Файл: Особенности твердения бетона с противоморозными добавками.doc
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 257
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1. Совместимость противоморозных добавок с другими.Так как большинство противоморозных добавок являются ускорителями схватывания и твердения, возможно столкнуться с рядом проблем, связанными с сохраняемостью удобоукладываемой бетонной или растворной смесей. Длянивелирования этого эффекта, а также для увеличения удобоукладываемой многие производители добавок рекомендуют применять замедлители схватывания. В современных условиях при производстве бетонных и железобетонных конструкций практически всегда применяются пластифицирующие добавки. Зачастую противоморозные добавки хорошо совместимы со всеми пластифицирующими добавками и не вызывают ухудшения свойств смесей, однако перед использованием любого комплекса необходима проверка добавок на совместимость в каждом конкретном составе. 2. Влияние противоморозных добавок на свойства бетонной смеси.Противоморозные добавки могут оказывать различное влияние на свойствабетонной смеси в зависимости от множества факторов: состава, вида цемента,температуры, состава и дозировки добавки.2.1 Водоотделение.При использовании традиционных противоморозных добавок водоотделение и седиментация в бетонной смеси нехарактерны. Опасность водоотделения возникает при использовании пластифицирующих добавок и добавок-замедлителей, зачастую эта проблема решается корректировкой состава бетоннойсмеси.2.2 Реологические свойства бетонной смеси. Некоторые противоморозные добавки проявляют пластифицирующие свойства, позволяя снижать водоцементное отношение при сохранении подвижности смеси. К таким веществам относятся: соли кальция, смеси хлорида кальция с нитритом и хлоридом натрия.Большим пластифицирующим эффектом характеризуется карбамид,особенно в комплексах НКМ, ННКМ и ННХКМ, кроме того эти добавки положительно влияют на сохраняемость бетонной смеси.Другие соли (при использовании их в качестве индивидуальных добавок) не обладают заметным пластифицирующим действием, поэтому их целесообразно использовать в сочетании с пластифицирующими добавками.2.3 Тепловой эффект гидратации цемента.Процесс гидратации цемента сопровождается тепловыделением, при различных температурах, особенно в присутствии противоморозных добавок.
Данный параметр достаточно важен, так как используя экзотермию вяжущего (при должном утеплении опалубки) можно обойтись без дополнительного прогрева конструкции. 3. Карбонизация бетона.3.1 Поташ при введении в бетонную смесь реагирует с гидроксидом кальция, алюминатными фазами цемента и цементного камня и в результате образуются соли, которые частично коль матируют поры, что практически исключает карбонизацию бетона.3.2 Сочетание противоморозных и пластифицирующих добавок уплотняет бетон и снижает скорость карбонизации.3.3 При совместном использовании с противоморозными добавками воздухововлекающих образуется система условно замкнутых пор, и карбонизация практически не усиливается.4. Сульфат стойкость бетона.4.1 Соли кальция снижают сульфат стойкость бетона за счет образования двойных солей при взаимодействии с алюминатными фазами цемента и цементного камня.4.2 Соли щелочных металлов (поташ, нитрит натрия) повышаютсульфат стойкость бетона за счет реакций обмена.4.3 Поверхностно-активные вещества - пластифицирующие ивоздухововлекающие добавки - способствуют повышению сульфат стойкости бетона, однако если конструкция будет эксплуатироваться в жидких сульфатных средах, то помимо применения сульфат стойкого цемента необходимо ограничить использование противоморозных добавок, содержащих кальциевые соли.5. Щелочная коррозия.5.1 При наличии в цементе выше 0,6% водорастворимых щелочных соединений (в пересчете на № 2Ои K2O), а также при введении в бетонную смесь солей щелочных металлов и слабых кислот - они взаимодействую с аморфным реакционно способным кремнеземом с образованием растворимых силикатов натрия и калия. Это приводит к разрушению бетона продуктами реакции. Поэтому противоморозные добавки, содержащие гидролизующиеся соли натрия и кальция - НН и поташ, запрещается применять в тех случаях, когда возникает опасность такого разрушения бетона.5.2 Соли кальция не вызывают щелочной коррозии бетона, так как образуют с аморфным кремнеземом труднорастворимые гидросиликаты кальция, защищающие зерна заполнителя пленкой.
