О противоморозных добавках

25 Сентябрь 2013

Механизм противоморозного действия добавок

Posted in О противоморозных добавках

По механизму действия противоморозные добавки в бетоны, твердеющие при температуре ниже 0 °С, разделяются на три группы.

К первой группеотносятся антифризы — вещества, понижающие температуру замерзания жидкой фазы бетона и являющиеся либо слабыми ускорителями, либо слабыми замедлителями схватывания и твердения бетона, то есть практически не влияют на скорость структурообразования. К этой группе относятся ХН, НН, М и другие.


Твердение бетона без последующего обогрева основано на том, что при введении в его состав вышеуказанных добавок при отрицательных температурах сохраняется жидкая фаза. В этом случае минералы портландцемента способны гидратироваться, обеспечивая твердение бетона, но со скоростью несколько меньшей, чем при положительной температуре. Понижение температуры замерзания воды обусловлено тем, что при растворении добавок происходит их химическое взаимодействие с водой. В результате образуются сольваты — более или менее прочные соединения частиц растворенного вещества с молекулами воды (например, ионов Na и NO2-при растворении нитрита натрия). Поэтому для превращения воды раствора в лёд необходимо затратить энергию не только на замедление движения молекул воды, но и на разрушение сольватов.

Количество молекул воды, связываемых с каждой частицей растворенного вещества, т. е. состав сольватов, и сила этой связи зависят, главным образом, от электрических свойств частиц, их размеров и сочетаний, а также от содержания частиц в единице объёма воды (от концентрации раствора). При этом, однако, в нем постепенно уменьшается содержание «свободных» молекул воды, способных к взаимодействию с минералами цемента. Вследствие образования сольватов вода в растворах замерзает постепенно, по мере охлаждения.

Представленная на рис.1 диаграмма состояния системы «соль-вода» в зависимости от температуры показывает, что раствору с концентрацией А1отвечает температура начала замерзания Т1. При этом в результате перехода части воды затворения в лёд, концентрация раствора повышается, соответственно понижается температура замерзания раствора (участок кривой ОАЭ). Лишь в точке, отвечающей концентрации АЭ, в твердую фазу выпадут в виде криогидрата оставшиеся вода и соль (эвтектика). Поэтому нижний температурный предел применения добавки ограничен температурой её эвтектической точки.

image001

 

Рис. 1. Диаграмма состояния «соль — вода»

Согласно диаграмме состояния системы «соль — вода — лёд» изменение каким-либо образом равновесной концентрации раствора вызовет либо таяние, либо образование льда. Практически все противоморозные добавки применяются в концентрации меньшей равновесной, поэтому при охлаждении бетона ниже температуры замерзания водного раствора введенной добавки в нём начинается льдообразование, которое протекает совместно с формированием собственной структуры бетона. Благодаря этому обстоятельству, а также тому, что в присутствии добавок лёд имеет чешуйчатое строение, в бетоне не происходит заметных деструктивных процессов, отражающихся на его прочности.

Одновременно с этим часть введенных солей переходит в твердую фазу в виде новообразований, понижая концентрацию раствора, а некоторое количество воды — в образующиеся кристаллогидраты, повышая её. Развитие этих противоположных процессов приводит к непрерывному изменению количества льда в бетоне: вначале оно увеличивается, а затем, когда процесс перехода добавки в твердую фазу стабилизируется и в жидкой фазе бетона установится равновесная для данной температуры концентрация добавки, уменьшается.

В образовании структуры бетона, твердеющего на морозе, большую роль играют продукты реакции между введенными электролитами, минералами портландцементного клинкера и гидроксидом кальция. В результате химического взаимодействия добавок с алюминийсодержащими фазами цемента образуются двойные соли типа ГХАК, ГНиАК, ГНАК и другие, а взаимодействие электролитов с Са(ОН)2 приводит к образованию гидроксисолей разной основности.

Исследования показали, что структура бетона с противоморозными добавками, формирующими первичный структурный каркас, характеризуется более высокими механическими показателями, плотнее, менее водопроницаема и обладает большей морозостойкостью. Коэффициенты газо- и водопроницаемости при давлении до 2 МПа на 2...3 порядка ниже, чем у бетонов без добавок.

