Ускорители схватывания и твердения в технологии бетонов

Еще пол года назад наш доморощенный Квазимодо страдал по Эсмеральде из каждого динамика. Очень красиво и образно страдал, следует отдать ему должное. Благодаря всего одной арии из французского мюзикла «Нотр-Дам» большинство простых людей вообще узнало об этой красивой и трогательной истории. Даже те, кто никогда Дюма вообще не читал.

Через время эта ария завоевала телевизионные экраны. Получила «Песню года» и уйму других наград. Из видеоклипа я, к величайшему своему позору, случайно узнал, что оказывается Вячеслав Петкун (Квазимодо) должен свои лавры разделить еще с двумя какими-то кренделями – они у него нhbcа подпевках, - но все равно, все казалось очень классно.

Брат, весьма просвещенный в музыкальных вопросах, взирал на мой щенячий восторг по поводу этой арии с удивлением и недоумением, - теперь то я понимаю почему. Когда он дал мне диск с «настоящим» французским «Нотр Дам-ом» - я пережил шок. Оказывается, так горячо любимый мной Квазимодо, вовсе не самый главный там – так, на задворках. А больше всего меня поразили партии Поэта. Батюшка тоже очень даже неплох. Офицер бесподобен. Негр ошеломляюще красив. Все это оттеняет великолепный свет, простые, но работающие на подсознание декорации и совершенно феерическая массовка.

На фоне всего этого великолепия Эсмеральда показалась мне несколько мелковатой, а Квазимодо - …. Ну, в общем, мне остальные персонажи понравились больше.

Когда в конце представления все артисты выходят «На поклон», уже не в образе, но еще в сценических костюмах и гриме, слушая как заходится, в овациях зрительный зал, я подловил себя на мысли, что нельзя целостное законченное произведение раздергивать на отдельные хитовые куски - его нужно сначала прослушать все, целиком. А потом, уже под настроение, смаковать ту или иную арию.

«Возвращаясь к нашим баранам…», то бишь, к данной теме – «Ускорители», постараюсь если не пропеть, то хоть проблеять именно целостную оперу. Ты, читатель, сам определишься, кто для тебя Поэт, а кто – Квазимодо.

1. Из истории вопроса…

Тема ускорителей в современной технологии бетона чрезвычайно скандальна, умышленно запутанная и заангажированая самими производителями и продавцами хим. добавок.

В первую очередь данное положение вещей обусловлено тем, что с помощью ускорителей можно достаточно легко, просто и дешево существенно модифицировать технологическую производственную цепочку. А это деньги, большие деньги. А так как деньги любят тишину, продавцы хим. добавок стараются её соблюдать, особенно не распространяясь на тему ускорителей. Гораздо охотней они популяризируют и пропагандируют свои полифункциональные составы вообще, хотя немалую часть успеха следует, по праву, отдать удачно подобранным в их составах ускорителям.

Так для тяжелых бетонов весьма критичный параметр – время оборачиваемости дорогостоящей формоснастки, становится возможным модифицировать не по пути затратной и энергоемкой тепловлажностной обработки, а «подстегивая» кинетику набора прочности химическим путем.

В легких бетонах, и в частности в пенобетонах, с помощью ускорителей удается минимизировать влияние минералогии, тонины помола и длительности хранения цемента на качество продукции, «выпередить» осадку свежеприготовленной пенобетонной матрицы ускоренным набором её прочности.

Как это ни парадоксально, но именно тема ускорителей – краеугольный камень также и экономики полифункциональных модификаторов. Простейшая композиция подобного рода состоит как минимум из двух компонентов, - обычно это пластификатор второй (реже третьей) группы эффективности и какой либо ускоритель, либо специально подобранная смесь ускорителей, обеспечивающих аддитивность (или даже синергизм) компонентов. Элементарный рецептурно-экономический анализ показывает, что стоимость именно ускорителя и является основным ценообразующим фактором таких полифункциональных составов. Иными словами, - кто «сидит» на дешевых ускорителях – тот владеет рынком полифункциональных добавок. Даже «легкая техногенность» (а порой и не легкая) некоторых составов не является преградой для их массового применения – критерии экономической целесообразности перевешивают.

Из этой же оперы и разразившиеся недавно на Украине баталии по степени применимости тех или иных полифункциональных модификаторов для бетонов в строительной индустрии. Все как у людей – с поливанием друг друга грязью в СМИ, научными и псевдонаучными отписками, подметными письмами, привселюдном полоскании грязного белья и проч.

С одной стороны это свидетельствует, что производство полифункциональных составов на Украине уже выросло из детских штанишек - защищая собственную песочницу, малышня уже не хнычет, а раздает зуботычины.

С другой стороны общая культура подобных склок с ярко выраженной экономической подоплекой свидетельствует, что её участники еще недостаточно четко понимают, зачем им эта песочница вообще нужна. Тяжелая артиллерия в виде центральных СМИ требует бережного и грамотного обращения. Поливая друг друга из ушата, нужно не расплескивать грязь на простого обывателя, абсолютно не посвященного в тонкости и предисторию подковёрной борьбы. Иначе потенциального будущего покупателя, очень легко превратить в затурканного и запуганного перестраховщика, который при слове «хим. добавка» будет осеняться крестным знаменем.

(И не следует тешить себя надеждами, что папик-Мапик так и будет сидеть в сторонке, на лавочке, и созерцать, как дети делят песочницу. Как только допьет свое пиво, он накостыляет малышне и заберет все игрушки. Самые сообразительные получат их обратно – если станут бегать ему за пивом.)

2. Основные ускорители схватывания и твердения, применяемые в бетонных композициях

Ускорителей схватывания и твердения цементных композиций много. Существует несколько их классификаций, основанных на механизме действия на гидратацию цемента. Если же провести разделение по узко химической принадлежности, то к ускорителям можно отнести следующие вещества (курсивом выделены гостированные ускорители):

Углекислые соли

Калий углекислый (поташ) – K2CO3

Натрий углекислый (сода) - Na2CO3

Сернокислые соли

Натрий сернокислый – Na2SO4

Натрий тиосульфат + натрий роданид (Na2S2O3 + NaCNS)

Гипс – CaSO4

Нитраты

Кальций азотнокислый Ca(No3)2

Натрий азотнокислый – NaNo3

Аммонийные соли

Карбамид (мочевина)– CO(NH2)2

Соли фосфорной кислоты

Тринатрийфосфат

Силикаты

Силикат натрия (растворимое стекло) –

Na2O х SiO2 + nH2O

Хлориды

Алюминий хлористый – AlCl3

Железо хлористое – FeCl3

Барий хлористый – BaCl2

Магний хлористый – MgCl2

Кальций хлористый – CaCl2

Натрий хлористый – NaCl

Кислота соляная - HCl

Кэл – (хлорокись кальция)

Механические смеси различных ускорителей

Нитрит-нитрат кальция (ННК)

Нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК)

Нитрит-нитрат-хлорид кальция + мочевина (ННХКМ)

Сода+поташ+поластификатор

Из всего этого перечня наиболее распространёнными и наиболее эффективными остаются хлориды и смеси на их основе. Высочайшая эффективность при низкой цене – залог их популярности во всем мире. Проводимая в последнее время антирекламная кампания по отношению к хлоридам не имеет ничего общего с действительным положением вещей. Её первопричина как раз и кроется в низкой стоимости хлоридов. А «обыгрывание» факта, что дескать хлориды корродируют арматуру, для множества видов бетонов не то что спорно но и просто некорректно, свидетельствует об отсутствии здравого смысла и элементарных знаний у потребителей. О какой коррозии, скажите на милость, может идти речь в пенобетонных технология, в производстве элементов мощения, бетонных блоков и т.д., где арматуры нет вообще?

Продавать, а тем более завозить из-за рубежа, пусть даже и высокоэффективные, но дешевые составы, коими являются хлоридные ускорители, и в первую очередь хлориды кальция и натрия, экономически нецелесообразно. Тем более, что их распространенность в природе настолько высока, что в любой стране мира своих предостаточно.

3. Углекислые соли.

3.1 Натрий углекислый.

Об ускоряющем действии соды (углекислого натрия Na2(СO3) на цемент, известно уже давно. Еще в 1903 г. академик Байков А.А. – основоположник теории твердения цементов, в своих работах упоминал о соде, как о соли, вызывающей чрезвычайно быстрое схватывание (см. Таблица 631-1)

Таблица 31-1

Изменение сроков схватывания при добавках соды.

Добавка соды в % от веса цемента	Начало схватывания (час – мин)	Конец схватывания (час – мин)
0	1 – 40	5 – 05
2	0 – 05	0 – 45
5	0 – 03	0 - 17

Из этой таблицы видно, что сода чрезвычайно активно и «резко» ускоряет процессы схватывания цементов. Это обстоятельство сильно затрудняет работы с бетоном при добавках соды и может привести к значительному снижению прочности, т.к. не всегда возможно успеть уложить массу бетона в формы до начала схватывания.

Ускорение твердения бетонов и растворов в раннем возрасте при добавках соды происходит за счет окончательной прочности, так что по истечении определенного времени прочность бетона без добавки соды оказывается уже выше прочности бетона с добавками (см. Таблица 31-2).

Таблица 31-2

Влияние добавок соды на прочность в кг/см2 цементно-песчаного раствора пропорции 1:3 и В/Ц=0.58

Возраст раствора в днях	Добавка соды
	0%	2%	6%	10%
3	10.6	13.5	29.1	26.9
5	24.2	25.6	33.4	25.2
28	64.2	64.2	62.8	60.8

Данные этой таблицы говорят о том, что в то время как в возрасте трех-пяти дней добавка увеличивает прочность, в возрасте 28 дней уже имеется налицо снижение относительной прочности у образцов с добавкой по сравнению с образцами без добавки.

Все эти данные однозначно свидетельствуют, что сода может найти применение в строительных технологиях только в тех случаях, когда необходимость получения быстросхватывающегося и быстротвердеющего бетона или раствора может быть оправдана относительным снижением последующей прочности, что может иметь место при всякого рода аварийных работах. И то только в отсутствии более эффективных ускорителей схватывания (смотри далее).

3.2 Поташ

Человек давно заметил, что внесение в почву золы приводит к увеличению урожайности. О том, что ее активным началом является карбонат калия K2CO3

– поташ, стало ясно гораздо позже. До разработки промышленных способов производства соды поташ играл исключительно важную роль в различных производствах: стекольном, текстильном, мыловаренном и др. Его получали сжиганием древесины, обработкой водой золы с последующим выпариванием водного раствора. Из золы сожженного 1м3 вяза получали 0,76кг поташа, ивы – 0,63, липы – 0,50кг. В России лес бездумно сжигали на поташ до середины XIXв. Содержание калия в золе от сгоревших растений обычно очень высокое: в золе соломы злаков от 9 до 22%, гречишной соломы – 25...35, стеблей подсолнечника 36...40, торфа 0,5...4,7%. Само слово «поташ» произошло от древнего немецкого «пот» – горшок и «аш» – зола, так как щелок, получающийся при обработке золы водой, выпаривался в горшках.

В XVI - XVII вв. поташ получали в огромных количествах из древесной золы, которую вываривали в больших котлах. Из поташа приготавливали главным образом литрованную (очищенную) калийную селитру, которая шла на изготовление черного пороха. Особенно много поташа производилось в России, в лесах вблизи Арзамаса и Ардатова на передвижных заводах (майданах), принадлежавших родственнику царя Алексея Михайловича, ближнему боярину Б.И.Морозову. Такие заводики вырабатывали до 770 тн. поташа в год.

В тот же период, производство поташа на Украине было менее концентрировано и сильней рассредоточено – каждый уважающий себя «заможный» казак почитал за честь иметь собственный микрозаводик по его производству – технология то элементарнейшая, и чрезвычайно доходная.

Сегодня поташ применяется главным образом в получении моющих средств (жидкое мыло). Он также служит сырьем при производстве тугоплавкого стекла и хрусталя и в качестве компонента во множестве химических технологий.

Применение поташа в строительстве обусловлено, в первую очередь, особенностями гидратации цемента. При пониженных температурах она сильно замедляется, а на морозе прекращается вообще. Добавка поташа помогает устранить этот недостаток – строить становится возможным даже при -50оС. Поэтому поташ является традиционной противоморозной добавкой-антифризом в строительстве.

В водной среде поташ мгновенно гидролизуется образуя очень сильную едкую щелочь. Она портит одежду и обувь, при попадании на открытые участки тела образует язвы, в глаза – верную потерю зрения. Широкое применение поташа в СССР в качестве противоморозной добавки было обусловлено, в том числе, и пренебрежениями техникой безопасности – сами знаете, кто весь Крайний Север и Восточную Сибирь у нас построил.

С пуском Ачинского глиноземного комбината содо-поташная смесь (отход основного производства) стала местной для Восточной Сибири, а её применение приобрело массовый характер. Сибирские морозы замедляли гидратацию цемента, поташ ускорял её. В итоге они компенсировали друг друга.

При положительных температурах ускоряющие свойства поташа выражены настолько сильно, что без соответствующего их замедления химическим путем работать становится абсолютно невозможно – бетон схватывается прямо в бетономешалке. Оригинальный выход был найден Красноярскими учеными из местного филиала Промстройниипроекта. Они предложили добавлять к поташу пластификатор с ярко выраженным замедляющим эффектом. Наиболее подошел для этих целей технический лигносульфонат – бросовый отход лесохимического производства. В итоге получили бетонные смеси повышенной пластичности с ярко выраженным ускоряющее/противоморозным эффектом, но без излишнего ускорения схватывания.

Если даже не касаться техники безопасности, то и так в методологии применении поташа сплошные НЕЛЬЗЯ.

Нельзя применять в составе бетонов и растворов, где есть активный кремнезем, где возможен контакт с известью и силикатным кирпичем; нельзя применять для изделий эксплуатирующихся при повышенной влажности. Поташ мало эффективен в крупнопористых и беспесчаных бетонных смесях а также в легких бетонах типа керамзитобетона. Поташ не рекомендуется к применению в условиях положительных температур либо колебания температуры с переходом через 0оС. Поташ разрушает изоляцию проводов, поэтому его нельзя применять в местах, где будет проложена скрытая электропроводка.

Из-за ярко выраженной щелочной реакции следует остерегаться попадания поташа на кожу и особенно в глаза. Приготавливать и работать с водными растворами поташа следует в комбинезоне, очках, резиновых сапогах и перчатках, спецодежду хранить в специальных шкафах. В плохо вентилируемых помещениях необходимо использовать респираторы и противогазы.

На днях беседовал с технологом одной из фирм – производством тротуарных камней занимаются, - жаловалась на используемую ими российскую комплексную добавку, искала достойную замену. Всем, мол, хороша – и пластифицирует отлично, и ускоритель распрекрасный и дёшева. Одно НО – рабочие отказываютсяс с этой добавкой работать. У самой все руки в язвах, а её помощница, молодая девушка, уволилась вообще с формулировкой «Мне еще детей рожать…». Что сокрывалось за торговым наименованием этой добавки она не знала, но подозревала нехорошее. И не зря, после нескольких моих уточняющих вопросов стало вполне очевидно, что давно известную ССП (сода+поташ+пластификатор) «переименовали» и «районировали» для условий теплой Украины. После того как она узнала, что произойдет вскоре с их тротуарными камнями, она вообще в ужас пришла.

3.2.1 Воздействие поташа на основные минералы цементного клинкера на стадии схватывания.

Одной из причин, препятствующей широкому применению поташа в качестве ускорителя схватывания и твердения, является вызываемое им очень быстрое схватывание цемента. Для большинства портландцементов, его добавка вызывает начало схватывания уже через 10 – 15 минут, что фактически исключает централизованное приготовление бетонов и растворов с добавкой поташа. Степень влияния поташа на отдельные минералы цементного клинкера отражены в Таблице 321-1

Таблица 6321-1

Влияние добавки поташа на сроки схватывания основных минералов цемента

Минерал	Добавка поташа в % от массы минерала	Начало схватывания		Конец схватывания
		час - мин	%	час - мин	%
C3S	0	2 - 05	100	3 - 10	100
	2	0 - 40	32	0 - 55	29
	5	0 - 47	37	0 - 60	31
	7	1 - 17	62	1 - 32	48
	11	2 - 20	112	3 - 15	102
C3S	0	2 - 25	100	3 - 00	100
	2	0 - 45	31	1 - 05	36
	5	1 - 30	62	1 - 50	61
	7	1 - 48	74	2 - 18	77
	10	1 – 10	48	1 - 40	56
С3А	0	0 - 01	100	0 - 18	100
	3	0 - 01	100	0 - 05	28
	7	0 - 01	100	0 - 05	28
	10	0 - 01	100	0 - 05	28
	15	0 - 01	100	0 - 05	28
C4AF	0	0 - 20	100	0 - 30	100
	2	0 - 20	100	0 - 22	73
	4	0 - 16	80	0 - 19	64
	6	0 - 12	60	0 - 13	43
	8.5	0 - 09	45	0 - 10	33

Как видно из этой таблицы, ускоряющее действие поташа на схватывание всех основных минералов проявляется уже в малых дозировках.

Особенно критичен к воздействию поташа трехкальциевый алюминат. Его схватывание и так начинается практически мгновенно, с момента затворения. Отрегулировать длительность схватывания этого минерала помогает добавка гипса, вводимая при помоле. Но в присутствии даже незначительных добавок поташа этот механизм нарушается – в присутствии поташа образуются гидрокарбоалюминаты кальция, которые обволакивают зерна S3A и снижают активность иона SO4 из состава гипса-замедлителя.

Причиной сокращения сроков схватывания силикатов кальция служит образование при взаимодействии поташа с известью нерастворимого CaCO3 что способствует протеканию реакции в сторону образования извести, снова вступающей во взаимодействие с ионом CO3 с образованием CaCO3 и т.д.

Для замедления схватывания бетонов с добавками поташа были опробованы множество веществ-замедлителей – водорастворимые фосфаты, окись цинка, муравьиная и бензойные кислоты, жирные кислоты, глицерин, глюкоза, технические лигносульфонаты.

По совокупности полученных результатов, в качестве эффективного замедлителя схватывания бетонов с добавкой поташа, было предложено использовать ЛСТ (технические лигносульфонаты). Помимо замедляющего эффекта ЛСТ оказывает на бетоны ярко выраженное пластифицирующее воздействие. Но в дозировке свыше 0.3% от массы цемента их уже практически не используют – уж слишком сильно начинает сказываться наличие в ЛСТ примесей – редуцированных сахаров, которые сильно замедляют схватывание и твердение. В комплексе с таким эффективным ускорителем схватывания, как поташ становится вполне возможным повысить дозировки ЛСТ до 0.5% - т.е. ускоритель (поташ) и замедлитель (ЛСТ) взаимно нивелируются, при этом пластичность бетона повышается.

3.2.2 Воздействие поташа на основные минералы цементного клинкера на стадии твердения.

Трехкальциевый силикат (C3S) – наиболее активный минерал цемента. Он характеризуется высокой прочностью и быстрым её нарастанием. Введение поташа интенсифицирует процесс твердения, но затем, начиная с 7-дневного возраста, и во все последующие сроки, прочность этого минерала, с добавкой поташа, становится несколько ниже, чем без добавки.

Поташ резко ускоряет твердение двухкальциевого силиката (C2S). Увеличение прочности образцов по сравнению с контрольными пропорционально количеству добавки. В дозировке 10 – 15% поташа, прочность образцов превышает прочность эталона в 2.5 – 4.0 раза и, начиная с 3=месячного возраста, по абсолютным значениям приближается к прочности образцов трехкальциевого силиката, затворенных на чистой воде.

Затворение трехкальциевого алюмината (C3A) на растворах поташа приводит к значительному повышению прочности.

Изменение прочности четырехкальциевого алюмоферита (C4AF) зависит от количества вводимого вместе с водой затворения поташа. Наиболее оптимальной является добавка в 3%

В начальный период твердения наиболее эффективными являются повышенные дозировки добавки поташа. Но с увеличением возраста становятся оптимальными дозировки в 7% и менее.

Таблица 322-1

Минералогический состав исследованных цементов

№ клинкера исследованных цементов	Расчетный минералогический состав, %
	C3S	C2S	С3А	C4AF
I	36,4	36,4	14,6	8,2
II	66,0	10,0	4,0	17,0
III	10,0	68,0	3,6	16,3
IV	53,0	20,0	11,0	11,0
V	56,5	20,5	5,0	14,0

Примечание: Использованы 5 типовых цементов, по своему минералогическому составу, наиболее характерных для цементной промышленности Украины и России.

Таблица 322-2

Прочность растворов на цементах разлиxного минералогического состава, с добавкой поташа.

№ цемента	Добавка поташа в %, от массы цемента	В/Ц	Прочность при сжатии в кг/см2 в возрасте (дней)
			3	7	14	28	90
I	-	0,60	48	60	75	95	125
	3	0,60	75	90	105	157	170
	7	0,60	130	130	130	165	195
	10	0,44	125	125	125	155	180
	15	0,44	120	120	145	170	200
II	-	0,44	130	170	170	225	225
	3	0,44	150	165	165	185	185
	7	0,44	150	150	155	185	185
	10	0,44	150	150	155	180	195
	15	0,44	150	150	155	180	180
III	-	0,44	40	57	92	122	145
	3	0,44	65	83	105	112	160
	7	0,44	56	80	107	112	150
	10	0,44	57	80	107	112	145
	15	0,44	71	80	110	112	150
IV	-	0,44	152	184	206	200	255
	3	0,44	150	150	150	155	187
	7	0,44	155	155	155	155	217
	10	0,44	155	155	155	155	202
	15	0,44	120	137	155	155	217
V	-	0,44	90	135	165	180	200
	3	0,44	95	122	152	165	170
	7	0,44	90	120	140	150	165
	10	0,44	100	120	140	150	165
	15	0,44	100	105	135	150	160

Примечание: Для испытания был использован цементно-песчаный раствор пропроции 1:3

Температура твердения - + 20оС

Таблица 322-3

Содержание поташа в растворах и их плотность

Концентрация раствора, %.	Плотность раствора при 20оС, г/см3	Температурный коэффициент плотности раствора	Содержание безводного ХН в 1 литре раствора (кг)
4	1,035	0,00027	0,041
8	1,073	0,00033	0,086
12	1,110	0,00037	0,123
16	1,149	0,00041	0,184
20	1,190	0,00044	0,238
22	1,211	0,00046	0,266
24	1,232	0,00047	0,296
26	1,254	0,00049	0,326
28	1,276	0,00050	0,357
30	1,298	0,00051	0,390
32	1,321	0,00052	0,423
34	1,344	0,00053	0,457
36	1,367	0,00053	0,492
38	1,390	0,00054	0,528
40	1,414	0,00055	0,566

4. Силикат натрия

Растворимое стекло (натриевое) так же как и сода, сильно ускоряет процессы твердения цементов. Растворимое стекло представляет собой коллоидный раствор натриевых силикатов в воде. Существует и аналог натриевому – калиевое стекло, но оно гораздо реже встречается. По своему воздействию на цементные композиции натриевое и калиевые растворимые стекла аналогичны.

Достаточно достоверные сведения об изготовлении первого растворимого стекла имеются уже в трудах средневековых алхимиков (1520 г.). Но только в 1818 г. немецкий ученый Йоган Фукс научно обосновал химию и физику его получения. По результатам его трудов в 1826 г. был построен первый завод по производству растворимого стекла. С этого момента и началось его широкое применение в различных отраслях промышленности.

Химический состав натриевого растворимого стекла может быть выражен формулой:

Na2OxnSiO2 + mH2O

Из неё видно, что оно (растворимое стекло) не имеет постоянного состава и соотношение между отдельными составными частями может меняться. Отношение : SiO2 : Na2O = M, показывающее, сколько кремнекислоты приходится на единицу окиси натрия, называется силикатным модулем стекла. Величина его обычно колеблется в пределах от 2.2 до 3.5. Чаще всего производится и встречается стекло с модулем 2.6 – 2.8.

Количество воды может быть самым неопределенным. В зависимости от этого в коллоидном растворе растворимого стекла меняется его консистенция – «плотность», измеряемая градусами шкалы Боме или показаниями удельного веса. Заводы обычно отпускают растворимое стекло плотностью 40 – 50оBe (плотностью 1.38 – 1.50), и затем на месте работ оно разбавляется водой до нужной концентрации.

При добавлении растворимого стекла к воде, идущей на затворение цемента, его сроки схватывания сильно сокращаются (см. Таблица 64-1). Обусловлено это тем, что в результате химической реакции между щелочным силикатом (жидкое стекло) и составными частями цементного клинкера (гидроалюминат кальция) образуются коллоидные гидросиликат кальция и алюминат натрия по уравнению:

3Na2O x SiO2 + 3CaO x Al2O3 x nH2O = 3CaSiO3 x nH2O + 3Na2O x Al2O3

Именно образующийся в составе бетона алюминат натрия и является очень сильным ускорителем его схватывания.

Кроме того, проходит еще одна реакция, между жидким стеклом и известью, находящейся в цементе c образованием силиката кальция:

Na2O x 2SiO2 + CaO =

Na2O x SiO2 +CaSiO3

Силикат кальция очень прочный и плотный материал. Пористый кусок, например, негашеной извести, обработанный раствором жидкого стекла, становится настолько плотным и прочным, что его можно полировать. Отлагаясь в порах твердеющего камня, силикат кальция, придает ему повышенную плотность и водонепроницаемость.

Вот эта совокупность свойств – ускорение схватывания бетона от образования алюмината натрия и пониженная проницаемость порового пространства, за счет кольматирующего действия силиката кальция и обусловило очень широкое применение жидкого стекла в качестве добавки для получения водонепроницаемого бетона для аварийных работ – заделка протечек, зачеканка швов и т.д.

Таблица 4-1

Влияние добавки растворимого стекла на сроки схватывания цемента.

