Ускоритель твердения бетона

Тысячелетия строительства из бетона подтвердили высокую универсальность, надежность, долговечность этого уникального материала. До наших дней сохранились образчики бетонной архитектуры, созданные древними римлянами. Сегодня бетон — в целом, все тот же материал, но современные достижения химической промышленности выводят его на новый, ранее немыслимый уровень.

Бетон — один из наиболее широко применяемых материалов для строительства зданий и различных сооружений — мостов, дорог и площадей, портов, гидротехнических конструкций.

Наряду с высокой прочностью, долговечностью, экономичностью и экологической безопасностью, он обладает также способностью принимать любую заданную форму, сколь сложной бы она ни была.

Особенности бетона как строительного материала

Бетон — это материал композитный. Основной его компонент — цемент. Это вяжущее водного твердения, имеющее вид порошкового материала.

При смешивании цемента с водой образуется цементное тесто, которое практически сразу начинает густеть, а затем и твердеть (набирать прочность), чтобы через 28 суток при нормальных условиях (+18–22° С при влажности воздуха не ниже 90 %) превратиться в прочный, похожий на камень материал.

Чтобы повысить прочность бетона, в цементные растворы добавляют заполнители — материалы, которые не участвуют в химических преобразованиях. Заполнители подразделяются на крупные и мелкие. В состав тяжелых бетонов вводят крупные и мелкие заполнители, в состав мелкозернистых — только мелкие.

Классификация бетонов

Бетоны могут иметь сильно различающиеся характеристики в зависимости от состава, пропорций основных компонентов, наличия добавок и особенностей протекания процесса набора прочности. Поскольку для реализации различных задач требуются бетоны, имеющие отличающиеся характеристики, все бетоны классифицируются на классы и группы по основным нормируемым показателям.

Классификация бетонов изложена в нормативном документе ГОСТ 25192-2012 Межгосударственный стандарт «Бетоны. Классификация и общие технические требования».

Бетоны по основному назначению классифицируются на:

1. конструкционные;
2. теплоизоляционные;
3. конструкционно-теплоизоляционные;
4. специальные (имеющие особые свойства).

Бетоны могут изготавливаться на основе не только цементов, но и других вяжущих, и по этому признаку они подразделяются на:

1. цементные,
2. известковые,
3. гипсовые,
4. шлаковые,
5. специальные (например, полимербетоны).

В зависимости от стойкости к видам коррозии, бетоны подразделяются на группы А, Б, В, Г, Д, Е.

В соответствии с типом заполнителя бетоны классифицируются на:

1. плотные,
2. пористые,
3. специальные.

В зависимости от типа структуры, выделяют бетоны:

1. плотные,
2. поризованные;
3. крупнопористой структуры;
4. ячеистые.

По условиям набора прочности бетоны подразделяются на:

1. твердеющие в естественных условиях;
2. твердеющие с тепловой обработкой;
3. твердеющие с тепловой обработкой при давлении выше атмосферного (бетоны автоклавного твердения).

Основной нормируемый показатель бетонов — это их прочность на сжатие. Класс по прочности бетона на сжатие маркируется литерой В и числом, которое соответствует предельному усилию в МПа, которое бетонный образец с размером ребра 10 см выдерживает без разрушения.

По этому параметру различают бетоны средней прочности (до В50 включительно) и высокопрочные бетоны (от В55). Свежая, только что приготовленная бетонная смесь имеет прочность на сжатие В0; прочность легких бетонов может составлять от В0,75 до В40; прочность тяжелых и мелкозернистых бетонов — от В3,5 до В120.

Другой важный параметр — средняя плотность, которая обозначается буквой D и числовым показателем, соответствующим массе кубометра бетона в килограммах:

1. особо легкие бетоны имеют среднюю плотность менее D800;
2. легкие бетоны — D800–D2000;
3. тяжелые бетоны — D2000–D2500;
4. особо тяжелые бетоны — свыше D2500.

Плотность бетона зависит от заполнителей, а также от структуры бетона. Более плотные бетоны имеют более высокую прочность, морозостойкость и водонепроницаемость. Это связано с тем, что структура плотного бетона имеет меньше пор и капилляров, а значит, меньше намокает. Попавшая в капилляры и поры бетона вода при замерзании увеличивается в объеме, разрушает структуру бетона, поэтому чем меньше бетон намокает, тем он более устойчив к замораживанию.

