Антиморозная добавка для бетона

Бетон — это традиционный материал, со времен Древнего Рима применяемый для строительства самых разных конструкций — домов, мостов, дорог и прочих сооружений. Но у строителей древности не было возможности повышать характеристики растворов и бетонов либо целенаправленно придавать им особые свойства путем добавления дополнительных компонентов. У современных строителей такие возможности есть, более того, эти добавки обеспечивают такую экономию основных материалов, что, фактически, становятся бесплатными. В статье речь пойдет об одном виде таких добавок, а именно — добавке для бетонирования зимой.

Понятие «антиморозные добавки для бетона» можно трактовать по-разному. Можно выделить три основных значения:

1. добавки, которые сохраняют свои свойства после замораживания и оттаивания;
2. добавки, которые повышают морозостойкость бетона;
3. добавки, которые позволяют производить бетонирование при отрицательных температурах.

Добавки HTC соответствуют первому пункту, поскольку при замораживании и оттаивании не утрачивают присущие им свойства.

Добавки, повышающие морозостойкость бетона — это, прежде всего те, которые повышают его плотность и предотвращают намокание, а именно — пластификаторы и гидрофобизаторы.

К третьей группе относятся противоморозные добавки, применение которых в составе бетонных смесей позволяет получать качественный бетон даже в условиях отрицательных температур. Именно такие добавки и особенности их применения будут рассмотрены в рамках этой статьи.

Что такое зимнее бетонирование

Проблема бетонирования при низких и отрицательных температурах волновала строителей с давних пор.

Прекращать бетонировать зимой очень невыгодно. Более того, производство бетонных работ в зимнее время может нести дополнительные преимущества. Зимой бывают сезонные скидки на строительные материалы, легче набрать строительную бригаду, можно бетонировать фундаменты на ненадежных и хрупких грунтах, подвозить на строительный участок материалы даже в условиях отсутствия надежных подъездных путей, что могло бы стать проблемой осенью или весной.

Итак, бетонировать зимой можно и нужно, но как сделать это, не потеряв в качестве бетонных изделий?

Учитывая климатические условия большинства регионов России, неудивительно, что на сегодняшний день разработаны многочисленные технологии проведения бетонных работ в холодное время года. Они позволяют не прерывать строительство на долгие зимние месяцы.

Особенности твердения бетона при низких температурах

Образование бетонного камня происходит при смешивании цемента с водой. Также в растворы добавляют мелкие и крупные заполнители — песок и гравий (щебень, гранитный отсев и др.) определенных фракций. Заполнители имеют свои функции, однако процессы, приводящие к образованию бетона, происходят между соединениями клинкера и водой. Доказано, что качественная сторона процесса отверждения не зависит от водоцементного фактора и заполнителей.

В нормальных температурных условиях — плюс 18–22° С при высокой влажности воздуха — начальное твердение цементного камня является процессом электрохимического взаимодействия клинкерных минералов с водой, который происходит постадийно: через каждые 90 +/– 10 минут с момента затворения наступает новый переходный момент.

С изменением температуры твердения, растворимость минералов исходного вяжущего изменяется: при повышении температуры промежутки между этими переломными моментами укорачиваются, а при понижении — увеличиваются, поэтому чем ниже температура окружающей среды, тем медленнее твердеет бетон. Это связано с изменением вязкости воды.

В таблице показано, как меняется скорость твердения бетона без применения противоморозных добавок при снижении температуры окружающей среды, и можно видеть, что при температуре ниже плюс 5° С твердение практически прекращается. При отрицательных температурах вода, которая не была еще вовлечена в реакции гидратации, замерзает, что делает твердение бетона невозможным.

Важно!

СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция» определяет работы по укладке бетона при среднесуточных температурах воздуха ниже +5° С либо минимальной суточной температуре ниже 0° С как зимнее бетонирование, которое требует применения специальных мер.

