Интенсификация твердения пропариваемого бетона введением ускорителей твердения
Одним нз резервов попы шепни производительности заводов сборного железобетона является сокращение продолжительности тепловлажностной обработки — наиболее длительного передела технологического процесса. Продолжительность пропаривания до получения 70%-ной прочности бетона удалось довести в настоящее время в среднем до 12 ч. Дальнейшее сокращение режима возможно благодаря использованию портландцементов, введению в состав бетона добавок — ускорителей твердения или понижению требований к распалубочной прочности.
В НИИЖБе изучалось влияние добавок-ускорителей на твердение пропариваемого бетона, приготовленного на заводских (ПЦ) или клинкерных (КПП) портландцементах, минералогическая характеристика которых приведена в табл. 1.
В опытах использован гранитный щебень фракции 5—20 и 5—10 мм. Ускорителями твердения бетона служили хлористый натрий, сернокислый натрий, хлористый кальций и азотнокислый кальций. Эти электролиты способствуют повышению прочности бетона, подвергаемого тепловой обработке [1].
Введение добавок хлористого кальция и натрия, а также сернокислого натрия (рис. >1) способствует повышению прочности бетона на белгородском КИП, пропариваемого по режиму 2-J-2-J-4-1-.1 (предварительная выдержка подъем температуры изотермический прогрев остывание) при 80°С. Введение добавки Na2S04 на прочность бетона на спасском КПЦ повлияло отрицательно, a NaCl и Ca(N-03)2— в основном увеличило прочность сразу после тепловой обработки. Следовательно, по ускоряющему эффекту исследованные добавки располагаются в последовательности CaCl2>NaCl>Na2S04>Ca(N03)2. Эффективность добавок уменьшается с повышением алюминатности цемента.
При тепловлажностной обработке нарастание прочности бетона зависит от вида и минералогического состава вяжущего, В/Ц, температуры и длительности прогрева [2]. Поскольку на заводах температура прогрева бетона на портлапдцементах составляет 75—85°С,
Введение добавок, как показали опыты, приводит к увеличению прочности бетона независимо от В/Ц. Эффект ускорения твердения бетона зависит от продолжительности тепло влажностной обработки: удлинение изотермического прогрева сверх оптимального не вызывает существенного увеличения прочности, т. е. чем короче режим обработки, тем больше ускоряющий эффект добавки.
В одни и те же сроки испытаний прочность бетона с добавками превосходит прочность бетона без добавки, но пропаренного по удлиненному режиму. Это позволяет сократить режим тепловлажностной обработки. В зависимости от состава бетона с применением низкоалюминатного портландцемента при необходимости получения 70%-ной прочности сокращение времени прогрева может доходить до 50%, а высокоалюминатного портландцемента — до 15—20%.
Ускоряющее действие добавок можно использовать и для сокращения расхода цемента. При неизменном режиме пропаривания экономия цемента достигает Б—110%.
Важно установить оптимальное количество ускорителя. Если введение добавки сверх этого количества и не приведет к существенному уменьшению ускоряющего эффекта, то увеличится опасность коррозии арматуры, высокообразования или других побочных действий, свойственных электролитам.
При одной и той же начальной подвижности смеси (ОК=2 4 см) с увеличением В/Ц оптимальное количество добавок уменьшается (рис. 2). Это же наблюдается и с увеличением начальной подвижности смеси при одинаковом В/Ц (рис. 3).
Оптимальное количество добавки не зависит от режима тепловой обработки и даже от температурных условий твердения. Это в значительной cierieim упрощает установление оптимального количества добавки, так как оно может быть произведено на основании результатов определения равней прочности бетона (например, сразу после пропаривания, а для бетона естественного твердения— через 12 ч и более).
Оптимальное количество добавок хлористого кальция и сернокислого натрия должно определяться опытным путем в пределах 0,5—1,5% массы цемента для бетона с В/Ц =0,45 и более и 1—2% — с ВЩ менее 0,45.