6. Морозостойкость бетона.Существуют несколько причин разрушения бетона при морозной агрессии:- увеличение локальных растягивающих напряжений в результате кристаллизации воды;- гидравлическое давление поровой жидкости, отжимаемой льдом, особенно в порах от 3 до 100 нм;- выщелачивание Са(ОН)2, снижение рН поровой жидкости и вызываетперекристаллизацию высокоосновных продуктов гидратации, а значит разрушение материала;- кристаллизация новых гидратных образований в процессе циклических изменений температуры практически не укрепляет цементного камня.6.1 Соли кальция, а также карбамид повышают морозостойкость и морозосолестойкость бетона. Такое влияние обусловлено несколькими моментами: улучшается поровая структура цементного камня и зоны контакта с заполнителем; снижение льдистости бетона. Также лед, образующийся изконцентрированных растворов, обладает чешуйчатым строением и менее прочен,чем лед, кристаллизующийся из воды.6.2 Бетоны, с комплексными добавками, содержащими мочевину(НКМ, ННКМ и ННХКМ) более морозостойки, чем бетоны с добавками простоНК, ННК и ННХК. Это объясняется тем, что в присутствии карбамида и другихповерхностно-активных веществ наблюдается их окклюзиявыделяющимсяльдом,что дополнительно снижает егомеханические показатели.6.3 Введение комплекса противоморозных и воздухововлекающихдобавок повышает стойкость бетона к циклическому замораживанию иоттаиванию в соответствии с их воздействием на поровую структуру цементногокамня. С этим также связана эффективность комплекса противоморозных добавокс пластифицирующими добавками для снижения водоцементного отношения.6.4 Введение в качестве противоморозного компонента добавок наоснове солей кальция положительно влияет на морозостойкость бетона притемпературе до -60 °С, а также при твердении бетона по режимам с перепадомтемператур от -30 до +20 °С. Однако, преимущество по морозостойкости бетоновс добавками на основе солей кальция при длительном хранении в воде и вусловиях полного водонасыщения снижается, а это имеет значение длягидротехнических бетонов.6.5 Добавка нитрата натрия незначительно повышаетморозостойкость бетона.
6.6 Поташ сильно снижает сопротивление бетона к морознойагрессии (увеличение объема «переходных» пор). Введение совместно с поташомзамедлителей схватывания цемента способствует повышению морозостойкостибетона за счет влияния на поровую структуру цементного камня. Для конструкцийс высокими требованиями по морозостойкости применение в качествепротивоморозной добавки поташа, даже совместно с вышеуказанными илиповерхностно-активными веществами не рекомендуется.7. Высолообразвание.Некоторые противоморозные добавки склонны к высолообразованию.Появление высолов связано с большой дозировкой добавок на основе нитританатрия и хлорида натрия. Снизить этот эффект возможно применениемповерхностно-активных веществ типа лигносульфонатов. На высолообразованиетакже можно влиять, изменяя условия тепломассопереноса, например, укрываяповерхность бетона матами, полимерными пленками.При жестких требованиях к внешнему виду изделий и конструкцийрекомендуется применять в качестве противоморозного компонента соли кальцияили калия, а также предпринимать вышеуказанные меры.8. Коррозия арматуры.Противоморозные добавки, в зависимости от исходных компонентов, поотношению к арматуре можно разделить на 3 группы:8.1 Ингибирующие (замедляющие коррозию).В данную группувходят НН, ННК (ингибиторы анодного действия), они наиболее эффективны вусловиях коррозии арматуры с достаточной толщиной защитного слоя бетона.8.2 Не вызывающие коррозию арматуры.Эта группа представленапоташом, НК, мочевина, НКМ.8.3 Стимулирующие коррозию. Такие добавки содержат хлоридыкальция и натрия.При эксплуатации конструкции в среде с хлорид- или сульфат-ионами(морские сооружения, дороги с применением антиобледенителей) рекомендуетсяприменять противоморозные добавки и с ингибирующими свойствами.При совместном введении с противоморозным компонентомпластифицирующих и воздухововлекающих добавок практически не сказываетсяна коррозии арматуры. Однако, при снижении водоцементного отношениякоррозия снижается (в результате увеличения омического сопротивления изатрудненного доступа к арматуре кислорода воздуха).