Проблемы бетонирования зимой заключаются, прежде всего, в прекращении реакций гидратации из-за понижения температуры воды, а также ее замерзании при отрицательных температурах. Из-за промерзания раствора, происходит его расширение, и возрастает внутреннее давление, что может привести к разрыву изделия. После оттаивания бетонная смесь продолжает твердеть, но получить изделия высокого качества в этом случае уже не представляется возможным.

Что такое критическая прочность бетона

На графике показано, как протекает процесс твердения бетона. Как можно заметить, наиболее интенсивно процесс набора прочности протекает в первые часы после укладки. Постепенно скорость протекания процессов снижается, и в нормальных условиях бетон набирает расчетную прочность на 28-е сутки.

В процессе набора прочности выделяют точку достижения критической прочности. Она определяется индивидуально для каждого проекта и обычно составляет 30–50 % от расчетной прочности, реже — 70 %.

В оптимальных условиях бетон достигает критической прочности на 4–6-й день после укладки.

При зимнем бетонировании этот момент приобретает особую важность, поскольку после достижения критической прочности бетон уже может твердеть при низких температурах без ущерба для прочности в отсутствии каких-либо специальных мероприятий.

Технологии зимнего бетонирования

При производстве бетонных работ в условиях низких и отрицательных температур, строителю необходимо решить несколько основных задач:

1. предотвратить замерзание бетонного раствора во время его транспортирования, укладки и последующей обработки;
2. предупредить замерзание свежеуложенного бетона до достижения критической прочности;
3. обеспечить необходимые условия набора прочности бетона.

Чтобы решить все эти задачи, необходимо применять особые меры в процессе приготовления, транспортирования, укладки и обработки бетонного раствора и дальнейшего выдерживания уложенного бетона.

Особенности приготовления и транспортирования бетонных растворов в зимний период

Бетонная смесь при укладке должна иметь температуру, требуемую по расчету, поэтому при ее транспортировании необходимо обеспечивать условия, которые предотвращают снижение ее температуры ниже требуемой.

Изначально раствор замешивают на прогретых теплым воздухом заполнителях и горячей воде, температура которой не должна превышать 70° С. Цемент не прогревают.

Необходимо использовать цемент марки не ниже ЦЕМ I 32,5Н ГОСТ 31108-2016, а время перемешивания смеси увеличить на 25 % по сравнению с нормальными условиями.

На графике видны темпы остывания смеси во время транспортирования при различных температурах окружающей среды. Время транспортирования бетонной смеси не должно превышать четырех часов.

Подготовка основания

Согласно СП 70.13330.2012, необходимо исключить возможность замерзания раствора на участках контакта с основанием.

Для выполнения этого требования, основание, а также арматуру и все металлические закладные элементы прогревают теплым воздухом. Выпуски арматуры укрывают либо утепляют на высоту или длину не менее 50 см.

Укладка бетона и его выдерживание в зимних условиях

Бетон может твердеть с применением температурно-влажностного выдерживания (теплый бетон) или без такового (холодный бетон), однако и в том, и в другом случае обязательно применяются противоморозные добавки, которые вводят в состав бетонной смеси.

В соответствии с ГОСТ 24211-2008 Межгосударственный стандарт «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия», противоморозные добавки — это органические или неорганические вещества, вводимые в бетонные растворы в процессе их приготовления с целью направленного придания им специальных свойств, а именно — обеспечения твердения растворов при отрицательных температурах либо их защиты от замерзания в интервале времени от приготовления до укладки и начала подачи внешнего тепла.

ГОСТ 30459-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Определение и оценка эффективности», п. 4.2 гласит, что основное действие добавки на бетонные смеси определяется по результатам сравнения образцов с добавками и без них. При этом оптимальную дозировку добавок подбирают, изготавливая образцы с тремя различными дозировками, соответствующими минимальному, максимальному и среднему значениям, рекомендуемым для добавки конкретного вида (п. 7.4).

Методы температурно-влажностной обработки бетона

Разработаны три основных метода ведения теплого бетона. Выбор определяется типом конструкции, модулем поверхности изделия, наличием и типом арматуры, составом бетонной смеси, наличием либо отсутствием необходимого оборудования, экономической целесообразностью и прочими факторами, которые учитываются при разработке проекта.