Добавка растворимого стекла в % от массы цемента	Начало схватывания (час – мин)	Конец схватывания (час – мин)
0	1 – 40	5 – 05
2	1 – 02	3 – 10
5	0 – 38	2 - 47

О характере влияния растворимого стекла на прочность, можно судить из Табл. 4-2

Таблица 4-2

Влияние добавок соды на прочность в % от бездобавочного

(для цементно-песчаного раствора пропорции 1:3 и В/Ц=0.58)

Возраст в сутках	Добавка растворимого стекла
	0%	4%	8%	12%	16%
7	100	108	108	157.6	131,5
28	100	76.6	76.6	74.4	72.5

Как и в случае с содой, растворимое стекло, как ускоритель твердения цементов, находит применение только в исключительных случаях, когда получить высокую начальную прочность важнее, чем высокую последующую, 28-ми суточную (марочную).

Нужно также обязательно отметить, что растворимое стекло часто бывает непостоянным как по хим. составу так и по плотности. Проконтролировать этот показатель, хотя бы частично, поможет Таблица 4-3

Таблица 4-3

Зависимость удельного веса растворов жидкого стекла от процентного содержания растворенного силиката

 

Состав (в %)		Содержание растворенного силиката, %	оВе (градусы Вёме)	Удельный вес (г/см3)	Силикатный модуль жидкого стекла
Na2О	SiO2
0,64	1,05	1,69	2,3	1,0061	1,69
1,90	3,13	5,03	8,0	1,0584
4,04	6,65	10,69	14,0	1,1069
6,02	9.91	15,93	20,4	1,1673
10,14	16,70	26,84	33,2	1,2970
12,04	19,82	31,86	39,2	1,3705
13,00	21,40	34,40	41,7	1,4037
13,93	22,94	36,87	44,4	1,4414
					2,06
2,99	5,98	8,97	11.1	1,0829
4,50	9.00	13,50	17,0	1,1328
6,06	12,12	18,18	22,0	1,1789
8,43	16,86	25,29	30,5	1,2664
9,38	18,76	28,14	33 7	1,3028
10,53	21,06	31,59	33,7	1,3426
11,12	22,24	33,36	38,8	1,3653
11,55	23,10	34,65.	40,3	1,3849
12,01	24,02	36,03	41,6	1,4023
12,43	24,86	37,29	42,8	1,4188
12,89	25.78	38,67	44.5	1,4428
17,20	34.40	51,60	55,6	1,6219
18,42	36,84	55,26	58,8	1,6821
					2,40
0,52	1,21	1.73	2,1	1,0147
1,03	2,41	3,44	4,4	1,0313
3,02	7,06	10,08	12.4	1,0935
4,99	11,66	16,65	20,0	1,1600
					2,44
8.29	19,64	27.93	32,3	1.2866
9,25	21,92	31,17	35,7	1,3266
10,20	24,17	34,37	39,8	1,3783
10,82	25,64	36,46	41,2	1,3969
11.40	27,00	38,40	43,1	1,4230
11.98	28,39	40,37	45,2	1,4629
					3.36
0 55	1,80	2,35	2,6	1,0183
2.06	6,72	8,78	9.9	1,0733
3,03	9,89	12,92	14,8	1.1499
4,03	13,15	17,18	18,9	1,1137
5,08	16,58	21,66	23,5	1,1934
5,97	19,49	25,46	28,1	1,2404
6,49	21,18	27,67	30,4	1,2653
6,88	22,46	29,34	32.0	1,2832
7,47	24,38	31,85	34,9	1,3170
8,04	26,24	34,28	37,4	1,3476

4.1 Пенобетон на основе жидкого стекла.

Жидкое стекло, в качестве вяжущего используется для получения прочных теплоизоляционных материалов способных работать при повышенных эксплуатационных температурах до +800оС. Это очень ценное и важное свойство делает его незаменимым для теплоизоляции различных высокотемпературных трубопроводов на силовом и паросиловом энергетическом оборудовании.

В качестве пенообразователя вполне подходит обыкновенное хозяйственное мыло. Наполнителем могут выступать две форма кремнезема – кристаллического SiО2 (обыкновенный песок) и аморфного SiO2 (тонкомолотое стекло, минеральная вата и т.д.).

Для изготовления жаростойкого пенобетона потребуется также натриевое жидкое стекло плотностью 1.3 – 1.45 г/см3 с силикатным модулем 2.45 и выше. В качестве отвердителя выступает кремнийфтористый натрий в виде технического порошка. Заполнитель – песок молотый до удельной поверхности в 4500 см2/г или минеральная вата.

Приготовление пенобетона на жидком стекле заключается в перемешивании жидкого стекла, отвердителя (кремнийфтористого натрия) с заполнителями и отдельно приготовленной пеной.

Твердеет он в естественных условиях при температуре более 5оС в течении 1 – 2 суток. При низкотемпературной сушке при температуре 60 – 80оС процесс твердения сокращается до 10 часов.

Физико-механические свойства жидкостекольного пенобетона можно гибко менять, варьируя концентрацию мыльного раствора (см. Таблица 641-1)

Таблица 41-1

Составляющие пенобетона, расход на 1 литр смеси

Концентрация хозяйственного мыла в пенообразователе, %	Плотность получаемого пенобетона кг/м3	Прочность на сжатие пенобетона кг/см2
10	431	13.4
20	380	12.5
30	300	10.0
40	310	11.0
50	306	9.5
60	308	9.0
70	301	7.4
80	304	8.0
90	308	6.0
100	300	5.5

Все составы изготавливались по следующей рецептуре:

- натриевое жидкое стекло плотностью 1.34 г/см3 250 гр

- кремнийфтористый натрий 50 гр

- молотый песок 150 гр

- пенообразователь 36 см3

Пенобетон на жидком стекле достаточно прочен. При одинаковой плотности он получается даже прочней автоклавного газосиликата. Ни один другой вид пенобетона, на цементной основе не может похвастаться подобным (см. Таблица 641-2)

Таблица 641-2

Зависимость прочности пенобетонов различного вида

Средняя плотность пенобетона кг/м3	Прочность пенобетона в кг/см2
	Пенобетон на жидком стекле	Ячеистый газосиликат
100	0.9	-
200	3.8	-
300	10	-
400	22	15
500	39	25
600	58	33
700	74	50
800	92	72
900	110	98

Коэффициент теплопроводности пенобетона на жидком стекле, определенный методом постоянного источника тепла. Приведенные в Таблице 41-3 данные свидетельствуют, что теплопроводность пенобетона зависит не только от средней плотности, но и от строения веществ, входящих в его состав. При средней плотности в 200 кг/м3 коэффициент теплопроводности на аморфных формах кремнезема (тонкомолотое бутылочное стекло, минеральная вата) ниже, чем на кристаллических (молотый кварцевый песок) и составляет соответственно 0.066 и 0.071 Вт/(м х оС).

Таблица 41-3

Теплопроводность пенобетона на жидком стекле в зависимости от плотности и вида заполнителя.

Вид пенобетона	Средняя плотность, кг/м3	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м х оС).		Изменение теплопроводности, пенобетона по отнощению к пеностеклу, %
		пенобетон на жидком стекле	пеностекло равной плотности из расплава (по СНиП, для сравнеия)
Пенобетон на основе жидкого стекла с наполнителем из кристаллического SiO2 (молотый песок)	100	0.051	-	-
	150	0.062	-	-
	200	0.073	0.0697	+ 4.7
	250	0.081	0.081	0
	300	0.093	0.093	0
	350	0.109	0.102	+ 6.9
	400	0.130	0.116	+ 12
То же, наполнитель – аморфное SiO2 (молотое бутылочное стекло, мин. вата)	204	0.066	0.0697	- 5.3
	240	0.070	0.079	- 11.4
	260	0.072	0.0837	- 13.9

Термическую стойкость пенобетона на жидком стекле проверяли на образцах кубах с ребром размером 7.07 см.

Образцы нагревали при 720оС в течении 45 минут, затем извлекали из печи, охлаждали до 30 – 40 оС в потоке воздуха температурой 0оС и снова помещали в печь. До разрушения образцы выдержали 12 циклов смены температуры.

Предельная температура начала деформации образцов-цилиндров диаметром 36 и высотой 50 мм под нагрузкой 0.5 кг/см2 составила 760оС. Таким образом пенобетон на жидком стекле может быть использован при температуре до800оС.

 

5. Сернокислые соли

5.1 Натрий сернокислый – Na2SO4

Придворная знать в Средние Века не отличалась умеренностью в еде и питье. Проблема кишечных расстройств обусловленных перееданием весьма беспокоили высший свет. Поэтому когда в 1658 г. придворным аптекарем Иоганном Глаубером было предложено в качестве «реактивного» слабительного использовать сульфат натрия, его, в благодарность, так и назвали – «глауберова соль».

В промышленности (СН) сульфат натрия (глауберова соль) очень широко применяется в производстве красителей, стекла и соды. В основном его получают естественным путем - из минерала мираболита. Крупнейшим в мире поставщиком мираболита является залив Кара-Богаз-Гол на Каспии. Дешевизна и доступность (СН) сделала его очень привлекательным для многих отраслей промышленности. В т.ч. и для строительной индустрии.

Готовя настоящую рассылку я решил «поднять» имеющиеся материалы по сульфату натрия и столкнулся с удивительным фактом – три дня сидел, но в почти тысяче книг и десятке тысяч статей из периодики я так и не нашел толкового, комплексного и всеобъемлющего исследования по (СН)!!!

Да, давно гостирован, да применяется, куда ни сунься – все и везде о нем упоминают. Но информация присутствует в форме отрывочных фрагментов и кусков. Мало того, еще в 1977 – 1978 гг. выдающиеся советские бетоноведы Баженов и Волженский устроили, что называется, форменную грызню на страницах журнала «Бетон и железобетон» (ведущего периодического издания страны по строительным технологиям, той поры), - перемыли косточки как друг другу(культурно и цивилизовано, разумеется), так и сульфату натрия, под горячую руку. И с тех пор – как обрезало. Видать утверждение, что некоторые щелочные соли, и в первую очередь сульфат натрия, резко негативно влияют на длительную прочность цементного камня, особенно при малых В/Ц, действительно имеет место – нет дыма без огня. (Негативное влияние сернокислых солей и сульфата натрия, в частности, было доказано еще исследованиями Бутта Ю.М. и Рояка Г.С. в 1956 г.)

Западное бетоноведение, в большинстве своем, также игнорирует (СН) как ускоритель. Во всяком случае, в знаменитой книге канадского бетоноведа Рамачандрана «Добавки в бетон» о нём практически не упоминается.

Механизм действия сульфата натрия заключается в том, что реагируя с гидратом окиси кальция, выделяющимся из цемента, он образует гипс по формуле:

Ca(OH) + Na2SO4 + nH2O =

CaSO4 x 2H2O + 2NaOH + H2O

Образующийся мелкодисперсный гипс реагирует с цементным клинкером и способствует более быстрой выкристализации новообразований из цементного геля. Наиболее эффективно как ускоритель, сернокислый натрий проявляет себя на шлакопортландцементах и пуццолановых портландцементах. При тепловлажностной обработке его эффективность увеличивается, хотя следует особо оговорить влияние сульфата натрия (в той или иной степени данные выводы будут справедливы и для других сернокислых солей – электролитов) на марочную 28-ми суточную прочность пропаренных бетонов в реальных диапазонах водо-цементных соотношений. Ведь не секрет, что в производственных условиях В/Ц далеко от оптимальных значений. Данные проведенных экспериментов (по Б.А. Усову) сведены в Таблицу 51-1

Таблица 51-1

Влияние добавки (СН) на прочность пропаренного бетона в зависимости от расхода цемента и принятом В/Ц в % от R28

Вид и расход цемента в бетоне	В/Ц	Добавка (СН), в % от массы цемента					Предельно допустимая добавка (СН) для данного расхода цемента
		0	1	2	3	3.5
Бетон на белгородском (низкоалюминатном) цементе, с расходом 250 кг/м3	0.4	67	78	85	86	84	2.7
	0.46	62	77	88	89	86	2.5
	0.52	57	68	73	72	71	2.3
	0.58	51	62	65	64	63	1.8
	0.64	45	57	58	57	56	1.2
Бетон на белгородском (низкоалюминатном) цементе, с расходом 350 кг/м3	0.4	59	69	74	73	73	2.5
	0.46	55	63	68	68	67	2.3
	0.52	48	59	62	61	60	2.1
	0.58	45	54	56	53	52	1.7
	0.64	40	48	50	48	47	1.2
Бетон на белгородском (низкоалюминатном) цементе, с расходом 450 кг/м3	0.4	56	64	67	67	66	2.2
	0.46	51	59	63	61	59	2.0
	0.52	47	54	56	54	53	1.7
	0.58	43	49	50	47	46	1.2
	0.64	39	45	43	41	38	0.9

Примечание: Таблица составлена по результатам графических данных с погрешность. +/- 1.

Длительность пропаривания – 9 часов.

Анализ таблицы однозначно свидетельствует, что для пропариваемых бетонов существует некий оптимум дозировок (СН) в зависимости от расхода цемента и принятого В/Ц. В приложении к пенобетонам, с их большими как В/Ц так и расходами цементов, допустимые дозировки (СН) настолько низкие, что говорить об использовании данного ускорителя в качестве индивидуальной ускоряющей добавки для пенобетонов подвергаемых ТВО не представляется возможным – допустимая дозировка (СН), при которой не произойдет сброса прочности после ТВО, будет неспособна значительно ускорить схватывание и твердение пенобетона, чтобы предотвратить его осадку.

В то же время по ряду своих воздействий на цемент ускоряющие и пластифицирующие добавки дополняют друг друга в плане сокращения расхода цемента. Как правило, там, где неэффективен индивидуальный ускоритель твердения (длительный режим ТВО, повышенный расход цемента, тонкомолотый высокомарочный цемент и т.д.), эффективной оказывается пластифицирующая добавка, и наоборот. Это свидетельствует, о том, что оптимальной для этих целей может оказаться комплексная добавка, состоящая из ускорителя твердения и пластификатора, например 1.5% (СН) + 0.15% (ЛСТ).

Таблица 51-2

Содержание СН в растворах и их плотность

Концентрация раствора, %.	Плотность раствора при 20оС, г/см3	Температурный коэффициент плотности раствора	Содержание безводного СН в 1 литре раствора (кг)
1	1,007	0,00021	0,010
2	1,016	0,00023	0,020
3	1,026	0,00025	0,031
4	1,035	0,00027	0,041
5	1,044	0,00029	0,052
6	1,054	0,00030	0,063
7	1,063	0,00032	0,074
8	1,072	0,00033	0,086
9	1,082	0,00035	0,097
10	1,092	0,00036	0,109
11	1,101	0,00038	0,121
12	1,111	0,00039	0,133
13	1,121	0,00041	0,146
14	1,131	0,00042	0,158
15	1,141	0,00043	0,171

5.2 Натрий тиосульфат – Na2S2O3 + натрий роданид – NaCNS

Описывая индивидуальные добавки, в данном случае, я вынужден описывать комплекс (натрий тиосульфат+натрий роданид) – это близнецы братья. Получаются они совместно, разделять их на составляющие никто не станет – во всяком случае, для строительных нужд годится и подобная смесь. Тем более, что в определенных соотношениях, они способны усиливать действие друг друга, как ускорителей, проявляя аддитивный, а если верить некоторым исследованим то якобы даже и синергический эффект. (Исчерпывающе полными и достоверными доказательствами оного я не располагаю, поэтому и не берусь это утверждать однозначно).

…. В 1916 г. в Петербурге был убит Григорий Распутин. До этого его множество раз пытались отравить. Самый сильный из известных на то время ядов – цианистый калий, несколько раз подсыпали ему в пищу – подмешивали в кремовые пирожные и портвейн. Все попытки оказались безуспешными – яд Распутина «не брал». Пришлось воспользоваться традиционным средством – пистолетом. На этой почве даже родилось несколько легенд обыгрывающих сверхестественные способности этого, действительно неординарного, человека.

… в 1918 г. стреляет эссерка Каплан. Пули отравлены смертельным ядом кураре, Ленин должен был мгновенно умереть – он выжил.

Между тем, если бы в те времена наука о ядах была более развита, всех этих казусов с, казалось бы, верными отравлениями, удалось бы избежать. Яд кураре, как оказывается, мгновенно разлагается при термическом воздействии – на выходе из ствола пуля уже была не ядовита. Цианиды в присутствии сахара мгновенно инактивируются в достаточно безобидные вещества – ну поболит немножко голова и все. На этом принципе даже основан один из методов техники безопасности при работе с цианидами – во время работы сосать леденец.

Среди широко распространенных цианидов сравнительно немного настоящих ядов. (Но, как правило, цианидами называют именно их). Те же, очень светостойкие синие краски, - "берлинская лазурь" и "турнбулева синь", представляющие собой цианистые комплексы железа, абсолютно безвредны.

При производстве кокса из угля образуется огромаднейшее множество побочных продуктов. В том числе и цианистая кислота – сильнейший яд. Слава Богу, что одновременно с ней, из того же коксового газа, в процесс его очистки по содово-мышьяковому методу, синтезируется и тиосульфат натрия. В его присутствии цианистая кислота (аналогично, как и в присутствии сахара) нейтрализуется в достаточно безобидную натриевую соль тиоциановой кислоты ( 4-гр опасности – малоопасные вещества, предельно допустимая концентрация – 0.1 мг/дм3) – роданид натрия, по общеупотребимой классификации. В итоге получаем механическую смесь водных растворов двух веществ – тиосульфата и роданида натрия.

Только на Украине, пристроить хоть куда нибудь данный комплекс, являющийся, по сути, техногенным отходом коксохима, причем из веществ, разделить которые достаточно сложно, озабочены несколько крупных коксохимических комбинатов - ОАО «Запорожкокс», ОАО «Авдеевский коксохимический завод», ГП Мариупольский государственный коксохимический завод. Продолжать сбрасывать их в реки – времена уже не те. Поэтому одним из направлений цивилизованной их утилизации, этими предприятиями видится использование тиосульфатов и роданидов в качестве ускорителей в составе полифункциональных модификаторов для строительной индустрии – система «Релаксол» - Запорожье, пластификатор ПЛКП – Днепропетровск, пластификатор ДАР – Авдеевка.

Весьма не бедные коксохимики приложили большие усилия и затратили много денег на исследование поведения тиосульфатов и роданидов в бетонных композициях. На сегодняшний день ни одна другая добавка (на Украине так точно) не может похвастаться столь пристальным к себе вниманием со стороны как научного, так и прикладного бетоноведения. Может быть поэтому в последнее время и прослеживается ренессанс сульфатов в технологии бетонов. Если ранее их рекомендовали в основном в качестве ускорителей твердения при тепловлажностной обработке, особенно по «жестким режимам» (экономика должна быть экономной – «влупить» сразу +95оС, без энергоемкого и длительного предварительного прогрева, - это «по нашему»), то сейчас строительное законодательство «изыскало» возможность более широкого толкования, как своей нормативной базы, так и научно-методологической её основы. Пришедшие на смену тривиальному сульфату натрия – тиосульфат и роданид натрия, являющиеся также дешевым, бросовым отходом, по последним научным изысканиям оказывается, тоже даже очень хороши. Во всяком случае, объемам их производства и применения на Украине и в России может позавидовать любая другая добавка – а это тоже о чем-то говорит.

Если учитывать что всегда существует ничтожно малая, но потенциальная опасность, что не вся цианистоводородная кислота была нейтрализована тиосульфатом в роданид, использование комплекса (тиосульфат натрия+роданид натрия) в составе полифункциональных модификаторов с участием технических лигносульфонатов следует признать весьма продуманным решением. Содержащиеся в технических лигносульфонатах редуцированные древесные сахара способно полностью инактивировать даже следы цианидов. Поэтому, на мой взгляд, утверждения что полифункциональные комплексы на основе отходов коксохимии ядовиты, не выдерживают никакой критики.

Основа всей линейки запорожских хим. добавок системы «Релаксол» (23 вида ) построена именно на тиосульфатах и роданидах натрия. Они активно потребляются как на внутреннем рынке, так и экспортируются во многие страны СНГ, а также за рубеж. В чем корни такой бешенной популярности? - вопрос весьма дискуссионный. На мой взгляд, блестяще сработала маркетинговая служба предприятия, сумевшая «раскрутить» под видом полифункциональных составов, по сути, бросовый отход коксохимического производства. И еще вопрос, кто сметливей в вопросах бизнеса – хохлы или евреи. Немаловажно также и серьезное научно-методологическое сопровождение проекта. Хотя в стане тех же ученых-бетоноведов, до сих пор, нет четкого и единого мнения по поводу сульфидов, сульфатов, тиосульфатов и роданидов в технологии бетонов (особенно в плане их предельных дозировок), отрицать их достаточно высокую эффективность никто не возьмется.

Согласно исследований, проведенных львовскими учеными, тиосульфат и роданид натрия несколько увеличивают степень гидратации цемента. А раз так то увеличивается и прочность (см. Таблица 652-1). И хотя подобное «увеличение», вполне приемлемое в технологии тяжелых бетонов, не способно в полной мере удовлетворить «аппетиты» пенобетонщиков, которые очень ценят «взрывной» набор прочности именно в первые сутки, если нет других, более эффективных, ускорителей под рукой, сгодятся и эти. Тем более, что они практически всегда поставляются в составе полифункциональных комплексов, в сбалансированных с пластификаторами комбинациях (линейка добавок украинского «Релаксола», например). А любой полифункционал, по своей эффективности, оставляет далеко позади любую индивидуальную добавку, будь то индивидуальный ускоритель или индивидуальный пластификатор.

Таблица 52-1

Степень гидратации и прочность портландцементного камня с добавками тиосульфата и роданида натрия.

Вид и количество добавки	Степень гидратации цемента (%) в возрасте		Прочность на сжатие (Мпа) в возрасте
	1	7	1	7
Без добавок	24	35	9.8	38.9
С добавкой 2% тиосульфата натрия Na2S2O3	52	60	14.7	49.7
С добавкой 2% роданида натрия NaCNS	44	51	13.3	42.8

Следует отметить, что исследователи не уточнили какой именно цемент они применяли, поэтому прочностные показатели из таблицы весьма сложно сравнивать со степенью эффективности других добавок.

Отдельный вопрос, который хоть непосредственно и не касается темы ускорения, но очень сильно «портит кровь» заводским технологам, а соответственно, отражается на степени применимости той или иной добавки – это её растворимость в воде. И хотя еще в 1819 г. достопочтеннейший Гей-Люссак построил первые диаграммы растворимости различных солей в воде и он же подметил существование отдельных кривых растворимости для безводного сульфата натрия и его десятиводного и семиводных гидратов – до сих пор приводятся весьма противоречивые сведения по их растворимости в воде. Если опустить всю эту «многоводную» кашу и учесть, что сульфат натрия (равно как и тиосульфат натрия и все остальные), как правило, применяется в строительной практике в составе водных растворов, и процесс их выкристализации именно из водных растворов нас и интересует, то условимся далее, что мы имеем дело именно с его десятиводной модификацией. Растворимостью именно этой модификации и будем далее оперировать.

Из такого, казалось бы, малозначимого показателя, как растворимость, проистекают огромаднейшие сложности технической реализации приготовления, хранения и транспортирования сульфатсодержащих добавок. Если проанализировать Таблицу 52-2, то можно заметить, что при понижении температуры, растворимость сульфатов также очень сильно снижается. Гораздо сильней, чем остальных добавок.

Таблица 52-2

Предельная растворимость некоторых ускорителей (в гр/литр) при различных температурах

Название соли	0оС	+10оС	+20оС	+30оС	+40оС	+50оС	+60оС	Падение растворимости, при падении температуры с +20оС до 0оС, разы
Сульфат натрия десятиводный Na2SO4 х 10Н2О	50	90	194	408	-	-	-	3.88
Сульфат натрия семиводный( Na2SO4 х 7Н2О	195	300	440	-	-	-	-
Сульфат натрия безводный Na2SO4	-	-	-	-	488	467	453
Тиосульфат натрия пятиводный Na2S2O3 x 5H2O	344	379	412	459	506	629	674	1.19
Формиат натрия HCООNa x 2H2O	305	377	465	нет данных	518	нет данных	546	1.52
Хлорид натрия NaCl	367	358	360	363	366	370	373	0.9
Хлорид кальция CaCl2 х 6Н2О	595	650	745	1020	1250			1.25
Нитрит натрия NaNo2	721	780	845	916	984	1041	нет данных	1.17
Нитрат кальция четырехводный Ca(No3)2 х 4Н2О	1020	1153	1203	1526	1959			1.18
Нитрат кальция трехводный Ca(No3)2 х 3Н2О					2375	2815	нет данных
Поташ (калий углекислый) K2CO3 х 1.5Н2О	1055	1080	1105	1137	1169	1212	1268	1.05
Сода (натрий углекислый) Na2CO3 x 10H2O	70	125	215	388	-	-	0	3.07

Примечание:

1.Данные по растворимости некоторых модификаций солей, как правило, не используемых в строительной индустрии, даны для справки и выделены курсивом.

2. Растворимость сульфата натрия имеет аномальный характер. В диапазоне 0оС – +32.4оС она повышается. При дальнейшем повышении температуры – она начинает снижаться.

3. Из водных растворов при охлаждении ниже +32.4оС выкристаллизовывается десятиводный сульфат натрия. При температуре раствора выше +32.4оС – выпадает безводный сульфат натрия.

Мало того, что растворы сульфата натрия приходится приготавливать и хранить в низкоконцентрированном виде, так еще и при любом снижении температуры (падение температуры с +20оС до нуля снижает его растворимость в 3.88 раза), обвальное падение их растворимости вызывает выкристализацию - сульфат натрия попросту оседает на дне емкостей, забивает трубопроводы, ломает насосы и т.д. Если учесть, что мы живем не в благословенной Калифорнии, и морозы у нас не редкость, - данная особенность поведения сульфатов существенно снижает степень их применимости в качестве строительных добавок массового применения. Особенно это касается кустарных или полукустарных условий, когда нет возможности хранения больших объемов низкоконцентрированных растворов, или регулярно следить за температурой высококонцентрированных.