2.1 Характеристики сырьевых материаловВ ходе работы для установления зависимостей влияния добавок на свойствабетонной смеси, бетона, а также цементного камня использовались материалыразличных производителей со следующими свойствами:1. Цемент.В работе использовали цемент производства ПАО «Горнозаводскцемент»класса ЦЕМ1 42,5Н по ГОСТ 31108-2003. Данный цемент обладаетвысоким качеством, постоянством минералогического и химического состава, атакже нормируемых свойств. Данный цемент широко применяется в Челябинскойобласти для производства высококачественного бетона.Минералогический состав цемента представлен следующими фазами: C3S -64,8%; C2S - 12,1%; С3А - 6,2%; C4AF - 14%, MgO - 1,4%. (Щелочные оксиды впересчете на Na2O (Na2O+0,658 K2O) - 0,4. Химический состав цемента приведен ниже, в таблице 2.1.2. ЗаполнителиВ качестве мелкого заполнителя для бетонов применяли мытый кварцевыйпесок производства ООО «БОГАЕВСКИЙ КАРЬЕР». Основные характеристикиданного песка приведены в таблице 2.3Крупным заполнителем для бетонов был гранодиоритовый щебеньХромовицкого карьера. Характеристики щебня приведены в таблице 2.4.Таблица 2.4 - Характеристики щебняОкончание таблицы 2.44. Добавки.Для проведения исследований в качестве добавок использовались жидкиедобавки производства одних из крупнейших в этой отрасли фирм - «Полипласт» и«BASF». При выборе противоморозных добавок руководствовались несколькимимоментами:- основа добавки;- эффективность добавки (указанная производителем);- доступность в регионе;- распространенность их использования на предприятиях региона и страны.
Данный параметр достаточно важен, так как используя экзотермию вяжущего (при должном утеплении опалубки) можно обойтись без дополнительного прогрева конструкции. 3. Карбонизация бетона.3.1 Поташ при введении в бетонную смесь реагирует с гидроксидом кальция, алюминатными фазами цемента и цементного камня и в результате образуются соли, которые частично коль матируют поры, что практически исключает карбонизацию бетона.3.2 Сочетание противоморозных и пластифицирующих добавок уплотняет бетон и снижает скорость карбонизации.3.3 При совместном использовании с противоморозными добавками воздухововлекающих образуется система условно замкнутых пор, и карбонизация практически не усиливается.4. Сульфат стойкость бетона.4.1 Соли кальция снижают сульфат стойкость бетона за счет образования двойных солей при взаимодействии с алюминатными фазами цемента и цементного камня.4.2 Соли щелочных металлов (поташ, нитрит натрия) повышаютсульфат стойкость бетона за счет реакций обмена.4.3 Поверхностно-активные вещества - пластифицирующие ивоздухововлекающие добавки - способствуют повышению сульфат стойкости бетона, однако если конструкция будет эксплуатироваться в жидких сульфатных средах, то помимо применения сульфат стойкого цемента необходимо ограничить использование противоморозных добавок, содержащих кальциевые соли.5. Щелочная коррозия.5.1 При наличии в цементе выше 0,6% водорастворимых щелочных соединений (в пересчете на № 2Ои K2O), а также при введении в бетонную смесь солей щелочных металлов и слабых кислот - они взаимодействую с аморфным реакционно способным кремнеземом с образованием растворимых силикатов натрия и калия. Это приводит к разрушению бетона продуктами реакции. Поэтому противоморозные добавки, содержащие гидролизующиеся соли натрия и кальция - НН и поташ, запрещается применять в тех случаях, когда возникает опасность такого разрушения бетона.5.2 Соли кальция не вызывают щелочной коррозии бетона, так как образуют с аморфным кремнеземом труднорастворимые гидросиликаты кальция, защищающие зерна заполнителя пленкой.
6. Морозостойкость бетона.Существуют несколько причин разрушения бетона при морозной агрессии:- увеличение локальных растягивающих напряжений в результате кристаллизации воды;- гидравлическое давление поровой жидкости, отжимаемой льдом, особенно в порах от 3 до 100 нм;- выщелачивание Са(ОН)2, снижение рН поровой жидкости и вызываетперекристаллизацию высокоосновных продуктов гидратации, а значит разрушение материала;- кристаллизация новых гидратных образований в процессе циклических изменений температуры практически не укрепляет цементного камня.6.1 Соли кальция, а также карбамид повышают морозостойкость и морозосолестойкость бетона. Такое влияние обусловлено несколькими моментами: улучшается поровая структура цементного камня и зоны контакта с заполнителем; снижение льдистости бетона. Также лед, образующийся изконцентрированных растворов, обладает чешуйчатым строением и менее прочен,чем лед, кристаллизующийся из воды.6.2 Бетоны, с комплексными добавками, содержащими мочевину(НКМ, ННКМ и ННХКМ) более морозостойки, чем бетоны с добавками простоНК, ННК и ННХК. Это объясняется тем, что в присутствии карбамида и другихповерхностно-активных веществ наблюдается их окклюзиявыделяющимсяльдом,что дополнительно снижает егомеханические показатели.6.3 Введение комплекса противоморозных и воздухововлекающихдобавок повышает стойкость бетона к циклическому замораживанию иоттаиванию в соответствии с их воздействием на поровую структуру цементногокамня. С этим также связана эффективность комплекса противоморозных добавокс пластифицирующими добавками для снижения водоцементного отношения.6.4 Введение в качестве противоморозного компонента добавок наоснове солей кальция положительно влияет на морозостойкость бетона притемпературе до -60 °С, а также при твердении бетона по режимам с перепадомтемператур от -30 до +20 °С. Однако, преимущество по морозостойкости бетоновс добавками на основе солей кальция при длительном хранении в воде и вусловиях полного водонасыщения снижается, а это имеет значение длягидротехнических бетонов.6.5 Добавка нитрата натрия незначительно повышаетморозостойкость бетона.
