книги из ГПНТБ / Миронов С.А. Бетоны, твердеющие на морозе
.pdfскольку их присутствие не |
оказало заметного влияния |
на |
прочностные и химические |
показатели как высоко, так |
и |
низкоалюминатного портландцемента [122] .
Более значительной является роль новых фаз, образую щихся на основе гидроокиси кальция - ЗСаО-CaCL ^-ЮН^О и СаСО ■бН^О. При твердении на морозе, особенно в ранние сроки, их образование обусловливает значительную интенсификацию процесса гидратации силикатных минера лов вследствие меньшей растворимости этих фаз по срав нению с Са(ОН) .
Однако гидрооксихлорид и гидрокарбонат кальция являют ся неустойчивыми фазами. Первый из них разрушается с течением времени, а второй - при повышении температуры до положительных значений, т. е. новые фазы в формиро вании структуры,цементного камня играют более значи тельную роль, чем Са(ОН) , вместо которого они образо вываются, так как в резулАате их разрушения в опреде ленных случаях прочность понижается.
Действительно, после 28-суточного твердения на моро зе и последующего твердения при положительных темпе ратурах видимо вследствие интенсивного распада триокси хлорида кальция в первые трое суток после изменения тем
пературных условий хранения прочность бетонных |
образ |
цов понижалась на 5 - 1 0 и даже 40% [60] . После |
90-су |
точного твердения на морозе при повышении температуры прочность не уменьшалась.
Аналогичные явления наблюдались и нами для бетонов с добавками поташа и хлористых солей. При этом понижения прочности были тем больше, чем меньше образцы храни лись на морозе. Однако разрушетие кристаллов оксихлори да и гидрокарбоната кальция может отрицательно сказать ся на прочностных показателях в начальный период твер дения, когда прочность структуры еще в значительной сте пени определяется прочностью контактов,образованных за
счет этих фаз. По мере развития гидратации, когда |
проч |
ность структуры определяется гелеобразной фазой - |
гид |
росиликатами кальция, а кристаллическая фаза оказывает ся даже нежелательной, разрушение кристаллов ЗСаО
• СаСІ 2 ' ІбН ^О И |
‘ бН^О может |
способство |
вать даже уплотнению бет§на. |
|
|
ГЛАВА 1У. ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНОВ С ПРОТИВОМОРОЗНЫМИ ДОБАВКАМИ
Оптимальные дозировки п р о т и в о м о р о з н ы х добавок
Температура бетона с противоморозными добавками,уло женного в конструкции различной массивности и различной степени утепленности, в большей или меньшей степени от
личается от температуры наружного воздуха. |
Совершен |
но очевидно, что для назначения количества |
противомо |
розных добавок необходимо исходить из фактической сред ней температуры бетона за период его выдерживания. Среднюю температуру бетона в каждом конкретном случае можно определить расчетным путем исходя из температу
ры наружного воздуха, массивности конструкции, |
степени |
|
ее утепления, температуры уложенной бетонной |
смеси, |
|
расхода и тепловыделения цемента. |
|
|
Казалось бы, что количество добавки очень просто |
на |
|
значать в зависимости от средней (расчетной) температу ры твердения бетона по температуре замерзания раствора
затворения. Однако такое решение на учитывает, что |
по |
мере связывания воды изменяется состав жидкой фазы |
и |
температура ее замерзания (рис. 3 0 ). Кроме того, состав жидкой фазы и температура ее замерзания изменяются и вследствие участия добавок в химических процессах твер дения.