Сходная картина по растворимости прослеживается и по тиосульфату натрия (опять мы рассматриваем его пятиводную модификацию – ту, что из водных растворов выкристаллизовывается). Хотя она гораздо выше, чем у сульфата натрия, при хранении тиосульфат натрия разлагается.

На способности к легкому окислению, т.е. действовать в качестве восстановителя, а также на способности присоединять к себе многие вещества, с которыми он образует комплексные соли основано множество способов применения тиосульфата натрия в промышленности. В кожевенном деле его используют в качестве восстановителя хромовой кислоты; в текстильной и бумажной промышленности – для освобождения от отбеливателей; в кинофотопромышленности – в качестве фиксажа (закрепителя); в медицине и ветеринарии – для лечения ряда заболеваний и т.д.

Под воздействием кислорода воздуха тиосульфат натрия разлагается по формуле:

2Na2S2O3 + O2 =2Na2SO4 + 2S

Если учесть, что тиосульфат натрия, применяемый в строительстве получается в процессе очистки отходящих коксохимических газов по содово-мышьяковому методу, а даже ничтожно малые примеси мышьяка или сурьмы выступают сильными катализаторами описанного выше разложения, становится понятным почему в процессе хранения тиосульфата натрия возникают перманентные проблемы с его выкристализацией из водных растворов. Просто выкристаллизовывается уже собственно сульфат натрия, образовавшийся в процессе такого разложения. Ведь его растворимость в 3 – 5 раз ниже, в зависимости от температуры.

Следует также обязательно учитывать, что в смеси тиосульфата и роданида натрия, в силу особенностей технологической реализации их получения, также изначально всегда обязательно присутствует достаточно много сульфата натрия в качестве примеси.

Есть достаточно простой способ определения повышенной склонности тиосульфата натрия к разложению кислородом воздуха – по цвету. Если он красноватого цвета, значит в нем присутствует много соединений мышьяка-катализатора. Соответственно такой продукт превратится в сульфат натрия быстрее, чем не окрашенный.

При хранении и перевозке сухого тиосульфата натрия следует не только предохранять его от атмосферных воздействий, но и следить, чтобы его температура не превышала 56оС – при этой температуре он плавится начисто в собственной кристаллизационной воде.

Еще одна особенность производства пенобетона, связанная с сульфатом натрия заключается в том, что многие пенообразователи на основе нефтяных кислот непосредственно содержат его в своем составе. Особо это касается модификаций пенообразователей ориентированных для других целей, и, в первую очередь, используемых в нефтяной и нефтедобывающей промышленности (буровые версии ПО-6 и ТЭАС). Остаточная серная кислота, которой бывает порой до 20% в товарном сульфоноле – основном сырье, для производства таких пенообразователей, после нейтрализации её щелочью, превращается в сульфат натрия. При похолодании он выпадает из пенообразователя и оседает на дне хранилища. По незнанию многие начинающие пенобетонщики сталкиваются с этой проблемой и не могут понять, почему падает качество их продукции. Оказывается, что в результате такого расслоения пенообразователя, они сначала работают на пенообразователе без ускорителя, а затем на ускорителе без пенообразователя.

5.3 Кальций сернокислый (гипс) CaSO4

То, что гипс нельзя добавлять в цемент знают все, более менее грамотные строители - бурное ускорение схватывания и твердения цемента на первых порах, совсем скоро сменится практически полным его разрушением. Виновником безобразия будет гидросульфоалюминат кальция - эттрингит. Образовываясь в цементном камне, в присутствии повышенных дозировок гипса, это вещество очень сильно увеличивается в объеме и буквально разрывает цементный камень в порошок.

Между тем, как известно, гипс замедляет схватывание цемента (не путать с твердением!!!). Поэтому при изготовлении цемента, гипс в обязательном порядке добавляют к клинкеру при его помоле. Механизм действия гипса на сроки схватывания цемента заключается в понижении растворимости безводных алюминатов кальция в растворе CaSO4 и в образовании пленок гидросульфоалюмината кальция на поверхности зерен цемента. Сроки схватывания цемента, а отсюда и требуемая добавка гипса зависят от его минералогии (точней от содержания в цементе трехкальциевого алюмината С3А) и от концентрации извести СаО в начальной стадии гидратации. Так, стоп, Остапа понесло. Перехожу на нормальный язык…

Итак гидросульфоалюминат кальция – эттрингит (ой, можно я дальше буду его называть по нашему – «цементная бацилла», а то немец придумал, а мы теперь должны язык ломать) вещь конечно хорошая и полезная для прочности бетона. Но в разумных пределах, разумеется. Степенью этой разумности управляют еще на цементном комбинате, регулируя количество гипса вводимого при помоле в зависимости от конкретной сырьевой базы производства клинкера. (Цем. комбинаты, иногда, «степень разумности» трактуют на свой лад – тогда строители получают так называемый цемент-быстряк, - от добавления воды он схватывается мгновенно, прямо в бетономешалке.)

Когда мы вмешиваемся в химизм взаимодействия цемента с водой (а это в пенобетонных технологиях сплошь и рядом) – следует откорректировать и содержание гипса в цементе. Например, при дополнительном измельчении цемента путем домола или используя глубокогидратированный цемент (домол в водной среде и даже простое скоростное перемешивание, что, в принципе по конечному эффекту одно и то-же – см. ранее вышедшую рассылку «Активатор…») мы увеличиваем количество выхода в реакцию трехкальциевого алюмината С3А. Он сам по себе является первопричиной формирования начальной прочности цементного камня, затем, конечно, вступает в действие «тяжелая артиллерия» - силикатные составляющие цемента, но их отложим на потом.

Так вот, раз больше «вышло» трехкальциевого алюмината, значит, без боязни образования цементной бациллы, можно увеличить и количество гипса.

Еще, очень часто, при приготовлении пенобетона, мы умышленно увеличиваем в цементной суспензии количество извести – СаО. Это может быть как известь введенная «случайно», с золой уносом, молотыми доменными шлаками и т.д., так и известь вводимая умышленно – в качестве стабилизатора пены, например, при использовании пенообразователей на основе смеси омыленных жирных и смоляных кислот – СДО, или известь, вводимая для повышения щелочности жидкой фазы при производстве вибровспученных пеногазобетонов. В любом случае, раз уж попала в цементную композицию «внешняя» известь, имеет смысл ею разумно распорядиться, - пусть она подстрахует от образования цементной бациллы, когда мы добавим в общую кучу еще и гипс.

В зависимости от минералогического состава цемента, тонины его помола и условий твердения оптимальное содержание добавки дисперсного полуводного гипса колеблется в пределах 5 – 8%. В начальные сроки твердения бетона наилучшие результаты получаются при использовании высокопрочного гипса и несколько худшие при использовании обычного полуводного гипса (гипс строительный). Образующиеся при добавке гипса кристаллы гидросульфоалюмината кальция обуславливают быстрое нарастание прочности бетона в начальные сроки твердения.

(Логично предположить, что изобретенное советскими учеными ВНВ, – вяжущее низкой водопотребности, обусловившее настоящий бум в монолитном домостроении – продукт сухого домола цемента в присутствии нафталинформальдегидного суперпластификатора С-3, - также, в какой-то мере, реализует эту идею. Всегда присутствующие в С-3 остаточные сульфаты грамотно «встречают» повышенный выход трехкальциевого алюмината из-за домола. Вполне возможно, что и иные сульфаты, те же тиосульфат и роданид натрия, водимые в составе интенсификаторов заводского помола способны на подобного рода эффекты).

Свойства бетона с повышенным содержанием гипса в цементе изучались проф. Скрамтаевым Б.Г., и канн. тех. наук Будиловым А.А. При этом были исследованы бетоны на портландцементах марок 400, 500 и 600 с содержанием трехкальциевого алюмината более 8% (высокоалюминатный цемент). Цемент смешивали с добавкой гипса в мельнице, что увеличивало тонкость помола заводского цемента. Бетонные смеси имели хорошую жесткость при расходе цемента 350 кг/м3 (с В/Ц=0.4) и 400 кг/м3 (с В/Ц=0.35). Как видно из Таблицы 53-1, дополнительная добавка гипса в суточном возрасте дает увеличение прочности бетона в 2.14 – 4.66 раза, а в 28-суточном – в 1.1 – 1.45 раза. Добавка гипса и домол цемента позволили получить бетон быстротвердеющий, повышенной марки. В возрасте 28 суток прочность бетона достигла 600, 700 и 800 кг/м2.

Таблица 53-1

Влияние добавки гипса на прочность бетона.

Вид цемента	Расход цемента в кг на 1 м3 бетона	В/Ц	Жесткость бетонной смеси в сек.	Предел прочности бетона при сжатии в кг/см2 через
				1 сутки	3 суток	28 суток
Заводского помола с добавкой 3% гипса, активностью 600 кг/см2	350	0.4	10 – 12	79	267	552
	400	0.35	12 – 15	102	338	602
То же, с дополнительной добавкой 8% гипса и повышенной тонкостью помола (домол в шаровой мельнице)	350	0.4	15 – 17	217	490	740
	400	0.35	18 – 20	476	585	877
Заводского помола с добавкой 3% гипса, активностью 560 кг/см2	350	0.4	10 – 12	63	256	622
	400	0.35	12 – 15	95	340	673
То же с добавкой 6% гипса той же тонкости помола (кратковременное смешение в шаровой мельнице)	350	0.4	10 – 12	271	431	768
	400	0.35	12 – 15	334	516	859
Заводского помола, активностью 475 кг/см2	350	0.4	10 – 12	108	342	567
	400	0.35	12 – 15	134	481	687
То же, с дополнительной добавкой 4% гипса и той же тонкости помола (кратковременное смешение в шаровой мельнице)	350	0.4	10 – 12	231	394	617
	400	0.35	12 – 15	298	517	758

На основании полученных результатов можно рекомендовать в случае отсутствия быстротвердеющих цементов заводского изготовления на заводах и полигонах сборного железобетона применение домола цемента и введение повышенного количества гипса в сумме не более 8%. Добавка гипса сверх этого количества приводит к слишком быстрому схватыванию цемента, загустению бетонной смеси и потерей её удобоукладываемости. Поэтому она не может быть рекомендована для тяжелых бетонов, но эту их особенность можно с успехом использовать в производственно-технологических цепочках, где производство бетона и его потребление сконцентрированы в одном месте, а быстрое схватывание является желательным явлением – производство пенобетона, малых архитектурных форм, элементов мощения, прессованных и гипер- прессованных цементно-песчаных изделий – кирпича, черепицы и т.д.

Еще более эффективным методом является мокрый домол цементов с добавкой не только гипса но и ускорителя. Опыты, проведенные в свое время в ЦНИПС-е Г.А. Аробелидзе, показали, что для получения быстротвердеющих бетонов без тепловой обработки очень эффективным является применение совместной добавки гипса и хлористого кальция. Так дополнительная добавка 3% гипса при домоле высокоалюминатного (С3А=9%) цемента увеличила его суточную прочность на 89%. Введение дополнительно еще 2% хлористого кальция повысило суточную прочность на 324% по сравнению с прочностью бетона без всяких добавок. Для низкоалюминатного (С3А=4) цемента цифры не столь впечатляющи, но все равно очень высокие – 77% и 205% соответственно.

6. Применение молотой извести-кипелкис с соляной кислотой в качестве интенсификатора твердения тяжелых и ячеистых бетонов.

Традиционное заблуждение, укоренившееся в умах многих поколений строителей – негашеную известь нельзя применять в бетонах. Базировалось оно на вполне справедливом утверждении, что «при затворении водой и образованием из безводной окиси гидроокиси кальция происходит изменение объема вновь полученного продукта в 3.5 раза».

Качество цемента действительно сильно зависит от количества в нем свободной окиси кальция – извести-кипелки попросту. Еще в самом начале исследования цементов было установлено, что именно известь-кипелка, содержащаяся в цементе в несвязанном состоянии, является причиной наравномерности изменения объема цемента. Отсюда и сложилось убеждение, что поскольку даже незначительное количество свободной извести, оказавшейся внутри цемента и не связанной в силикаты и алюминаты кальция во время обжига, ухудшают качество цемента, то дополнительная добавка её в цемент в большом количестве извне тем, более недопустима.

При всем том упускается тот факт, что негашеная известь, которая образовалась внутри цемента во время его обжига и не успела войти в состав клинкера, и известь, введенная в готовый цемент, впоследствии – ведут себя по разному. В первом случае получается, что известняк обжигается при температуре обжига клинкера (около 1450 оС), и не успевшая войти в состав клинкера часть извести оказывается сильно пережженной. Такая известь характеризуется очень медленным гашением. Как правило, этот процесс длится несколько десятков суток в уже затвердевшем бетоне. Удельный вес извести-кипелки CaO – 3.1, а получившейся в результате взаимодействия с водой гидроокиси Ca(OH)2 – 2.1. Этот процесс в толще набирающей (или даже уже набравшей) прочность цементной матрицы вызывает приращение объема пор, что приводит к неравномерному изменению объема цемента и его растрескиванию.

При обжиге же извести-кипелки температура обжига обычно не превышает 1000 оС. Обожженная при такой сравнительно невысокой температуре известь, при введении в цемент гасится в течении нескольких минут. Как правило, достаточно тонкомолотая известь способна прогасится в составе бетона еще даже до начала его схватывания. В этом случае изменение её объема не вызывает каких либо внутренних напряжений вообще.

Вот почему добавка к цементу до 15% тонкомолотой окиси кальция (извести-кипелки) не вызывает вредных последствий. А содержание той же извести в, на порядок меньших количествах, в составе клинкерной части цемента – необратимо портит цемент.

Если вводить в цемент одновременно с негашеной известью соляную кислоту или хлористый кальций, то гашение извести будет протекать еще быстрее, что абсолютно исключает возможность её вредного воздействия на цемент.

Все эти соображения сохраняют силу, если в цементный бетон прибавлена тонкомолотая высококальциевая известь. Крупные частицы, образующиеся при грубом помоле, а тем более комки извести-кипелки, могут вызвать неравномерное изменение объема цемента и даже растрескивание бетона.

Если вместо обычного песка использовать крупно размолотый клинкер – сырье, из которого делают цемент, окажется, что прочность получившегося бетона намного выше – в 3 – 5 раз. Это явление объясняется тем, что поверхность песка из клинкера активно взаимодействует с твердеющим цементом. Обычный же песок представляющий собой окись кремния в нормальных условиях с цементом практически не вступает в какое либо химическое взаимодействие. И только при температуре 170 – 200 оС образуются гидросиликаты - основа прочности силикатных бетонов, в т.ч. и ячеистых газосиликатов. Но такую технологию возможно реализовать только при автоклавировании изделий, что очень дорого, чрезвычайно хлопотно и реализуемо только в производственных условиях.

Еще в 1947 году советские ученые, заинтересовавшись темой обеспечения гидросиликатного твердения без ресурсоемкого автоклавирования, начали экспериментировать с заполнителями. Вместо песка попробовали использовать молотый доменный шлак. Эксперименты оказались весьма обнадеживающими. Бетон «на пробужденном» шлаке, так его стали называть, оказался в несколько раз прочнее традиционного - без особых хлопот удалось достичь марочность до М850. А все потому, что доменный шлак обладает активностью по отношению к цементу.

А нельзя ли обычные заполнители, тот же песок, например, сделать активными по отношению к цементу? – Вот было бы здорово.

Оказалось, что обработав кварцевый песок соляной кислотой плотностью 1.19 в течении 30 минут можно сделать его активным по отношению к извести. Иными словами реализовать идею гидросиликатного твердения в обычных условиях и безо всяких автоклавов.

На практике эта технология реализуется следующим образом. В смеситель загружается порция песка. Туда же приливается раствор соляной кислоты плотностью 1.19. Пол часа смесь перемешивается. Затем в тот же смеситель добавляется негашеная известь в количестве 15 – 20% от предполагаемой массы цемента. Еще через время, добавляется цемент. После непродолжительного перемешивания смесь готова.

Существенная модернизация этой схемы – замена песка (либо части песка) золой-уносом. Её тонина очень привлекательна для пенобетонной технологии (смотри ранее вышедшие рассылки). Но реалии жизни не позволяют в полной мере воспользоваться всеми её преимуществами. Дело в том, что в свежой золе-уносе много пережженной извести. Если её сразу ввести в состав, через время эта известь начнет гасится в уже готовом изделии и разорвет его в пыль. Поэтому свежую золу использовать нельзя – её обычно выдерживают в отвалах по несколько лет при постоянном увлажнении. В результате она превращается в абсолютно нетранспортабельную массу. В присутствии соляной кислоты даже в свежей золе-уносе известь очень быстро нейтрализуется, переходя в хлористый кальций.

6.1 Тепловыделение при гашении извести

Характерным для совместного введения в бетон негашеной извести и соляной кислоты является выделение тепла при их взаимодействии друг с другом и с водой. Количество выделенного тепла можно подсчитать по следующим уравнениям экзотермических реакций:

1. Гашение извести

CaО + H2O = Ca(OH)2 = 15.5 ккал

Согласно этому уравнению, 1 кг химически чистой извести при гашении её водой выделяет 276 ккал тепла.

2. Нейтрализация извести соляной кислотой и образование в результате хлористого кальция:

Ca(OH)2 xag + 2HClxag = CaCl2 xag + 2H2O + 28 ккал

Из этого уравнения следует, что 1 кг извести при нейтрализации его соляной кислотой выделяет 384 ккал тепла.

3. В присутствии образовавшегося в растворе хлористого кальция растворимость свободной извести увеличивается. Теплота растворения определяется из уравнения:

Ca(OH)2 xag = Ca(OH)2 xag + 3 ккал

1 кг растворяющейся извести выделяет 40 ккал тепла

4. Взаимодействие избытков извести с хлористым кальцием высокой концентрации может привести к образованию хлорокиси кальция:

3Ca(OH)2 + CaCl2 + nxH2O =

3CaOxCaCl2 x 16H2O + 79.5 ккал

Каждый килограмм образующейся хлорокиси выделяет 140 ккал тепла

Неизбежным следствием перечисленных выше экзотермических реакций является выделение тепла внутри бетона и повышение его температуры. Помимо этого минералы портладцементного клинкера также выделяют тепло в результате химической реакции с водой в результате гидролиза и гидратации. Введенные в состав бетона ускорители «подстегивают» это тепловыделение.

В следствие химического воздействия ускорителей, вовлекающих в реакции большую массу цементного вещества, цемент выделяет добавочное количество тепла в начальные сроки гидратации и твердения. Исследованиями установлено, что для большинства портландцементов с 30 – 45% С3S (трехкальциевого силиката) от веса минералов цемента, при добавке 1% хлористого кальция, тепловыделение 1 кг цемента за первые сутки увеличивается на 4 – 7 ккал, т.е. примерно на 10% больше, чем в обычных условиях.

Под воздействием ускорителей быстрее протекает гидратация цемента, и, следовательно, интенсивней выделяется тепло в начальные сроки твердения.

Все перечисленные выше экзотермические реакции в своей совокупности и определяют явление, которое приводит к сильному саморазогреву бетона. В таблице 61-1 дано сопоставление количества и скорости выделения тепла различными веществами в бетоне.

Таблица 61-1

Выделение тепла 1 кг различных веществ

Наименование вещества и характер реакции	Количество тепла в ккал	Скорость выделения тепла
Гидролиз и гидратация цемента марки М400	30	В течении 3-х дней
Гидратация извести	276	В течении нескольких часов
Нейтрализация извести кислотой	376	В первые часы
Растворение извести в водном растворе хлористого кальция	40	В первые часы
Образование хлорокиси кальция (при высоких концентрациях CaCl2)	140	В первые часы
Дрова сухие (для справки)	2000 - 2500

Из таблицы видно, как велико количество тепла, выделяемого при реакции взаимодействия извести-кипелки с соляной кислотой и водой. В суммарном исчислении выделяется тепла всего в 3 раза меньше, чем от аналогичного количества сухих дров. Да известью топить можно!

При гидратации 1 кг извести и последующей нейтрализации её кислотой в течение первых же часов выделяется в 20 с лишним раз больше тепла, чем выделяет 1 кг портландцемента марки М400 в течении целых 3-х суток.

Следует обязательно отметить, что в первые 6 – 8 часов сам цемент при обычных условиях схватывания и твердения тепла практически не выделяет. А вот при введении ускорителей, именно на этот период, приходится максимум тепловыделения. Возникает вопрос, на сколько же градусов может нагреться бетон в результате перечисленных выше экзотермических реакций?

Предположим, что оптимальные дозировки извести-кипелки и соляной кислоты находятся в пределах: для кислоты порядка 1 – 2%, для извести 10 – 15% от массы цемента. Расход цемента примем в 200 и 450 кг, объемный вес тяжелого бетона – 2200 кг/м3 а пенобетона – 800 кг/м3, теплоемкость того и другого, для упрощения, примем одинаковой – 0.25 ккал/кг град. Теплоизоляцию будем считать идеальной, - тоже для упрощения.

Результаты расчетов, проведенных на основе приведенных выше термохимических реакций между химически чистыми добавками, а также водой и цементом, сведены в Таблицу 61-2

Таблица 61-2

Степень саморазогрева 1 м3 бетона трехсуточного возраста при различном расходе цемента и добавки ускорителя

Расход цемента в бетоне и величина добавки ускорителя	Тяжелый бетон плотностью 2200 кг/м3		Пенобетон плотностью 800 кг/м3
	Прирост температуры в оС	Конечная температура бетона в оС при начальной температуре в 15оС	Прирост температуры в оС	Конечная температура бетона в оС при начальной температуре в 15оС
Бетон с расходом цемента в 200 кг/м3 без ускорителей	10.9	25.9	-	-
То же с 1% HCl + 15% CaO	26	41	-	-
То же с 2% HCl + 15% CaO	36.6	51.6	-	-
Бетон с расходом цемента в 450 кг/м3 без ускорителей	24.5	39.5	9.0	24
То же с 1% HCl + 10% CaO	58	73	21.1	36.1
То же с 2% HCl + 15% CaO	80	95	29.1	44.1

Приведенные в таблице данные свидетельствуют, что бетон даже без добавок способен к саморазогреву под действием тепла выделяющегося при гидратации цемента. Если учесть, что за 30 дней цемент выделит тепла в 2 раза больше, чем за 3 дня, то и его температура за это время должна была бы повысится соответственно в два раза. На практике этого не происходит т.к. принятое нами выше допущение об идеальной теплоизоляции практически невозможно да и не нужно выполнять.

С введением добавок саморазогрев бетона возрастает более чем в три раза. Известно, что тепло положительно и более эффективно влияет на темпы твердения молодого бетона. Поэтому тепло, выделяемое при действии ускорителей в начальные сроки твердения, ценнее тепла, выделяемого цементом в более поздние сроки.

Конечными продуктами взаимодействия извести-кипелки и соляной кислоты внутри бетона является хлористый кальций. Помол комовой извести до тонины, когда её без боязни можно вводить в составе этой композиции достаточно хлопотен. Еще сложней обеспечить её сохранность – она начинает очень бурно гаситься уже от влаги воздуха. Возникает вопрос, изменится ли саморазогрев бетона, если вводить в него уже готовые гашенную известь и хлористый кальций, или гашенную известь и соляную кислоту.

Безусловно изменится, так как тепло, образующееся в процессе гашения извести кислотой и при образовании хлорокиси не попададет теперь в бетон. (Для заинтересовавшихся этой темой весь процесс взаимодействия извести и кислоты разбит на отдельные этапы (см. выше). При желании можно легко подсчитать тепловыделение «убирая» отсутствующие реакции).

Там, где необходим быстрый и сильный саморазогрев бетона и быстрое его твердение, нужно применять известь-кипелку и соляную кислоту, а не хлористый кальций.

1. Добавка в бетон только одной молотой негашеной извести в дозировке до 5% повышает суточную и 280ми суточную прочность на 15 – 25%

2. Дальнейшее увеличение количества вводимой извести вызывает пропорциональное снижение прочности бетона. Во многом это может быть объяснено тем, что в традиционных помольных агрегатах, шаровых и вибромельницах, невозможно достичь требуемой тонины помола извести – на определенной стадии помола начинаются процессы самоагрегатации и тонина помола стабилизируется. Если известь-кипелку смолота на высокоэнергетических мельницах ударного действия типа дезинтегратора или десимбератора в которых самоагрегатация наступает гораздо позже дозировку извести в бетоны можно довести до 15 – 20% без потери прочности.

3. Добавка в бетон одной соляной кислоты несколько ускоряет его твердение лишь в первое время. Причем с увеличением добавки соляной кислоты до 2.5% наряду с ускорением набора прочности отмечается её спад в месячном возрасте.

4. Комбинированная добавка извести и соляной кислоты меняет весь процесс твердения кардинальным образом.

а) Добавка 0.83% кислоты и до 15% негашеной извести ускоряет твердение бетона в первые же сутки более чем в 3 раза, через трое суток – до 1.5 раз и обеспечивает нарастание прочности бетона в последующие сроки.

б) Добавка 1.67% кислоты и до 15% негашеной извести ускоряет твердение бетона в первое время еще более значительно: через 6 часов он приобретает прочность, соответствующую от 70 до 100% суточной прочности обыкновенного бетона, через сутки – до 350% прочности обыкновенного бетона того же возраста и обеспечивает нарастание прочности бетона в месячном возрасте на 15 – 20%.

в) Добавка 2.5% кислоты и до 15% негашеной извести ускоряет твердение бетона, особенно резко выраженное в первое время (прочность бетона с этими добавками уже через 6 часов достигает 150% суточной прочности обыкновенного бетона), и обеспечивает нарастание прочности бетона в месячном возрасте на 10 – 12%.