Ко второй группе относятся добавки, обладающие слабыми антифризными свойствами, но являющиеся сильными ускорителями твердения бетона — сульфаты железа, алюминия и некоторых других металлов. На ранней стадии твердения бетонной смеси такие добавки обеспечивают создание достаточно плотной микрокапиллярной структуры цементного камня, что обусловлено протеканием обменных реакций с образованием труднорастворимых соединений. В этом случае твердение бетона при отрицательной температуре объясняется тем, что в микрокапиллярной структуре цементного камня вода не замерзает, обеспечивая тем самым процессы гидратации клинкерных минералов. При этом, чем выше концентрация солевого раствора и чем меньше диаметр капилляров, тем при более низкой температуре в них будет замерзать вода. Кроме того, реакции взаимодействия добавок с продуктами гидратации сопровождаются сильным тепловыделением, что также положительно влияет на процессы твердения бетона.

Процессы льдообразования в бетоне с добавками проходят одновременно со структурообразованием. Причем создание микрокапиллярной структуры бетона на сравнительно раннем этапе его твердения вызывает дополнительное понижение температуры замерзания поровой жидкости в результате понижения давления пара в порах с радиусом менее 10-7 м за счет кельвиновского эффекта. Однако, в следствии практически полного связывания этих добавок в трудно растворимые соединения, рассчитывать на них как на добавки, понижающие температуру замерзания жидкой фазы в бетонах, нельзя.

К третьей группе относятся такие добавки, которые сильно ускоряют схватывание бетонной смеси и твердение бетона и обладают хорошими антифризными свойствами. К ним относятся: поташ, хлористый кальций, хлорное железо, ННХК, ННХК+М и другие. Растворы таких добавок имеют достаточно низкую эвтектическую температуру, например, поташ: -36,5 °С, хлорид кальция: -55 °С, нитрат кальция: -28,2 °С, нитрит-нитрат кальция: -29,6 °С.

Ускорение твердения бетона вызывается, главным образом, тем, что эти добавки повышают растворимость силикатных составляющих цемента и образуют с продуктами его гидратации двойные или основные соли. При взаимодействии добавок с алюминий содержащими фазами цемента также образуются двойные соли типа ГХАК, ГНАК и другие. Кристаллы образующихся солей имеют, как правило, удлиненную форму, благодаря чему они как бы «армируют» цементный камень. Однако, за счет химического связывания добавок (кроме поташа), температура замерзания жидкой фазы бетона постепенно повышается в зависимости от скорости образования перечисленных двойных и основных солей. По мере охлаждения бетона выкристаллизовывается «пресный» лёд, поэтому концентрация раствора возрастает, что приводит к понижению температуры его замерзания. Этому же способствует уменьшение количества воды за счет гидратации цемента и образования кристаллогидратов.

25 Сентябрь 2013

Выбор противоморозных добавок

Posted in О противоморозных добавках

Вид противоморозной добавки выбирается в зависимости от типа и условий эксплуатации конструкций, темпа строительства, метеорологических условий (температуры наружного воздуха и скорости ветра) и технико-экономических показателей.

Количество выбранной противоморозной добавки для получения требуемого снижения температуры замерзания воды устанавливается в зависимости от класса бетона или марки раствора, марки или активности цемента, подвижности бетонной или растворной смеси, предельной крупности и зернового состава заполнителя. При этом, количество добавки, вводимой с целью предотвращения замерзания воды затворения и воды, поглощаемой крупным заполнителем, назначается не от массы цемента, как величины при прочих равных условиях переменной, а от расхода воды затворения бетонной смеси.

Для правильного дозирования и равномерного распределения противоморозные добавки следует вводить в бетонную смесь в виде водного раствора рабочей концентрации, т. е. раствора, которым затворяется смесь без дополнительного введения в неё воды. Требуемая концентрация рабочего раствора устанавливается при подборе состава бетона.