На рис. 41 показаны температуры замерзания растворов поташа и растворов КОН, образующихся при полном взаи модействии К^СО^ с Са(ОН)^ по уравнению (8 ). Из дан ных рис. 41 видно, что, напргшер, 25%-ный раствор пота
ша замерзает при -1 2 ,5 С. Однако если весь К„СО |
з |
про- |
2 |
|
1 3 1
Рис. 4 1 . |
Температура |
за |
|
мерзания водных |
раство |
||
ров К^СО |
к образующего |
||
ся из него^ОН по реакции |
|||
( 8) |
|
|
|
реагирует с Са(ОН) ,то температура замерзания |
жидкой |
||
фазы бетона составит около -2 8 С. При этом не |
|
учтено |
|
еще связывание воды гидратными продуктами. |
|
|
|
Но с другой стороны для протекания этой реакции |
необ |
||
ходимо какое-то время, а степень ее завершенности зави
сит от концентрации раствора поташа и |
количества |
Са(ОН)^ [18] . Поэтому в реальных условиях |
температу |
ра замерзания жидкой фазы бетона с добавкой поташа на ходится между температурой замерзания раствора К^СО ^
и КОН, приближаясь к последней (по вертикали) по |
|
мере |
|
гидратации цемента. |
|
|
|
Из данных рис. 42 видно, что оптимальные |
результаты |
||
независимо от состава бетона получены при введении |
по |
||
таша в количестве 5% от веса цемента, несмотря на |
,то, |
||
что температура замерзания жидкой фазы бетона |
состав |
||
ляет -6 ,6 и -4 ,6 С при В/Ц соответственно 0 ,4 5 |
и 0,65 . |
||
Объясняется это тем, что обменная реакция по |
уравнению |
||
(6) протекает полнее и быстрее при введении |
небольших |
||
количеств поташа [18] . |
® |
|
|
При увеличении добавки соли до 7% незамерзающая |
жид |
||
кая фаза этих бетонов была получена при -9 ,6 |
и-6,3°С, од |
||
нако его прочность в дальнейшем не увеличилась, а |
нао |
||
борот, твердение замедлилось. Это показывает, что |
поташ |
||
не только понижает температуру замерзания жидкой фазы
1 3 2
Y / / / A — 3°/о К2^@3 Твердение |
I |
-Твердейте |
|||
о стандартных |
|||||
|
|
•при -Ю°С |
условиях. |
||
іллллі — 1 /а. |
м |
(28) |
суток) |
||
5% |
» |
|
|
после мороза |
|
Рис. 4 2 . Нарастание прочности бетона 1:2,35:
:4 Д 7 :0 ,4 5 с R' |
= 282 |
кгс/см^ ( а ) |
и |
|
1 :2 ,2 :3 ,9 4 :0 ,6 о с |
^ |
2о |
= 167 кгс/см^ (б) |
с |
- |
|
|
|
|
добавками поташа на николаевском портландце менте
1 3 3
бетона, но и активно участвует в процессах |
гидратации. |
|
И в данном случае возможное частичное замерзание |
жид |
|
кой фазы сказывается на прочности бетона менее |
значи |
|
тельно, чем повышение ее щелочности и понижение |
актив |
|
ности воды за счет повышения концентрации |
раствора |
|
затворения. |
|
|
При затворении бетонной смеси водными растворами хло ристого кальция температура замерзания жидкой фазы в
процессе твердения, наоборот, повышается |
вследствие |
интенсивного связывания соли в комплексные |
гидратные |
продукты. Если при О С влияние добавок (NaCL и C aC l^ )
на твердение бетона примерно одинаково, то при |
отрица |
|
тельных температурах видно преимущество более |
"нейт |
|
ральной" в смысле химического взаимодействия |
соли |
- |
хлористого натрия (рис. 4 3 ). |
|
|
Но и относительно "нейтральные" соли ( N a d |
NaNC^) |
|
заметно изменяют температуру замерзания жидкой |
фазы |
|
бетона в процессе его твердения (рис. 4 4 ). Эти |
измене |
|
ния зависят от минералогии используемого цемента и ско рости охлаждения бетона до температуры окружающей сре
ды. |
|
Если же назначать количество добавки от веса |
цемен |
