В ряде случаев при изготовлении конструкций из бетона возникает необходимость в ускорении процессов схватывания и твердения раствора. Для регулирования данных процессов в смесь вводятся специальные добавки-ускорители твердения. Критерием эффективности для ускорителей твердения бетона выступает прирост прочности не меньше чем на 20% через 24 часа нормального твердения.
При введении в бетонную смесь добавок-ускорителей происходит активизация процесса гидратации цемента. В результате этого ускоряется образование субмикрокристаллических продуктов гидратации, которые характеризуются высокой прочностью. В табл. 1 приводится перечень наиболее распространенных добавок, ускоряющих схватывание и твердение бетона.
В зависимости от характера воздействия на цементное тесто выделяют добавки-ускорители:
- понижающие температуру замерзания воды и повышающие растворимость компонентов цемента, но не вступающие с ними в реакцию
- активизирующие процессы гидратации цемента за счет разрушения силикатных компонентов и увеличения их растворимости в воде, диспергации зерен цемента
- понижающие температуру замерзания воды и способствующие тепловыделению в процессе гидратации цемента
- ускоряющие процессы гидратации цемента, спровоцированные химическими реакциями обмена, в результате которых образовываются гели гидроксидов кальция и снижается температура замерзания воды
Таблица 1 – Самые популярные виды добавок-ускорителей твердения бетона
Обозначение добавки | Название | Дозировка, % |
XK | Хлорид кальция | 1-5 |
CH | Сульфат натрия | 1-2 |
HK | Нитрат кальция | 1-3 |
HH1 | Нитрат натрия | 1-3 |
HHXK | Нитрит-нитрат-хлорид кальция | 1-3 |
HHCH | Нитрит-нитрат-сульфат натрия | 1-3 |
Ускорителями твердения и схватывания бетона в основном выступают основания, кислоты и соли (электролиты). При растворении электролитов в воде образовываются соединения молекул добавок с водой – сольваты. В результате реакции физические и химические свойства воды тоже меняются.
Введение в раствор добавок-ускорителей в количестве 0,5-3% от массы цемента оказывает положительное воздействие на формирование структуры цементного камня, т.к. способствует интенсификации процесса гидратации.
Благодаря ускорению твердения бетонной смеси есть возможность уменьшить расход цемента и увеличить оборачиваемость форм. Упомянутые в табл.1 добавки при положительной температуре при естественном схватывании и твердении бетона увеличивают набор прочности в три-четыре раза. Т.е. через сутки с момента окончания формирования можно получить бетонную конструкцию с 50-60% отпускной прочностью.
При использовании добавок, которые подвергаются пропариванию, возникает возможность сократить время изотермического прогрева в два раза или сократить расход цемента на 10-15%, или снизить расход тепловой энергии на 20%.
Хлорид кальция – самая распространенная добавка-ускоритель
XK интенсифицирует процесс твердения бетона за счет образования ряда комплексных солей (гидрохлоралюмината, оксихлорида). Гидроксид кальция при этом связывается в нерастворимые соединения, гидратация цемента ускоряется.
Плюсы добавки XK – ускорение твердения (для всех видов цементов), повышает конечную прочность бетона.
Минусы добавки XK – коррозия стальной арматуры за счет выделения хлор-ионов. Недостаток устраняется при введении в смесь нитрита кальция / нитрита натрия или других ингибиторов коррозии стали.
При использовании вышеперечисленных добавок-ускорителей нужно учитывать, что они уменьшают электрические заряды частиц цемента и уменьшают сроки их схватывания, ускоряют процессы гидратации и на ранних сроках формирования уплотняют структуру цементного камня.
Эффективность добавок-ускорителей зависит во многом от содержания в цементе трехкальциевого алюмината. Чем большее содержание последнего, тем сильнее проявится уплотняющее действие добавок.
Уплотняющее действие ускорителей может не проявиться при применении высокоалюминатных цементов в виду их быстрого схватывания в присутствии добавок.