Комбинированная добавка негашеной извести и соляной кислоты ускоряет твердение бетона в первые часы в среднем в 2 – 5 раз (через сутки в 2 раза) эффективней, чем добавка одной соляной кислоты без негашеной извести. Оптимальной следует считать дозировку извести – 10% и соляной кислоты до 2% от массы цемента.

Все приведенные выше рассуждения и дозировки справедливы для химически чистых веществ. На практике же этого никогда не бывает. Строительная известь, даже первого сорта содержит максимум 85% СаО, а известь второго сорта – порядка 70% СаО. Эти соображения следует учитывать при отработке конкретной технологии исходя из местных реалий.

6.2 Влияние саморазогрева бетона на схватывание

Из факта саморазогрева бетона вытекает ряд важных следствий. Известно, что с повышением температуры среды схватывание цементов ускоряется. При самонагреве бетона повышается температура не среды, а самого цемента, но результат будет один и тот же: сроки схватывания цемента резко сокращаются.

До какой же температуры способно разогреться цементное тесто с добавками ускорителями и как быстро может протекать это разогревание? Степень саморазогрева материала зависит не только от количества выделившегося тепла, но и от скорости его образования, а также от быстроты отвода его в окружающую среду.

Скорость образования тепла определяется скоростью гашения извести и нейтрализации её кислотой. По скорости гашения извести разделяются на: быстрогасящиеся, которые достигают максимальных температур гашения через 5 минут; среднегасящиеся – до 30 минут и медленногасящиеся – больше 30 минут. Присутствие соляной кислоты резко повышает скорость гашения любой извести. В этом случае все они оказываются по существу быстрогасящимися, причем, даже при минимальных добавках ускорителей, температура цементного теста, в первые же минуты после затворения его водой, может быть настолько высокой, что схватывание цемента наступит очень быстро. Так при добавке 3% CaCl2 и 15% СаО схватывание цементного теста нормальной густоты наступает уже через 1 - 4 минуты, а оканчивается через 12 - 20 минут. Но в реальных бетонах, где присутствуют заполнители и дозировка воды против потребной для получения теста нормальной густоты гораздо выше, разогрев и достижение температурного максимума будут приемлемыми.

В связи с ускоренным схватыванием, бетон с ускорителями гораздо быстрее, чем бездобавочный, теряет пластичность (см. Таблица 62-1).

Таблица 62-1

Изменение пластичности бетона при введении добавок-ускорителей.

Вид и количество добавок-ускорителей	Водоцементное соотношение (В/Ц)	Время потери пластичности в минутах
Бетон без добавок	0.57	-
Бетон c 3% CaCl2	0.57	75
Бетон c 3% CaCl2 + 15% извести-кипелки	0.65	23
Бетон c 2% CaCl2 + 15% извести-кипелки	0.65	18

Длительное сохранение бетоном пластичности полезно, а порой и просто необходимо, при бетононировании массивных сооружений или при необходимости длительной транспортировки бетонной смеси. При изготовлении же мелких бетонных изделий – стеновых камней, элементов мощения, малых архитектурных форм, производство пенобетоноа и т.д., когда изготовление и укладка бетона сосредоточены в одном месте, длительный период схватывания абсолютно не нужен. Мало того он вреден, т.к. задерживает распалубовку изделий, требует большого количества форм и производственных площадей, загромождает производственные площади и т.д.

6.6.3 Влияние совместного введения извести и соляной кислоты на твердение цемента.

Так как твердение – процесс длительный, измеряемый неделями, а выделение тепла вследствие взаимодействия ускорителей, ноборот измеряется часами, то, казалось бы, это тепло должно влиять только на темпы схватывания бетона, а не на скорость его твердения. На самом деле оно оказывает несомненное и значительное влияние и на скорость его твердения.

Проведенные в свое время эксперименты показали, что если относительную прочность бетона, выдержанного в первые 6 часов при 20оС а затем еще сутки при комнатной температуре принять за 100%, то относительные прочности бетонов выдержанных первые 6 часов при температуре 40оС, 60оС и 80оС и затем сутки при комнатной температуре, соответственно составляют 232%, 420 и 550%. Как видим, при воздействии температуры на бетон в самый начальный момент его твердения, прочность намного возрастает.

Применение соляной кислоты и смеси извести-кипелки с соляной кислотой позволяет получать быстротвердеющие бетоны. Комплексные эксперименты проведенные Киселевым Н.Н. в Горьковском инженерно-строительном институте в начале 50-х годов дали следующие результаты (см. Таблица 63-1):

Таблица 63-1

Относительное ускорение твердения бетона при добавках к нему соляной кислоты и извести-кипелки

Возраст бетона в сутках	Без добавок ускорителей	С добавкой 2% HCl	С добавкой 2% HCl + 15% извести-кипелки
1	100	290	950
3	100	225	400
7	100	135	210
14	100	133	175
28	100	130	170
90	100	107	130
270	100	105	125

Таблица - обобщение комплексного эксперимента по испытанию 915 кубов с величиной ребра 5 см. Исследовались бетоны марок «70», «110», «200», «250» и 350 на портландцементах активностью 246, 332, 354 и 403 кг/см2 и на шлакомагнезиальном портландцементе активностью 264 кг/см2. расход цемента колебался в пределах 220 – 290 кг/м3, величины водоцементнгых отношений находились в пределах от 0.56 до 0.77, осадка бетонной смеси составляла от 4 до 8 см. Известь использовалась высококальциевая, быстрогасящаяся.

Из таблицы видно, что в суточном возрасте бетон с добавкой соляной кислоты и извести-кипелки приобрел прочность, которая почти в 10 раз, в 3-х суточнос – в 4 раза, а в 28-ми суточном – в 1.7 раза больше, нежели у бетона без добавок.

Такие высокие скорости твердения бетона с добавками позволяют намного раньше делать распалубовку бетонных изделий и вводить их в эксплуатацию. Сроки располубовки за счет ускорения твердения бетона сокращаются следующим образом (см. Таблица 63-2)

Таблица 63-2

Сравнительные сроки распалубовки бетона

(усредненные данные по результатам испытаний четырех различных портландцементов)

% прочности бетона от проектной марки	Бетон без добавок	Бетон с 2% HCl	Бетон с 2% HCl + 15% извести-кипелки
50	5 – 8 дней, в среднем 7 дней	3 – 5 дней, в среднем 4 дня	1.0 – 2.5 дня, в среднем 1,5 дня
70	10 – 13 дней, в среднем 12 дней	7 – 8 дней	2 – 4 дня, в среднем 3 дня
100	28 дней	12 – 18 дней, в среднем 14 дней	5 – 7 дней, в среднем 6 дней

Из таблицы видно, что совместное применение извести-кипелки и соляной кислоты может ускорить распалубовку изделий, а следовательно и темп работ, в 4 раза. При заводском изготовлении сборных железобетонных изделий эти добавки позволяют сократить сроки пропарки изделий, повысить оборачиваемость форм и опалубки и увеличить тем самым производительность оборудования.

Для перевода удельного веса соляной кислоты служит Таблица 63-3

Таблица 63-3

Таблица перевода удельного веса и плотностей растворов соляной кислоты.

(градусы Вё) на концентрацию при 15°C

Удельный вес	Градусы Вё	Содержание НСl в %	Содержание НСl в кг на 1 л раствора
1,000	???	0,16	0,0016
1,005	0,7	1,15	0,012
1,010	1,4	2,14	0,022
1,015	2,1	3,12	0,032
1,020	2,7	4,13	0,042
1,025	3,4	5,15	0,053
1,030	4,1	6,15	0,063
1,035	4,7	7,15	0.074
1,040	5,4	8.16	0,085
1,045	6,0	9.16	0,096
1,050	6,7	10,17	0,107
1,055	7,4	11,18	0,118
1,060	8,0	12,19	0,129
1,065	8,7	13,19	0,140
1,070	9,4	14,17	0,152
1,075	10,0	15,16	0163
1,080	10,8	16,15	0,174
1,085	11,2	17,13	0 186
1,090	11,9	18,11	0,197
1,095	12,4	19,06	0209
1,100	13,0	20,01	0'220
1,105	13,6	20,97	0'232
1,110	14,2	21,92	0,243
1,115	14,9	22,86	0,255
1,120	15,4	23,82	0,267
1,125	16,0	24,78	0,279
1,130	16,5	25,75	0,291
1,135	17,1	26,70	0,302
1,140	17,7	27,66	0,315
1,145	18,0	28,14	0,321
1,145	18,3	28,61	0,328
1,150	18,8	29,57	0,340
1,152	19,0	29,95	0,345
1,155	19,3	30,55	0,353
1,160	19,8	31,52	0,366
1,163	20,0	32,10	0,373
1,165	20,3	32,49	0,379
1,170	20,9	33,46	0,391
1,171	21,0	33,65	0,394
1,175	21,4	34,42	0,404
1,180	22,0	35,39	0,418
1,185	22,5	36,81	0,430
1,190	23,0	37,23	0,443
1,195	23,5	38,16	0,456
1,200	24,0	39,11	0,469

Примечание:

1. Для соляной кислоты имеется очень простой и достаточно точный мнемонический прием для вычисления содержания количества НCl в её водных растворах. Его суть – две последние цифры удельного веса после запятой умножаем на 2 и получаем содержание кислоты в процентах (это правило справедливо для +20оС).

Например: удельный вес 1.19. Следовательно содержание HCl будет 19 х 2 = 38%

Если удельный вес равен 1.12, HCl будет, соответственно, 24%

2. Как правило, товарная соляная кислота 38% - имеет удельный вес 1.19

6.3 Влияние хлоридов на иные показатели бетона

В начале 50-х годов проводились также комплексные исследования по влиянию хлоридных ускорителей, в частности соляной кислоты в дозировках от 1% до 2% совместно с 10 – 20% извести-кипелки на бетонах марки «140» и «200». Толщину защитного слоя принимали равной 1, 2.5 и 7 см.

Коррозия арматуры и закладных деталей изучалась на образцах из арматурной стали (Ст. 3) длинной 10 см и диаметром 1 см, заделанных в образцы бетона (кубы) с ребром 15 см. Испытания проводились через 30, 90 и 365 дней твердения бетона при различных режимах его хранения: нормальном (во влажных опилках), водном, воздушном и переменном. В каждый образец бетона закладывались 2 – 3 стальных стержня, выточенных на токарном станке и обработанных ацетоном для удаления следов жира и загрязнений. Всего было испытано 199 образцов. Характер коррозии арматуры в трещинах изучался на балках 9-ти месячного возраста.

Опыты показали, что стальные стержни, заложенные в образцы бетона, изготовленного с добавкой соляной кислоты и извести-кипелки, с боковых поверхностей коррозией не затронуты, а на торцах оказались пятна и точки небольших размеров, не увеличивающиеся в течении года. Добавка в бетон одной соляной кислоты в количестве 1, 1.5 и 2% вызвала несколько большую коррозию стержней, чем одновременная добавка этой кислоты и извести-кипелки.

При этом ни различная толщина защитного слоя плотного бетона, ни различные режимы хранения образцов не оказали влияния на коррозию стержней. В железобетонных балках с раскрытыми трещинами шириной до 0.5 мм совместная добавка соляной кислоты и извести-кипелки не привела к коррозии арматуры вообще.

Если учесть, что нормативное строительное законодательство разрешает вводить в отдельные виды железобетонных изделий хлористых солей, то совместные добавки соляной кислоты и извести-кипелки, создающей большую щелочность среды, следует признать тем более допустимым.

Были проведены также испытания на сцепление арматуры с бетоном без добавок и с добавками-ускорителями. Для этого вытаскивали стержни диаметром 16 мм из бетонного куба с ребром 15 см. Было испытано 90 образцов. Опыты проводились на бетонах марки «140» и «250» при 50, 70 и 100% прочности от величины марки. Бетон без добавок приобретал такую прочность в 7, 12 и 28 суток, а бетон с добавками 2% HCl + 15% извести-кипелки – через 2, 3 и 7 суток.

Опыты показали, что при одинаковой прочности на сжатие бетона с добавками и без добавок, прочность на сцепление с арматурой бетона, содержащего добавку соляной кислоты и извести-кипелки, оказалась на 10 – 15 % выше. Причем, бетон с этими добавками набирал прочность в четыре раза быстрее, нежели такой же бетон без добавок.

Деформативные свойства бетона без добавок и с добавками изучались на 45 призмах размером 15 х 15 х 45 см, изготовлявшихся из бетона тех же замесов, что и образцы для испытания на сцепление. Призмы испытывались методом ступенчатого нагружения в 5, 10, 15 и 20 кг/см2 с выдержкой на каждой ступени по 10 минут. Деформации измерялись рычажными тензометрами, установленными по граням призм. Модули полных и упругих деформаций определялись при половинном напряжении от призменной прочности. Ползучесть бетона без добавки и с добавкой 2% соляной кислоты и 15% извести-кипелки опрделялась на призмах 10 х 10 х 40 см при половинном напряжении от призменной прочности. Деформации замерялись индикатором, а прочность определялась испытаниями контрольных кубов с ребром в 15 см и контрольных призм.

Результаты этих опытов показали, что деформативность бетона с 2% соляной кислоты и 15% извести-кипелки на 5 – 10% выше деформативности равнопрочного бетона без добавок. Такими же оказались и результаты определения модуля упругости бетона. Практически же, однако, это не играет роли, т.к. бетон без добавок достигает определенной прочности в четыре раза медленнее, чем бетон без добавок.

Что же касается ползучести бетона с добавкой 2% соляной кислоты и 15% извести-кипелки, то при напряжении, составляющем половину от призменной прочности, эта ползучесть в первое время была на 30 – 50% больше ползучести бетона без добавок. Однако впоследствии быстрого роста прочности бетона с добавками ползучесть его быстро уменьшается, так что конечные значения ползучести становятся примерно одинаковыми.

Прочность железобетонных балок на изгиб из бетона без добавок и с добавками-ускорителями исследовалась на балочках размера 250 х 25 х 15 см, армированных стержнями диаметром 14 мм. Для предупреждения разрушений от скалывания через каждые 7 см ставились хомуты и отгибался средний стержень. Балки изготовлялись из бетона марки «250» при температуре 8 – 18 оС, причем часть балок с добавкой 2% соляной кислоты и 15% извести-кипелки изготавливали и хранили при температуре +2оС и +4оС.

Для бетона без добавок испытания проводили через 12 и 30 суток, а для бетона с добавками – через 1, 2, 3 и 7 суток. Испытание вели на балочном прессе с пролетом балок в 2м при девятиступенчатой загрузке двумя сосредоточенными силами, с выдержкой по 10 минут на каждой ступени. Испытание продолжали до разрушения.

Результаты испытаний показали, что разрушающая нагрузка для балок одинаковой прочности одна и та же, хотя возраст бетона без добавок и с добавками-ускорителями к моменту испытания был различным. Прогибы балок в момент разрушения у бетона с добавками оказались на 10 – 12% больше. Характерно, что прочность двух балок суточного возраста, изготовленных из бетона с добавками 2% соляной кислоты и 15% извести-кипелки и хранившихся при 2 – 4оС, составляла 70 кг/см2. Это указывает на возможность скоростного ведения работ из монолитного железобетона в условиях пониженных температур.

Вышеприведенные данные свидетельствуют, что известь-кипелка вкупе с соляной кислотой придают бетону и железобетону новые свойства, которые приобретают большую ценность при скоростном строительстве из монолитного железобетона, а также при заводском и полигонном производстве железобетонных изделий.

7. Готовые хлористые соли, как ускорители схватывания и твердения бетонов.

При исследовании разных ускорителей схватывания и твердения бетонных композиций, было установлено, что соли двухвалентных металлов более действенны, чем соли одновалентных. А еще более эффективны соли трехвалентных металлов. Также было выявлено, что из всех этих солей наиболее действенны соли соляной кислоты – хлориды, особенно если принять во внимание также и очень высокую их растворимость в воде.

Хлористые соли очень давно и очень успешно применяются в строительной практике в качестве ускорителей и противоморозных добавок. Они дешевы, доступны. Пожаро-взрыво безопасны. Не ядовиты. Не оказывают негативного влияния на людей и окружающую среду. Но на сегодняшний день у них имеется два очень серьезных недостатка – дешевизна, коррозионная активность по отношению к железу и высочайшая эффективность.

Первый недостаток – дешевизна, все время предопределяет их судьбу. В пору социалистического строительства, в угоду копеечной экономии, хлориды использовали массово и повсеместно. Оказалось, что их коррозионную активность можно достаточно легко нивелировать добавками нитритов (нитрита натрия или нитрита кальция) или иными ингибиторами типа катапина. Пока смешением ингридиентов в нужных пропорциях занимались узкоспециализированные предприятия, производившие комплексы на основе хлоридов типа ННХК (нитрит-нитрат-хлорид кальция) все было более-менее благополучно. Но как только практически то же самое пытались делать на местах, комплекс ХК+НН например (хлорид кальция + нитрит натрия) , в так называемых построечных условиях, часто приключалась какая ни будь бяка, смакуемая потом ежегодником «Аварийные обрушения в строительстве». Действительной первопричиной всех этих неприятностей служили не хлориды сами по себе, а, в первую очередь, нарушение технологического регламента работы с ними. Национальную отечественную черту – разгильдяйство, увековечили на законодательном уровне, - вообще запретив применение хлоридов для большинства более-менее ответственных конструкций. С учетом отечественной ментальности абсолютно верное решение – береженого, Бог бережет. Между тем на Западе хлориды давно и достаточно широко применяются. Даже бетоносмесительное оборудование идет сразу с мерниками для хлористого кальция.

Бурный всплеск интереса к ускорителям наблюдается в последнее время. За период развала многие бетонные заводы, по тем или иным причинам, утратили свое паросиловое хозяйство – использовать отработанный способ ускорения твердения бетонных изделий при помощи тепловлажностой обработки уже стало просто физически невозможно. Выход единственный – работать по так называемой беспропарочной технологии с использованием ускорителей - химических интенсификаторов схватывания и твердения.

И хотя национальное строительное законодательство для очень многих видов железобетона прямо и непосредственно запрещает использование неингибированных хлористых солей, никто ведь не запрещал их использовать в простых бетонах. О какой, скажите на милость, коррозии может идти речь при производстве изделий, где железной арматуры нет вообще? – те же малые архитектурные формы, элементы мощения, ячеистые и легкие бетоны и т.д. В этом случае опять срабатывает, как это ни парадоксально, один из недостатков хлоридов – их высокая эффективность при низкой цене.

Ведь чего греха таить, многие продавцы технологии и оборудования для производства элементов мощения, например, абсолютно не заинтересованы в распространении правдивой информации об отечественных модификаторах для бетонов. Многие из них основной бизнес делают именно на продаже форм для производства тротуарных камней. А все остальное – антураж, призванный обеспечить именно их продажу. Разумеется, эффективные и дешевые ускорители для подобного бизнеса как кость в горле – оборачиваемость форм резко увеличивается, соответственно объемы их продаж падают.

Очень интересный факт, исключительно полно характеризующий отношение к ускорителям на основе хлоридов на Западе – в середине 70-х годов в Великобритании 90% объема продаж ускорителей составляли 16 торговых марок. Так вот 12 из них были изготовлены на основе хлористых солей. Выпускаемые в начале 70-х в Чехословакии 7 добавок-ускорителей – все были изготовлены на основе хлоридов. А вот как относятся к ускорителям в такой, достаточно консервативной и требовательной к качеству строительства, стране, как США (см. Таблица 7-1)

Таблица 7-1

Перечень коммерческих ускорителей используемых в США

(по состоянию на 1986 г.)

Товарное название	Производитель или поставщик	Действующий ингридиент-ускоритель
Darex SetAcselerator	W.R. Grace	формиат
Rapid Set	Standard Chemicals Ltd of Canada	формиат
PDA High Early 202	Protex Industries	хлорид 23%
TCDA тип E	Mulco Inc.	хлорид 8% + лигносульфонат
Sikacrete	Sika Chemicals	хлорид + лигносульфонат
Pozzolith High Early	Master Builders	смесь хлоридов
Porzite L-75	Sternson Ltd	хлорид + лигносульфонат

6.7.1 Хлорид кальция

Хлорид кальция (ХК) применяется в строительной практике издавна - первые документально подтвержденные свидетельства датируются 1873 г., а первый патент на его применение был выдан в 1885 г. До 1890 г. во всем мире насчитывалось только 7 публикаций по вопросу применимости (ХК). Но в последствие количество литературы о нем многократно выросло. Интерес к (ХК) очевиден из несчетного опубликованных статей, патенов, обзоров, книг и симпозиумов, на которых обсуждаются как научно-методололгические аспекты использования (ХК) в технологии бетонов так и узко практические вопросы, с целевым технологическим уклоном.

В то же время, следует отметить, имеются серьезные разногласия и высказываются даже неправильные взгляды по поводу эффекта воздействия (ХК) на многие свойства бетонов. В одних странах использование (ХК) запрещено, в других - в бывшем СССР, США и Канаде разрешено при обеспечении определенных мер предосторожности при производстве армированных и, особенно, преднапряженных, конструкций.

С химической точки зрения хлорид кальция CaCl2 – кальциевая соль соляной кислоты. Существует несколько его кристаллогидратов, а именно – безводный, дву-, черырех- и шести- водный. Хлористый кальций очень гигроскопичен, его используют даже в качестве осушителя. Поэтому его дозирование перед применением в строительной индустрии должно обязательно учитывать этот факт. Вычислять сложным химическим путем, сколько же безводный (ХК) нахватался воды, и какой собственно кристаллогидрат мы имеем, абсолютно излишне. Достаточно использовать водные растворы (ХК), а измеряя их плотность весьма легко вычислить сколько же там безводного хлорида кальция (см. Таблица 71-1)

Таблица 71-1

Таблица перевода удельного веса и плотности растворов хлористого кальция

(t = +18°C)

Плотность	Градусы Вё	Содержание безводного СаС12 в кг на 1 л раствора	Содержание безводного СаС12 в кг на 1 кг расгвора
1.0039	0.7	0.0051	0.0051
1.0079	1.05	0.0102	0.0101
1.0119	1.65	0.0154	0.0152
1.0159	2.1	0.0206	0.0203
1.0200	2.7	0.0259	0.0254
1.0241	3.4	0.0311	0.0304
1.0282	3.9	0.0365	00355
1.0323	4.4	0.0419	00406
1.0365	4.7	0.0473	0.0456
1.0449	5.4	0.0528	0.0507
1.0467	6.0	0.0582	0.0557
1.0491	6.7	0.0638	0.0608
1.0534	7.1	0.0693	0.0658
1.0577	7.7	0.0750	0.0709
1.0620	8.0	0.0807	0.0760
1.0663	8.7	0.0864	0.0810
1.0706	9.4	0.0922	0.0861
1.0750	10.0	0.0980	0.0912
1.0794	10.6	0.1038	0.0962
1.0838	10.9	0.1098	0.1013
1.0882	11.5	0.П58	0.1064
1.0927	12.5	0.1218	0.1115
1.0972	12.7	0.1278	0.1165
1.1017	13.0	0.1340	0.1216
1.1062	13.6	0.1402	0.1267
1.1107	14.2	0.1463	01317
1.1158	14.9	0.1548	0.1388
1.1199	15.4	0.1589	0.1419
1.1246	16.0	0.1652	0.1459
1.1292	16.5	0.1716	0.1520
1.1339	16.9	0.1781	0.1571
1.1386	17.1	0.1846	0 1621
1.1433	18.0	0.1912	0.1672
1.1480	18.5	0.1978	0.1723
1.1527	19.1	0.2044	0.1773
1.1575	19.5	0.2111	0.1824
1.1622	20.1	0.2179	01875
1.1671	20.6	0.2247	0.1925
1.1719	20.9	0.2316	0.1976
1.1768	21.4	0.2385	0.2027
1.1816	22.0	0.2454	0.2077
1.1865	22.5	0 2525	0.2128
1.1914	23.0	0.2546	0.2179
1.1963	23.5	0.2668	0.2230
1.2012	24.0	0.2739	0.2280
1.2062	24.5	0.2812	0.2331
1.2112	25.0	0.2885	0.2382
1.2162	25.5	0.2958	0.2432
1.2212	96.0	0.3032	0.2483
1.2262	26.4	0.3107	0.2534
1.2312	26.9	0.3181	0.2584
1.2363	27.4	0.3258	0.2635
1.2414	27.9	0.3334	0.2686
1.2465	28.4	0.3410	0.2736
1.2516	28.8	0.3488	0.2787
1.2567	29.3	0.3567	0.2838
1.2618	29.7	0.3638	0.2888
1.2669	30.2	0.3723	0.2939
1.2721	30.6	0.3804	0.2990
1.2773	31.3	0.3883	0.3040
1.2825	32.0	0.3964	0.3091
1.2877	32.2	0.4046	0.3142
1.2929	32.6	0.4127	0.3192
1.2981	33.1	0.4210	0.3243
1.3034	33.5	0.4293	0.3294
1.3087	33.9	0.4376	0.3344
1.3140	34.6	0.4461	0.3395
1.3193	35.0	0.4546	0.3446
1.3246	35.4	0.4632	0.3497

Таблица 71-2

Содержание хлорида натрия в растворах и их плотность

Концентрация раствора, %.	Плотность раствора при 20оС, г/см3	Температурный коэффициент плотности раствора	Содержание безводного ХН в 1 литре раствора (кг)
1	1.005	0.00022	0.010
2	1.013	0.00024	0.020
3	1.020	0.00026	0.031
4	1.027	0.00028	0.041
5	1.034	0.00030	0.052
6	1.041	0.00031	0.062
7	1.049	0.00033	0.073
8	1.056	0.00034	0.084
9	1.064	0.00036	0.096
10	1.071	0.00037	0.107
15	1.109	0.00043	0.166
20	1.148	0.00049	0.230
23	1.172	0.00052	0.270
25	1.189	0.00054	0.297

7.1.1 Механизм действия хлористого кальция на цемент.