6.6 Поташ сильно снижает сопротивление бетона к морознойагрессии (увеличение объема «переходных» пор). Введение совместно с поташомзамедлителей схватывания цемента способствует повышению морозостойкостибетона за счет влияния на поровую структуру цементного камня. Для конструкцийс высокими требованиями по морозостойкости применение в качествепротивоморозной добавки поташа, даже совместно с вышеуказанными илиповерхностно-активными веществами не рекомендуется.7. Высолообразвание.Некоторые противоморозные добавки склонны к высолообразованию.Появление высолов связано с большой дозировкой добавок на основе нитританатрия и хлорида натрия. Снизить этот эффект возможно применениемповерхностно-активных веществ типа лигносульфонатов. На высолообразованиетакже можно влиять, изменяя условия тепломассопереноса, например, укрываяповерхность бетона матами, полимерными пленками.При жестких требованиях к внешнему виду изделий и конструкцийрекомендуется применять в качестве противоморозного компонента соли кальцияили калия, а также предпринимать вышеуказанные меры.8. Коррозия арматуры.Противоморозные добавки, в зависимости от исходных компонентов, поотношению к арматуре можно разделить на 3 группы:8.1 Ингибирующие (замедляющие коррозию).В данную группувходят НН, ННК (ингибиторы анодного действия), они наиболее эффективны вусловиях коррозии арматуры с достаточной толщиной защитного слоя бетона.8.2 Не вызывающие коррозию арматуры.Эта группа представленапоташом, НК, мочевина, НКМ.8.3 Стимулирующие коррозию. Такие добавки содержат хлоридыкальция и натрия.При эксплуатации конструкции в среде с хлорид- или сульфат-ионами(морские сооружения, дороги с применением антиобледенителей) рекомендуетсяприменять противоморозные добавки и с ингибирующими свойствами.При совместном введении с противоморозным компонентомпластифицирующих и воздухововлекающих добавок практически не сказываетсяна коррозии арматуры. Однако, при снижении водоцементного отношениякоррозия снижается (в результате увеличения омического сопротивления изатрудненного доступа к арматуре кислорода воздуха).
2. Материалы и методы исследования
2.1 Характеристики сырьевых материаловВ ходе работы для установления зависимостей влияния добавок на свойствабетонной смеси, бетона, а также цементного камня использовались материалыразличных производителей со следующими свойствами:1. Цемент.В работе использовали цемент производства ПАО «Горнозаводскцемент»класса ЦЕМ1 42,5Н по ГОСТ 31108-2003. Данный цемент обладаетвысоким качеством, постоянством минералогического и химического состава, атакже нормируемых свойств. Данный цемент широко применяется в Челябинскойобласти для производства высококачественного бетона.Минералогический состав цемента представлен следующими фазами: C3S -64,8%; C2S - 12,1%; С3А - 6,2%; C4AF - 14%, MgO - 1,4%. (Щелочные оксиды впересчете на Na2O (Na2O+0,658 K2O) - 0,4. Химический состав цемента приведен ниже, в таблице 2.1.2. ЗаполнителиВ качестве мелкого заполнителя для бетонов применяли мытый кварцевыйпесок производства ООО «БОГАЕВСКИЙ КАРЬЕР». Основные характеристикиданного песка приведены в таблице 2.3Крупным заполнителем для бетонов был гранодиоритовый щебеньХромовицкого карьера. Характеристики щебня приведены в таблице 2.4.Таблица 2.4 - Характеристики щебняОкончание таблицы 2.44. Добавки.Для проведения исследований в качестве добавок использовались жидкиедобавки производства одних из крупнейших в этой отрасли фирм - «Полипласт» и«BASF». При выборе противоморозных добавок руководствовались несколькимимоментами:- основа добавки;- эффективность добавки (указанная производителем);- доступность в регионе;- распространенность их использования на предприятиях региона и страны.