Способ термоса

Применяется при обеспечении начальной температуры бетона 5–10° С и возможности сохранения температуры бетона в этом интервале на протяжении последующих после укладки 5–7 суток.

Заключается в укрывании бетона теплоизоляцией, толщина которой назначается с учетом температуры наружного воздуха. Таким образом, плюсом метода является отсутствие необходимости затрачивать электроэнергию.

При протекании реакций гидратации выделяется тепло, поскольку они являются экзотермическими. Этого тепла хватает на обогрев конструкции, но только в том случае, если она достаточно массивная и не имеет тонких стенок, а температура окружающего воздуха не слишком низкая.

Помимо этих ограничений, недостатком метода также является необходимость иметь в наличии теплоизоляционные материалы.

Твердение бетона с обогревом в тепляках

Тепляками называются специальные шатры, которые возводятся над бетонной конструкцией. Внутри них устанавливают тепловые пушки, которые должны обеспечить температуру воздуха выше 5° С до достижения критической прочности бетона.

Недостатками метода являются:

1. необходимость применять специальное оборудование;
2. затраты электроэнергии.

Твердение бетона с применением методов искусственного прогрева

Прогрев бетона может выполняться различными способами:

1. электродным,
2. кондуктивным (контактным),
3. инфракрасным,
4. индукционным.

При использовании этого метода бетон разогревают до температуры 50° С, при которой твердение происходит наиболее быстро.

Прогрев проводят до приобретения бетоном не более 50 % от расчетной прочности; если требуется достижение большей прочности, дальнейшее выдерживание обеспечивают методом термоса.

Метод требует применения специального оборудования и квалифицированного труда, то есть, дополнительных экономических затрат.

При применении температурно-влажностной обработки, необходимо во избежание образования температурного градиента контролировать температуру у поверхности бетона и в его толще. Для этого температуру бетона с определенной периодичностью измеряют в нескольких точках, количество которых определяется размерами и конфигурацией конструкции. Частота измерений указывается в техническом регламенте.

Холодный бетон

Холодный бетон твердеет при низких и отрицательных температурах окружающей среды без применения температурной обработки.

Еще во времена СССР были разработаны различные методы ведения холодного бетона с применением специальных противоморозных добавок. Вид и количество противоморозных добавок для бетона назначаются в зависимости от типа конструкции и температуры окружающей среды.

Механизм действия противоморозных добавок

Противоморозные добавки для бетонов и растворов оказывают влияние, прежде всего, на воду, которая содержится в растворе, снижая температуру ее замерзания. Также они могут ускорять реакции гидратации, оказывая ускоряющее воздействие на процессы твердения бетона. Одновременно вода быстрее насыщается солями, и температура ее замерзания снижается. Некоторые добавки увеличивают выделение тепла в ходе реакций гидратации.

Электролиты

Наиболее широко применяемыми противоморозными добавками на протяжении многих лет являются электролиты, которые при добавлении в бетонные растворы активно участвуют в электрохимическом процессе гидратации цементных минералов. Их добавление приводит к резкому изменению хода структурообразования, сокращая сроки твердения бетона либо, наоборот, замедляя процессы его отверждения.

Добавки-электролиты воздействуют на цементное тесто практически мгновенно, поскольку прежде всего они изменяют активность воды и создают принципиально новые условия для гидратации и формирования структур цементного камня.

Хлориды

Наиболее популярными среди электролитов являются хлориды кальция, калия и натрия (CaCl₂, KCl, NaCl). Результаты экспериментов показывают, что наиболее эффективная ускоряющая функция присуща хлориду кальция. Он применяется в строительстве еще с 30-х годов XX века. Ускоряющее воздействие CaCl₂ заключается в образовании комплексных малорастворимых соединений — хлорсиликатов, хлоралюминатов и др. В результате, набор прочности, по сравнению с бездобавочными растворами, ускоряется практически вдвое.

