Противоморозные добавки
Введение
Развитие строительной индустрии
в последнее десятилетие
Практическое решение проблемы эффективного использования сырьевых и энергетических ресурсов в производстве сухих и готовых растворных и бетонных смесей, бетона и железобетона, как сборного, так и монолитного в полной мере возможно лишь при широком и всестороннем использовании химических добавок.
Введение добавок –
один из самых технологичных, гибких,
доступных и универсальных
1.1. Общая
характеристика химических
Под добавками для бетонов
и строительных растворов в соответствии
с ГОСТ 24211-2003 понимаются различные
продукты, вводимые в бетонные и
растворные смеси с целью улучшения
их технологических свойств, повышения
строительно-технических
Добавки представляют собой химические вещества (реагенты) как органического, так и неорганического строения, сложного или простого состава. Они вводятся в состав бетона, как правило, с водой затворения и могут иметь жидкое, твердое или пастообразное состояние.
В ряде случаев в качестве добавок для бетонов используют химические продукты с постоянным нормируемым соответствующими нормативными документами (стандартами) составом. Это могут быть соли, кислоты, щелочи и другие продукты химического производства.
Назначение добавок весьма разнообразно. Их количество, нашедшее применение в производстве раствора, бетона и железобетонных конструкций, составляет более 300 наименований. В стадии исследования и промышленного испытания находятся около 1000 наименований добавок.
Столь широкая номенклатура
химических добавок для раствора
и бетона обусловлена в большинстве
случаев стремлением
Таким образом, выбор добавок
для совершенствования свойств
бетона и технологии изготовления железобетонных
конструкций является весьма не простой
задачей. Поэтому для правильного
выбора добавок применительно к
конкретным условиям производства, назначения
выпускаемой продукции и
1.2. Классификация химических добавок
Проблема использования
добавок для модификации
В нашей стране в соответствии с ГОСТ 24211-2003 наиболее изученные и широко применяемые добавки, применяемые для модифицирования свойств бетонов и растворов в зависимости от основного эффекта действия подразделяют на три группы:
Первая группа, это добавки регулирующие свойства готовых к употреблению бетонных и растворных смесей. К ним относятся: пластифицирующие – водоредуцирующие (суперпластифицирующие, сильнопластифицирующие, пластифицирующие); стабилизирующие; регулирующие сохраняемость подвижности; поризующие (воздухововлекающие, пенообразующие, газообразующие).
Вторая группа объединяет добавки изменяющие свойства бетонов и растворов: регулирующие кинетику твердения (ускорители, замедлители), повышающие прочность; снижающие проницаемость; повышающие защитные свойства по отношению к стальной арматуре; повышающие морозостойкость; повышающие коррозионную стойкость (повышающие сульфатостойкость, повышающие стойкость против коррозии, вызванной реакцией кремнезема заполнителей со щелочами цемента и добавок); регулирующие процессы усадки и расширения.
К третьей группе относят
добавки придающие бетонам и
растворам специальные
Принадлежность любой химической добавки, в том числе и новой, к той или иной группе определяется по критериям эффективности по методикам ГОСТ 30459.
Критерий эффективности – это количественное значение технического эффекта, характерного для каждой группы добавок. Так, например, к первой группе пластифицирующих добавок относят такие добавки, которые обеспечивают увеличение подвижности бетонной смеси от П1 (Ок = 2–4см) до П5 (Ок = 21см) без снижения прочности бетона во все сроки испытания. Если добавка обеспечивает увеличение подвижности от П1 до П4 (Ок = 16–20см) без снижения прочности бетона, то она может быть отнесена ко второй группе пластифицирующих добавок. И, наконец, если добавка обеспечивает увеличение подвижности от П1 до П3 без снижения прочности бетона, то ее следует отнести к третьей группе пластифицирующих добавок.