та, не учитывая расход воды, то температура замерзания
Рис. 4 3 . Нарастание прочности
бетона (1 :2 ,1 :4 ,3 :0 ,5 5 ) |
на |
||
воскресенском портландцемен |
|||
те с добавками 5% СаСІ |
(1-4) |
||
и 5% NaCL(5 -8 ) |
при О (1 , 5 ); |
||
-5 |
(2 , 6 ); - 1 0 |
(3, 7) и |
- 1 5 |
Время 8 сутках (l(j Г) |
(4, 8) °С |
|
|
Рис. 44 . Изменение тем |
|
|
|
|
|
пературы замерзания жщ- |
|
|
|
|
|
кой фазы бетона (1:1,5 : |
|
|
|
|
|
:3:0,45) на спасском(а) |
|
|
|
|
|
и чернореченском |
(б) |
Время |
б сутках |
|
|
портланднементах в про |
|
||||
цессе твердения |
|
А ЫаСІ о ЫаЩ |
. K2COs |
||
|
|
|
|
|
|
раствора затворения в зависимости от В/Ц бетона |
может |
||||
отличаться более чем в 2 раза (табл. 3 5 ). |
Несомненно, |
||||
что это может отразиться как на интенсивности |
тверде |
||||
ния, так и на структуре бетона с повышенным В/Ц |
|
при |
|||
возможном преждевременном его замерзании. |
|
|
|||
Исследования показали [61] |
, что при назначении |
коли |
|||
чества добавок в зависимости от веса цемента или от |
ве |
||||
са воды затворения прочность бетона как на сжатие, |
так |
||||
и на изгиб отличается незначительно, если количество |
до |
||||
бавок назначено правильно. Под этим имеется в виду, |
что |
||||
вводимое количество добавки должно быть |
достаточным, |
||||
чтобы обеспечить незамерзание жидкой фазы с |
учетом |
||||
происходящих в ней изменений, поскольку избыток добавки
при назначении ее количества по температуре замерзания |
|
раствора затворения уменьшает активность воды |
вследст |
вие уменьшения количества "свободных" молекул. |
|
Из этого следует, что оптимальное количество |
добавок |
должно определяться прежде всего температурой замерза
ния раствора затворения, которая всегда несколько |
выше |
|
температуры воздуха (в зависимости от массивности |
кон |
|
струкции, ее утепления, количества выделяемого при |
гид |
|
ратации тепла и др.), а также факторами, |
обусловли- |
|
1 3 5
Т а б л и ц а 35 . Расчетная температура замерзания раствора затворения в зависимости от вида
добавки и В/Ц бетона
Добавка |
Температура при замерзании в °С |
|
|||||
|
коли- |
|
пои В/II оавном |
|
|
||
вид |
|
|
|
|
|
||
чество |
0,35 |
0,45 |
0,55 |
0,65 |
0,75 |
||
|
|||||||
|
в % от |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
веса
цемента
2
N aN O 4 2 6
8
10
2
4 * ООс со
10
-2 ,5 |
-1 ,9 |
-1 ,6 |
-1 ,3 |
-1 Д |
-4 ,9 |
- 3 ,9 |
-3 ,2 |
-2 ,7 |
-2 ,4 |
-7 ,5 |
-5 ,7 |
-4 ,7 |
-4 ,1 |
-3 ,5 |
-1 0 ,4 |
- 7 ,8 |
-6 ,3 |
-5 ,3 |
-4 ,6 |
-1 3 ,5 |
-1 0 ,1 |
-8 ,0 |
-6 ,7 |
-5 ,8 |
- 1 ,8 |
-1 ,4 |
-1 ,2 |
-1 ,0 |
-0 ,9 |
-3 ,2 |
-2 ,8 |
-2 ,3 |
-1 ,9 |
-1 ,7 |
-5 ,7 |
-4 ,3 |
-3 ,5 |
-2 ,9 |
-2 ,5 |
-8 ,0 |
-6 ,0 |
-4 ,7 |
-4 ,0 |
43,4 |
-1 0 ,5 |
-7 ,7 |
- 6 Д |
- 5 ,0 |
-4 ,3 |
вающими изменение состава жидкой фазы в процессе твер дения бетона, т. е. составом раствора затворения, мине ралогией цемента и скоростью охлаждения бетона до тем пературы среды.
Многолетние исследования хлористого кальция в качест
ве ускорителя твердения, а также способность этой |
соли |
понижать температуру замерзания воды в конечном |
итоге |
привели к тому, что СаСІ стал применяться в качестве
противоморозной добавки к бетону [137] . Однако |
вскоре |
выявилась бесперспективность этой добавки из-за |
быст |
рого схватывания бетонной смеси, связывания соли |
в |
комплексные гидратные продукты и в конечном итоге за мерзания бетона (рис. 4 3 ).