Хлористый натрий и хлористый калий при добавлении от 0,5 до 4 % от общей массы раствора ускоряют твердение бетонов в 1,5 раза, то есть, их интенсифицирующий эффект уступает хлориду кальция.

Поташ

K₂CO₃ даже в очень незначительном количестве — 0,2 % — вызывает бурный рост пластической прочности цементного теста, однако затем он тормозит гидратационные процессы, то есть, фактически замедляет твердение.

Сульфат натрия

Na₂SO₄ приводит к ускоряющему эффекту, более интенсивному набору пластической прочности и тепловыделению.

Применение электролитов в бетонных растворах имеет определенные ограничения:

1. соли натрия, а также хлористые соли не рекомендуется применять в бетоне с металлической арматурой или металлическими закладными элементами, поскольку они приводят к коррозии металлов;
2. некоторые виды цемента несовместимы с электролитами;
3. натриевые и калиевые соли нельзя применять в бетонных смесях с заполнителями потенциально реакционно-способных пород;
4. соли-электролиты могут вызывать появление высолов.

Поэтому электролиты применяют с осторожностью, заранее проверяя опытным путем на образование высолов.

Комплексные добавки

Комплексные противоморозные добавки промышленного производства предназначены для добавления в бетонные растворы, которые твердеют при низких и отрицательных температурах с применением температурной обработки и без нее.

Они не оказывают негативного воздействия на арматуру, не приводят к образованию высолов и совместимы с любыми типами цементов.

Противоморозная добавка HTC относится к этой группе современных высокотехнологичных материалов. Это полифункциональная добавка, которая оказывает не только противоморозное, но и пластифицирующее воздействие на бетонные смеси.

Применение Противоморозной добавки HTC в растворах позволяет получить множество преимуществ:

1. повысить однородность смеси;
2. увеличить удобоукладываемость и срок жизни раствора;
3. предотвратить замерзание смеси при транспортировании;
4. бетонировать при температурах от –20 до +10° С без применения температурно-влажностной обработки;
5. получить более плотный бетон со сниженной водопроницаемостью и высокой морозостойкостью в процессе эксплуатации;
6. уменьшить водопотребность бетонной смеси на 5–10 %;
7. снизить количество цемента в замесе на 10 % без потери прочности;
8. увеличить прочность бетона на 10 %;
9. улучшить адгезию раствора с арматурой и металлическими закладными деталями;
10. предотвратить коррозию металлических деталей.

При использовании метода термоса, Противоморозная добавка HTC применяется до начала тепловой обработки, а при выдерживании с применением прогрева сокращает время, необходимое для прогрева конструкции.

Добавка совместима с любыми цементами, экономична (достаточно добавлять ее в количестве 2–3,5 % от массы цемента, а для теплого бетона дозировку снижают на 30 %), добавляется непосредственно в раствор при его приготовлении (в воду затворения, в соответствии с ГОСТ 30459-2008).

В частном строительстве в качестве противоморозной добавки до сих пор многие используют хлорид натрия (поваренную соль), считая, что это оптимальный, доступный и недорогой способ, но в итоге рискуют получить отслоившуюся заржавевшую арматуру и высолы на поверхности изделия. Применение вместо соли Противоморозной добавки HTC позволило бы избежать всех этих неприятных последствий и получить даже в зимнее время бетонные изделия профессионального качества.

Не нужно беспокоиться о затратах на приобретение добавки: ее требуется совсем немного, а ее стоимость полностью перекрывается экономией от снижения количества цемента в растворе. Даже для частного строительства приобрести ее несложно, ведь она поставляется фасовке 20 кг, 200 кг и 1000 кг, и вы всегда сможете купить нужное количество добавки в зависимости от масштабов планируемых работ.

Компания HTC производит не только противоморозные добавки, но и другие добавки для бетонов и растворов, а также монтажные пены, очистители, пропитки, грунтовки, герметики и прочие материалы, необходимые для строительства и ремонта.

Мы приглашаем к сотрудничеству региональных дистрибьюторов. Свяжитесь с нами, и вы обязательно оцените наши высокотехнологичные товары и выгодные условия сотрудничества.