Свои специфические критерии
эффективности установлены и
для других групп добавок. Химические
добавки являются одним из эффективных
методов направленного
Введением в состав бетонной
смеси химических добавок в виде
отдельных продуктов или их сочетаний
достигается один или одновременно
несколько показателей
а) снижение расхода цемента до 12% или повышение прочности бетона в проектном возрасте до 25%;
б) улучшение технологических свойств бетонной смеси (удобоукладываемость, однородность, нерасслаиваемость и др.);
в) регулируемость потери подвижности бетонной смеси во времени, скорости процессов схватывания, твердения, тепловыделения;
г) сокращение продолжительности тепловлажностной обработки изделий до 40%, ускорение сроков распалубливания и загрузки монолитных конструкций;
д) придание уложенному бетону способности твердения в зимнее время без обогрева или прогрева при охлаждении его до минус 25°С;
е) повышение морозостойкости бетона в 2–3 раза и более;
ж) повышение плотности и непроницаемости бетона на 1–2 марки;
з) повышение стойкости бетона и железобетона в различных агрессивных средах.
Ввиду больших различий химических
добавок по вещественному составу
и специфическим свойствам, характер
их воздействия на бетонные смеси, и
бетоны может существенно отличаться,
а иногда носить избирательный характер.
Эта пестрая картина
Из сказанного видно, что
обобщение данных о воздействии
различных добавок на бетоны, а
также прогнозирование
1.3. Методы
оценки и определения
Целесообразность применения
добавок в бетонах определяется
достижением различных
По показателям качества
добавки должны отвечать требованиям
соответствующей нормативно-
Эффективность добавок определяют
сравнением показателей качества бетонных
смесей, бетонов контрольного и основного
составов, за исключением стабилизирующих,
водоудерживающих добавок и добавок,
повышающих защитные свойства бетона
по отношению к стальной арматуре.
Эффективность указанных
Оптимальная дозировка добавки – это минимальное количество добавки, при введении которой в состав бетона достигается максимальный эффект действия по критериям эффективности в соответствии с ГОСТ 24211.
Показатель эффективности действия добавки согласно ГОСТ 24211 оценивают по следующим этапам:
– вначале подбирают бетон контрольного состава,
– затем определяют оптимальную дозировку добавки в основных составах;
– далее сравнивают показатели бетонной смеси и бетона контрольного и основного составов.
Эффективность добавок, поступивших на предприятие, оценивают в следующей последовательности:
а) дается оценка соответствия добавок критерию эффективности по ГОСТ 24211;
б) производится оценка
эффективности добавок
Эффективность добавок следует оценивать при соблюдении следующих условий:
– бетон контрольного состава должен соответствовать следующим требованиям:
– в тяжелых бетонах расход цемента должен составлять 350 кг/м 3 при определении эффективности действия всех добавок, кроме воздухововлекающих;
– для определения эффективности воздухововлекающих добавок расход цемента должен составлять 280 кг/м 3 . Следует использовать две фракции щебня (5–10 и 10–20 мм); соотношение фракций должно быть подобрано исходя из условий минимальной пустотности. Доля мелкого заполнителя (r) в общей массе заполнителей должна составлять: при использовании воздухововлекающих добавок r = 0,35 , при других добавках r = 0,4 ;
– при испытании в легких бетонах воздухововлекающих добавок принимают следующий состав бетона: цемент – 250 кг/м 3 , пористый заполнитель – 1100 л /м 3 (30% по объему фракции 5-10 мм и 70% фракции 10–20 мм); песок по ГОСТ 8736 – 250 кг/м 3 ;
– при испытании в легких бетонах пенообразующих добавок принимают следующий состав бетона: цемент – 300 кг/м 3 , пористый заполнитель – 1100 л /м 3 (30% по объему фракции 5-10 мм и 70% фракции 10–20 мм);
– при испытании в легких бетонах газообразующих добавок принимают следующий состав бетона: цемент – 300 кг/м 3 , крупный пористый заполнитель – 800 л /м 3 (30% по объему фракции 5–10 мм и 70% – фракции 10–20 мм); пористый песок 1 группы по ГОСТ 9757 – 300 л/м 3 ;
Оптимальную дозировку добавки
подбирают следующим образом. В
бетонные смеси вводят добавки в
количестве, равном граничным значениям,
указанным в нормативной
Эффективность добавок по критерию эффективности оценивают в лаборатории предприятия и на производстве при соблюдении следующих условий:
а) изготавливают бетон контрольного и основного составов, применяемых на производстве;
б) в лабораторных и производственных условиях уточняют выбранную оптимальную дозировку добавки с учетом цели ее применения;
в) работу проводят при температуре
окружающего воздуха и
г) тепловую обработку бетонов проводят по режимам, принятым на производстве:
– в лабораторных условиях – в лабораторной пропарочной камере;
– в производственных условиях – вместе с соответствующими изделиями и конструкциями.