По морозостойкости бетоны подразделяются на марки, которые обозначают латинской буквой F и числом, показывающим количество циклов замораживания/оттаивания, которое образцы выдерживают без разрушения.

Различают бетоны:

1. низкой морозостойкости (до F50 включительно);
2. средней морозостойкости (до F300);
3. высокой морозостойкости (выше F300).

По водонепроницаемости бетоны классифицируются на марки, обозначаемые литерой W и числом от 2 до 20, которое показывает предельное давление в кг/см², при котором бетонный образец не пропускает воду. По этому показателю бетоны классифицируются на:

1. бетоны низкой водонепроницаемости (ниже W4);
2. бетоны средней водонепроницаемости (W4–W12);
3. бетоны высокой водонепроницаемости (выше W12).

Компоненты бетонной смеси

Согласно ГОСТ 26633-2015 Межгосударственный стандарт «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия», цементы, которые входят в состав бетонной смеси, должны соответствовать требованиям ГОСТ 10178, ГОСТ 22266, ГОСТ 31108, ГОСТ 33174. Цемент должен быть свежим, а его класс по прочности на сжатие для тяжелых и мелкозернистых бетонов должен быть не ниже 32,5.

В качестве мелкого заполнителя в тяжелых и мелкозернистых бетонах применяются природный песок или песок из отсевов дробления горных пород (либо их смеси), мелкозернистые золошлаковые смеси, песок из доменных и ферросплавных шлаков черной металлургии плотностью 2000–2800 кг/м³ включительно. Содержание глинистых и пылевидных частиц не должно превышать 3 % по массе либо до 2 % для бетонов класса по прочности выше В60.

Крупным заполнителем в тяжелых бетонах являются:

1. щебень или щебень из гравия;
2. гравий из плотных горных пород;
3. щебень из доменных и ферросплавных шлаков черной металлургии, из дробленого бетона и железобетона, из отсевов дробления плотных горных пород (последний не применяется для бетонов класса выше В35).

Плотность крупного заполнителя — 2000–3000 кг/м³. Наибольшая крупность зерен выбирается согласно проектной документации. Для бетонов класса по прочности В60 и выше применяют щебень из плотных горных пород марки по дробимости не ниже 1200, содержащий не более 5 % массы зерен слабых пород.

Вода для приготовления смеси должна соответствовать ГОСТ 23732.

Пропорции бетонной смеси определяют ее основные нормируемые показатели.

Добавки для бетонных смесей

Помимо основных компонентов, в состав бетонных смесей могут вводиться дополнительные, которые называют модифицирующими добавками. Это органические либо неорганические соединения, которые добавляют в бетонные растворы в ничтожно малых количествах, чтобы придать смеси новые характеристики либо регулировать ее строительно-технологические свойства.

Добавки для бетонных смесей не являются, по сути, чем-то новым. Бетон люди научились изготавливать более 7000 лет назад, и на протяжении истории его применения в его состав добавляли те или иные дополнительные компоненты.

В современном строительстве практика применения модифицирующих добавок вышла на принципиально новый уровень. Если раньше это делалось по наитию, с не всегда предсказуемым результатом, сегодня добавки для бетонов и растворов изготавливают промышленным способом и испытывают в соответствии с предписаниями нормативных документов. А значит, на такие вопросы, как дозировка, метод введения в раствор, оказываемое воздействие, производителем добавки уже получены точные ответы.

Из ложно понимаемой экономии иногда еще применяются «подручные средства», но выгода от применения добавок промышленного изготовления столь очевидна, что такие решения просто теряют смысл.

Требования к добавкам для бетонов и растворов регулируются ГОСТ 24211-2008 Межгосударственный стандарт «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия», согласно которому они подразделяются на классы, группы и подгруппы.

Ускорители твердения бетона

Ускорители — это добавки, которые применяются для воздействия на кинетику твердения бетона, а именно — для повышения темпов набора прочности.

Согласно ГОСТ 24211-2008, они должны обеспечивать:

1. повышение прочности бетонов и растворов в возрасте 1 суток нормального твердения на 30 % и более;
2. после тепловлажностной обработки — на 20 % и более.

Для чего нужно ускорение твердения бетона

Бетонная смесь в момент смешивания имеет прочность на сжатие В0. После укладки она проходит через несколько стадий.

Сначала смесь схватывается, то есть, внезапно теряет пластичность. Это происходит в первые часы после укладки. После схватывания бетон начинает твердеть: сначала очень быстрыми темпами, затем эти темпы постепенно замедляются.