Расход противоморозной добавки устанавливается по формуле:

Д = В · Дт.п., кг/м3,

где В - расход воды для затворения бетонной смеси, л/м3;

Дт.п. — содержание сухого вещества (твердого продукта) противоморозной добавки в 1 л водного раствора заданной концентрации в зависимости от требуемой температуры замерзания воды, кг/л.

Расход противоморозной добавки Д, определенный по вышеприведенной формуле, следует проверять и сопоставлять с нормативными допусками её содержания в бетоне (С) в зависимости от расхода цемента:

С = Д · 100/Ц, %,

где Ц - расход цемента на 1 м3 бетона, кг.

Если установленное количество С превышает предельно допустимое содержание добавки в бетоне, то такую добавку можно применять только с добавлением ингибиторов коррозии стали.

При поставке противоморозной добавки в жидком виде (концентрированный раствор) раствор рабочей концентрации приготовляется смешиванием добавки с водой затворения. Если добавка доставляется в виде твердого продукта или в пастообразном состоянии, то раствор рабочей концентрации может приготовляться путем растворения добавки в заданном количестве воды, либо сначала готовится концентрированный раствор добавки, который затем разбавляется водой.

При приготовлении раствора рабочей концентрации необходимое количество добавки для получения раствора требуемой концентрации определяется по данным Руководства в зависимости от содержания безводного продукта в 1 л раствора определенной плотности.

При выборе дозировок добавок следует учитывать следующие ограничения:

при работе на холодных материалах в бетоны с водоцементным отношением В/Ц < 0,5 необходимо назначать меньшее из указанных пределов количество добавок, а в бетоны с В/Ц > 0,5 — большее;

в бетоны на портландцементах, содержащих С3А более 6 %, при работе на подогретых заполнителях следует вводить меньшее количество добавок П, ХК+ХН, НК+М, ННК+М, ННХК+М, а при содержании в портландцементах С3А меньше 6 % следует вводить меньшее количество НН и ХК+НН.

Назначение оптимального количества противоморозной добавки имеет важное значение, так как при недостаточном ее количестве может произойти преждевременное замерзание бетона, а при избыточном — темп твердения бетона может замедлиться и неоправданно увеличивается стоимость бетона.

25 Сентябрь 2013

Назначение и виды

Posted in О противоморозных добавках

Твердение бетонов и растворов при пониженной температуре происходит медленно, так как замедляется процесс гидратации цемента. Уже при температуре - 3...- 6 °С вода в бетоне замерзает, и процессы гидратации вяжущего и твердения бетона практически прекращаются. При оттаивании, при условии сохранения жидкой фазы, эти процессы возобновляются, и бетон продолжает увеличивать свою прочность. Однако для бетона, замороженного в раннем возрасте, после оттаивания и последующей выдержки характерны рыхлая структура, низкая прочность и морозостойкость. Это объясняется тем, что свежеуложенный бетон содержит много воды, которая при замерзании расширяется, разрыхляет цементный камень и нарушает сцепление заполнителя с цементной матрицей.

Поэтому для обеспечения требуемого набора прочности бетона в зимнее время необходимо создавать такие условия, при которых будут активно протекать процессы твердения вяжущего, т. е. необходимо обеспечивать наличие жидкой фазы. Эту задачу можно решить, например, путем выдерживания забетонированной конструкции при положительной температуре. Такое выдерживание можно осуществлять при обогреве бетона в термоактивной опалубке, использованием разогретых смесей с последующим укрытием поверхности конструкции теплоизоляционными материалами и другими способами.

В тех случаях, когда на строительной площадке по техническим или организационным причинам такие способы не могут быть реализованы, целесообразно в бетон вводить противоморозные добавки — вещества, понижающие температуру замерзания воды и способствующие твердению бетона при отрицательных температурах.

Применение бетонов с противоморозными добавками осуществляется при возведении монолитных бетонных и железобетонных сооружений, монолитных частей сборно-монолитных конструкций, замоноличивании стыков сборных конструкций, при изготовлении сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций в условиях полигона при установившейся среднесуточной температуре наружного воздуха и грунта не ниже 5 °С и минимальной суточной температуре ниже 0 °С.