Исследование эффективности добавки следует начинать с определения основного положительного эффекта, для достижения которого добавка предназначена (по ГОСТ 24211), и экспериментального уточнения оптимального количества добавки.
Наряду с основным положительным
эффектом следует определять наличие
возможных вторичных
При исследовании эффективности
вновь разрабатываемых добавок
в обязательном порядке следует
изучить влияние выбранной
– на удобоукладываемость (по ГОСТ 10181.1), водо- и растворо-отделение (по ГОСТ 10181.4) бетонной смеси;
– на прочность при сжатии (по ГОСТ 10180), высолообразование, защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре. За базу сравнения принимают контрольный состав. Отказ от исследования любого из названных показателей качества должен быть обоснован.
Для добавок, вызывающих коррозию арматуры, следует ограничить область их применения в железобетоне.
1.4. Определения
отдельных классификационных
Пластифицирующие добавки – это вещества, обладающие поверхностно-активными свойствами, увеличивающие подвижность или удобоукладываемость бетонных смесей. Использование пластифицирующего эффекта добавок в технологии железобетонных конструкций позволяет существенно облегчить формирование изделий или, при сохранении неизменной подвижности смеси, снизить ее водосодержание и за счет этого уменьшить пористость, повысить плотность, прочность, и некоторые другие характеристики бетона.
Стабилизирующие добавки – вещества, способствующие снижению расслаиваемости бетонной смеси.
Водоудерживающие добавки-
Воздухововлекающие добавки – поверхностно-активные вещества, способствующие вовлечению в бетонную смесь при ее перемешивании мелкодисперсного воздуха, равномерно распределенного в бетоне.
Пенообразующие добавки – поверхностно-активные вещества, обеспечивающие возможность получения технической пены требуемых кратности и стойкости, которые при смешении с компонентами бетонной смеси позволяют получать бетоны ячеистой или поризованной структуры.
Поризующие добавки- вещества, способствующие целенаправленному образованию в теле бетона воздушных или других газообразных пор. Добавки, регулирующие твердение бетона (ускорители и замедлители твердения) – вещества, изменяющие кинетику набора прочности бетона в заданном направлении. Введение ускорителей твердения дает возможность получать бетон требуемой прочности в более короткие сроки, а иногда и с более высокой конечной прочностью.
Добавки, повышающие плотность
бетона, его водонепроницаемость
и морозостойкость, а в определенных
случаях и химическую стойкость
в различных агрессивных
Добавки, повышающие защитные свойства арматуры (ингибиторы и пассиваторы коррозии арматуры)- вещества, обеспечивающие высокую коррозионную стойкость арматуры в агрессивных по отношению к ней средах.
Добавки, регулирующие сроки схватывания – вещества, ускоряющие или замедляющие процессы структурообразования бетонной смеси.
Противоморозные добавки- вещества, понижающие температуру замерзания воды и способствующие твердению бетона при отрицательной температуре.
Гидрофобизирущие добавки – вещества, придающие стенкам пор и капилляров в бетоне гидрофобные (водоотталкивающие) свойства.
Добавки всех перечисленных типов вводят в бетонные смеси при их приготовлении, как правило, с водой затворения (в виде растворов, суспензий или эмульсий). Некоторые добавки (обладающие высокой вязкостью) предварительно смешивают с одним из сухих компонентов и с ним вводят в бетоносмесители.
Воздействие химических добавок
на бетонные смеси и затвердевшие
бетоны необходимо рассматривать в
свете современных
1. Противоморозные добавки
В соответствии с классификацией по ГОСТ 24211-2003 противоморозные добавки отнесены в четвертую группу добавок, придающих бетону специальные свойства, в данном случае способность твердеть при отрицательной температуре. Роль этих добавок заключается в основном в активизации процесса гидратации цемента, вызывающей ускоренное образование гелей. В результате энергичных реакции обмена ускоренно выделяется свободная известь в раствор и повышается растворимость силикатных составляющих цемента, что приводит к образованию гелей гидроксидов металла и кальция.
Одновременно ускоряется
коагуляция появляющегося коллоидного
раствора, при которой сближаются
зерна цемента и частицы
Таким образом, к противоморозным добавкам относят химические соединения, понижающие температуру замерзания воды и не препятствующие процессу взаимодействия цемента с водой.