Окончательной или расчетной прочности бетон достигает на 28-е сутки после укладки. Помимо расчетной, выделяют также раннюю, распалубочную и критическую прочность.

Распалубочная — это прочность, по достижении которой с бетонного изделия можно снимать опалубку.

Критической называют прочность, по достижении которой бетон можно замораживать без ущерба для его характеристик. Этот параметр особенно важен при зимнем бетонировании. Как известно, при температуре воздуха ниже + 5° С твердение бетонных смесей практически прекращается.

Если бетонные работы реализуются без применения противоморозных добавок, позволяющих бетону набирать прочность даже при отрицательных температурах, для обеспечения твердения его прогревают, обогревают или укрывают с целью сохранить выделяющееся в процессе протекания реакций гидратации тепло.

Обогревающие и прогревающие мероприятия должны продолжаться до достижения критической прочности бетона. От того, как быстро она наступит, зависит длительность тепловой обработки. А это вопрос важный, учитывая расходы электроэнергии на подобные мероприятия.

Значение критической прочности, как правило, указывается в проектной документации и может составлять от 30 до 70 % от расчетной. Если указаний нет, за критическую принимают 70 % от расчетной прочности.

Ускорить процессы набора прочности может потребоваться на любом этапе. Более быстрое достижение распалубочной прочности позволяет повысить оборачиваемость оснастки и оборудования, сократить сроки набора критической прочности, при зимнем бетонировании обеспечивает существенную экономию электроэнергии и повышение оборачиваемости оборудования. Ускорение набора прочности бетона также позволяет повысить производительность технологического процесса, быстрее нагружать конструкцию и переходить к следующим этапам строительства.

Экономические выгоды от применения ускорения твердения бетона настолько очевидны, что применять различные методы ускорения начали очень давно.

Методы ускорения твердения бетона

Если вкратце рассмотреть процессы, приводящие к преобразованию цементного теста в твердый материал, картина будет следующей:

1. При добавлении воды к цементу начинаются реакции гидратации между соединениями клинкера и водой. Различные соединения вступают в реакции с различающейся скоростью.
2. Вода, которая содержится в смеси, насыщается химическими соединениями.
3. В смеси появляются продукты реакций гидратации — кристаллические соединения.
4. Химический состав смеси меняется, изменившиеся условия делают возможным вступление в реакции соединений клинкера, которые до этого в них не вступали.
5. Процесс набора прочности сначала протекает быстро, затем постепенно замедляется, при этом на всем его протяжении есть моменты скачкообразного набора прочности и ее частичного сброса.

Чтобы ускорить твердение бетона, необходимо обеспечить быстрое насыщение раствора и увеличить активность реакций. Сделать это можно разными способами.

Смещение водоцементного соотношения

Водоцементное соотношение, обеспечивающее протекание реакций гидратации, составляет 0,3. На практике воды применяют больше, чтобы повысить удобоукладываемость смеси. Уменьшение количества воды позволяет быстро получить концентрированный раствор, и бетон твердеет быстрее.

Проблема в данном случае — снижение удобоукладываемости бетонной смеси. Ее можно решить применением пластификаторов или более длительной виброобработкой.

Таким образом, этот метод экономически не очень выгодный: повышается расход цемента, увеличивается время обработки бетона.

Советуем изучить: Что такое пластификатор для бетона

Применение быстротвердеющих цементов

Специальный быстротвердеющий цемент и применение цемента более высокого класса по прочности на сжатие обеспечивают более быстрый набор прочности бетона.

Тепловлажностная обработка

При понижении температуры процессы набора прочности замедляются, но верно и обратное: чем выше температура, тем быстрее твердеет бетон.

По формуле Ван Гоффа, при повышении температуры на 10° С (в пределах 0–100° С), скорость набора прочности повышается в 2–4 раза.

То есть, теоретически, если бетон набирает расчетную прочность при 20° С за 28 суток, при температуре 60° С (с учетом сохранения влажности воздуха 90 %, чтобы раствор не пересыхал), расчетная прочность будет набрана за 8 часов. На практике, с учетом внешних воздействий, на это уходит около 12 часов.

Недостаток метода — дополнительные существенные расходы на тепловлажностную обработку и контроль процессов, поскольку при нештатном развитии ситуации бетон может потрескаться.

