Добавки для бетона

Ускоряющие процесс вяжущие материалы в бетонной промышленности пользуются большим спросом. При этом следует различать, какой из процессов в бетоне требуется ускорить - схваты-вание или твердение. Для ускорения схватывания применяются испытанные системы. Например, в случае с торкретбетоном для обеспечения схватывания в минутном диапазоне используются щелочесодержащие (щелочные силикаты и алюминаты) или бесщелочные (сульфат и гидроксид алюминия) ускорители. Для ускорения твердения при достаточном периоде сохранения удобоуклады-ваемости существует пока очень ограниченное число методик. Традиционные технологические подходы к повышению начальной прочности, такие как повышение содержания цемента, снижение водоцементного отношения и использование цементов более высокого класса прочности, не всегда приводят к удовлетворительному результату. Применение ускоряющих добавок допускается в ограниченном объеме, поскольку большое количество этих добавок может стать причиной коррозии стальной арматуры, в силу чего для железобетона или преднапряженного бетона они не годятся. В промышленности сборного железобетона в силу отсутствия альтернатив зачастую для повышения начальной прочности прибегают к тепловой обработке. Однако, ввиду растущих цен на энергию и, не в последнюю очередь, проблем с качеством, целесообразность тепловой обработки все чаще ставится под сомнение.

Процесс гидратации цемента во времени происходит не равномерно, а в несколько этапов. Непосредственно после затворения водой цемент вступает в фазу интенсивной химической реакции (индукционная фаза), которая, однако, не ведет к набору более или менее значительной прочности. На этом первом этапе компоненты алюминатных клинкерных фаз образуют эттрингит, который в системах традиционного портландцемента способен обеспечить лишь минимальную прочность. За этой бурной начальной реакцией следует многочасовой период покоя (период «спячки»). Только по истечении этого периода начинается гидратация силикатосодержащих фаз цемента и связанное с этим образование фаз C-S-H, которые лежат в основе прочности бетона. Для ускорения набора начальной прочности необходимо как сократить период покоя, так и интенсифицировать последующее формирование фаз C-S-H. Путем добавления стимуляторов с высокой удельной поверхностью становится возможным целенаправленно регулировать оба эти фактора.

Применение быстротвердеющего цемента позво-ляет на несколько часов сократить период покоя (фазу «спячки»). Это означает более раннее образование фаз C-S-H и нарастание прочности. Во-вторых, быстротвердеющий цемент интенсифицирует выделение теплоты гидратации. Наряду с более ранним формированием фаз C-S-H положительный эффект на прочность также оказывает большее (по сравнению с нормальным цементом) количество фаз C-S-H.

Взаимодействие цемента и суперпластификаторов в бетоне.

Для того чтобы, с одной стороны, обеспечить необходимое время удобоукладываемости (не менее 60 минут) и, с другой стороны, избежать снижения требуемой начальной прочности, следует тщательно подойти к выбору суперпласти-фикатора для бетона. Суперпластификатор неподходящего диапазона действия может серьезно нарушить функциональность системы быстротвердеющего цемента или даже привести к замедлению набора начальной прочности. Высокой начальной прочности в сочетании с достаточно продолжительным временем удобоуклады-ваемости (сохранения подвижности) бетона, как правило, можно достичь, используя супер-пластификаторы нового поколения на основе эфиров поликарбоксилата (ЭПК). При этом следует учитывать то, что структура суперпластификатора на базе ЭПК должна быть рассчитана на производство сборного железобетона и обладать достаточно длинными боковыми цепочками. Традиционные супер-пластификаторы на основе сульфонатов лигнина, меламина или нафталина слишком сильно замедляют начальную реакцию и поэтому не подходят для быстротвердеющих бетонов. При правильном выборе суперпластификатора можно добиться достаточного времени удобоукладываемости, не вмешиваясь в набор начальной прочности. Ошибки при выборе суперпластификатора ведут к нейтрализации эффекта ускорения за счет замедляющего действия суперпластификатора или утрате бетоном текучести. Консистенция свежеприготовленного быстро-твердеющего бетона, как и в случае с обычным бетоном, может регулироваться в зависимости от его назначения: от жестких до самоуплотняющихся бетонов.