Противоморозные добавки нашли широкое применение при возведении монолитных и сборно-монолитных бетонных и железобетонных конструкций и сооружений, монолитных частей сборномонолитных конструкций и сооружений, включая бетонирование в скользящей опалубке, для замоноличивания стыков сборных конструкций и при изготовлении сборных бетонных и железобетонных конструкций в условиях строительных площадок и полигонов при установившейся температуре наружного воздуха и грунта ниже +5 ºС и минимальной суточной температуре ниже 0 вплоть до – 30ºС (температура бетона, при которой он с некоторыми противоморозными добавками, хотя и медленно, но систематически набирает прочность за счет гидратации цемента, составляет –25ºС).
Введение противоморозных добавок в 1,2–1,4 раза экономичнее, чем способ паропрогрева и бетонирования с предшествующим ограждением сооружения и его утеплением изнутри и в 1,3–1,5 раза экономичнее электропрогрева и электрообогрева.
Безобогревное зимнее бетонирование благодаря применению противоморозных добавок позволяет экономить тепло и электроэнергию при более гибкой технологии проведения работ.
Противоморозные добавки
представляют собой стабильные вещества,
которые могут храниться как
в твердом виде, так и в виде
раствора неограниченно долго. Они
выполняют свои функции, прежде всего
за счет снижения ими температуры
замерзания воды. Поэтому наиболее
обоснованно и правильно
Так, при постоянстве дозировки в расчете на массу цемента, бетонная смесь находится в тем более тяжелых условиях твердения при температуре ниже 0°С, чем выше ее В/Ц, чего не наблюдается при назначении добавок к воде затворения. Поэтому в отличие от дозировки органических поверхностно-активных веществ концентрация противоморозных добавок во всех таблицах дается в процентах к воде затворения. Это оказалось удобным и при приготовлении добавок, которые вводятся в виде водных растворов.
При необходимости проведения
технико-экономических
С учетом областей применения противоморозные добавки можно разделить на две группы:
1. Добавки, понижающие
температуру замерзания жидкой
фазы бетона и принадлежащие
к числу либо слабых
2. Добавки, совмещающие
в себе способность к сильному
ускорению процессов
Кроме этих основных групп в отдельных случаях при зимнем бетонировании используют вещества со слабым антифризными свойствами, но относящиеся к сильным ускорителям твердения цемента, одновременно вызывающие сильное тепловыделение на ранней стадии твердения бетонной смеси и бетона. Эти добавки выбирают из числа тех, которые способствуют быстрому образованию плотной микрокапиллярной структуры цементного камня, например сульфаты трехвалентного железа и алюминия.
Основная цель, преследуемая
при введении противоморозных добавок,
заключается в том, чтобы обеспечить
в сжатые сроки достижение проектной
прочности бетона независимо от температуры
окружающего воздуха, поэтому цемент
должен обладать высокой активностью.
Рекомендуется применять
Для бетонных смесей с наиболее популярными противоморозными добавками водоотделение и связанная с ним седиментация твердых частиц не характерны.
К противоморозным добавкам,
обеспечивающим твердение цементного
теста при отрицательных
- ПОТАШ, (калий углекислый,
карбонат калия) (П) – соль с
сильно выраженными щелочными
свойствами, выпускается в виде
кристаллического порошка
Поставляется в мешках или барабанах. Поташ относится ко второй группе. Максимальная концентрация раствора с учетом влажности заполнителя не должна превышать 30%.
Бетонную смесь с
- ХЛОРИД КАЛЬЦИЯ (ХК)- бесцветные
хорошо растворимые в воде
кристаллы, должен храниться в
условиях исключающих
- НИТРАТ КАЛЬЦИЯ (НК)- бесцветные
хорошо растворимые в воде
кристаллы, хранить следует в
упакованном виде в
- НИТРИТ – НИТРАТ КАЛЬЦИЯ (ННК)- смесь нитрита кальция и нитрата кальция в отношении 1:1 по массе в виде 20%-го водного раствора или пасты. Токсичен. Разлагается в средах с рН>7. Не допускается смешивать с растворами лигнотульфонатов.