Применение ускоряющих добавок для бетона

Специальные добавки вмешиваются в реакции гидратации, которые протекают в бетонной смеси. Они могут обеспечивать ускоряющее воздействие различными способами:

1. повышают растворимость компонентов клинкера, что ведет к более быстрому насыщению воды и повышению скорости кристаллизации;
2. активизируют цемент;
3. приводят к увеличению выделения тепла от протекающих реакций.

Соли-электролиты в качестве ускорителей твердения бетона

Соли применяют в качестве добавок для быстрого твердения бетона, по меньшей мере, с 30-х годов прошлого века.

Основные соли, которые применялись как ускорители схватывания и твердения растворов на основе цемента — хлориды (СаС1₂, KCl, NaCl).

Однако экспериментальные испытания показали, что ускорителем твердения бетона может считаться из них только хлорид кальция СаС1₂. Он ускоряет набор прочности бетона практически вдвое, по сравнению с бездобавочными бетонными смесями. При этом, СаС1₂ — это недорогой, массово производимый продукт.

Он действует мгновенно, меняя активность воды и создавая принципиально новые условия для протекания реакций гидратации и формирования структур цементного камня.

Однако еще в 60-е годы XX века было обнаружено, что хлориды агрессивно воздействуют на металлическую арматуру, поэтому сегодня в технологии железобетона с диаметром арматуры менее 5 мм и предварительно напряженного действует запрет на применение хлоридов. Хотя изучение этих солей как добавок для бетона продолжается.

Добавки, которые ускоряют схватывание цементных растворов

Быстрое первичное схватывание раствора может требоваться при проведении срочных ремонтных работ. Такие добавки, как жидкое стекло, применяемые в растворах вместо воды, позволяют получить практически мгновенно схватывающиеся растворы.

Пено- и газообразователи

Добавки, вовлекающие воздух, создают пористую структуру газо- и пенобетонов. Пример такой добавки – алюминиевая пудра.

После ее добавления в смесь производят виброобработку, под воздействием которой запускаются химические реакции, в которые алюминий вступает с соединениями клинкера и водой. Продукт реакции — алюминат кальция — имеет мощное ускоряющее воздействие на схватывание цемента, поэтому смесь твердеет в течение нескольких минут.

Ускорители набора прочности бетона

Современные комплексные добавки для бетонов и растворов ускоряют схватывание и набор ранней и распалубочной прочности, а также могут иметь дополнительные функции.

К примеру, Ускоритель набора прочности НТС имеет не только ускоряющее, но и пластифицирующее воздействие на растворы, активизируя процессы гидратации не только цемента, но и гипса, и извести. Добавление от 2,3 до 3,8 л добавки на 1 кубометр раствора обеспечивает:

1. повышение ранней прочности на 20–40 %, марочной — на 15–20 %;
2. увеличение удобоукладываемости смеси;
3. снижение водопотребности смеси на 10–12 %;
4. активизацию лежалого цемента и возможность получить из него качественный бетон;
5. повышение прочности бетона;
6. увеличение долговечности, водонепроницаемости, морозостойкости бетонного изделия;
7. отсутствие коррозии металлической арматуры и закладных элементов;
8. исключение образования высолов;
9. повышение оборота формооснастки;
10. увеличение темпов строительства.

Ускоритель набора прочности НТС предназначен для бетонов и строительных растворов на основе цемента, извести, гипса, для ремонтных, штукатурных и кладочных растворов, товарного бетона, бетонов на пористых заполнителях. Применяется при бетонировании фундаментов, плит перекрытий, стен, стяжек и полов, для изготовления мелкоштучных бетонных изделий, архитектурного бетона, а также при бетонировании в условиях пониженных температур до 0° С.

Добавку применяют в количестве от 0,7 до 1,2 % от массы цемента. Ее смешивают с половиной воды затворения и вливают в растворную смесь при перемешивании, затем порциями добавляют оставшуюся воду.

Добавки для бетона — это современные материалы, которые позволяют получать материалы с требуемыми характеристиками и гарантировать высокое качество бетонных работ. Компания НТС производит широкий спектр добавок для бетонов и растворов, а также других высокотехнологичных материалов для строительства и ремонта, которые представлены в розничных строительных сетях. Также приглашаем к взаимовыгодному сотрудничеству оптовых покупателей и региональных дистрибьюторов. Гарантируем полную информационную поддержку, своевременную отгрузку, отсрочку платежа при необходимости.