хорошего результата без добавок будет проблематично.

Использование различных систем и конструкций для подогрева бетона

Сразу отметим, что используются они при отрицательных температурах и направлены на ускорение схватывания и твердения (см.также статью «Время схватывания бетона и его механизм»).

Чаще всего применяются следующие варианты:

  • Электрический подогрев конструкций. Его особенности следующие: в конструкцию укладывается специальный нагревательный провод еще до заливки или вставляются металлические электроды, пока бетон еще свежий. Пропуская по системе ток, можно нагревать всю конструкцию, предотвращая ее замерзание и ускоряя схватывание.

Провода укладываются перед началом бетонирования

  • Использование термоактивной опалубки, это вариант предполагает использование электрического подогрева или водяной рубашки для того, чтобы поддерживать положительную температуру в конструкции. Используется он достаточно редко ввиду сложности устройства.
  • Еще один вариант, который подходит для масштабных строительств – устройство тепляка, это может быть разборная конструкция или система пологов из тента, важно, чтобы внутри поддерживалась положительная температура.

Стоит помнить, что алмазное бурение отверстий в бетоне и резка железобетона алмазными кругами допускаются только после набора как минимум 50 % прочности. Не стоит спешить с данными работами, иначе можно нарушить структуру материала.

Сверление можно начинать только после набора бетоном прочности

Вывод

Как вы смогли убедиться, схватывание имеет огромное значение для бетона, и любые нарушения процесса снижают прочность материала. Видео в этой статье наглядно покажет некоторые особенности рассматриваемого процесса.

загрузка...

masterabetona.ru


Смотрите также