В настоящее время наиболее эффективными и проверенными в производственных условиях противоморозными добавками являются добавки-электролиты: поташ П, НН1, ХК, НК, ННК, ННХК, их комплексы НК+ХН, НК+М, ННХК+М и другие.

Все перечисленные добавки одновременно являются и добавками-ускорителями схватывания и твердения бетонов и растворов, однако их концентрация в «холодных» бетонах значительно (в 2...3 раза) превышает ту, которая необходима для ускорения процессов твердения бетонов при температуре выше 0 °С.

Кроме перечисленных к противоморозным добавкам также относятся:

Карбамид (мочевина) М. Бесцветные кристаллы СО(NН2)2, хорошо растворимые в воде.

Соединение нитрата кальция с мочевиной НКМ.

Нитрит натрия НН. Продукт в виде кристаллов NаNO2 белого цвета с желтоватым оттенком, а также в виде водных растворов.

Ускоряющая противоморозная добавка УПДМ. Сбалансированная по компонентному составу жидкая смесь из отходов производства ацетоуксусного эфира, ацетилацетона и нитрохлорактинида, взятых в соотношении 7:3:1 по объёму. Раствор темно-коричневого цвета. Дозировка уточняется опытным путем в пределах 0,1. ..0,42 л/кг цемента при температуре наружного воздуха от О °С до -25 °С.

Формиат натрия спиртовой ФНС. Отход нефтехимического производства, представляющий 30. ..40 % водный раствор натриевых солей муравьиной и серной кислот. Прозрачная жидкость от соломенного до темно-коричневого цвета. Рекомендуемая дозировка 2. ..6 %, добавка вводится в бетонную смесь с водой затворения.

Асол-К. Продукт из органических и неорганических компонентов: водного раствора поташа, ингибиторов коррозии и модификаторов. Добавка обеспечивает твердение бетона при температуре до -10 °С. При положительных температурах вызывает быстрое схватывание смесей (от 5 до 30 мин).

Гидробетон — С-ЗМ-15Противоморозная добавка для бетонов и растворов с пластифицирующим действием. Жидкость темно-коричневого цвета 34. ..36 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре до —15 °С.

ГидрозимЖидкий антифриз для бетонов и растворов в виде раствора 50 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре до —15 °С. Не вызывает коррозии арматуры в бетоне.

Лигнопан-4Противоморозная добавка для бетона и железобетона с пластифицирующим действием. Водный раствор 40 % концентрации. Обеспечивает твердение бетона при температуре до -18 °С. Дозировка: 2 % при температуре до -5 °С, 3 % до -10 °С, 4 % до -15 °С.

ПОБЕДИТ-Антимороз. Противоморозная добавка для сухих строительных растворов, относящаяся к ускорителям. Рекомендуемая дозировка - 2...8 % массы компонентов сухой смеси в зависимости от температуры применения.

Аммиачная вода. Продукт (NH4OH), представляющий собой аммиачный газ NН3, растворенный в обычной воде.

Добавки зарубежных производителей:

Бетонсан (Betonsan)Сухая бессолевая противоморозная добавка, относящаяся к ускоряющим модификаторам, для строительных растворов. Обеспечивает твердение бетона при температуре до —10 °С. Дозировка: 1...2 % массы цемента. Производитель: ЗАО «Компания Конвент ЦЕНТР».

Сементол Б (Cementol В)Противоморозная добавка-антифриз для бетонов и растворов. Обеспечивает твердение бетона при температуре до + 5 °С. Рекомендуется для бетонов на высокомарочном цементе с повышенной экзотермией. Дозировка: 0,2...0,8 % массы цемента. Производитель: Фирма ТКК (Словения).

Экономически рациональной противоморозной добавкой является аммиачная вода, так как по сравнению с водными раствора поташа и хлорида кальция имеет значительно меньший процент объёмного расширения и поэтому является наименее опасной в отношении возможных деформаций от расширения жидкой фазы с образованием льда.