- НИТРИТ-НИТРАТ ХЛОРИД
КАЛЬЦИЯ (ННХК)- продукт, получаемый
смешиванием ННК с хлоридом
кальция в отношении 1:1 по массе.
Водный раствор желтоватого
- ХЛОРИСТЫЙ НАТРИЙ (ХН) –
кристаллический порошок
- СУЛЬФАТ НАТРИЯ (СН) -- поставляется в виде декагидрата, но может выпускаться в виде безводной соли – кристаллов белого цвета с желтым оттенком, трудно и ограниченно растворимых в воде. При хранении в открытом виде возможно выветривание кристаллов.
– НИТРИТ НАТРИЯ (НН) – кристаллы белого цвета с желтоватым оттенком. Выпускается в виде 28%-го раствора по ГОСТ 19906-74.
Технический нитрит натрия используется в качестве противоморозной добавки к бетонам в производстве строительных конструкций, ингибитора для защиты от атмосферной коррозии и для других целей в химической, металлургической, медицинской, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности. Технический нитрит натрия – ядовитое, пожароопасное вещество, является окислителем. Взаимодействие технического нитрита натрия с горючими веществами может сопровождаться взрывом. По степени воздействия на организм технический нитрит натрия относится к веществам 3-го класса опасности. Технический нитрит натрия упаковывают в ламинированные мешки или полиэтиленовые мешки-вкладыши, вложенные в бумажные или полипропиленовые мешки. Масса нетто продукта не более 50 кг. Не допускается совместная перевозка нитрита натрия с горючими веществами и продуктами питания. Может поставляться бочками или в цистернах.
Технический нитрит натрия хранят в неотапливаемых, вентилируемых, закрытых, сухих и чистых складских помещениях в упаковке изготовителя. К складам предъявляются повышенные требования пожарной безопасности. Не допускается совместное хранение нитрита натрия с другими веществами. Гарантийный срок хранения продукта – 6 месяцев со дня изготовления. Кристаллический продукт следует хранить в упакованном виде в вентилируемых, закрытых, сухих и чистых складских помещениях. К складам предъявляются повышенные требования пожарной безопасности. Ядовит, при попадании в организм человека вызывает тяжелые поражения, опасные для жизни.
КАРБАМИД (МОЧЕВИНА), (М) – бесцветные хорошо растворимые в воде кристаллы. Продукт пожароопасный (tвсп = 182°С), поэтому хранить его следует в отдельных складах с несгораемыми стенами.
Поставляется в полиэтиленовых
мешках. Широко используется в сельском
хозяйстве как азотное
В районах со сравнительно мягким климатом, где температура воздуха, как правило, не бывает ниже –10°С, можно достаточно успешно применять карбамид. Эта противоморозная добавка одновременно пластифицирует бетонную смесь и обеспечивает спокойный невысокий темп твердения бетона. Указанные свойства карбамида частично используются в комплексных добавках ННКМ и ННХКМ, представляющих собой смесь соответственно мочевины с нитрит-нитратом кальция и нитрит-нитрат-хлоридом кальция.
– ФОРМИАТ НАТРИЯ ТЕХНИЧЕСКИЙ (ТУ 2432-011- 00203803-98) представляет собой формиат натрия с незначительной примесью пентаэритрита и его производных. Формиат натрия технический используется в качестве противоморозной и пластифицирующей добавки в производстве строительных конструкций, в кожевенной промышленности как агент в преддубильных операциях, как сырье в производстве муравьиной кислоты.
Добавка используется для возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций при отрицательной температуре наружного воздуха от 0оС до –15оС.
Технология приготовления бетонной смеси с добавлением формиата натрия отличается от обычной тем, что в процессе ее приготовления дополнительно вводится предварительно отдозированный раствор добавки.
Формиат натрия обеспечивает
быстрый набор прочности
– Бенотех ПМП-1 – противоморозная добавка для бетонов и строительных растворов, состоящая из комплекса добавок противоморозного действия с ингибитором коррозии металла и пластификаторов. Противоморозная добавка «Бенотех ПМП-1» применяется при температуре окружающего воздуха до минус 25 °С в условиях неотапливаемого полигона или строительной площадки при изготовлении сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций и изделий, товарных бетонах и в строительных растворах эксплуатируемых в неагрессивных средах в соответствии с СНиП 2.03.11-85.