Рассматривая механизм действия (ХК) на цемент следует сначала оговорить его минералогический состав.

Основу всех портландцементов составляют 4 минерала, синтез которых происходит при обжиге клинкера – полупродукта, после помола которого, собственно, цемент и получается, а именно:

- трехкальциевый силикат – 3CaO x SiO2 (C3S)

- двухкальциевый силикат - 2CaO x SiO2 (C2S)

- трехкальциевый алюминат - 3CaO x Al2O3 (C3A)

- четырехкальциевый алюмоферит - 4CaO x Al2O3 x Fe2O3 (C4AF)

В нормальном цементе, без добавки какого либо ускорителя эти минералы следующим образом участвуют в твердении цементного камня:

- трехкальциевый силикат (C3S) – дает нарастание прочности всегда, - пашет во все сроки твердения

- двухкальциевый силикат (C2S) – до 28-ми суток его вклад в прочность незначителен, но после этого срока он «просыпается» и обеспечивает последующий набор прочности в течение многих лет.

- трехкальциевый алюминат (C3A) – оказывает значительный прирост прочности в самом начале твердения и до срока в 28 дней, затем его вклад минимален.

- четырехкальциевый алюмоферит(C4AF) – его роль в твердении незначительна и, в основном, сказывается в поздние сроки твердения цемента, эдакий бедный родственник.

Допустим мы задались целью ускорить набор прочности цементом. На какие минералы, из приведенных выше, и как, нам следует воздействовать?

Трехкальциевый силикат дает прирост прочности все время, - значит нужно просто повысить его активность, - пусть делает это проворней.

Двухкальциевый силикат у нас получается «тормознутый», нам нужен прирост прочности не через месяц, а быстрей. Если не сразу, то хоть бы через неделю он должен включиться в работу.

Трехкальциевый алюминат и так самый шустрый. Именно ему мы, в основном, и обязаны суточной и трехсуточной прочностью. А если его еще подстегнуть. Пусть выложится по полной программе в первые дни твердения, а затем, трава не расти, пусть даже «сбрасывает» прочность – к тому времени трехголовый силикат в самую силу войдет, подстрахует.

Четырехкальциевый алюмоферит – ну в семье не без урода, толку от него все равно почти нет. Поэтому оставим его в покое – как хочет, так пусть и знает.

Так вот, все что описано выше и проделывает хлористый кальций!!!

(Здесь и везде, я умышленно не привожу, на мой взгляд, блестящую, классификацию ускорителей по Ратинову и Розенберг. Считаю что их деление добавок на классы излишне академично для простого смертного, а потому будет просто непонятно практикующим строителям).

Руководствуясь вышеприведенными соображениями, в середине 30-х годов английский исследователь Rapp провел серию очень кропотливых исследований и измерил вклад каждого из основных минералов цемента в общую прочность цементного камня под воздействием хлористого кальция (см. Таблица 711-1)

Таблица 711-1

Элементарные прочности для различных составляющих цемента.

Содержание CaCl2 в %	Возраст в днях	Элементарные прочности в кг/см2 на 1% содержания
		C3S	C2S	C3A	C4AF
0	1	+0.286	+0.015	+0.728	-0.189
1		+0.912	-0.072	+1.057	-0.763
2		+0.973	-0.074	+1.134	-0.609
0	7	+1.456	+0.287	+3.332	-0.014
1		+2.226	+0.014	+2.891	-0.084
2		+2.359	+0.238	+2.317	-0.490
0	28	+2.114	+0.273	+6.223	-0.252
1		+2.884	+0.966	+4.067	-0.882
2		+3.227	+1.120	+2.695	-1.316

Примечание: 1. Знак «+» означаетя что на такую величину идет прирост прочности, «-» - прочность уменьшается

2. Значения в таблице переведены из фунтов на кв. дюйм в привычные нам кг/см2 – поэтому такая дробность

Что нам дает эта таблица? Зачем она, какой с неё прок?

А давайте проанализируем упоминавшийся ранее цемент ПЦ-400 завода Комсомолец в свете данных из этой таблицы. (Разумеется расчетные данные будут не совпадать с экспериментальными, но для нас важны не абсолютные значения, а закономерность их изменения).

Минералогический состав этого цемента следующий:

C3S - 62.7%

C2S - 16.4%

C3A - 3.4%

C4AF – 16.2%

Для подсчета суточной прочности без добавки (ХК) нам следует произвести следующие подсчеты:

(62.7 * 0.286) + (16.4 * 0.015) + (3.4*0.728) – (16.2*0.189) = 17.932 + 0.245 + 2.475 – 3.061 = 17.591 кг/см2

семисуточная будет, соответственно:

(62.7 * 1.456) + (16.4 * 0.287) + (3.4*3.332) – (16.2*0.014) = 91.291 + 4.706 + 11.328 – 0.226 = 107.099 кг/см2

а 28-ми суточная:

(62.7 * 2.114) + (16.4 * 0.273) + (3.4*6.223) – (16.2*0.252) = 132.547 + 4.477 + 21.158 – 4.082 = 154.1 кг/см2

С добавкой 2% (ХК) расчетная прочность будет:

Через сутки – 54 кг/см2

Через 7 суток – 152 кг/см2

Через 28 суток – 208 кг/см2

Характер изменения этих расчетных цифр, полученных, что называется на кончике пера, очень хорошо коррелирует и с результатами натурных экспериментов.

А общий вывод из всех вышеприведенных расчетов заключается в том, что (ХК), по совокупному воздействию на цемент как смесь различных минералов, мало чувствителен к минералогическому составу конкретного цемента. Основной упор он делает, конечно, на трехкальциевый алюминат, но его в обычных цементах сравнительно немного. (Высокоалюминатные цементы способны, конечно, существенно подправить эти рассуждения, но они достаточно редки и дефицитны). Но вот влияние (ХК) на трехкальциевый силикат, пусть и не такое большое, является определяющим - практически в любом цементе этого минерала всегда наибольшее количество. Поэтому при переходе на портландцемент другого производителя дозировки (ХК) смело можно оставлять неизменными, как и общую методологию работы с ним..

7.1.2 Влияние (ХК) на ускорение схватывания цементов.

Помимо ускоренного набора прочности (ХК) является также и очень мощным ускорителем схватывания цементов. В технологии традиционных тяжелых бетонов время схватывания корректируют даже в сторону увеличения – ведь бетон нужно успеть приготовить, довести и уложить. Монолитное домостроение так вообще ставит взаимоисключающее условие – ускоренное твердение при замедленном схватывании.

В технологии производства пенобетонов, элементов мощения и малых архитектурных форм, слава Богу, нет таких ограничений. Приготовление и укладка бетона (пенобетона) сосредоточены в одном месте и сокращение периода схватывания только во благо.

В обобщенном виде можно считать, что (ХК), в дозировке 1.0 – 2.0% ускоряет схватывание примерно в 2 раза, а в дозировке 2.0 – 3.0% - в 2.5 раза.

7.1.3 Влияние хлористого кальция на схватывание цементов при пониженных положительных температурах.

Отечественные погодно-климатические условия часто вынуждают работать если не совсем на морозе, то когда достаточно прохладно. Очень часто влияние окружающей температуры абсолютно не учитывается. И если в традиционных строительных работах это выражается в замедлении темпов работ, то при производстве пенобетона, снижение температуры в цехе на «несущественные» 5оС может явиться первопричиной брака.

Взаимодействие цемента с водой – химический процесс. Скорость протекания любой химической реакции сильно зависит от температуры. С возрастанием температуры она увеличивается, и наоборот, за редким исключением. (Одно такое интересное исключение будет использовано, когда мы будем бороться с высолами на кирпичной кладке – но это в другой рассылке).

Химическое взаимодействие цемента с водой отмечено одной особенностью – процесс идет в две стадии. Сначала, в течении нескольких часов, происходит т.н. схватывание. После его окончания – начинается твердение. И даже по прошествии 28 суток, набор прочности бетоном не прекращается. Он продолжается и дальше, годами, но именно прочность через первые 4 недели твердения и условились называть марочной прочностью. В соответствии с этой 28-ми суточной прочностью и нормируется т.н. марочность изготовленного бетона.

Снижение температуры влияет как на твердение, так, что очень важно для производства пенобетона, - на схватывание. Наглядно этот процесс иллюстрирует Таблица 713-1

Таблица 713-2

Время схватывания некоторых цементов марки М-400 при различных температурах.

Вид цемента	Периоды	Температура окружающей среды
		+70оС	+50оС	+30оС	+15оС	+5оС	+0оС
Свежий портландцемент	Начало схватывания, через чч-мин	0-37	1-10	1-45	3-00	4-45	8-00
	Конец схватывания, через чч-мин	0-55	2-00	2-45	6-10	14-40	25-35
	Период схватывания, чч-мин	0-18	0-50	1-00	3-10	9-55	17-30
Свежий пуццолановый портландцемент	Начало схватывания, через чч-мин	0-47	0-43	1-45	2-45	6-50	9-50
	Конец схватывания, через чч-мин	0-57	2-07	4-30	6-35	16-20	25-35
	Конец схватывания, через чч-мин	0-10	1-26	2-45	4-10	9-30	15-45

Как видно из таблицы, даже для свежих цементов, совсем незначительное снижение температуры заметно удлиняет период схватывания.

Подавляющее большинство строителей качество цемента характеризует двумя показателями – «хороший» и «плохой». Иногда, при этом, упоминается его марочность и завод производитель – но это уже редкость.

С таким подходом к цементу браться за пенобетон не следует. Уже, во первых, потому, что при хранении цемент теряет примерно 10% активности в месяц. Причем эта потеря сказывается, в первую очередь, именно на начале и длительности схватывания – они многократно удлиняются. Если это усугубить еще и пониженной температурой в цехе, то брак гарантирован. Ведь какой бы распрекрасный пенообразователь Вы не применяли, все равно у него имеется некий период стойкости пены. По его прошествии цементная матрица или должна успеть схватиться и приобрести самонесущие свойства, или…. – или пенобетонный массив осядет под собственным весом, и его придется выбросить.

Нельзя исчерпывающе полно охарактеризовать влияние добавки хлористого кальция на начало и длительность схватывания цемента – уж слишком это тонкий параметр. Да и не нужно это – меняющиеся всякий раз входные параметры бетонной смеси будут непредсказуемо корректировать результаты. Единственное, что можно сказать с полной определенностью – при всех прочих равных условиях, можно смело утверждать, что добавка 1% хлористого кальция от массы цемента, по его влиянию на схватывание цемента, равносильна повышению температуры на 15 – 20оС.

7.1.4 Влияние (ХК) на повышение пластичности бетонов.

Хлористый кальций способствует повышению пластичности бетонной смеси. В прикидочных расчетах можно считать, что для получения равноподвижных смесей, каждый процент введенного (ХК) позволяет уменьшить количество воды затворения примерно на 5%. Чем более жесткая изначально бетонная смесь, тем сильнее выражен этот эффект.

7.1.5 Влияние хлористого кальция на усадку бетонов.

В разных источниках мне неоднократно встречались утверждения, что ускорители на основе хлористых солей взывают очень сильную усадку бетонов. В случае с пенобетонами, эта усадка, мол, способна привести к полной невозможности использования хлоридов – пенобетон очень сильно растрескивается. Подобные суждения, иначе как спекулятивными, назвать нельзя. И вот почему.

Усадка бетонов зависит от множества причин. Если рассматривать усадку с научной точки зрения, то было бы гораздо корректней разделить усадку, как явление, на два разных процесса вызывающих, тем не менее, одинаковое физическое проявление и накладывающиеся друг на друга. Это воздействие на твердеющую цементную матрицу обусловленное капиллярными силами – т.н. влажностная усадка. И проявление результатов химических реакций между цементом и водой – т.н. контракционная усадка.

Я не буду в рамках данной темы давать развернутое объяснение – проблеме усадки и мерам борьбы с ней будет посвящена отдельная рассылка. Замечу только, что усадка зависит:

1 От свойств вяжущего, т.е. от вида цемента.

2. От количества вяжущего – цементного теста в бетоне. Чем больше цемента, тем усадка больше. Зависимость, примерно, прямо пропорциональная.

3. От свойства, состава и гранулометрии заполнителей.

4. От количества воды в бетоне. С увеличением В/Ц усадка значительно увеличивается.

5. От условий созревания бетона. Если принять усадку бетона при его вызревании при 100% влажности (пропарочная камера) за эталон, то тот же бетон, вызревавший при относительной влажности в 50% (летний навес с легким сквознячком) даст усадку в 3 – 4 раза большую. (И уже не одно поколение начинающих пенобетонщиков испытали это явление непосредственно на себе).

6. От абсолютных геометрических размерностей массива бетона и условий его армирования. Иными словами - чем меньше пенобетонный блок, тем проявление усадочных явлений в нем будут меньшими.

7. От величины добавки некоторых ускорителей, вступающих в непосредственное химическое взаимодействие с минералами цементного клинкера, - и хлористого кальция, в том числе.

Вот последний пункт и рассмотрим подробней. Исследованиями установлено, что да, действительно, хлористый кальций увеличивает усадочные явления в бетоне. Примерно в 1.2 – 1.3 раза по сравнению с аналогичным, бездобавочным бетоном. Но, мы видели ранее, что повышение относительной влажности среды вызревания бетона может снизить усадку чуть ли не в 4 раза. Как и наоборот. Иными словами, снижать усадку наиболее эффективно, действуя именно в этом направлении – в обеспечении влажностных, еще лучше тепло-влажностных условий вызревания бетона. А это не только достаточно хлопотно и затратно, но и, порой, просто невыполнимо технически.

Как это ни парадоксально, но получается, что любой эффективный ускоритель, пусть он даже сам склонен повышать усадку, в конечном итоге общую усадку снижает. За счет ускоренной гидратации цемента под воздействием ускорителя, бетону уже нет нужды целый месяц устраивать, буквально, тепличные условия.

Кроме того, повышенные дозировки цемента в бетоне, зачастую обусловлены исключительно потребностью иметь высокую раннюю прочность - как правило, для ускорения оборачиваемости формоснастки. Двигаясь по другому пути – улучшая кинетику набора прочности ускорителями «взрывного» действия (в первую очередь это соляная кислота и её соли – хлориды), можно избежать излишнего перерасхода цемента. Это не только само по себе экономически выгодно, но и позволяет минимизировать усадку.

7.1.6 Влияние хлористого кальция на кинетику набора прочности в первые часы твердения.

Процессы твердения бетона в раннем возрасте протекают интенсивней и с большей полнотой, когда его температура повышается, а не наоборот. Это относится как к бетону с ускорителями, так и к бездобавочному бетону. Объясняется это тем, что, например, при понижении температуры, т.е. при более высокой начальной температуре, процессы гидролиза минералов, входящих в состав цементного клинкера, протекают сперва интенсивно – начинают образовываться коллоидные массы. Но затем эти процессы как бы искусственно тормозятся понижением температуры.

Кроме того, известь, выделяющаяся при гидратации цемента, имеет т.н. «аномальную растворимость» – её растворимость с уменьшением температуры наоборот увеличивается. Поэтому она вновь переходит в раствор из начавших выкристализацию новообразований – по сути, частично их разрушая. Таким образом, нарушается целостная и упорядоченная структура начавшего образовываться цементного камня, и это приводит к некоторому понижению его прочности на общем фоне твердения.

При постепенном повышении температуры мы имеем обратную картину. В этом случае процессы твердения протекают плавно, постепенно развиваясь. Благодаря этому получается более равномерная, упорядоченная и плотная структура цементного камня. Этому способствует также и то, что известь, сначала перешедшая в раствор в большом количестве, затем, с повышением температуры, начинает из него выкристаллизовываться и образовывать либо коллоиды и гели, либо кристаллические сростки. Эти процессы способствуют уплотнению гелей и, тем самым, увеличению прочности цементного камня.

Исследованиями было установлено количество тепла, дополнительно выделяющегося в присутствии хлористого кальция при гидратации 4 основных минералов цементного клинкера (см. Таблица 716-1)

Таблица 716-1

Элементарное тепловыделение основными минералами цементного клинкера

(за первые 24 часа в кал на 1% содержания в 1 г цемента)

	Минералы цементного клинкера
	C3S	C2S	C3A	C4AF
Без добавки (контрольные)	0.8	0.19	1.62	0.01
С добавкой 1% CaCl2	0.78	0.26	1.47	0.25

Анализ таблицы показывает, что добавка хлористого кальция несколько повышает количество тепла за первые 24 часа, выделяемые двухкальциевым силикатом (C2S) и четырехкальциевым алюмоферитом (C4AF), и уменьшает количество тепла, выделяемого трехкальциевым алюминатом (C3A). На тепловыделение трехкальциевого силиката (C3S) добавка хлористого кальция почти не оказывает влияния.

Если взять уже упоминавшийся ранее цемент ПЦ-400 завода Комсомолец и в свете данных из этой таблицы произвести подсчеты, то получим следующие цифры:.

Минералогический состав этого цемента следующий:

C3S - 62.7%

C2S - 16.4%

C3A - 3.4%

C4AF – 16.2%

Для бездобавочного цемента, выделение тепла составит:

(62.7 * 0.8) + (16.4 * 0.19) + (3.4*1.62) + (16.2*0.01) = 50.16 + 3.12 + 5.51 + 0.16 = 58.94 кал

Добавка 1% (ХК) позволяет с каждого грамма цемента дополнительно получить 3.27 кал тепла

(62.7 * 0.78) + (16.4 * 0.26) + (3.4*1.47) + (16.2*0.25) = 48.91 + 4.26 + 4.99 + 4.05 = 62.21 кал

Если принять расход цемента в 480 кг/м3 (типовый для пенобетона) то тепловая прибавка от добавки в его состав всего 1% хлористого кальция составит ни много ни мало – 1569 ккал. Много это или мало? Если перевести цифры в общепонятный формат, то этого количества тепла, в его бензиновом эквиваленте, хватит среднему легковому автомобилю, чтобы проехать более 20 км.

Таким образом хлористый кальций может быть применен как в работах при нормальных температурах (от +10оС до +25оС) для ускорения процессов схватывания и твердения, так и в работах при пониженных температурах (ниже +10оС). И хотя в обоих случаях он дает значительную интенсификацию процессов схватывания и твердения, в последнем случае, т.е. при пониженных положительных температурах, его сравнительная эффективность значительно выше.

7.1.7 Влияние хлористого кальция на твердение бетона в период 1 – 28 суток, и на конечную марочную прочность.

При наличии необходимой влажности твердение бетона, как правило, происходит тем интенсивней, чем выше его температура. С понижением температуры и особенно с приближением её к 0оС твердение бетона резко замедляется, что особенно сильно сказывается в самом раннем возрасте. Объясняется это сильным снижением активности воды в химической реакции взаимодействия с цементом. При температуре окружающей среды 0оС вследствие продолжающейся реакции гидратации цемента, которая сопровождается тепловыделением, в бетоне некоторое время поддерживается положительная температура и набор прочности, хоть и незначительный, продолжается. По мере его затухания, уменьшается и количество выделяющегося тепла, что еще более снижает темп набора прочности.

Переходу критической точки через 0оС препятствует скрытая теплота льдообразования. Замерзание в бетоне воды, связанное с переходом её из жидкого состояния в твердое, происходит не сразу с наступлением температуры, равной нулю, а значительно ниже. Часть воды при отрицательной температуре вообще остается в жидкой фазе, поэтому твердение бетона продолжается, хотя и очень замедленно. При этом активные цементы, содержащие повышенный процент высокоосновных минералов клинкера, обеспечивают более быстрое накопление прочности бетона. Малоактивные клинкерные цементы и цементы с тонкомолотыми добавками при температурах, близких к 0оС, более резко замедляют твердение растворов и бетонов.

Данный вопрос имеет большое практическое значение при производстве работ как в зимних, так и особенно, в осенних или весенних условиях. Методы производства работ должны выбираться с учетом резкого замедления твердения растворов и бетонов с приближением температуры к 0оС. Значительную роль в таких случаях играют добавки – ускорители схватывания и твердения. Для упрощения способов производства работ и для обеспечения надлежащего качества бетона в названных выше условиях следует применять более активные и высокоэкзотермичные цементы.

Таблица 717-1

Относительная прочность бетона на сжатие при различных температурах твердения, % от 28-суточной

(твердение при +20оС и влажности 90-100%)

Бетон	Срок твердения, суток	Средняя температура бетона, °С
		-3	0	+5	+10	+20	+30	+40
Марки 200 на портландцементе М-300	1	-	4	6	10	18	27	36
	2	-	8	12	18	30	43	55
	3	5	12	20	25	40	52	65
	5	8	20	30	40	55	65	78
	7	10	30	40	50	65	74	85
	14	12	40	55	65	80	90	100
	28	15	55	68	80	100	-	-
Марок 200 -300 на портландцементе М-400	1	3	5	9	12	23	35	45
	2	6	12	19	25	40	55	65
	3	8	18	27	37	50	65	77
	5	12	28	38	50	65	80	90
	7	15	35	48	58	75	90	100
	14	20	50	62	72	90	100	-
	28	25	65	77	85	100	-	-
Марки 400 на портландцементе М-500	1	-	8	12	18	28	40	55
	2	-	16	22	32	50	63	75
	3	10	22	32	45	60	74	85
	5	16	32	45	58	74	85	96
	7	19	40	55	66	82	92	100
	14	25	57	70	80	92	100	-
	28	30	70	80	90	100	-	-
Марки 500 на портландцементе М-600	1	-	9	13	21	32	45	59
	2	-	17	25	36	52	65	75
	3	-	23	35	46	62	75	85
	5	-	34	47	58	75	83	90
	7	20	42	57	68	85	90	100
	14	30	58	73	82	95	100	-
	28	35	75	83	92	100	-	-
Марки 200 на шлакопортландцементе М-300	1	-	-	3	6	12	20	35
	2	-	4	7	12	20	35	50
	3	2	7	12	18	30	46	63
	5	4	13	20	30	45	60	80
	7	6	18	25	40	55	70	92
	14	8	25	40	55	75	90	-
	28	10	35	55	70	100	-	-
Марок 200- 300 на шлакопортландцементе М-400	1	-	3	6	10	16	30	40
	2	3	8	12	18	30	40	60
	3	5	13	18	25	40	55	70
	5	8	20	27	35	55	65	85
	7	10	25	34	43	65	70	100
	14	12	35	50	60	80	96	-
	28	15	45	65	80	100	-	-

При применении портландцементов, содержащих трехкальциевого алюмината более 6%, скорость нарастания почности по сравнению с приведенными выше (см. Таблица 6717-1) данными увеличиваются примерно на 10%. Разница в скорости набора прочности бетона на двух цементах одинаковой марки, но с различным содержанием С3А приведено в Таблице 717-2

Таблица 717-2

Нарастание прочности бетона марок 200-300 на портландцементе марки 400 Белгородского и Воскресенского заводов

Возраст бетона, сут	Средняя температура бетона в конструкции, оС
	-3		0		+5		+10		+20		+30		+40
	Б	В	Б	В	Б	В	Б	В	Б	В	Б	В	Б	В
1/2	-	-	2	2	4	4	6	6	10	14	15	25	25	30
1	2	4	5	6	9	12	12	14	22	28	41	48	53	55
2	5	6	10	14	18	24	26	30	40	48	53	63	70	70
3	8	10	18	22	25	32	35	40	50	60	69	75	85	90
5	14	17	28	35	38	46	50	55	65	70	81	85	98	98
7	18	20	37	43	48	53	56	60	75	80	91	95	100	102
14	20	25	51	59	67	72	72	80	87	92	104	105	—	—
28	25	30	70	75	84	85	93	93	100	100	—	—	—	—

Примечание Б — портландцемент Белгородского завода (С3А<6%), В — то же, Воскресенского завода (С3А>6%)

Добавка хлористого кальция существенно меняет характер твердения бетона. Множество испытаний средней интенсивности нарастания прочности бетона на портландцементе с добавкой хлористого кальция отражено в Таблице 717-3

Таблица 717-3

Влияние добавки СаС12 на прочность бетона

Возраст бетона, (суток)	Относительная прочность бетона с добавкой хлористого кальция, % от R28 без добавок, на цементах марки М-400
	на портландцементе				на шлакопортланд- и пуццоланововом портландцементе
	без добавок	с добавкой хлористого кальция, %			без добавок	с добавкой хлористого кальция, %
		I	2	3		1	2	3
1	15	20	23	27	8	15	17	20
2	27	40	45	50	18	24	30	37
3	40	50	55	60	25	30	40	45
5	55	65	70	80	40	50	55	60
7	70	77	85	90	50	55	60	70
14	85	95	100	105	70	80	90	95
28	100	ПО	115	—	100	110	120	—

В зависимости от окружающей температуры, эффективность хлористого кальция отражает Таблица 717-4

Таблица 717-4

Увеличение прочности бетона в % при различных температурах твердения и добавке 2% CaCl2

Возраст бетона, суток	Процент увеличения прочности бетона при температуре, оС
	+5	+15	+25
2	85	65	45
3	70	50	35
7	50	30	20
28	30	15	10

В приведенных выше таблицах (Таблица 717-1 - 717-4) данные представляют собой средние значения, выведенные из большого числа опытов, проведенных в лаборатории ускорения твердения бетона НИИЖБ в 1970—1974 гг. и уточняют величины набора относительной прочности до 28-суточного возраста по сравнению с ранее публиковавшимися данными, которые были основаны на экспериментах 1939— 1941 гг., когда марки цементов отличались от современных. Кинетика роста прочности устанавливалась на бетонах, изготовленных из смесей подвижностью 6-8 см осадки конуса.

6.7.1.8 Влияние хлористого кальция на твердение бетона при ТВО

Как и для всех остальных добавок, для (ХК) характерен сброс прочности бетонов после ТВО при дозировках превышающих определенную величину (см. Таблица 718-1).

