5.8.5. Бетоны с противоморозными добавками.

В природе имеется много веществ, водные растворы которых замерзают не при 0°С как вода, а при более низких температурах. Так, концентрированные растворы этилового спирта (концентрации 96%) замерзают при температуре -100°С, едких щелочей КОН и NaOH - при температурах ниже -80°С, хлористого кальция - при -55°С, углекислого калия (поташа) - при -36°С, хлористого натрия - при -21°С, нитрита натрия - при -19°С и др.

Если бетонную смесь затворить не чистой водой, а водным раствором такого вещества, то бетон будет твердеть на морозе. Однако к таким химическим добавкам для бетона предъявляются определенные требования, так что водный раствор не всякого вещества и не в любой концентрации годится для применения в бетоне в качестве противоморозной добавки.

Для бетона приемлемы только добавки, которые не ядовиты, не препятствуют твердению бетона, не влияют отрицательно на его структуру, свойства, долговечность, не вызывают коррозии арматуры, не являются дефицитными, недорого стоят. Учитывая это, выбор добавок становится не так обширен. Однако для бетона в нашей стране отобраны, исследованы и проверены в производственных условиях: хлористый кальций, хлористый натрий, поташ, нитрит натрия, формиат натрия, Асол-К (табл.5.2)

Таблица 5.2

Количество противоморозных добавок, вводимых в бетон,

в зависимости от температуры выдерживания

Расчетная температура твердения бетона		Количество безводных добавок, в % от массы цемента
от	до	нн	хк + хн	нк + м	ннк + м	нн + хк	нн + хк +м	П	Асол-К
0	-5	4-6	0-3+2-3	3-5	3-1+4 -1,5	3-6	2-1+4-1	5-6	5-6
-6	-10	6-8	3,5-3,5+2,5-4	6-9	5-1,5+7-2,5	6-9	4,5-1,5+7-2,5	6-8	6-8
-11	-15	8-10	4,5-3+5-3,5	7-10	6-2+8-3	7-10	6-2+8-3	8-10	10
-16	-20	-	6-2,5+7-3	9-12	7-3+9-4	8-12	7-2+9-4	10-12	12
-21	-25	-	-	-	-	10-14	8-3+10-4	12-15	14

Примечание. При высоких расходах цемента количество противоморозной добавки следует уменьшить, чтобы оно не превышало эвтектической концентрации в воде затворения.

Введение водных растворов противоморозных добавок в бетонную смесь позволяет жидкой фазе находиться в бетоне при отрицательной температуре и, следовательно, представляется, возможность взаимодействия цемента с водой. Но необходимо помнить, что при низких положительных температурах, а тем более в растворах веществ при отрицательных температурах, вода мало активна. Это объясняется тем, что молекулы воды агрегируются в ассоциаты, которые менее подвижны активных молекул, и гидратация цемента происходит при контакте таких ассоциатов с цементными зернами. Количество таких контактов вследствие медленного движения и неповоротливости ассоциатов резко сокращается по сравнению с положительными температурами, и по этой причине все химические реакции взаимодействия цемента с водой существенно замедляются, а значит и твердение протекает очень медленно. По сравнению с темпами твердения бетона при 20°С при отрицательных температурах твердение замедляется в 2-3 раза и для достижения марочной прочности требуется 2-3 месяца. Вместе с тем, как показывают результаты исследований НИИЖБ, если в бетонную смесь помимо противоморозной добавки вводится еще суперпластификатор (например, С-3), то достижение марочной прочности при твердении бетона в расчетных температурных условиях достигается через один месяц. Причиной этого является меньшее количество воды, вводимое в бетонную смесь, что повышает интенсивность нарастания прочности бетона.

Повышение температуры выдерживания бетона на морозе (например, вследствие потепления) вплоть до 0°С и даже выше (до положительных температур), способствует интенсификации процесса твердения и бетон требуемую прочность приобретает за более короткий промежуток времени.

Обычно рекомендуемый температурный предел применения добавки назначается выше эвтектической температуры ее растворов. Нитрит натрия, например, рекомендуется применять, как правило, при температуре бетона не ниже -15^СС при эвтектической температуре растворов этой соли -19,6°С. Обусловлено это тем, что с повышением концентрации раствора уменьшается в нем содержание «свободных» молекул воды, способных взаимодействовать с минералами цемента.

Больше того, указанное обстоятельство является причиной того, что в бетон противоморозные добавки вводятся в меньших количествах, чем это необходимо для образования полностью незамерзающей жидкой фазы при той или иной расчетной температуре твердения бетона. Переход в лед до 30 - 50% воды затворения при охлаждении бетона с обычно назначаемым количеством добавки до расчетной температуры не сказывается отрицательно на его свойствах, в то время как повышение концентрации раствора сверх оптимальной приводит к замедлению твердения бетона.

Применение противоморозных добавок начато в нашей стране в 40-е годы прошлого столетия и является хорошим подспорьем при возведении зданий и вооружений и применяется в строительстве до сих пор. Последние лучше вводить в бетонную смесь на объекте перед употреблением ее в дело. Но в этом случае добавки вводятся до выгрузки бетонной смеси в виде концентрированных растворов с таким расчетом, чтобы, В/Ц бетонной смеси соответствовало проектному составу. Следовательно, на заводе при приготовлении смеси следует вводить меньше воды затворения и построечная лаборатория должна иметь четкую координацию работы с заводской лабораторией.

Нарастание прочности при выдерживании бетона весь период при расчетной, температуре происходит довольно медленно. Поскольку расчетные температуры длительное время держаться не могут (особенно в средней полосе и южной части страны), то повышение их способствует ускорению твердения, а понижение же температуры ниже расчетной вызывает замерзание бетона со всеми отрицательными последствиями. Дефекты структурыу бетона с добавками, замороженного до достижения критической прочности, несколько меньше, чем при замерзании такого же бетона без добавок. По этой причине согласно требованиям СНиП величина критической прочности бетонов с добавками меньше, чем у аналогичных по составу бетонов без добавок.