ООО "БЗСК" / Статьи / Противоморозные добавки в бетон – как работают и набирают прочность

Противоморозные добавки в бетон – как работают и набирают прочность

Содержание:

Зимний бетон с противоморозными добавками повсеместно используется для заливки монолитных конструкций в периоды, когда температура воздуха опускается ниже плюс 5 градусов. Характер процессов при твердении и наборе прочности таков, что первичное твердение монолита в течение первых трех часов определяет формирование структурной решетки для последующего набора прочности. При снижении температуры воздуха ниже +5 градусов и далее с уходом в минус период первичного твердения увеличивается, набор прочности монолита вместо 28 дней может занять гораздо больший период. При колебаниях температуры вокруг диапазона -5 – +5°С происходит промерзание и оттаивание раствора, процесс может затянуться.

Как работают противоморозные добавки в бетон

По принципу взаимодействия и функциональности противоморозные добавки для бетонного раствора принято классифицировать:

антифризы при растворении в воде снижают температуру ее кристаллизации и превращения в лед, то есть создают условия для первичного твердения раствора при относительно низких температурах (примерно до -4°С);
ускорители твердения воздействуют на силикатные составляющие цемента, ответственные за процесс гидратации, поэтому позволяют уменьшить срок первичного твердения на морозе, но резко ограничивают сроки перевозки раствора;
тепловыделяющие добавки прогревают монолит в период первичного схватывания и позволяют какое-то время поддерживать приемлемую температуру.

При подборе варианта учитывают важную особенность цементных смесей – в процессе гидратации они несколько часов активно выделяют тепло. Поэтому какое-то время бетонный раствор греет сам себя, но после завершения первичной реакции выделение энергии прекращается. Поэтому в раствор еще на этапе изготовления добавляют антифризы. Это наиболее распространенный вид добавок, не требующий специфических расчетов. Ускоритель твердения может вызвать обратный эффект, если ввести его в раствор не вовремя – кристаллизация начнется раньше времени, раствор не успеет образовать структуру, произойдет отрыв частиц от арматуры и крупных компонентов наполнителя. Поэтому добавляют такие вещества в строго определенный период времени перед заливкой.

Назначение и эффект противоморозных добавок в бетонный раствор

Для чего нужны противоморозные добавки в бетон? Эти вещества используются в случаях, когда ведение работ не должно зависеть от времени года и температурного режима. Таких случаев достаточно много:

проектное строительство с точно расписанными сроками готовности конструкций и графиком по технологической карте;
ремонтные работы на объектах, где сложно выдержать температурный режим из-за отсутствия отопления;
заливка больших объемов по частям, когда размеры сооружения не позволяют вести работы одновременно, например, из-за деформационных зазоров;
необходимость завершения работ и твердения бетона с набором прочности в короткий период между наступлением морозов и колебаниями температуры около нулевой.

В качестве пластификаторов противоморозные составы добавляют в раствор при перевозке, если есть риск попасть в переходный по температуре период или ожидать разгрузки раствора в очереди.

При производстве бетона в заводских условиях применяют комплексные промышленные смеси из нескольких компонентов. Их функциональность охватывает больше задач, чем противодействие замерзанию бетона и сокращение времени твердения:

регулирование скорости набора прочности за счет изменения химических свойств компонентов раствора, процесса замерзания воды и выделения тепла;
ускорение внутренних реакций гидратации и формирования структуры бетонного монолита;
легирование – ускорители схватывания по сути дают эффект упрочнения на первой стадии, а это значит, что последующее твердение будет более эффективным;
предотвращение эффектов разрушения монолита.

Отчасти происходит изменение свойств монолита в лучшую сторону. Набор прочности бетона с противоморозными добавками происходит без нарушения структуры, если были правильно рассчитаны дозы. Кроме того, появляется дополнительный эффект защиты арматуры от коррозии, а раствора от комкования и образования пустот.

Составы и разновидности добавок

Присадка на основе растворенного в воде аммиака или аммиачная вода обладает способностью регулировать скорость схватывания раствора. Этот состав относится к профессиональным, для его использования нужно обладать знаниями и навыками, знать время добавления в процессе заливки и уметь подбирать количество. У бетона возникают противоморозные свойства, у арматуры – антикоррозионная защита. Состав активно применяют при заливке монолитов с армирующими поясами и сетками. Добавления 15% аммиачной воды рекомендовано при температуре воздуха ниже -35°С.

Ускоритель твердения бетонного раствора – поташ, он же карбонат кальция, но при неверном применении он может снизить прочность готового монолита. Для купирования эффекта он применяется в готовом составе с тетраборатом натрия. Соотношение подбирается на производстве противоморозной добавки. Использовать поташ в чистом виде довольно рискованно, смешивать состав самостоятельно не рекомендуется.

Эффективный ускоритель твердения нитрат натрия – крайне опасен в свободном виде. Представляет собой кристаллический порошок в таре с обозначением "ЯД". Активен в порошке, при реакциях выделяет отравляющие газы, может воспламениться с эффектом хлопка. Обладает легирующими свойствами для бетона при температурах не ниже -25°С, добавляется из расчета 0,42 литра на кг.

