28. Влияние СаСl2 и других электролитов на схватывание и твердение портландцемента. Бесхлоридные ускорители твердения цементных систем.

В настоящее время имеется большое число различных добавок - ускорителей процесса твердения растворов и бетонов в начальный период, в том числе много и заграничных ускорителей, состав которых скрыт патентами фирм, выпускающих их на рынок.

Общие требования, предъявляемые к таким добавкам, следующие:

-они не должны влиять на ускорение схватывания (по возможности);

-не должны давать соединений, вредно влияющих впоследствии на конечную прочность раствора или бетона;

-не должны быть дефицитными.

В качестве ускорителей применяются хлористый кальций (СаСl), соляная кислота (НСl), сода (Na₂C0₃), растворимое жидкое стекло (Na₂0*Si0₂+H₂0) и др.

Применение соды и раствора растворимого стекла должно быть очень ограничено и может быть рекомендовано лишь при аварийный работах. Хотя добавка соды и ускоряет твердение раствора или бетона, но в дальнейшем приводит к снижению относительной прочности.

Хлористый кальций - наиболее распространенный ускоритель процесса твердения растворов и бетонов.

Хлористый кальций в количестве даже 2% добавки от веса цемента различно влияет на процесс твердения основных частей цемента. Так, хлористый кальций повышает активность трехкальциевого силиката (ЗСаО*SiO) во всех возрастах, активность двухкальциевого силиката (2СаО*SiO) повышается с седьмого дня, а активность трехкальциевого алюмината (ЗСаО * Аl₂0₃) увеличивается только в течение первых пяти дней, а дальше уменьшается и тем быстрее, чем больше была добавка хлористого кальция.

Выделение тепла цементами в период гидратации различно для разных сортов; наибольшее количество тепла выделяется при гидратации трехкальциевого алюмината.

При введении добавки хлористого кальция выделение тепла увеличивается, отчего ускоряются сроки схватывания и твердения.

В результате проведенных исследований, а также на основании практики можно сказать, что при добавке хлористого кальция в дозах, дающих ускорение схватывания не больше чем в два раза (такую добавку называют оптимальной и находят ее опытным путем), происходит следующее:

-скорость схватывания цементного теста увеличивается для всех сортов цемента;

-значительно увеличивается прочность растворов и бетонов в раннем возрасте и дальше на протяжении трех лет не снижается;

-добавки хлористого кальция в дозах больше оптимальной сильно повышают раннюю -прочность раствора или бетона, но в дальнейшем вызывают снижение относительной прочности;

- повышается степень подвижности (пластичность) свежей массы раствора или бетона, вследствие чего добавка хлористого кальция в количестве около 2% от веса цемента может снизить расход воды до 10%, а это благоприятно отражается на прочности бетона;

значительно увеличивается усадка растворов и бетонов; поэтому рекомендуется тщательно поддерживать высокую относительную влажность среды, окружающей твердеющий раствор или бетон;

- несколько повышается водонепроницаемость раствора или бетона, а это должно иметь место в подводных частях сооружения; придается большая равномерность изменению объема цементов; несколько замедляется процесс коррозии цементного камня в агрессивной среде.

В некоторых случаях достаточно эффективен такой ускоритель как добавка кэла. Кэл - это известь (пушонка), обработанная раствором хлористого кальция, иначе говоря, это хлорокись кальция 3CaO*CaCl* 15Н20.

Приготовление кэла очень простое: надо смешать 100 частей извести - пушенки с раствором хлористого кальция, в котором взято 50 частей воды и 55 частей кристаллического хлористого кальция. При изготовлении эта смесь очень тщательно растирается, чтобы не было крупных комков; рекомендуется также полученную мелкозернистую смесь перед употреблением перемолоть.

При растворении в воде кэл распадается на гидрат окиси кальция (известь) в хлористый кальций, причем вся связанная вода отдается обратно; по этой причине действие кэла как добавки аналогично действию хлористого кальция или соляной кислоты. С другой стороны, кэл имеет перед хлористым кальцием то преимущество, что допускает предварительное, за некоторое время до употребления, смешивание с цементом; цемент в этом случае своих свойствах не теряет. Хлористый кальций, наоборот, в силу своей гигроскопичности абсолютно не допускает предварительного смешивания с цементом и требует хранения в закрытой таре.

Все же нельзя хранить смесь цемента и кэла длительное время, так как влага и С0₂ воздуха могут явиться причиной распада кэла на составные части с выделением связанной воды, которая будет способствовать дальнейшему разрушению кэла. Хлористый кальций должен быть отнесен к группе неорганических электролитов, обладающих пластифицирующим действием на растворные и бетонные смеси.

Для ускорения твердения можно применять и такие добавки, как хлористый алюминий, хлористое железо и др., но все они по сравнению с хлористым кальцием и кэлом менее эффективны.

Многие бесхлоридные ускорители содержат формиаты, из которых наиболее популярен формиат кальция. Однако, эта добавка — менее эффективный ускоритель гидратации C₃S, чем СаСl.

Формиат кальция по сравнению с СаСl в цементе увеличивает содержание эттрингита, однако снижает количество образующихся гидросиликатов. Сроки схватывания цемента в присутствии формиата кальция (2 %) также сокращаются в меньшей степени, чем при введении хлорида кальция (2%).

Формиат кальция повышает прочность бетона в раннем возрасте. Этот эффект заметен при введении 2—4 % формиата, однако при меньшей дозировке прочность бетона возрастает незначительно. Так, введение 0,18 молей/г формиата кальция в цемент не приводит к повышению микротвердости образцов в возрасте до 1 сут, тогда как та же концентрация хлорида кальция вызывает сильное упрочнение материала. Влияние формиата кальция на прочность может зависеть от содержания С₃А в цементе: оно более существенно в бетонах на низкоалюминатном цементе. В сочетании с нитритом натрия эта добавка больше повышает раннюю прочность бетона, чем индивидуально введенный формиат кальция. Так, в возрасте 0,75; 1,3 и 7 сут такая комплексная добавка увеличивает прочность образцов без добавок соответственно на 125, 70, 47 и 23