Анализ и сопоставление аналогичной таблицы (см. Таблица …) по сульфату натрия свидетельствует, что для случая изготовления пенобетона, когда расход цемента и В/Ц велики, (ХК) намного предпочтительней – сброс прочности наблюдается при дозировках более чем в 2 раза больших, чем для (СН).

Для (ХК) это, по сути предельные разумные дозировки, с лихвой перекрывающие все потребности пенобетонщиков по кинетике схватывания – осадки не будет.

Таблица 718-1

Влияние добавки (ХК) на прочность пропаренного бетона в зависимости от расхода цемента и принятом В/Ц в % от R28 сразу после ТВО

Вид и расход цемента в бетоне	В/Ц	Добавка (ХК), в % от массы цемента					Предельно допустимая добавка (ХК) для данного расхода цемента
		0	1	2	3	3.5
Бетон на белгородском (низкоалюминатном) цементе, с расходом 250 кг/м3	0.4	67	77	82	84	83	2.5
	0.46	60	70	74	74	73	2.3
	0.52	57	64	67	66	65	2.1
	0.58	50	59	60	56	53	1.6
	0.64	45	52	52	48	47	1.3
Бетон на белгородском (низкоалюминатном) цементе, с расходом 350 кг/м3	0.4	60	70	76	76	75	2.5
	0.46	54	63	68	68	67	2.3
	0.52	50	58	61	59	57	2.0
	0.58	45	53	54	52	48	1.7
	0.64	40	46	45	44	43	1.2
Бетон на белгородском (низкоалюминатном) цементе, с расходом 450 кг/м3	0.4	57	68	73	74	73	2.5
	0.46	51	61	65	65	64	2.4
	0.52	47	57	58	57	56	2.2
	0.58	44	50	51	47	46	1.8
	0.64	39	45	45	40	37	1.7

Примечание: Таблица 718-1 составлена по результатам графических данных с погрешность. +/- 1.

Длительность ТВО (пропаривания) – 9 часов. Режим пропаривания в первоисточнике не указан.

7.1.9 Достоинства и недостатки хлористого кальция.

Если в сопоставимом формате попытаться проанализировать достоинства и недостатки (ХК) картина может выглядеть следующим образом.

Достоинства:

1. Является отходом основных химических производств а потому дешев и легко доступен.

2. Из условий получения, практически не содержит вредных примесей, способных оказывать негативное влияние на человека.

3. Побочные примеси, как правило других хлоридов, улучшают (как минимум не ухудшают) его эффективности как ускорителя.

4.Хорошо растворяется даже в холодной воде с выделением тепла.

5. Возможно его хранение в форме высококонцентрированных растворов без опасности выкристализации при похолодании.

7. Легко поддается модифицированию «внешними» ингибиторами, которые тоже являются ускорителями.

8. Совместим практически со всеми другими хим. добавками в составе полифункциональных комплексов.

9. Способен самопроизвольно модифицировать технические лигносульфонаты будучи в составе полифункциональных комплексов.

10. Способен назначительно пластифицировать бетонные смеси, особенно жесткие.

11. Как самостоятельно так и совместно с другими хлоридами, в повышенных дозировках выступает в качестве высокоэффективной противоморозной добавки.

12. Полностью вступает в химическую реакцию с минералами цементного клинкера поэтому не склонен к образованию высолов и выцветов.

13. Позволяет «реанимировать» лежалые цементы. В этом случае особенно эффективен для лежалых высокомарочных цементов. (В них, как правило, содержание трехкальциевого алюмината повышено).

14. Положительно влияет на ускорение схватывания и твердения бетонов с большим содержанием золы-уноса.

15. Ускоряет и облегчает прогрев бетона при ТВО из-за повышенного выделения тепла при ускоренной гидратации цемента.

16. Позволяет применять повышенные дозировки, по сравнению с другими добавками, при ТВО, без сброса прочности.

17. Резко ускоряет как кинетику набора прочности при нормальном хранении, так и 28-ми суточную прочность.

Недостатки:

1. Вызывает коррозию стальной арматуры и оборудования.

2. В повышенных дозировках, свыше 3% от массы цемента, усиливает усадку бетона.

7.2 Ускорение твердения бетона добавками хлорокиси кальция (кэла).

Кэл, примененный впервые в США, представляет собой известь-пушонку, обработанную раствором хлористого кальция.

Химический состав кэла (хлорокись кальция) выражается формулой - 3CaO x CaCl2 x 15H2O

Изготавливается кэл простым смешиванием извести-пушонки (100 весовых частей) с раствором (55 вес. частей безводного хлористого кальция и 50 вес. частей воды). Полученную смесь необходимо при приготовлении тщательно растирать для того, чтобы не образовывались крупные комки. Реакция проходит со значительным выделением тепла. В результате получается мелкозернистый продукт, который перед употреблением желательно еще размолоть, чтобы крупные куски кэла не попали в бетон. При растворении в воде кэл снова распадается на гидрат окиси кальция (известь) и на хлористый кальций, отдавая обратно всю связанную воду.

Таким образом действие кэла как ускорителя твердения цемента основывается опять-таки на реакции между освобождающимся хлористым кальцием и цементом. И по своему воздействию на цемнт кэл аналогичен эквивалентному количеству хлористого кальция. Добавка кэла, 10% от массы цемента, соответствует примерно 1.0 – 1.3% добавки безводного хлористого кальция.

Кэл интересен главным образом тем, что допускает предварительное смешивание хлористого кальция с портландцементом. Кристаллический хлористый кальций, благодаря своей гигроскопичности, совершенно не допускает предварительно смешения с цементом. Мало того, он сам по себе требует хранения в закрытой таре, а иначе он, притягивая атмосферную влагу, очень быстро переходит в раствор. (У нас был случай, когда при погрузке лопнул Биг-Бэг с хлористым кальцием. Пока доехали домой, предварительно сухой как порошок хлористый кальций, превратился в кисель). Смесь же из кэла с цементом может быть сделана за некоторое время до употребления и цемент при этом не потеряет своих качеств.

Продолжительное время хранить такую смесь все же нельзя, так как влага и углекислый газ из воздуха могут послужить причиной распада кэла на составные части с выделением связанной воды. Она, в свою очередь, будет способствовать дальнейшему разрушению части кэла. Естественно, что и цемент при этом будет испортчен. Проведенные опыты, целью которых было выяснение возможной длительности хранения смеси кэла с цементом показали, что в открытых емкостях такую смесь можно хранить не более 1 – 2 недель.

Известь, получающаяся при распадении кэла, представляет интерес как пластификатор бетонов и, особенно, строительных растворов – увеличение пластичности и удобоукладываемости бетона обеспечивается без увеличения расхода цемента.

7.2.1 Кэл – ускоритель для производства пенобетона по методу сухой минерализации.

Особое место кэл может занять в технологии производства пенобетона по методу сухой минерализации, предложенным А.П.Меркиным. Суть этого метода заключается в том, что предварительно приготовленная низкократная пена (т.н. «мокрая пена» с < 15) смешивается не с цементно-песчаным раствором, а с сухой цементно-песчаной смесью. По данной технологии ввести в систему ускоритель весьма сложно. Если добавлять его в пенообразователь – страдают параметры получаемой пены. На стадии подготовки сухих компоненто тоже не получается – дозировки ускорителей слишком малы, чтобы представлялось возможным их равномерное распределение в составе смеси.

Добавка к сухой цементно-песчаной смеси кэла позволяет обойти все препоны и даже получить новый качественный эффект. Так как кел не такой гигроскопичный как хлористый кальций и его дозировки из-за добавки извести и воды перешедшей в кристаллогидраты примерно в 4 раза большие, становится возможным его равномерное и простое введение. Кроме того известь в составе кэла, контактируя с низкократной пеной стабилизирует её и бронирует.

Недавно беседовал с одним директором стройкомбината из Павлограда. Щирый, добродушный и толковый дядька. И себе на уме - чистопородный хохол, все таки. Начал он издалека, - предприятие, дескать, старое, многопрофильное («…нахваталысь як сучка блох, а тэпэр нэ знаем шо оцэ його робыть …»). Между тем, одно из направлений их деятельности, производство пенобетона, очень грамотно, умно и выверено организованно – в этом я убедился в процессе беседы. А интересовали его как раз ускорители. Анализируя ситуацию с пенобетонным бумом в Беларуси, а затем в России, он вполне обоснованно ожидает подобного вскоре и на Украине (абсолютно верный прогноз – через 2 года после принятия соответствующего теплотехнического закона, начинается обвальный спрос на ячеистые бетоны). Для интенсификации производства ему ускорители собственно и понадобились.

Так вот в процессе беседы выяснилось, что они много лет, сами того не подозревая, работают по методу сухой минерализации! Копеечный пенообразователь СДО при грамотно построенном техпроцессе позволяет им выпускать отличную продукцию, но вот «впихнуть» туда еще и ускоритель никак у них не получалось. Кэл, как раз, и может явиться тем ускорителем, который сильно облегчит им жизнь.

7.3 Другие хлористые соли – примеси.

По данным муниципальных властей, за зимний сезон 2003 г., для борьбы с гололедом только Москва употребила:

- 240 000 тонн хлористого кальция модифицированного хлористым магнием (ХКМ);

- 57 000 тонн хлористого магния модифицированного ("Биа-Маг");

- 74 400 тонн хлористого кальция фосфатированного (ХКФ);

- 57 300 тонн ацетата аммония ("Антиснег");

- 43 000 тонн "аэродромного" состава "Нордикс"

- 20 000 тонн препарата НКММ (гранулированный реагент, состоящий из нитратов кальция, магния, карбамида и поверхностно-активных веществ).

Почти полмиллиона тонн различных противообледенительных реагентов!

Такое разнообразие примененных средств было обусловлено экспериментированием городских властей. Они пытались за раз, сразу стадо зайцев убить - и наледи убирать и экологию не портить и деревья удобрять, да еще чтобы и задешево вышло, а машины не ржавели и обувь не портилась. То, что понравилось деревьям и муниципалитету простые москвичи восприняли плохо, даже скандально плохо – ХКФ, "Антиснег", НКММ и "Нордикс" были, в итоге, признаны опасными. Впредь решено ставку делать исключительно на простейшие смеси хлоридов – кальция, натрия и магния. Как и во всем остальном мире, кстати.

Нужно быть глубоко наивным человеком, чтобы не предположить, что из почти полумиллиона технических хлоридов употребляемых только коммунальщиками Москвы, не перепадет немножко и строительной индустрии. Но восхищаясь ускорительными качествами хлористого кальция, мы все время предполагали, что это чистый продукт, без примесей других хлоридов.

А если рассматривать проблему в реалиях сегодняшнего дня – Как повлияют на характеристики хлористого кальция примеси других хлоридов? Так ли уж эти примеси безобидны для бетона?

Самый популярный и эффективный ускоритель – хлористый кальций всегда загрязнен побочными продуктами. Обычно это хлориды других металлов. Так, например, крупнейшим производителем хлористого кальция для России (и для Украины, кстати, тоже) является Кирово-Чепецкий химический комбинат. (Стерлитамак пока не берем во внимание – они только запустились и хлористый кальций выпускают пока только в жидком виде). Беру сертификат качества на «кальций хлористый технический, кальцинированный, 1 сорт», читаю: - Массовая доля хлористого кальция – 90%, массовая доля нерастворимого в воде остатка – 0.5%. А что остальное в нем – целых 9.6%, если учесть, что ОНО должно быть растворимым? Наверняка это другие хлориды, в первую очередь хлорид натрия и сода. Соду и хлорид натрия (соль поваренную) и соду мы рассмотрели ранее и пришли к заключению, что они в разной степени, но положительно влияют как на кинетику набора прочности, так и на конечную, марочную прочность.

Но оказывается не все остальные хлористые соли оказывают на бетон столь благоприятное воздействие. Особенно касаемо его конечной, 28-ми суточной прочности.

Так, например, хлористый бериллий (BeCl2) оказывает резко негативное воздействие как на схватывание и твердение цемента, так и на его конечную прочность. В дозировке всего 0.27% от массы цемента он способен отсрочить начало схватывания цемента навсегда – даже через 180 суток нормального твердения бетон с такой добавкой не выказывает хоть какой либо прочности, которую можно было бы измерить инструментальными методами. Это вещество с успехом используют в качестве диверсионного - на стройках конкурентов. Поэтому если у Вас несколько суток не схватывается бетон – вспомните, кому Вы в последний раз перешли дорогу.

Хлористые барий, железо и, особенно, алюминий - несомненно очень мощные ускорители как твердения, так и схватывания. В дозировках около 2% (традиционно «рабочих») для хлористого кальция, они уже настолько ускоряют схватывание, что счет идет на минуты или даже секунды. Весьма важное качество для торкет-набрызга и устранения аварийных протечек. Но эти продукты достаточно дороги сами по себе. Надеяться, что их «оставят» в составе примесей к хлористому кальцию не приходится. А на то, что все таки и перепадет, надежды мало – уж очень их там мало остается.

Таблица 73-1

Влияние некоторых хлористых солей на схватывание цементов

(обобщенно-ориентировочные данные)

Вид добавки	Дозировка, в % от массы цемента	Начало схватывания, чч-мин	Конец схватывания, чч-мин
Без добавки (контроль)	0	4 - 30	8 - 00
Хлористый алюминий	0.75	3 - 03	5 – 53
	1.25	2 - 31	5 – 16
	1.75	1 - 20	4 – 30
	2.5	0- 01	0 – 25
	5.0	сразу	-
Хлористое железо	0.75	4 - 52	8 – 05
	1.25	0 - 40	6 – 30
	1.75	0 - 47	5 – 17
	2.5	0 - 02	4 – 50
	5.0	сразу	-
Хлористый барий	0.75	4 - 55	7 – 50
	1.25	4 - 55	6 – 05
	1.75	3 - 48	5 – 08
	2.5	3 - 39	5 – 04
	5.0	1 - 53	2 - 48
Хлористый кальций (для сравнения)	0.75	4 - 26	6 – 46
	1.25	2 - 47	4 – 22
	1.75	1 - 30	3 – 40
	2.5	0 - 16	1 – 16
	5.0	0 - 02	0 - 03

Самый подлый из всех хлоридов - хлористый магний. Его влияние очень часто недооценивают. И очень зря. Являясь в первые сутки твердения достаточно эффективным ускорителем, как схватывания, так и твердения, в 28-ми суточном возрасте он вызывает сброс прочности на 30 – 40%. Особенно любит хлористый магний пакостить шлакопортландцементу (ми. Таблица 73-2)

Таблица 73-2

Влияние хлористого магния на схватывание и прочность цементно-песчаных растворов

(отношение цемент:песок, как 1:3, В/Ц=0.5)

Вид цемента	Дозировка хлористого магния в % от массы цемента	Ускорение начала схватывания, в % от бездобавочного	Прочность, в % от бездобавочного, через
			3 суток	28 суток
	0 (контроль)	0	100	100
Портландцемент	1.0	45	111	71
	1.5	48	143	80
	2.0	55	148	77
	3.0	нет данных	нет данных	нет данных
	4.0	нет данных	нет данных	нет данных
Пуццолановый портландцемент	1.0	25	174	95
	1.5	40	нет данных	нет данных
	2.0	52	170	86
	3.0	55	нет данных	нет данных
	4.0	56	180	61
Шлакопортландцемент	1.0	42	91	75
	1.5	47	нет данных	нет данных
	2.0	50	50	83
	3.0	54	нет данных	нет данных
	4.0	55	58	61

Поэтому приобретая хлористый кальций на стороне, при малейшей возможности берите очищенный, тот который используется в сыроварении. Технические сорта хлористого кальция, особенно составы применяемые в качестве антиоблединительных реагентов использовать можно только после их пробной проверки.

8. Нитраты Кальций азотнокислый Ca(No3)2 и натрий азотнокислый – NaNo3

Натриевая и кальциевые соли азотной кислоты, соответственно натрий азотнокислый (натриевая селитра) и кальций азотнокислый (кальциевая селитра) давно и широко применяются в промышленности и сельском хозяйстве. Их массовое производство налажено практически во всех странах мира. Соответственно и экономика их использования в качестве ускорителей в строительной индустрии весьма привлекательна. Мало того, во многих химических производствах эти вещества образуются как побочные примеси либо как продукт утилизации нитрозных газов.

Многим химическим технологиям сопутствует образование т.н. «хвостов» азотной кислоты. Низкоконцентрированные водные растворы азотной кислоты нерационально или невозможно использовать в дальнейшем тех. процессе. А их утилизация достаточно обременительна по природоохранным соображениям. Нейтрализация «хвостов» мелом или известью позволяет получить водный раствор нитрата кальция – прекрасное удобрение для сельского хозяйства.

Вообще на Западе кальциевая селитра очень популярна в качестве удобрения. И хотя свободно усваиваемого растениями азота в ней немного, она дешева и способствует раскислению почв, т.е. позволяет вносить в почву единоразово большие порции органики.

На отечественных просторах нитрат кальция не прижился – свободного азота маловато, чтобы за тысячи километров возить. (У нас упор делался на, в первую очередь, аммонийные составы).

Ограниченное применение аграриями, сформировало и определенный дефицит кальциевой селитры. Местных производств практически не было, разовые нужды покрывались зарубежными поставками. Соответственно цены на неё не могли удовлетворять запросы строителей – нитрат кальция использовался в основном как достаточно экзотичный и дорогой ускоритель для водонепроницаемых или гидротехнических бетонов.

Ориентируясь на западного потребителя несколько российских химических заводов возобновили выпуск кальциевой селитры. (Как же ждут их там).

Наученные горьким опытом российских коллег украинцы пошли другим путем – организовали внутреннее потребление нитрата кальция в качестве компонента эмульсионных взрывчатых веществ. Побочно, кальциевая селитра стала перепадать аграриям – сельское хозяйство Украины сейчас на подъеме (читай - стало платежеспособно). Разумеется, там, где производятся и потребляются десятки тысяч тонн, всегда найдется вагон-другой для строителей.

Но строительная индустрия (Украины так точно) оказалась, по сути, не готовой воспринять такую «манну небесную». До сих пор она рассматривает нитраты (как и формиаты, кстати, тоже) как некую импортную забаву абсолютно оторванную от отечественных реалий – они там, мол, с жиру бесятся, не знают куда деньги девать.

Между тем нитрат кальция, по своей эффективности как ускоритель схватывания всего на 15- 20% менее эффективен чем хлористый кальций. Причем в повышенных дозировках он является прекрасной противоморозной добавкой. А в комплексе с нитратом натрия и особенно формиатом натрия – как основа полифункциональных составов широкого спектра направленности.

И все это при всем при том, что он позволяет получать высокоплотные и водонепроницаемые бетоны и не корродирует арматуру.

Наиболее целесообразно применение нитрата кальция с низко- и средне- алюминатными цементами портландцементом (S3A < 8) и при твердении бетона в нормальных тепловлажностных условиях. Эффективно также его использование со шлакопортландцементом, содержащим более 30% доменного гранулированного шлака (независимо от минералогического состава клинкера), - если предусмотрено пропаривание бетона до 100оС.

Чем больше удельная поверхность зерен цемента, т.е. чем более высокомарочен и тонкомолот цемент, тем действие НК эффективней.

8.1 Влияние нитрата кальция на бетонные смеси на стадии схватывания

Таблица 81-1

Изменение осадки конуса растворных смесей состава 1:4, t=15-20оС с добавкой нитрата кальция.

Вид цемента	В/Ц	Добавка нитрата кальция, в % от массы цемента	Изменение осадки конуса в см, во времени (часы)
			0	0.5	1.0	1.5
ПЦ-400 (Михайловский)	0.65	0	5.5	5	4.5	3.8
	0.65	1	5.5	4.5	4	3.5
ПЦ-400 (Белгородский)	0.66	0	4	3.5	3	2.5
	0.66	0.5	4	3.5	3	3
	0.67	1	5	4.5	4	3
	0.73	0.5	4.5	4.5	4	3.5

Примечание: данная таблица мало информативна для пенобетонщиков, но весьма много скажет производителям литьевого бетона для монолитного домостроения.

9. Сводная информация по ускорению твердения бетона и пенобетона.

Для получения высокопрочных и быстротвердеющих бетонов применяют материалы высокого качества и ряд технологических приемов при изготовлении конструкций. Наиболее существенными из них являются:

1. Применение быстротвердеющих портландцементов высокой марки.

2. Добавки химических веществ – ускорителей схватывания и твердения цемента.

3. Мокрый или сухой домол цементов.

4. Применение жестких бетонных смесей.

5. Высокоэффективное смешение и гомогенизация компонентов бетонной смеси а также применение вибросмесителей.

6. Предельно возможное снижение водо-цементного соотношения.

7. Эффективное уплотнение бетонной смеси с применением разночастотного вибровоздействия, центрифугирования, вакуумирования и т.д.

8. Оптимизация гранулометрии заполнителей.

9. Применение промытых, фракционированных заполнителей из прочных пород.

10. Интенсификация гидратации цемента тепловлажностной обработкой.

11. Ускорение твердения бетона путем предварительного подогрева бетонной смеси

Применяя все или большинство из названных приемов, достаточно легко можно получить бетон, прочность которого в суточном возрасте составит не менее 200 – 400 кг/см2.

Наиболее простым (но не всегда наиболее эффективным) способом получения высокопрочных быстротвердеющих бетонов является введение в их состав химических модификаторов – ускорителей схватывания и твердения. Достаточно подробно наиболее распространенные ускорители были рассмотрены ранее. Но у приведенного описания, как и у практически всех остальных публикаций на эту тему, отсутствует один очень важный показатель, решающий можно сказать, согласно которому, можно было бы, особо не вникая во все тонкости, определиться с выбором той или иной добавки не погружаясь в научные (а подчас и псевдонаучные) дебри современного бетоноведения. Я имею в виду сводную характеристику степени эффективности хим. добавок.

Согласитесь трудно сделать какие либо выводы по результатам разрозненных исследований, если учесть их многофакторность. Разные исследователи применяют цементы различающиеся по минералогии, тонине помола, нормальной густоте, количеству инертных добавок и т.д; различные пропорции бетонов, различные водо-цементные соотношения, различные условия уплотнения и твердения и т.д. и т.п.

Немаловажен также фактор профессионализма как при самом планировании и проведении экспериментов, так и при интерпретации их результатов. В последнее время коньюктурные интересы тех или иных исследований или целых научных школ не следует сбрасывать со счетов.

Глупо надеяться, что некий добрый дядя возьмется и проведет подобное обобщающее исследование по всем добавкам – трудозатраты полного комплексного сравнительно-оценочного исследования только шести добавок между собой занимает 400 человеко/дней в условиях первоклассно оборудованной лаборатории. И если они сейчас, где либо, и проводятся, еще наивней полагать найти подобный отчет в открытой печати.

9.1 Сравнительно-оценочная характеристика добавок-ускорителей

И, тем не менее, результаты таких комплексных исследований мне найти удалось (см. Таблица …). Они были проведены в 50 – 60-х годах в НИИЖБ-е под эгидой Госстроя СССР и, к сожалению, касаются только нескольких ускорителей – наиболее распространенных, популярных и эффективных в технологии тяжелых бетонов. Причем «подписываются» под результатами не кто нибудь, а светила мирового бетоноведения - Сергей Андреевич Миронов и Лариса Алексеевна Малинина. Специалистам сами эти фамилии о многом скажут, а не специалистам ….. – поверьте на слово – этим исследователям можно всецело доверять. Не стали бы они никогда размениваться на какие либо подтасовки и коньюктурщину – авторитет не позволил бы. Другие люди, другое время - не там запятую поставил, – в тюрьму. (Вообще жутко люблю те, старые, добрые советские отчеты. Если человек чего не знает – он так и пишет. Если данный параметр или показатель не исследовался – честно ставит в таблице прочерк. Просто, ясно, доходчиво, с конкретным прицелом на практическую применимость. И без всей этой ядерно-магнитно-многофакторно-факториальной мишуры сдобренной «компьютерным анализом». Иногда так и подмывает спросить – «Ты сам то хоть понял, что написал?»)

Таблица 91-1

Влияние химических добавок на ускорение твердения бетона на белгородском портландцементе при температуре +17оС

Вид добавки	Количество добавки, в % от веса цемента	Предел прочности при сжатии в возрасте
		1 сутки		3 суток		28 суток
		в кг/см2 (абсолютная)	в % (от марочной без добавок)	в кг/см2 (абсолютная)	в % (от марочной без добавок	в кг/см2 (абсолютная)	в % (от марочной без добавок
Без добавок (контроль)	0	102	26	263	63	418	100
Хлористый кальций - CaCl2	1	169	40	346	83	487	116
Хлористый натрий - NaCl	1	180	43	377	90	426	102
Азотнокислый натрий (селитра натрияевая) - NaNo3	1	151	36	331	79	486	115
Сернокислый глинозем + хлористый кальций	3 + 1	158	38	350	84	583	140
Хлористый алюминий - AlCl3	1	153	37	250	60	420	100
Нитрат кальция (селитра кальциевая) - Ca(No3)2	3	150	36	340	79	478	114
То же	5	165	39	330	78	452	108

Примечание: Бетон был изготовлен состава 1 : 2 : 3.76 при В/Ц=0.43, жесткость смеси – 30 сек.

В несколько более поздней монографии С.А.Миронова приводятся столь же комплексные и достоверные исследования по влиянию некоторых добавок ускорителей на поведение бетонов при пропаривании (см. Таблица 91-2)

Таблица 91-2

Влияние различных добавок на прочность пропариваемых бетонов.

