Как выбрать ускоритель твердения бетона

Для того чтобы разобраться с процессом твердения бетона, надо вспомнить, почему и как происходит этот процесс.

Современная бетонная смесь состоит из следующих компонентов:

  • цемент;
  • песок;
  • щебень;
  • добавки;
  • вода.

Процесс твердения обеспечивает цемент с водой. А чтобы понять, что такое цемент, подробно остановимся на этом компоненте.

Цемент получается после помола клинкерных смесей, которые производят в огромных печах обжига при температуре порядка 1450 ℃. Основным сырьём для клинкера являются известняковые горные породы и глина. После такой высокой температурной обработки происходят структурные изменения и полученный спёкшийся клинкер смешивают с гипсом и другими веществами. Эту смесь загружают в шаровые мельницы и измельчают до мелкодисперсной сыпучей массы серого цвета, которая и называется цементом. Он состоит из 4 основных минералов:

  • 2Cа∙SiO2 – двухкальциевый силикат;
  • 3Ca∙SiO2 –трёхкальциевый силикат;
  • 3CaO∙Al2O3 – трёхкальциевый алюминат;
  • 4CaO∙Al2O3∙Fe2O3 – четырёхкальциевый алюмоферрит.

Все эти составляющие цемента играют важнейшее значение в его дальнейшем поведении. Всё самое главное начинается тогда, когда он вступает во взаимодействие с водой. Начинается твердение цемента или ещё этот процесс называют гидратацией, когда молекулы воды связываются через физико-химический процесс со всем многообразием минералов цемента.

В этой фазе все четыре компонента ведут себя по-разному. Одни минералы вступают в реакцию сразу, другие через время, третьи запускают своё действие лишь в финале процесса затвердения, завершая долгодневный процесс.

Полный цикл твердения цемента длится годами, но основным считается отрезок в 28 суток.

Важнейшим фактором гидратации цемента считается водоцементное соотношение (В/Ц).

Оно определяет все прочностные характеристики полученного цементного камня. На этой картинке удачно обозначена схема взаимодействия молекул воды и цементных зёрен.

Схема взаимодействия молекул воды и цементных зёрен

Из неё видно, что оптимальным В/Ц будет 0.4. Но при приготовлении уже бетонной смеси там добавляются инертные заполнители, такие как песок и щебень. Если готовится раствор, то тогда добавляется только песок. Цемент является единственным вяжущим, который скрепляет в одно целое все компоненты бетонной смеси. Частицы цемента уже кристаллизовались и заполнили пространство между частицами инертных материалов, начался процесс схватывания.

Этот процесс начинается в зависимости от температуры и других факторов через 20 минут и продолжается до 20 часов. Но после схватывания наступает непосредственно процесс твердения, который и даёт основную прочность бетону. Он длится до 28 суток, когда набрана основная прочность в 95 %.

Так подробно надо было остановиться на этих процессах для того, чтоб было понятно, как можно влиять на них.

Усилители бетона используются для регулирования сроков схватывания

Необходимость ускорения процессов схватывания и твердения

Строительные процессы каждый раз ставят различные сложные задачи перед исполнителями. Например, низкая температура, которая отрицательно сказывается на сроках твердения – они удлиняются.

Бывают ситуации, когда необходимо разобрать опалубку раньше, чем бетон затвердеет и наберёт необходимую прочность, позволяющую передвигаться по поверхности строителям. Но возможны и ситуации, когда необходимо оттянуть сроки начала схватывания цемента, потому что бетонный узел находится далеко от объекта.

Во всех этих случаях необходимо применение регуляторов сроков схватывания цемента. Это требуется для того, чтобы сроки начала схватывания не опережали сроки укладки бетонной смеси. Эти процессы надо разводить по сторонам. Механизм такой – сначала укладка, потом начало сроков схватывания.

Чем меньше воды, тем быстрее схватывается бетон

Химия процесса

Необходимо различать несколько способов ускорения твердения бетонных и растворных смесей:

Тепловая обработка

Голландский химик Вант – Гофф вывел правило, которое гласит, что при увеличении температуры на 10℃ происходит ускорение химической реакции в 2 – 4 раза. Такое происходит в температурном диапазоне от 0 до 100℃. Если бетон набирает свою марочную прочность при температуре 20 ℃ за 28 суток, то исходя из формулы голландца необходимая прочность у бетона наступит при температуре 60 ℃ через 8 часов. Поэтому на заводах весь процесс укладываю в 12 часов (3 часа подъём температуры, 6 часов изотермическая выдержка и 3 часа – остывание). За это время изделие набирает прочность от 90 до 105%.

Добавки в бетоны и растворы

Это всевозможные соли неорганических кислот — хлориды, сульфаты ( CaCl2, NaNO3, KNO3, KCl и т.д.). Механизм состоит в том, что это соли электролиты и они повышают растворимость цементных минералов и реакция гидратации протекает быстрее. Требования к добавкам ускорения по ГОСТ 24211 – 2008 состоят в том, что они должны обеспечивать в первые сутки твердения бетона прирост прочности не менее 30 %. Надо также отметить, что эти добавки в большинстве своём известны как противоморозные.

Снижение водоцементного соотношения (В/Ц)

Чем меньше воды, тем быстрее вода с цементом переходят в насыщенное состояние и активизируется рост кристаллизации цементного камня. Ну а если воды больше, то насыщение раствора и рост кристаллизации будет проходить в удлинённые сроки. То есть можно сказать так – бетон с низким В/Ц быстрее приобретёт распалубочную прочность, нежели с высоким.

А это очень важно в условиях ускорения строительных сроков.