В зависимости от расчетной минимальной температуры наружного воздуха назначается определенная концентрация раствора аммиачной воды затворения (табл. 1). В отличие от других противоморозных добавок аммиачная вода не только не вызывает коррозии арматуры, но может служить анодным ингибитором стали от коррозии в железобетонных конструкциях, содержащих хлористые соли. Добавка не ухудшает сцепление арматуры с бетоном, не снижает морозостойкости бетона, не вызывает высолов и образования пятен на поверхностях конструкций. Аммиачная вода несколько замедляет сроки схватывания цементов, что позволяет сохранять удобоукладываемость бетонной смеси от 4 до 7 ч.

Таблица 1. Рекомендуемая концентрация аммиачной воды
Расчетная температура наружного воздуха, °С
Концентрация аммиачной воды затворения, %

до -10

5

-10... -20

10

-20... -35

15

ниже -35

20

Противоморозные добавки допускаются к применению в тяжелых и легких бетонах (класса В10 и выше) в соответствии с «Руководством по применению бетонов с противоморозными добавками». Ориентировочный расход противоморозных добавок в зависимости от расчетной температуры твердения бетона представлен в табл. 2.

Область применения противоморозных добавок в бетонах, представленная в табл. 3, достаточно ограничена, что объясняется следующими причинами.

Добавки в процессе выдерживания бетона могут мигрировать и скопляться в отдельных зонах конструкций (ребрах, поверхностных слоях и других частях) с последующей кристаллизацией. Эти процессы интенсифицируются при многократных температурных перепадах, особенно с периодическим переходом в область положительных температур, что характерно для осенне-весенних периодов, а также оттепелей в зимнее время.

Таблица 2. Дозировка противоморозных добавок

Расчетная температура бетона, °С
Количество добавок в расчете на сухое вещество, % массовой доли цемента
Гидрозим, Гидробетон С-ЗМ-15
НН
ХН + ХК
НКМ, НК+М*
НК+М, ННК+М
ННХК, НН+ХК*, ХК+ННК*
ННХК+М
П, АСОЛ-К

0...-5

1,0

4. ..6

3 + 0...

3 + 2

3...5

3 + 1... 4+1,5

3...5

2+1... 4+1

5...6

-6... -10

1,5

6.. .8

3,5+3,5...

4 + 2,5

6...9

5+1,5...

7 + 2,5

6... 9

4,5 + 1,5...

7 + 2,5

6...8

-11…-15

2,0

8. ..10

3+4,5...

3,5 + 5

7...10

6 + 2...

8 + 3

7…10

6 + 2...

8 + 3

8...10

-16... -20

-

-

2,5 + 6...

3 + 7

9...12

7 + 3...

9 + 4

8...12

7 + 2...

9 + 4

10...12

-21... -25

-

-

-

-

-

10...14

8 + 3...

10 + 4

12...15

Примечания.

1. *-соотношение компонентов 1:1 по массе в расчете на сухое вещество.

2. При температуре бетона выше — 5 °С вместо ХН возможно применение ХК (до 3 % массовой доли цемента).

3. Концентрация раствора затворения (с учетом влажности заполнителей) не должна превышать, %:

для П
30
для НКМ, НК+М, ННК+М, ННХК,ННХК+М,ХН+ХК, ХК+ННК
25
для НН
20

Они усиливаются с уменьшением относительной влажности воздуха, при увеличении расхода цемента и противоморозной добавки в бетоне.

Процесс кристаллизации солей происходит с увеличением объёма, поэтому их накопление в отдельных зонах конструкций может привести к дефектам и разрушению этих зон. Опасными в этом отношении являются, добавки, содержащие поташ и нитрат кальция. В следствии активного участия ряда добавок в процессах гидратации цемента, оптимальное их количество для той или иной отрицательной температуры, а также скорость твердения бетона на морозе в значительной мере зависят от минералогического и вещественного состава цемента.

Большинство из применяемых добавок образуют двойные соли, которые являются потенциально опасными компонентами цементного камня при эксплуатации бетонов с такими добавками в некоторых агрессивных водных средах. Например, хлориды натрия и кальция резко интенсифицируют процесс коррозии стали во влажных условиях при доступе кислорода воздуха.