Добавка		Прочность, % от R28=39 МПа, через
вид	количество, % от массы цемента	0.5 ч	1 сут	28 сут
Контроль	0	53	62	91
Хлористый натрий NaCl	1	63	78	106
	2	60	76	103
Нитрит натрия NaNO2	1	60	73	95
	2	63	76	99
Сульфат натрия Na2SO4	1	66	68	92
	2	64	70	91
Поташ K2S04	1	51	55	85
	2	40	50	79
Сода K2CO3	1	45	52	84
	2	37	42	61
Хлористый кальций СаС12	1	70	75	105
	2	60	70	100
Нитрат кальция Ca(NO3)2	1	15	72	100
	2	38	60	90
	6	52	76	91
Хлористое железо FeCl3	1	14	49	86
	1.5	8	36	75

Примечание: состав бетона 1:1.7:2.4:0.5 (цемент:песок:щебень:вода) приготовленного на гранитном щебне и песке с Мкр=2.1 и быстротвердеющем портландцементе Воскресенского завода. Режим пропаривания 2+2+4+1 при температуре 80оС.

Повышение прочности при небольших количествах добавок и, наоборот, понижение ее с их увеличением свидетельствует о том, что электролиты кроме химических реакций приводят к изменению скорости начальных физических процессов, в результате чего изменяются условия формирования структуры бетона

9.2 Влияние В/Ц на кинетику набора прочности бетонами

Уменьшение водоцементного соотношения значительно повышает интенсивность нарастания прочности бетона, особенно в первые сутки его твердения. Были исследованы бетоны нормального твердения на брянском портландцементе цементе М400 (см. Таблица 92-1)

Таблица 92-1

Прочность бетона на брянском портландцементе М400 в зависимости от В/Ц при нормальных температурах.

В/Ц бетонной смеси	Прочность бетона на сжатие (кг/см2), в зависимости от возраста (суток)
	1	3	7	15	28
В/Ц=0.3	180	325	422	480	525
В/Ц=0.4	105	220	303	380	425
В/Ц=0.5	78	144	215	300	345
В/Ц=0.6	47	120	167	238	308
В/Ц=0.7	38	100	147	203	235

Примечание: Таблица была переведена из графических зависимостей с точностью +/- 1 кг/см2 (С.Р)

Из таблицы видно, что с уменьшением В/Ц повышается как темп набора прочности, так и её конечные, 28-ми суточные показатели. Причем становится возможным получить бетон прочностью даже выше чем марка цемента.

При малых В/Ц получаются жесткие и полужесткие смеси, которые весьма затруднительно подвергаются укладке и формовке. Пластификаторы и сперпластификаторы позволяют получать при малых В/Ц достаточно подвижные, вплоть до литых, бетонные смеси. Поэтому, если рассматривать проблему в этом ключе, то и модификация бетонов при помощи пластификаторов, по сути не являющихся ускорителями, также очень эффективна.

Еще более наглядно влияние В/Ц отражается в графическом виде

Примечание: Для построения диаграммы использовался бетон на днепрдзержинском цементе.

На основании многочисленных экспериментальных данных проведенных в НИИЖБ-е была сформулирована зависимость соотношения прочности бетона по времени в зависимости от активности применяемого цемента и водоцементного соотношения (см. Таблица 92-2)

Таблица 92-2

Кинетика роста прочности бетона в зависимости от В/Ц

В/Ц	Прочность бетона, % от активности цемента в возрасте, сут
	1	2	3	28
0.30	30	47	57	110
0.35	28	45	55	100
0.40	25	38	48	80
0.45	20	32	40	70
0.50	16	27	34	63
0.55	14	22	28	56
0.60	12	19	25	50

9.3 Уплотнение бетона, как фактор управления кинетикой набора прочности для прессованных и вибропрессованных бетонов.

Для достижения наибольшей плотности бетона при максимальном снижении В/Ц, следует также применять наиболее эффективные методы уплотнения бетонных смесей. Особенно эффективно данное мероприятие на цементах мокрого и сухого домола с сочетанием двух методов уплотнения – прессования и вибрации с последующим прессованием под давлением. В Таблице 93-1 приведены результаты испытания мелкозернистого (песчаного) бетона, уложенного с применением вибрации, прессования и вибропрессования.

Таблица 93-1

Прочность мелкозернистых бетонов, подвергавшихся различным методам уплотнения.

Метод уплотнения	В/Ц	Предел прочности при сжатии в кг/см2 в возрасте			Предел прочности при изгибе в кг/см2 в возрасте
		1 суток	7 суток	28 суток	1 суток	7 суток	28 суток
Прессование под давлением 50 кг/см2	0.34	117	150	187	27	-	35
	0.38	142	292	252	22	37	34
То же, 500 кг/см2	0.34	208	415	440	36	55	59
	0.38	230	389	402	37	54	56
Вибрация с пригрузом 1 кг/см2	0.34	265	544	662	37	67	79
	0.38	253	591	600	36	69	71
Вибрация с последующим прессованием под давлением 50 кг/см2	0.31	462	643	803	63	76	87
	0.36	318	689	775	57	83	96
То же, под давлением 500 кг/см2	0.31	525	648	776	64	83	82
	0.36	392	704	643	59	77	75

Как видно из этой таблицы, суточная прочность образцов уплотненных с совмещением вибрации и прессования, на 40 – 60% выше прочности образцов, уплотненных каким-либо одним из указанных методов. При этом этом заметно повышается и прочность на изгиб. Более тесные контакты между частицами и высокая степень уплотнения смеси с содержанием мелких фракций составляющих обуславливают развитие молекулярных сил сцепления. Практическое применение этих эффективных способов уплотнения бетонных смесей нашло в свое время отражение в технологии заводского изготовления железобетонных изделий на вибросиловых прокатных станах. Сейчас эта технология активно внедряется в производство вибропрессованных и вибро-гипер-прессованных кирпичей и элементов мощения.

9.4 Влияние домола цемента на прочностные характеристики бетонов.

В процессе всего развития цементной промышленности на протяжении многих десятилетий качество цемента повышалось за счет улучшения его минералогического состава, усовершенствования обжига клинкера и увеличения тонкости помола цемента.

Для выпуска изделий с повышенными требованиями к срокам твердения бетонных и железобетонных изделий, таких как производство пенобетона, элементов мощения, малых архитектурных форм, производство бетонных изделий по так называемой беспропарочной технологии крайне необходимы тонкомолотые цементы.

Одним из направлений получения быстротвердеющих и особобыстротвердеющих цементов - это увеличение удельной поверхности рядовых цементов, путем их домола на местах, в шаровых и вибромельницах.

Многочисленные исследования показывают, что наряду с общим увеличением тонины помола, обязательно следует регулировать и зерновой состав цементов. Оптимальной степени дисперсности цемента, обеспечивающей быстрое нарастание прочности в возрасте 1 – 3 суток и равномерное твердение бетона в последующем, отвечает следующий зерновой состав:

- мельче 5 мк - 25%

- от 5 до 40 мк - 10 – 15%

- свыше 40 мк - остальное

При таком зерновом составе цемента его удельная поверхность (по Товарову) будет составлять около 4500 – 5000 см2/г. Дальнейшее повышение содержания в портландцементе зерен меньше 5 мк может неблагоприятно отражаться на некоторых свойствах бетона. Количество фракции свыше 40 мк крайне необходимой для обеспечения длительной прочности и бетона, в некоторых технологиях, в частности в производстве пенобетона, можно безболезненно уменьшить в пользу размерности 5 – 40 мк. Чтобы при этом не произошло излишнего переизмельчения цемента и переобогащение его ультрамелкими фракциями, следует применять интенсификаторы помола способные влиять на гранулометрию (типа специально модифицированного «помольного» лигносульфоната – ЛСТМ-2)

В случае необходимости домола на строительных площадках и на заводах сборного железобетона – т.е. в местах непосредственного использования цемента, следует применять гораздо более эффективную схему помола в водной среде сразу в присутствии применяемых модификаторов для бетона. Эта схема не только менее энергоемка, но и позволяет значительно экономить химические модификаторы, а в некоторых случаях, при использовании помольных агрегатов, по своей энерговооруженности способных к механохимической модификации цементов, и получать новые эффективные выжущие, с космическими, по сравнению с обычным цементом, характеристиками – т.н. ВНВ (вяжущие низкой водопотребности) и «глубокогидратированные» цементы.

Активизация цемента его мокрым домолом в вибромельницах достаточно полно и всеобъемлюще было изучено в 50 - 60-х годах. Огромная популярность вибродомола в то время была связана и с дефицитностью цемента вообще, а его высокомарочных модификаций, так в особенности. Вибромельницу или даже вибропомольный участок почитал за честь иметь каждый уважающий себя колхоз. Благо конструкция вибромельницы простая как табуретка и доступная к изготовлению в каждой мало-мальски оборудованной мастерской.

Индустриализация строительства перевела и производство стройматериалов на индустриальную основу. Мелкие вибропомольные установки уже стали не способны на равных тягаться с циклопичными, но очень экономичными, заводскими помольными агрегатами. Проблему усугубляло и колхозно-крестьянское мышление многих пользователей вибропомольных установок – установили по принципу - «шоб було», а когда начали считать деньги, оказалось, что дорогой, но высокомарочный цемент с блестящими характеристиками по кинетике набора прочности просто не нужен в обычном строительстве. Можно сказать, что в то время строительная индустрия еще попросту не готова была достаточно эффективно распорядиться столь качественным цементом.

Производство пенобетонов немыслимо без качественных и высокомарочных цементов с «крутой» кинетикой набора прочности. Надежды на крупные цементные комбинаты так и останутся радужными надеждами пенобетонщиков – уж слишком мелок и привередлив потребитель для индустриальных гигантов. Никогда в жизни они не станут выпускать тонкомолотые цементы. Крупные партии тонкомолотых цементов все равно потеряют активность при транспортировке и хранении, а использование их в технологии тяжелых бетонов чревато потерей их долговечности. А мелкие партии выпускать просто экономически невыгодно. Выход видится в организации домола цементов на местах. Особенно это касается таких критичных к качеству цементов технологий, как пенобетонная. Влияние домола цементов отражено в Таблице 94-1

Таблица 94-1

Влияние удельной поверхности цемента на прочность раствора при нормальных условиях твердения.

Удельная поверхность в см2/г (по Товарову)	Прочность на сжатие в % от не домолотого цемента, через сутки
	1 сутки	3 суток	28 суток
без домола	100	100	100
домол до 3500 см2/г	225	225	190
домол до 4000 см2/г	283	250	200
домол до 4500 см2/г	300	267	205
домол до 5000 см2/г	333	275	214
домол до 6000 см2/г	367	300	218
домол до 7000 см2/г	383	308	223
домол до 8000 см2/г	416	317	227

Примечание: Для приготовления испытательного раствора 1:3 с В/Ц=0.5 использовался цемент Николаевского завода.

Как видно из этих и множества аналогичных данных наибольший прирост во все сроки получается при домоле в течении первых 10 – 15 минут. Удельная поверхность за этот период увеличивается примерно на 1000 единиц. Увеличивая удельную поверхность, домол в этом случае восстанавливает активность цемента, частично утраченную за счет гидратации, карбонизации и комкования во время хранения и транспортирования. Дальнейшее увеличение удельной поверхности при домоле не дает такого значительного увеличения его активности, поэтому экономически не целесообразно.

Исследование зернового состава цементов, подвергнутых мокрому домолу в течении 10 минут, показало, что даже за столь короткий период содержание частиц размером до 10 мк увеличивается от 22 – 24 (в исходном цементе) до 50 – 55%. Скорость гидратации такого цемента, определяемая по количеству связанной воды, значительно увеличивается. Таким образом домол цементов является очень эффективным средством ускорения его твердения. Он обеспечивает быстрое растворение минералов цементного клинкера и пересыщение раствора и увеличивает число центров кристаллизации в твердеющем цементном камне.

Еще более эффективен мокрый домол цементов с одновременным введением дабавки ускорителя схватывания и твердения. Эффект от подобного введения хлористого кальция, например, отражен в Таблице 94-2

Таблица 94-2

Прочность бетона на портландцементах мокрого домола с одновременной добавкой хлористого кальция.

(при нормальных условиях твердения)

Тип портландцемента	Добавка CaCl2 в % от веса цемента	В/Ц	Жесткость смеси в сек	Предел прочности при сжатии в возрасте (суток)
				1 сутки		2 суток		28 суток
				кг/см2	в % от марочной без CaCl2	кг/см2	в % от марочной без CaCl2	кг/см2	в % от марочной без CaCl2
Высокоалюминатный ПЦ-400 таузского завода C3S – ??? C2S - ??? C3A - 9% C4AF – ???	0 (простой домол в воде)	0.35	50	351	51	503	72	694	100
	2	0.35	40	407	59	548	79	752	109
низкоалюминатный ПЦ-400 завода «Комсомолец» C3S - 62.7% C2S - 16.4% C3A - 3.4% C4AF – 16.2%	0 (простой домол в воде)	0.33	45	206	38	414	76	542	100
	2	0.33	35	364	67	501	92	651	120
	2	0.36	15	295	54	425	78	540	100

Анализ таблицы 94-2 показывает, что домолотые в водной среде с добавками ускорителей высокоалюминатные цементы позволяют уже в первые сутки получить марочную прочность, а к 28-ми суткам значительно её превысить.

Применение бетонных смесей с малым В/Ц, использование быстротвердеющих цементов, домолотых цементов а также применение ускорителей дают возможность в ряде случаев полностью отказаться от тепловой обработки бетонных изделий вообще. При этом все же нужно учитывать, что на интенсивность нарастания прочности быстротвердеющих бетонов на портландцементах с различным содержанием трехкальциевого алюмината и гипса существенно влияет и температура окружающей среды. С её понижением против нормальной на 2 – 12оС резко замедляется рост прочности бетона. Особенно в первые сутки твердения. В этой связи, для получения быстротвердеющих бетонов и в особенности пенобетонов, следует всячески стараться выдерживать изделия при температуре не ниже +20оС. А если, в силу погодных обстоятельств, пенобетон вызревает при пониженных температурах, можно воспользоваться простой зависимостью. В очень упрощенном виде она гласит: - Если принять суточную, к примеру, прочность бетона твердевшего при температуре +20оС за 100%, каждый градус ниже этой цифры дает снижение суточной прочности на 5%. Иными словами при температуре +10оС мы получим только половину суточной прочности достижимой при +20оС.

9.5 Ускорение твердения бетона и пенобетона путем предварительного разогрева бетонной смеси.

При производстве железобетонных элементов на полигонах, особенно при изготовлении массивных конструкций для промышленного строительства, в ряде случаев целесообразно применение т.н. «теплого» бетона. Оно позволяет организовать передвижные установки небольшой мощности для производства крупных железобетонных элементов без больших материальных затрат и в очень короткое время.

Сущность метода заключается в приготовлении теплой бетонной смеси и последующем сохранении тепла в бетоне в течение определенного времени после укладки его в форму.

В свое время ученые из ГДР провели специальные исследования по этому вопросу и установили оптимальные параметры применения теплого бетона при изготовлении сборных железобетонных конструкций. Основная цель применения теплого бетона - получение требуемой прочности в начальные сроки твердения.

По данным этих исследований, теплый бетон наиболее целесообразно получать путем нагревания заполнителей до 60 - 80°С, а в ряде случаев также и воды до +30°С. Температуру заполнителя устанавливают в зависимости от температуры наружного воздуха, температуры других составляющих смеси, а также возможных теплопотерь во время транспортирования.

Скорость нагрева заполнителей в значительной мере определяется их крупностью. Так, песок может быть нагрет до +60°С в среднем за 30 мин, фракции щебня 3 - 7 мм за 2 часа, а 7 - 15 мм - за 3 - 5 часов. Влажные заполнители нагреваются быстрее сухих.

Нагревают заполнители в сушильном барабане или в силосе. В качестве сушильных барабанов можно использовать конструкции, применяемые для нагревания щебня в дорожном строительстве. В силосах заполнители можно нагревать паром, поступающим туда через перфорированные трубы. Однако в этом случае влажность заполнителя будет неравномерной. Возможно также применение отопительных силосов. Однако сушильные барабаны имеют некоторые преимущества, так как заполнители в них нагреваются быстрее и равномернее. Кроме того, в них можно регулировать температуру нагрева. Для регулирования температуры бетона допускается также подогрев воды, однако, по результатам исследований, установлено, что её максимальная температура не должна превышать +30°С, а минимальная - +10°С. Для получения теплого бетона можно использовать портландцементы марок 400 и выше различного минералогического состава, а также шлакопортландцемент, содержащий не более 30% шлака. Процесс приготовления теплого бетона такой-же как и обычного. Перемешивать бетон рекомендуется в бетономешалках принудительного действия.

Для теплой бетонной смеси характерны сокращенные сроки схватывания. В связи с этим она должна быть уложена в формы и уплотнена в течение 30 мин с момента выхода из бетономешалки.

Как показали исследования, наиболее целесообразная температура бетонной смеси при выходе ее из бетономешалки +35 - 38° С. При нагреве до более высоких значений недобор прочности бетона, по сравнению с образцами нормального твердения, возрастает сильнее. Также значительно быстрее возрастает жесткость бетонной смеси, её уже не удается тщательно уплотнить, а это еще один фактор снижения марочной прочности. Если температура смеси значительно ниже +35°С, твердение бетона при этом ускоряется весьма незначительно. Поэтому такой его незначительный прогрев нельзя признать экономически оправданным.

Как показали опыты, применение теплого бетона эффективно лишь для малоподвижных и подвижных бетонных смесей при расходе цемента не менее 350 кг/м3. Исключительно из технологических соображений нельзя применять теплый бетон при изготовлении жестких бетонных смесей с низким водоцементным отношением (менее 0,35). Так, например, при нагреве до 40 - 45°С уже через 6 - 10 мин с момента приготовления бетонная смесь жесткостью 80 сек настолько теряет свою подвижность, что становится абсолютно непригодна для укладки.

Эффективность применения теплого бетона значительно повышается по мере увеличения активности цемента. Так, интенсивность твердения бетона на портландцементе марки 600 примерно на 30% больше, чем у бетона на портландцементе марки 400. Высокомарочные цементы не только высокоактивны, что уже само со себе обеспечивает более высокий темп твердения. Они выделяют также большое количество тепла, что приводит к повышению температуры бетона, способствующему ускорению темпа твердения бетона. Поэтому, чем выше марки цемента и больше расход его на кубометр бетона, тем выше эффект от применения теплого бетона.При расходе 400 - 700 кг/м3 высокомарочного портландцемента удается уже через 6 - 8 часов после укладки получить бетон с прочностью порядка 120 – 220 кг/см2, что вполне достаточно для распалубки и транспортирования сборных железобетонных элементов.

Сравнительный анализ нормального (+18оС)и теплого (+35оС) бетонов показывает, в возрасте 12 часов прочность теплого бетона на 80 - 100% выше, чем бетона нормального твердения. Однако уже через 1 - 3 суток прочность этих бетонов выравнивается, а в 28-суточном возрасте прочность теплого бетона примерно на 20% ниже, чем бетона нормального твердения. При нарушении технологии приготовления теплого бетона в ряде случаев недобор прочности может достигать 35%.

В связи с этим изделия из теплого бетона после распалубки должны подвергаться последующему увлажнению путем двух-трехкратного полива в течение первых суток водой при температуре не ниже +20°С. Зимой изделия из теплого бетона следует защищать от замерзания.

Эффективность применения теплого бетона в значительной степени определяется степенью сохранения в нем тепла на начальной стадии твердения. При этом, чем выше скорость охлаждения теплого бетона, тем более значителен недобор прочности к 28-суточному возрасту, по сравнению с бетоном нормального твердения.

Наибольший эффект дает выдерживание бетона в формах в течение 8 – 12 часов. Если опалубку снимают раньше, то бетон быстро охлаждается и приобретает невысокие значения прочности. При более поздних сроках распалубки теряется эффект от применения теплого бетона. Продолжительность твердения и его рекомендуемую температуру при этом отражает Таблица 95-1

Таблица 95-1

Рекомендуемые изменения температуры при твердении теплого бетона, в зависимости от времени выдержки.

	Продолжительность твердения, часы
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Рекомендуемая температура бетона, оС.	35	34	33	32	40	45	45	45	45	40	35	30	28

Для сохранения тепла целесообразно применять деревянные формы, обитые жестью, теплопроводность которых более низкая, чем металлических. Таблица 695-2 отражает разницу между температурой бетона в деревянной и стальной опалубках.

Таблица 95-2

Влияние материала опалубки на изменение температуры теплого бетона.

	Вид материала опалубки	Температура в оС, в зависимости от продолжительность твердения в часах
		1	2	3	4	5	6	7	8	9
Температура образца	дерево	35.0	33.5	33.0	36	38.5	40.5	41.5	41.0	40.5
	сталь	35.0	31.0	27.0	25.0	24.0	23.0	23.5	24.0	24.0
Температура изделия	дерево	35.0	30.5	32.0	36.0	38.5	40.5	41.5	41.5	40
	сталь	35.0	17.5	24.0	25.0	26.0	26.0	26.5	26.5	25.5

Примечание: в качестве «образца» использованы кубики 20 х 20 х 20 см. Размерность «изделия» в первоисточнике не уточняется

Из этой таблицы 95-2 явственно видно, что при использовании металлических форм следует обязательно применять теплоизоляцию – иначе температура бетона резко снижается и теряется весь эффект его ускоренного твердения. Особенно ярко это выражается как раз не в лабораторных образцах а в натурных изделиях – из-за такой, казалось бы мелочи, становится невозможным воспроизвести замечательные лабораторные эксперименты в натурных условиях. В случае производства пенобетона требования не столь жесткие – все таки его теплопроводность намного ниже традиционных тяжелых бетонов. Но и в этом случае следует минимизировать теплопотери любыми доступными способами.

Чтобы минимизировать теплопотери бетона, следует использовать его в производстве массивных конструкций, так как потери тепла в этих изделиях меньше, чем в тонких и плоских конструкциях. Ориентировочной минимально допустимой толщиной стенки при изготовлении изделий по этому методу можно считать 0,2 м. Если же толщина изготовляемых элементов будет меньше указанной величины, то изделия в форме должны подвергаться дополнительному прогреву.

Проводились также опыты и по совмещению теплого бетона с последующим его пропариванием. По их результатам можно сделать вывод, что экономичные короткие режимы последующего пропаривания уже мало отражаются на том прочностном потенциале, который дает разогретый бетон. При традиционном «длинном» пропаривании теряется смысл в предварительном разогреве бетона. Итог – нужно применять, что либо одно: или предварительный разогрев бетона с максимально возможным теплосохранением, или традиционные режимы ТВО.

Рассматривая т.н. «теплые бетоны» или бетоны подвергаемые форсированному нагреву или саморазогреву следует обязательно отметить, что форсированная гидратация бездобавочных цементов чревата спадом марочной 28-суточной прочности. Объясняется это тем, что при повышенных температурах происходит слишком быстрое образование кристаллических сростков и коллоидных оболочек новообразований. Эти оболочки мешают дальнейшему углублению процессов гидратации минералов клинкера. Для устранения этого нежелательного явления следует обязательно предусмотреть введение в бетон активных кремнеземистых добавок – доменных шлаков, золы-уноса, и т.д. способных «поставлять» свободные гидроокиси кальция в систему, и тем самым нормализовать нежелательные процессы. В качестве самостоятельной или дополнительной меры можно применять и введение в бетон свободной гидроокиси кальция извне – в форме молотой извести, например.

9.5.1 Некоторые методологические замечания к вопросу предварительного разогрева бетонов…

Очень интересные исследования были проведены проф. Иваном Андреевичем Кириенко в начале 30-х годов. И хотя он специализировался на методологии ведения бетонных работ на морозе, вопросу предварительного разогрева бетона уделил самое пристальное внимание т.к. это один из способов ведения работ на морозе.

Замечательные исследования. Дотошные, скрупулезные, убедительные, парадоксальные в выводах. …. И забытые.

По поводу именно этих исследований, корифей мирового «зимнего» бетонирования Сергей Андреевич Миронов сказал, уже в наше время, буквально следующее: «… К сожалению, указанные выше отправные положения технологии бетона о влиянии температурного фактора на консистенцию бетонных смесей и прочность бетона, разработанные еще в 30-е годы многими учеными, в настоящее время при разработке новых технологических приемов повышения температуры бетонных смесей до укладки порой остаются без внимания. Это приводит, как правило, к серьезным заблуждениям ряда исследователей, оценивающих преимущества того или иного способа предварительного разогрева бетонных смесей.»»

Осмелюсь озвучить отдельные положения его исследований, тем более, что они самым неожиданным образом перекликаются с темой ускорения времени распалубки и прочности пенобетонов.

9.5.1.1 Влияние температуры среды на количество воды для получения теста нормальной густоты (НГ).

С изменением температуры меняется и количество воды, потребное для получения теста нормальной густоты. Это изменение отражает формула:

W = W20 x ( 1 + 0.004 x (t – 20) )

где:

W – водоцементное соотношение для (НГ) при искомой температуре;

W20 – водоцементное соотношение для (НГ) при температуре 20оС;

t - реальная температура цементного теста (среды).

Из этой формулы следует очень важный вывод практического характера. А именно – с изменением температуры цементного теста (среды) изменяется и количество воды для получения теста нормальной густоты. Иными словами - изменяя температуру цементного теста с +20оС до +100оС требуется и воды добавить – целых 34% от первоначального. А раз так, то рецептура т.н. «теплых бетонов» разогреваемых до укладки должна обязательно предполагать и увеличение количества цемента – но это к нам не относится, греть будем уже после укладки (смотри далее).

А если пойти от обратного, - количество воды в системе осталось неизменным, но повышение температуры из-за саморазогрева УЖЕ УЛОЖЕННОГО бетона подкорректировало реальное В/Ц в сторону уменьшения. И если мы работаем с далеким от оптимума, но достижимым исходя из технологических особенностей конкретного производства В/Ц=0.6, нагрев бетон до +100оС уменьшает наше В/Ц на весь период поддержания такой температуры на треть – до В/Ц=0.4!!!!! – чуть ли не теоретический оптимум – залог, как высокой прочности, так и быстрого её набора. Произошедшее при этом значительное повышение жесткости смеси нам только на руку – ведь пенобетонная смесь уже поризована и уложена, и падающую несущую способность разлагающейся пены вовремя поддержит повысившаяся структурная вязкость цементной матрицы.