Для регуляции В/Ц применяются пластификаторы, которые и позволяют снижать содержание воды в бетонной смеси.

Использование микрокремнезёма SiO2

Это побочный продукт некоторых металлургических производств, которые работают с кремнесодержащими металлами, сплавами и в виде золы уноса собираются и добавляют в бетонные смеси. Химия этого процесса ускорения заключается в следующем: вода вступает во взаимодействие с цементом и образуется портландит (Ca(OH)2) плюс ещё много чего. Но при добавлении микрокремнезёма он вступает в реакцию с портландитом и связывает его, и реакция образования портландита ускоряется по законам химии. При добавлении кремнезёма прирост прочности бетона в первые двое суток составляет от 50 до 80%.

Использование быстротвердеющих цементов

Это такой е портландцемент, но с большей удельной поверхностью. Поэтому некоторые железобетонные заводы докупают к своим технологическим процессам шаровые мельницы и подвергают обычные, низкомарочные цементы дополнительному помолу. На выходе получается цемент, который быстро твердеет и решает задачу ускорения производства ж/б изделий. Есть цементы, которые за счёт быстропротекающей реакции набирают прочность стремительно. Например, глинозёмистый, который может набирать 100 % прочность за 3 суток.

Но у них есть недостаток – они дороги.

Обзор российских и иностранных регуляторов сроков схватывания и твердения цемента

Универсал П-2

Универсал П-2 - ускоритель твердения бетона

Является пластифицирующей добавкой, которая позволяет снизить расход воды на 12 %. Набор роста прочности в первые сутки не менее 50%. Увеличивает морозостойкость на 1-2 марки. Повышает водонепроницаемость на 2 позиции. Не содержит веществ, провоцирующих коррозию арматуры. Применяется для всех видов бетонов, включая преднапряжённые и особо ответственные конструкции.

Форт УП-2

Форт УП-2 - ускоритель твердения бетона

Комплексная добавка для бетонных смесей и цементно-песчаных растворов. Добавляет составам рост сроков схватывания и твердения. Прирост прочности в течение первых суток твердения более 30 %. Позволяет полностью отказаться от тепло-влажностной обработки при температуре ≥15℃. Повышает конечную прочность бетона на 10 %, что позволяет экономить до 12 % цемента. Улучшает удобоукладываемость и сохранность бетонной смеси.

Асилин 12

Жидкий ускоритель для работы с бетонами и растворами при пониженных и повышенных температурах. Применяется при производстве пенобетона, снижает усадку при протекании реакции вспучивания. Прирост прочности по отношению к регламентной – 30 %. Безвреден при работе с ним, не горит. Содержание по отношению к массе цемента – 0.4-1% для пенобетонов, 0.5-2 % для тяжёлых.

Хлористый кальций

Хлористый кальций - ускоритель твердения бетона

Добавка, позволяющая в дополнение к ускорению твердения ещё повысить износостойкость и устойчивость к атмосферным осадкам. Применение хлористого кальция даёт прирост прочности во время твердения в 2-3 раза. Эта добавка набирает влагу из воздуха и пускает её на гидратацию цемента. Такой эффект важен при высоких атмосферных температурах.

Но требуется осторожность при изготовлении армированных бетонов, в больших количествах может отрицательно сказаться на коррозии арматуры.

Релаксол

Релаксол - ускоритель твердения бетона

Выполняет две функции – как ускоритель и противоморозная добавка. Ускоряет твердение на 40 % в первые трое суток. Дозировка – 0.5-2 % от массы цемента.

Реламикс

Реламикс - ускоритель твердения бетона

Целая линейка суперпластификаторов ускорителей твердения. Снижает расходы на пропарку изделий, а в отдельных случаях и вовсе позволяет отказаться от неё. Дозировка – 0.6-1 %.

CemStone

CemStone - ускоритель твердения бетона

В строительстве бывают ситуации, когда требуется продлить сроки начала схватывания и твердения вяжущего. Это позволяет сохранить смесь в рабочем состоянии на несколько часов. Таковой является эта пластифицирующая добавка. Её действие основано на замедлении начала химического процесса гидратации цемента, т. е. с запаздыванием кристаллизации. Такая добавка наоборот снижает набор прочности в первые 7 суток на 30 %. Но к 28 суткам набирает необходимые 100 %.

Видео

Для рукастых домохозяев вот видео:

Коротко о главном

  1. Для быстрого затвердения свежеуложенной поверхности применяют так называемые  упрочнители (топпинги), которые содержат особые виды цемента и устойчивые к механическим воздействиям наполнители. Такой состав наносят на поверхность и образуется прочная корка.
  2. Газообразователи. Применяют при производстве газобетона. Основной воздухообразователь алюминиевая пудра. Снижается удельный вес бетона, но и прочностные характеристики.
  3. Есть вещества, которые служат ускорению схватывания, такие свойства необходимы растворным смесям при проведении ремонтных работ, когда требуется быстро заделать отверстие в бетонных плоскостях.
  4. При применении добавок, замедляющих процессы затвердевания, необходимо строго соблюдать дозировку, иначе при излишнем количестве возможна потеря прочности.
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Анатолий Иванов/ автор статьи
Закончил Рижский политехнический институт в 1979 году по специальности инженер-строитель-технолог (железобетонщик). Работал на заводах Латвии мастером, технологом, начальником ОТК, заместителем директора и т.д. Также несколько лет проработал на стройке в качестве прораба по выполнению отделочных и фасадных работ.
Добавить комментарий

Ваш комментарий появится тут через некоторое время. Мы должны убедиться, что это не спам.

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на обработку персональных данных и принимаю пользовательское соглашение.