Натрия тетраборат применяется не только с поташем. Опыт показывает, что его добавление в раствор позволяет повысить прочность и водоотталкивающие свойства монолита. Не раз отмечалось, что правильное применение тетрабората натрия позволяет повысить трещиностойкость монолита. Считается, что состав из аммония, кальция и солей натрия (тетраборат) может дать эффект улучшения эксплуатационных свойств бетона на 20-30%, то есть эффект отложенный и длительный.

Профессиональный состав – формиат кальция/натрия в сочетании с лингосульфонатом нафталина применяется как пластификатор, имеет свойство воздействовать на водоредуцирующие свойства связующего. То есть, изменяет характер взаимодействия с водой портландцементов. Имеет легирующие бетон свойства.

Основой пластификатора и ускорителя может служить органический полиакрилат, сульфат нафталина или меламиновой смолы. Сульфаты железа, алюминия, нитрит и хлорид кальция считают легирующими составами с эффектом противоморозного действия.

Особенности поведения бетона с добавками при гидратации

Работающие с бетоном профессионалы знают, что этот состав далеко не прост, он обладает разными свойствами на разных этапах схватывания, твердения и набора прочности. Один и тот же на вид раствор в первый – третий час после заливки, в первую неделю, месяц и полгода ведет себя по-разному.

На первом этапе идет не только процесс гидратации цемента. Именно в период первых часов (иногда суток) происходит важный процесс – связующее вступает в контакт с наполнителями. Происходит формирование структуры будущего монолита. Цемент с молочком создает сферы вокруг песчинок и камней щебня, гидратация придает отдельным частицам цемента новые свойства, превращающие смесь компонентов в бетонный камень. Протекающие в этот период химические процессы приводят к выделению тепла. Если вы обратили внимание, составы противоморозных добавок в бетон имеют много солевых компонентов или подобраны так, чтобы в процессе получались соли. Это связано с тем, что соленая вода замерзает позже пресной. Первый очевидный эффект – получение раствора, замерзающего при низких температурах. Но поскольку гидратация гораздо сложнее просто растворения компонентов в воде, уже при температуре чуть ниже плюс 5 градусов она замедляется.

До какой температуры работают противоморозные добавки в бетон? Оптимальным диапазоном считается температурный разрыв от минус 15 до минус 25 градусов. Но есть особенность – речь всегда идет о температуре воздуха. Температура твердеющего монолита меняется по другому графику – картину меняет выделение тепла цементом с водой, теплопроводность раствора, разная картина охлаждения крупных и мелких заполнителей. Поэтому составы начинают добавлять в раствор уже при плюсовых температурах, от минус 3 градусов, когда важно сохранить пластичность раствора и ускорить его твердение до кристаллизации воды, использовать эффект выделения тепла.

Если во время твердения вода замерзнет и начнет кристаллизоваться, то картина в растворе изменится:

прекратится гидратация цемента, то есть, связующее перестанет связывать компоненты в будущий бетонный камень;
вода при замерзании увеличивается в объеме, значит, на месте кристаллов льда будут оставаться пустоты, и когда вода растает, бетон станет рыхлым и неоднородным;
из-за неравномерности и рыхлости в монолите возникнут участки с разной прочностью, связанные мостиками усилий – это условия для возникновения трещин при твердении наборе прочности бетона;
в структуру с трещинами начнет проникать снаружи, это резко сократит морозостойкость монолита, так как при похолодании кристаллы льда станут разрывать тело бетонного камня.

Не менее опасный эффект – отрыв связующего от арматуры, в результате которого бетонный камень и стержни становятся работающими отдельно частями конструкции. Применение противоморозных добавок в зависимости от температуры позволяет избежать этих неприятностей. Выбор добавки строится на учете особенностей поведения раствора при определенных диапазонах температур. От плюс 5 до минус 5 важно сохранить пластичность раствора, поддержать выделение тепла, ограничить или исключить кристаллизацию воды. Добавка пластификатор полностью справляется со своими задачами и создает условия для формирования первичного монолита. От -10 до -15 градусов нужно уделить особое внимание кристаллизации – превращению воды в лед. Просто солевого раствора уже недостаточно, кроме того, в глубине раствор теплее чем снаружи, значит, нужно исключить его разрыв по твердению, чтобы не получить разорванный и расслоившийся бетонный камень. Ниже -15 градусов нужен полный комплекс от пластификатора до ингибитора кристаллизации, потому что промерзание идет быстро.

Бетонный раствор с добавками нужно постоянно перемешивать при перевозке, активно подавать в опалубку, по возможности встряхивая, уплотнять вибраторами для получения однородной твердеющей массы.

Баланс положительных и отрицательных эффектов от противоморозных добавок

К достоинствам применения противоморозных добавок в бетон можно отнести противодействие всем перечисленным выше отрицательным эффектам. Недостаток некоторых добавок – вероятность появления высолов на монолите. Больше всего вреда приносит неверный выбор добавки по составу, неправильное применение по температуре и периоды твердения, ошибка в дозировке с учетом времени добавления. Смешивать противоморозные добавки самостоятельно нельзя – это приведет к нарушению реакций, может стать причиной отравления выделяющимися парами и газами. При возможности лучше использовать либо готовый раствор с добавками от производителя, либо специально адаптированные сухие смеси, либо готовые ЖБИ, в которых учтены все нюансы состава.

Расход противоморозных добавок в бетон рассчитывается в зависимости от состава, условий и массы/объема раствора. Обычно он указан на упаковке производителя в виде соотношения в литрах и граммах.