При выборе того или иного ускорителя твердения бетона необходимо руководствоваться указаниями СНиП I-B.2- 69 «Вяжущие материалы неорганические п добавки для бетонов и растворов» и GH 262-67 «Указания по проектированию антикоррозионной защиты строительных конструкций». Одновременно с хлористым кальцием (или натрием) в состав бетонной смеси необходимо вводить также ингибитор коррозии (металла— нитрит натрия в количестве 60% расхода соли. Можно также применять ННХК — готовую смесь нитрит-нитрат- хлорида кальция в соотношении 0,5:0,5: 1,0 по массе [4].
Ускоряющее действие добавок-электролитов одними авторами объясняется теорией катализа [5], другими — увеличением растворимости (или высаливающим эффектом) при изменении ионной силы раствора, а также образованием новых гидратных фаз.
Как показали наши исследования, введение добавок вместе с ускорением гидратации изменяет скорость начальных физических процессов, в результате чего формирование структуры цементного камня начинается при повышенной плотности цементного теста.
Поскольку сила отталкивания части и толщина адсорбируемого ими слоя воды зависит от величины заряда, уменьшение электрического заряда частиц (чему способствует присутствие электролита) приведет к их увеличит скорость седиментации.
Исследования электро-кинетичсских свойств показали, что введение добавки приводит в начальный период к уменьшению силы взаимного отталкивания частиц, а вместе с тем и слоя адсорбируемой воды, способствуя седиментации и получению более плотного и прочного цементного камня. Это подтверждается исследованиями старости осаждения цементных частиц в суспензии 1 : 5 (цемент : вода). Результаты определений скорости осаждения для белгородского и воскресенского цементов (ПЦ) в растворах сернокислого натрия показали (рис. 4), что объем осадков белгородского цемента с добавкой сернокислого натрия (за исключением 5% массы цемента), ниже эталона без добавки (влияние добавки больше проявляется в ранние сроки): для воскресенского цемента в присутствии добавок характерно образование менее плотных осадков. Аналогичные данные получены в растворах хлористого кальция, а также пр определении объемной массы бетонной смеси.
Влиянием электролитов на процесс седиментации цемента в зависимости от его алюминатности, по-видимому, и объясняется понижение эффективности добавок в бетонах на цементах с повышенным их содержанием. Для низкоалюминатного портландцемента ускоряющее действие добавки на гидратацию дополняется уплотняющим воздействием ее в начальный период формирования структуры, чего нет в бетоне на высокоалюминатном цементе скорее всего из- за ускорения схватывания в присутствии электролита.
Подтверждением могут служить, например, данные, представленные в табл. 2. Добавки сокращают время до начала схватывания белгородского портландцемента ие более чем иа 25%, а воскресенского — в 2—3 раза. Вследствие этого уплотняющий эффект добавки за счет уменьшения заряда частиц и создания в связи с этим более благоприятных условий для их седиментационного осаждения проявляться не успевает.
Положительным влиянием добавки на уменьшение электрического заряда частиц цемента, и отрицательным — на сокращение периода седиментации объясняется наличие оптимума добавки и смещение его в сторону больших дозировок с уменьшением ВЩ бетона. Седиментация затрудняется в связи с пониженным количеством адсорбционно несвязанной воды, что требует более значительного понижения заряда частиц, т. е. введения большего количества добавки.
Таким образом, ускоряющее действие электролитов на повышение прочности бетона объясняется ускорением процессов гидратации цемента и уменьшением заряда его частиц, способствующим процессу седиментации. Именно последним, с нашей точки зрения, можно объяснить различное влияние одной и той же добавки в зависимости от состава цемента и бетона, а также условий твердения.
Выводы
Наиболее эффективными ускорителями твердения бетона из числа изученных добавок электролитов являются СаС12 и NaCl. Для бетонов на алюминатиых портландцементах (7%) эффективной добавкой служит Na2S04.
Оптимальное количество электролитов зависит от ВЩ -и подвижности смеси, снижаясь с их увеличением, не зависит от температурных условии твердения и находится в пределах 0,5—1,5% от массы цемента для бетона с ВЩ—0,45 и более, 1—2% для бетона с ВЩ менее 0,4%.
При введении оптимального количества ускорителей твердения (.NaS04 или СаС12) в производстве сборных железобетонных изделий можно сократить на 15—50% продолжительность тепловой обработки или па 5—-10% расход портландцемента.