Таблица 3. Область применения противоморозных добавок
Тип конструкций и условия их эксплуатации
ХК, ХН+ +ХК
НК,НКМ, НК+М, ННК+М
ХК++НН
ННХК, ННХК++М
НН
П

1. Преднапряженные конструкции (кроме указанных в п. 2), стыки сборно-монолитных и сборных конструкций

-

-

-

-

+

-

2. То же, армированные сталью А600, А800, Ат600, АТ800, Ат1000

-

-

-

-

-

-

3. Железобетонные изделия и конструкции с ненапряженной рабочей арматурой:

           

3.1. диаметром 5 мм и менее

-

+

-

-

+

+

диаметром более 5 мм

-

+

+

+

+

+

3.2. имеющие выпуск арматуры или закладные детали:

           

а) без специальной защиты стали

-

+

-

-

+

+

б) с цинковым покрытием по стали

-

-

-

-

+

-

в) с алюминиевым покрытием

-

-

-

-

-

-

г) с комбинированным покрытием (щелоче стойкими лакокрасочными или другими по металлизационному подслою), а также стыки без закладных деталей

-

+

-

-

-

-

3.3. предназначенные для эксплуатации в средах:

           

а) в неагрессивных газовых

-

+

+

+

+

+

б) в агрессивных газовых

-

+

-

-

+

 

в) в зоне переменного уровня воды и в зонах действия блуждающих постоянных токов от посторонних источников

-

+

-

-

+

-

г) в жидких и газовых средах в нормальном, влажном и мокром режимах при наличии в заполнителе включений реакционно-способного кремнезема

-

+

-

+

-

-

д) в неагрессивных и агрессивных водных средах, кроме указанных в п. 3.3. е.

+

+

+

+

+

+*

е) в агрессивных сульфатных водах или в растворах солей и едких щелочей при наличии испаряющих поверхностей

-

-

-

-

+

-

3.4. для электрифицированного транспорта и промышленных предприятий, потребляющих постоянный электрический ток

-

-

-

-

-

-

4. Сборно-монолитные конструкции из оконтуривающих блоков толщиной ≥ 30 см с монолитным ядром

-

+

+

+

+

+

5. Бетонные конструкции при эксплуатации в жидких, газовых средах в нормальном, влажном, мокром режимах при наличии в заполнителе реакционно-способногокремнезема

-

+

+

+

-

-

Примечание. «+» - допускается, «-» - не допускается к применению, «+*» - допускается в сочетании с добавкой замедлителя схватывания.

В ряде случаев агрессивность хлористых солей в отношении арматуры и технологического оборудования можно уменьшить путем применения комплексных добавок, включающих ингибиторы коррозии стали. Например, при одновременном присутствии в растворе нитрит-ионов при соотношении по массе между НН и ХК не менее 1:1 ионы хлора становятся практически не опасными в отношении арматуры. Однако, в целях исключения возможности появления коррозионного процесса, область применения противоморозных добавок существенно ограничивается в преднапряженных конструкциях, где такие процессы могут вызвать катастрофические последствия, связанные с разрывом или потерей преднапряженного состояния арматуры в бетоне.

Поташ и нитрат кальция являются нейтральными добавками по отношению к арматуре. Нитриты натрия и кальция являются ингибиторами коррозии арматуры, но могут вызвать коррозионное растрескивание термически упрочненной стали, поэтому их применение строго ограничивают в железобетонных изделиях и конструкциях с преднапряженной арматурой.

Конкурентные преимущества

  • Собственное производство стройматериалов.
  • Бесплатная доставка стройматериалов.
  • Постоянное наличие товара на складах.
  • Индивидуальная работа с каждым клиентом.
  • Возможность поставки нестандартных материалов под заказ.
  • Прямые поставки: нет посредников - нет дополнительных расходов!
  • Предоставление сопроводительных материалов, образцов, стендов

О доставке

dostavka

Наше объединение имеет собственный транспорт и успешно сотрудничает со многими транспортными предприятиями России. Мы без проблем и в кратчайшие сроки отправим любой объем продукции, в любой регион нашей родной, необьятной страны!