1 3 6
Другая соль - хлористый натрий, которая в качестве про
тивоморозной добавки к строительным растворам |
приме |
|
нялась еще в конце прошлого века [7 О] , оказалась |
эффек |
|
тивной и для бетона [і 2*5] . В отличие от CaCL |
хлорис |
|
тый натрий, являясь более "нейтральной''' солью в |
смысле |
|
взаимодействия с продуктами гидратации цемента, |
|
суще |
ственно замедляет схватывание цемента и твердения |
бе |
|
тона в ранние сроки. |
|
|
Более эффективной добавкой, особенно при низких |
отри |
|
цательных температурах, оказалась смесь хлористых со |
|
лей натрия и кальция [85] . Начиная с 1 9 4 0 |
г. многие ис |
следования были направлены на отыскание |
оптимальных |
сочетаний NaCl с СаСІ . В результате было |
установ |
|
лено, что более интенсивному твердению бетона на |
моро |
|
зе способствует введение добавок 5% NaCl , |
7% Nla.CL + |
|
+ 3% C aC l^, 6% NaCL + 9% СаСІ ( от веса воды |
за - |
|
творения) при температурах соответственно -5 , -1 0 |
и |
|
-15°С [167] . |
|
|
*
<0
са
а:
>•
0*51*4 2*35*24*15*0 0*5 1*4 2*35*2 4*1 5*0 0*5 1*4 2*33*24*1 5*0
КоличествоNaСL*■СаСіг б% от бесацемента
Рис. 45 . Влияние добавок хлористых солей на проч ность бетона (1 :1 ,5 :3 :0 ,4 5 ) на спасском (а) и чернореченском (б) портландцементах и новокузнец ком (в) шлакопортландце менте, твердевших при -5R7 в течение 7 ( і ) , 1 4 ( 2 ) , 2 8 ( 3 ) и 2 8 с у т о к с п о следующим 28-суточным выдерживанием при 20°С
(4)
1 3 7
Эти дозировки хлористых солей, как правило, |
способст |
||
вуют более интенсивному твердению бетона. Однако в |
ря |
||
де случаев необходимо увеличивать количество |
вводимых |
||
хлористых солей - в зависимости от вещественного и |
ми |
||
нералогического состава цемента (рис. 45) и |
|
других |
|
факторов. |
|
|
|
Влияние минералогического состава цемента более |
за |
||
метно для бетона с добавками поташа проявляется |
|
сле |
|
дующим образом: чем больше содержится в цементе |
трех |
||
кальциевого алюмината, тем меньше надо вводить |
поташа |
||
при одной и той же отрицательной температуре [66] . |
Из |
||
рис. 46 видно, что при использовании низкоалюминатного
Т а б л и ц а 36. Нарастание прочности бетона с добавками нитрита натрия
Портландце- |
Темпе- |
Коли- |
мент и ха- |
ратура |
чество |
рактеристй- |
тверде- |
NaNOp |
ка бетона |
ния в |
в % от |
|
0„ |
веса |
|
С |
цемента |
|
|
Прочность образцов (10x10x10 см) в сі> О Т /? , через период вре-
мени в сутках
7 |
28 |
90 |
5 6 х |
Брянский; |
|
||
1: 2,28: |
-1 0 |
||
3 ,4 8 :0 ,6 ; |
|||
|
|||
|
II |
|
|
|
to 03 |
|
|
Ä 26 0 кгс/см“^ |
|||
|
|
О см 1 |
|
Спасский; |
-1 0 |
||
1 :2 ,3 1 :3 ,5 3 : |
|||
|
|||
:0,6; |
|
||
R |
28 |
р -2 0 |
|
= 207 кгс/см
5 |
23 |
40 |
65 |
93 |
7 |
34 |
56 |
93 |
110 |
10 |
25 |
35 |
76 |
107 |
12 |
43 |
49 |
68 |
81 |
5 |
2 |
15 |
33 |
63 |
7 |
4 |
17 |
51 |
59 |
10 |
3 |
21 |
53 |
75 |
12 |
3 |
20 |
57 |
65 |
7 |
15 |
29 |
43 |
72 |
10 |
13 |
40 |
59 |
69 |
10 |
7 |
9 |
41 |
67 |
15 |
1 |
4 |
17 |
46 |
X28 суток на морозе, затем 28 суток в стандартных условиях.
1 3 8
Прочность ß % П2д
Время тдерденая при.~20°Сßсутках
Ѵ///Л- Ю%КгС03I |
I -Твердение ßстан- |
||
fwm |
4оо/ |
„ |
дартных условиях |
Е35Я — 15% |
” |
(28суток) |
|
после мороза |
|||
Рис. 4 6 . Нарастание прочности бетона 1 :2 ,1 2 :4 : :0,6 с добавками поташа при -20°С на брянском
(а) и николаевском (б) портландцементах
1 3 9