9.5.1.2 Влияние температуры среды на всасывающую способность песка и щебня.

В бетонных работах при выборе водоцементного отношения обычно вводят поправку на водопоглощаемость заполнителей. Имеющиеся данные о водопоглощаемости песка и щебня, как правило, справедливы для нормальной температуры +20оС (Здесь и далее акцентируется внимание именно на водопоглощении песка, не путать с водопотребностью – производной от пустотности песка).

Между тем всасывающая способность песка и щебня зависит от структуры материала, от его капиллярной решетки, термического состояния и влажности окружающей среды. Изменение всасывающей и водопоглощающей способности песка и щебня мало изучено. Это исключительно важно при бетонных работах, когда происходит значительный нагрев песка и щебня до температур свыше 30°С. Но если нагрев заполнителя ведется до его введения в состав бетона, накопившаяся влага, после нормализации температуры увеличивает В/Ц. Если же осуществляется нагрев заполнителя который уже находится в составе бетона – происходит снижение В/Ц на весь срок подобного термовоздействия.

Капиллярные свойства песка и щебня в значительной степени влияют на истинную величину водоцементного отношения. С учетом этого были проведены научно-исследовательские наблюдения над кварцевым песком и щебнем из гранита и песчаника при температуре 20, 40, 60, 80 и 100°С. Нагревание материалов производилось в термостате, где для каждой группы образцов устанавливалась постоянная температура при помощи ртутною термометра. Были получены следующие результаты:

1) Всасывающая способность песка и щебня усиливаются с повышением температуры (см. Таблица 69512-1 и Таблица 69512-2);

2) Влагоемкость крупного заполнителя (щебня) значительно меньше, чем мелкого (песка) и оно менее изменчиво под воздействием температурного фактора. Это объясняется возникновением в крупных щебенках гидравлических пробок в крупных порах. В мелких щебенках, а тем более в песке, крупных пор, уже становящихся по своим геометрическим размерам соизмеримыми с крупинкой песка или щебня, гораздо меньше. Преобладают мелкие поры в которых в полной мере начинают работать капиллярные силы.

3) С увеличением температуры подогрева влагоемкость щебня сильно увеличивается; так, при увеличении температуры от +20оС до +100°С влагоемкость гранита и песчаника возрастает вчетверо (см. Таблица 9512-2);

4) Абсолютная величина всасывающей способности и влагоемкости песков и щебня, вследствие их относительно большого объема в бетоне, довольно значительна и влияет на водоцементное отношение. Изменение этой величины под действием температуры, не учитываемое на практике, порождает значительную ошибку в определении водоцементного отношения, а следовательно, проектной прочности и качества бетона.

Следует оговориться, что приведенные на диаграммах данные всасывающей способности и влагоемкости песка и щебня не претендуют на исключительную точность ввиду отсутствия точной методики исследования и разной минералографической и петрографической природы заполнителей в каждом конкретном случае. Но они наглядно отражают общую тенденцию, и это главное.

(В настоящее время методологическая и научная база проведения подобных исследований имеется. Но у теоретического бетоноведения напрочь исчезло желание публиковать на некоммерческой основе и в открытой печати хоть что-то заслуживающее внимания …)

Таблица 9512-1

Влияние температуры и времени выдержки на водопоглощение песка

	Количество поглощенной воды в % от веса песка, в зависимости от времени в минутах
	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140	150	160	170	180	190	200	210	220
При t=20oC	2.81	4.84	6.30	7.87	9.11	10.35	11.25	12.03	12.77	13.35	-	13.39	-	14.73	-	15.07	-	15.41	-	15.64	-	15.75
При t=40oC	6.41	12.6	15.15	15.48	-	16.14	-	16.25	16.25	16.25	16.25	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
При t=60oC	14.62	16.42	16.53	-	16.60	16.60	16.60	16.60	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
При t=80oC	15.30	16.65	16.81	-	16.87	16.93	-	17.10	17.15	17.21	-	17.27	17.27	17.27	17.27	-	-	-	-	-	-	-
При t=100oC	18.33	-	18.39	-	-	-	-	18.45	18.45	18.45	18.45	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

Примечание: некоторую «непричесанность» данных из этой таблицы следует отнести на издержки эксперимента – он проводился в конце 20-х годов, и проблема термостабилизации решалась на уровне добросовестности лаборанта – электронных терморегуляторов тогда еще не существовало. Более свежих исследований по данному вопросу мне найти не удалось, а все ученые уже более 70 лет именно на данные полученные Кириенко и ссылаются.

Таблица 9512-2

Влияние температуры и времени выдержки на водопоглощение щебня.

Вид щебня	Количество поглощенной воды в % от веса щебня, в зависимости от температуры в оС.
	+20оС	+40оС	+60оС	+80оС	+100оС
Гранитный щебень фракция 40 мм	0.10	0.15	0.23	0.30	0.40
Гранитный щебень фракция 10 мм	0.12	0.20	0.34	0.38	0.42
Песчаниковый щебень	0.28	0.59	0.63	0.90	1.18

А теперь опять пойдем от обратного. Представим, что наша пенобетонная смесь сразу после приготовления вдруг резко, каким то чудесным образом, разогрелась сама собой. Ну, например, до 80оС. Если в этой пенобетонной смеси имеется песок, то в течении первых же 10 минут подобного термического воздействия его влагоемкость увеличится более чем в 5 раз.

Возьмем натурный пример: для приготовления пенобетона при t=+20oC использовали:

- цемента – 450 кг

- песка – 350 кг

- воды - 270 кг (В/Ц=0.6)

Предположим, что сразу после заливки в формы наш пенобетон самопроизвольно разогрелся до температуры +80оС.

Согласно Таблице … под воздействием температуры песок всосал в себя дополнительно (15.30 – 2.81) = 12.49% воды от своей массы.

В нашем случае это составит (350 /100) х 12.49 = 43.72 кг.

В конечном итоге, в результате подобного температурного воздействия, В/Ц стало не 0.6, а (270 – 43.72) / 450 = 0.5

А почему это вдруг пенобетон у нас вдруг самопроизвольно разогрелся до столь высокой температуры? – об этом дальше.

9.5.1.3 Влияние температуры среды на сроки схватывания цемента.

Повышение температуры среды, против эталонных +20оС, однозначно ускоряет как начало схватывания так и его длительность. Её снижение, соответственно, замедляет эти процессы. В качестве примера приводятся данные по одному виду цемента (см. Таблица 9513-1).

Таблица 9513-1

Изменение сроков схватывания портландцементного теста нормальной густоты в зависимости от температуры.

Период	Время схватывания цементного теста (час)
	+1оС	+5оС	+10оС	+15оС	+20оС	+30оС	+40оС	+50оС	+60оС	+70оС	+80оС	+90оС	+100оС
Начало схватывания, через (часов) с момента затворения	12.00	9.18	4.43	3.22	1.87	1.65	1.43	1.23	1.02	0.90	0.73	0.58	0.43
Конец схватывания, через (часов) с момента затворения	23.83	15.72	10.43	6.73	4.70	3.50	2.68	2.17	1.75	1.43	1.18	1.00	0.78

Эта закономерность справедлива и для иных цементов – при повышении температуры от нормальной (+20оС) до +100оС начало схватывания ускоряется примерно в 4 раза, а окончание схватывания происходит также примерно в 6 раз быстрее.

При понижении температуры до +1оС – начало схватывания происходит примерно в 6 раз медленнее, а сам процесс окончания схватывания растягивается до почти суток – удлиняется в 5 раз. Если не ударяться в температурные крайности, то легко можно заметить, что даже несущественные 5 градусов в сторону понижения, способны настолько удлинить схватывание, что за это время пенобетонная масса, так и не набрав даже толики самонесущих свойств, осядет под собственным весом – ведь запас стойкости самого распрекрасного пенообразователя не безграничен.

А если учитывать влияние нагрева пенобетона и на водопотребность для достижения (НГ) (см. ниже) то по совокупному эффекту нагрев пенобетона приводит к его практически мгновенному внутреннему обезвоживанию. Благодаря этому поризованная масса в течении нескольких минут становится жесткой, а следовательно и самонесущей – её практически сразу можно распалубовать. Под воздействием высокой температуры также многократно ускоряется схватывание и твердение бетона.

Вывод: чтобы пенобетонная масса не оседала нужно её греть. Желательно сразу же после разливки в формы. И обязательно греть посильней. Как это сделать? – об этом в конце.

9.5.1.4 Влияние В/Ц бетона на сроки схватывания цемента.

Сроки схватывания, указанные в паспорте на цемент, относятся к тесту нормальной густоты. Именно этими сроками, обычно, и оперируют при моделировании техпроцесса производства пенобетона. Это серьезная ошибка - такое тесто очень жесткое (а зависимости от минералогии цемента, для получения теста нормальной густоты требуется соблюсти В/Ц<0.3) и в практике никогда не применяется. Но при более высоких, реально применяемых водо/цементных соотношениях начало и конец схватывания тоже удлиняются (см. Рис …) и это обязательно следует учитывать в практической работе. Особенно это касается пенобетонной технологии, родовой признак которой повышенное В/Ц при весьма критичном требовании по схватыванию цемента, обусловленном периодом стойкости пены.

Рис. 6.5.1.4_1

нижняя линия – начало схватывания

верхняя линия – конец схватывания

Экспериментально выведены следующие формулы для пересчета начала и конца схватывания, в зависимости от водо/цементного соотношения.

Начало схватывания рассчитывается по формуле:

Нсх = Ннг + (W – Wнг) х 14.5

где: Нсх - время начала схватывания при искомом водо/цементном соотношении

Ннг – время начала схватывания теста нормальной густоты при t=+20оС (из паспортных данных на цемент)

W – реально используемое В/Ц

Wнг – В/Ц для получения теста нормальной густоты при t=+20оС (из паспортных данных на цемент)

Конец схватывания рассчитывается по формуле:

Ксх = Кнг + (W – Wнг) х 36.5

где: Ксх - время конца схватывания при искомом водо/цементном соотношении

Кнг – время конца схватывания теста нормальной густоты при t=+20оС (из паспортных данных на цемент)

W – реально используемое В/Ц

Wнг – В/Ц для получения теста нормальной густоты при t=+20оС (из паспортных данных на цемент)

Пример расчета.

Предположим, что из паспортных данных на цемент известно, что В/Ц для получения теста нормальной густоты Wнг=0.208, начало схватывания теста нормальной густоты Ннг=1.42 часа, конец Кнг=2.45 часа.

Требуется найти начало и конец схватывания для реального водоцементного соотношения W=0.6

Итак, начало схватывания будет равно:

Нсх = Ннг + (W – Wнг) х 14.5 =

1.42 + (0.6 – 0.208) х 14.5 = 7.104 часа

Конец схватывания, соответственно:

Ксх = Кнг + (W – Wнг) х 36.5 =

2.45 + (0.6 – 0.208) х 36.5 = 16.758 часа

Как видим цифры убийственные. Но они убедительно доказывают, что одной из действенных мер ускоренного твердения пенобетона может явиться применение пластификаторов водопонизетелей.

9.5.1.5 Влияние одновременно температуры среды и В/Ц на сроки схватывания цемента.

Не хотелось Вас окончательно расстраивать, но придется. Дело в том, что повышенное В/Ц и пониженные температуры – вполне обыденная производственная реальность. Если задаться целью выяснить, как они совокупно воздействуют на схватывание бетона – плакать хочется.

Для выяснения степени влияния на сроки схватывания одновременного действия двух факторов была проделана коллосальная научно-исследовательская работа. В результате были предложены математические зависимости, описывающие это явление. В весьма приближенном, но достаточном для практических нужд, виде они описываются следующими формулами:

Начало схватывания рассчитывается по формуле:

Нwt = х (Ннг + (W- Wнг) х 14.5)

где: Нwt - время начала схватывания при искомом водо/цементном соотношении и реальной температуре

Ннг – время начала схватывания теста нормальной густоты при t=+20оС (из паспортных данных на цемент)

W – реально используемое В/Ц

Wнг – В/Ц для получения теста нормальной густоты при t=+20оС (из паспортных данных на цемент)

 – температурный коэффициент (см. Таблица 69515-1)

Конец схватывания рассчитывается по формуле:

Кwt = х (Кнг + (W - Wнг) х 36.5)

где: Кwt - время конца схватывания при искомом водо/цементном соотношении и реальной температуре

Кнг – время конца схватывания теста нормальной густоты при t=+20оС (из паспортных данных на цемент)

W – реально используемое В/Ц

Wнг – В/Ц для получения теста нормальной густоты при t=+20оС (из паспортных данных на цемент)

 – температурный коэффициент (см. Таблица 69515-1)

Эти формулы позволяют в любых практических условиях определить сроки схватывания цемента, что особенно важно для изготовления пенобетона как в условиях высокой, так и в особенности, пониженной температуры при разных В/Ц.

Сравнение гладких кривых, получаемых теоретически по этим формулам, очень хорошо «ложится» на чисто экспериментальные цифры, полученные другими исследователями в разное время, что еще раз подтверждает их достоверность.

Таблица 9515-1

Величины коэффициента в зависимости от температуры.

	Температура в градусах
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Величина	5.23	3.87	3.23	2.84	2.54	2.30	2.12	1.95	1.82	1.69	1.59	1.51
	13	14	15	16	17	18	19	20	25	30	35	40
Величина	1.42	1.34	1.27	1.21	1.16	1.08	1.05	1.00	0.83	0.68	0.58	0.50
	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100
Величина	0.44	0.38	0.35	0.31	0.28	0.254	0.233	0.212	0.198	0.184	0.177	0.170

Примечание: Имеются коэффициенты и для «северного» варианта, когда лабораторные испытания теста нормальной густоты предписывается проводить при +15оС, но в данной публикации, я их умышленно опустил.

Пример расчета. Для наглядности возьмем предыдущие исходные данные, но пересчитаем их для температуры +15оС – условия, реальней не бывает.

Итак из паспортных данных на цемент известно, что В/Ц для получения теста нормальной густоты Wнг=0.208, начало схватывания теста нормальной густоты Ннг=1.42 часа, конец Кнг=2.45 часа.

Требуется найти начало и конец схватывания для реального водоцементного соотношения W=0.6 и реально существующей в цехе температуры +15оС.

Начало схватывания наступит через:

Нwt = х (Ннг + (W - Wнг) х 14.5) = 1.27 х ( 1.42 + (0.6 – 0.208) х 14.5) = 9.02 часа

Конец схватывания, соответственно:

Кwt = х (Кнг + (W – Wнг) х 36.5) = 1.27 х (2.45 + (0.6 – 0.208) х 36.5) = 21.28 часа

А если «…в цехе нормальная температура +8оС, а пенобетон не встает…» (был такой вопрос на Форуме сайта http://www.ibeton.ru/ )?

Подсчет по приведенным выше формулам показывает, что схватывание наступит через 13.85 часа, а закончится оно через 32.67часа с момента приготовления пенобетона!!!!!!!! Поэтому критерий «нормальная температура» для пенобетона – никак не ниже +15оС, а еще лучше 20 – 25 градусов.

9.5.1.6 Революция в технологии производства пенобетона? – Нет, эволюция.

Все описанное выше достаточно убедительно свидетельствует – еще при приготовлении пенобетонной массы её желательно начинать греть, но не сильно. Затем, сразу после окончания поризации, прямо в формах, пенобетон нужно как можно быстрее разогреть еще сильнее. Как без излишних хлопот это сделать?

А в разделе … ведь не зря говорилось, что известью топить можно. При её гидратации происходит быстрое и обильное выделение тепла. Этот процесс настолько бурный, что негашеную известь запрещено перевозить в деревянных вагонах – если попадет под дождь, - вагон загорится, температура достигает 400оС, кусок гасящейся извести светится в темноте!

В обобщенном виде рекомендации просты.

На первой стадии молотая негашеная известь вводится в цементную систему совместно с соляной кислотой – образуется ускоритель. Выделившееся при этом тепло осуществляет предварительный разогрев смеси. В теплое время года без этого этапа можно вполне обойтись и вводить любой другой ускоритель, тот же хлористый кальций уже готовый, например.

На второй стадии вводится пенообразователь и в процессе быстрого перемешивания бетонная смесь поризуется превращаясь в пенобетонную.

Третья стадия - в пенобетонную массу вводится алюминиевая пудра в составе водного раствора любой омыленной смоляной или жирной кислоты (они смывают парафин/консервант) с пудры. В процессе последующего перемешивания алюминиевая пудра равномерно распределяется в пенобетонной смеси – гомогенизируется.

Четвертая стадия – в полученную массу вводится молотая негашеная известь. После непродолжительного перемешивания смесь немедленно разливается по формам.

Пятая стадия самая интересная. Формы с пенобетонной смесью подвергаются вибрированию.

Молотая негашеная известь в присутствии воды начинает гаситься. Это каждому школьнику известно. Но гашение извести начинается не сразу, а по прошествии нескольких минут от 5-8 до 40 и более (в соответствии с этим параметром она так и делится на: быстро гасящуюся, средне гасящуюся и медленно гасящуюся). Кроме того присутствующие в смеси ПАВ – пенообразователь, пластификатор, консервант, смывка консерванта очень сильно замедляют гашение извести – всегда есть некоторое время чтобы до начала её гашения, безбоязненно разлить пенобетонную смесь по формам и еще на перекур сходить.

При вибрировании начинаются очень интересные процессы. Вод воздействием вибрации алюминиевая пудра очень быстро, практически мгновенно, вступает в реакцию с известью в щелочной среде. При этом образующийся алюминат кальция (он сам по себе очень мощный ускоритель схватывания цемента) связывает часть свободной воды из пенобетонной матрицы в кристаллогидрат, выделяется водород, и выделяется тепло. Водород насыщает пенобетонную смесь порами более крупной размерности (о двумодальной пористости смотри ранее вышедшие рассылки). Под воздействием вибрации пенобетонная смесь обретает жидкотекучие свойства и эти пузырьки имеют возможность равномерно распределиться в массиве – смесь вспухает и буквально на глазах поднимается. Выделившееся тепло от реакции извести с алюминиевой пудрой вкупе с активным вибровоздействием провоцирует начало бурного гашения извести – она что называется «слетает с катушек». В процессе этого гашения, в течении нескольких секунд, часть воды необратимо уходит в гидроокиси кальция. При всем при том происходит бурное и лавинообразное повышение температуры всего пенобетонного массива. Его уже не остановить ничем и оно будет продолжаться пока не исчерпаются все запасы реакционно способной извести. (Крайний случай – «Бабах», - и свои формы Вы собираете на крыше ближайшей пятиэтажки…)

Через 2 – 3 минуты вибровоздействие снимается (вибратор выключают).

Но и это еще не все. Под воздействием высокой температуры доходящей до 100оС происходит внутреннее самовакуумирование пенобетона – часть воды отсасывается заполнителем (после остывания она вернется назад и будет подстраховывать от обезвоживания). В результате всех этих процессов В/Ц системы резко снижается практически до теоретического минимума. Под воздействием столь низкого В/Ц, высокой температуры и в присутствии ускорителей такой пенобетон очень быстро, в течении нескольких минут, схватывается и набирает настолько большую прочность, что становится возможна его распалубовка без ущерба для всех его последующих эксплуатационных и прочностных характеристик.

Если брать во внимание не только кинетику, но и марочную 28-суточную прочность, а также оптимизацию гранулометрии заполнителей вкупе с минимизацией издержек, вполне оправданным следует считать введение в систему еще и ультрамелкого заполнителя обладающего гидравлической активностью и в котором много свободной окиси кальция – молотые доменные шлаки или зола-унос. В таком случае выстраивается весьма стройный технологический процесс, способный революционным образом изменить существующую технологию, унаследованную нами еще с 20-х годов прошлого века. Имя ей – термоактивированный вибровспученный пенно-газо-золо-бетон.

Все выше приведенное и явилось причиной моего сообщения на Форуме http://www.ibeton.ru/ , что распалубовка пенобетона вполне возможна через 15 минут после разливки по формам при незначительном усложнении технологического регламента его производства. Не имея возможности ответить на последовавший почтовый обвал всем по E-mail, я ответил в форме цикла статей в формате рассылки «Все о пенобетоне».

Остановить технический прогресс не то, что сложно – невозможно. Даже в такой консервативной отрасли, как производство строительных материалов. Будущее за теми, кто вовремя осознает это.

 

10. Список использованной литературы

1. Абросенко В.Ф. Исследования в области твердения известково-песчаных строительных материалов без тепловой обработки. Автореферат кандидатской диссертации. 1962 г.

2. Алексеев С.Н., Иванов Ф.М., Модры С., Шиссль П. Долговечность железобетона в агрессивных средах. 1990 г.

3. Алексеев С.Н., Ратинов В.Б., Розенталь Н.К., Кашурников Н.М. Ингибиторы коррозии стали в железобетонных конструкциях. 1985 г.

4. Алексеенко Н.В. Изучение зависимости объемных деформаций и механической прочности портландцемента от добавки к нему негашеной молотой извести. Автореферат кандидатской диссертации. 1956 г.

5. Бадалян М.Г. Исследование возможности применения гажи и гажецементного вяжущего в индустриальном строительстве в условиях Армянской ССР. Автореферат кандидатской диссертации. 1969 г.

6. Баженов Ю.М., Аносова Г.В., Еворенко Г.И. Повышение эффективности бетона добавкой модифицированных лигносульфонатов. Бетон и железобетон 1991 г. №11

7. Баженов Ю.М. Еще раз о высокопрочном бетоне с химическими добавками. Бетон и железобетон 1978 г. №10

8. Баженов Ю.М., Мамаевский В.Н., Щуров А.Ф., Ершов Т.А. Высокопрочный бетон с химическими добавками. Бетон и железобетон 1977 г. №8

9. Баженов Ю.М. Технология бетона. 1987 г.

10. Барщевский Ю.А. Строительные растворы повышенной прочности на основе молотой негашеной извести. Автореферат кандидатской диссертации. 1955 г.

11. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. 1990 г.

12. Беляков Г.Г. применение химических добавок для улучшения свойств бетонов и растворов. 1967 г.

13. Бесков С.Д. Технохимические расчеты. 1965 г.

14. Бетон с повышенными добавками хлористых солей в зимних условиях. 1957 г.

15. Боженов П.И. Технология автоклавных материалов. 1978 г.

16. Бовин Г.Н. Водонепроницаемый бетон с добавкой кальциевой селитры. \\ Бетон и железобетон. 1972 г. №5

17. Быстротвердеющий бетон. Научное сообщение ЦНИИПС. Выпуск №22. 1955 г.

18. Брусиловский Г.В. производство извести. 1954 г.

19. Будников П.П., Зорин С.П. Ангидритовый цемент. 1954 г.

20. Будников П.П. Сборник научно-исследовательских работ по строительным материалам. 1947 г.

21. Булычев Г.Г. Смешанные гипсы. 1952 г.

22. Бутт Ю.М. Практикум по технологии вяжущих веществ. 1953 г.

23. Бутт Ю.М., Окороков С.Д., Сычев М.М., Тимашев В.В. Технология вяжущих веществ. 1965 г.

24. Бутт Ю.М., Рояк Г.С. О комплексных ускорителях твердения цементов. ЖПХ, 1956, №1

25. Вавржин Ф., Крчма Р. Химические добавки в строительстве. 1964 г.

26. Вассерман И.М. Производство минеральных солей. 1962 г.

27. Волженский А.В. Критические замечания по поводу статьи «Баженов Ю.М., Мамаевский В.Н., Щуров А.Ф., Ершов Т.А. Высокопрочный бетон с химическими добавками. Бетон и железобетон 1977 г. №8», Бетон и железобетон 1978 г. № 6

28. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. 1986 г.

29. Воробьев А.А. Исследование влияния карбонатных микронаполнителей на свойства автоклавного газобетона. Автореферат кандидатской диссертации. 1969 г.

30. Высокопрочные, быстротвердеющие и специальные бетоны. Сборник Харьковского ПРОМСТОЙНИИПРОЕКТ. 1968 г.

31. Вредные вещества в промышленности. Под редакцией Лазарева Н.В. и Левиной Э.Н. Т.1, 2 и 3. 1976 г.

32. Гаврюченков Ю.Ф. Семенов Григорий Иванович – организатор покушения на Ленина. file://Журнал/ «Самиздат» 2003 г.

33. Гнып О.П. Интенсификация твердения наполненных известковых композиций. Автореферат кандидатской диссертации. 1996 г.

34. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Устанко А.А. Технология теплоизоляционных материалов. 1980 г.

35. Горчаков Г.И. Строительные материалы. 1981 г.

36. Грапп В.Б., Ратинов В.Б. Применение химических добавок для интенсификации процесса производства и повышения качества бетона и железобетона. 1979 г.

37. Григорьев П.Н., Матвеев М.А. Растворимое стекло. Получение, свойства и применение. 1956 г.

38. Гурочкин Ю.Д., Витер В.И. Судебная медицина. Курс лекций. Учебное пособие для курсантов и слушателей образовательных учреждений. 2003 г.

39. Гусев Б.В., Зазимко В.Г. Вибрационная технология бетона. 1991 г.

40. Давидсон М.Г. Водонепроницаемый бетон. 1965 г.

41. Давидсон М.Г. Новая технология бетонных работ зимой. 1966 г.

42. Демьянов Н.Я., Феофилактов В.В. Химия растительных веществ. 1933 г.

43. Десов А.Е. Вибрированный бетон. 1956 г.

44. Добавки в бетон. Справочное пособие под ред. Рамачандран В.С. 1988 г.

45. Исследования по бетону и железобетону. Сборник трудов Челябинского политехнического института № 34. 1965 г.

46. Исследования по бетону и железобетону. Сборник статей АН Латвийской ССР №V 1960 г.

47. Исследования по бетону и железобетону. Сборник статей АН Латвийской ССР №VI 1961 г.

48. Карапузов Е.К., Лутц Г., Герольд Х., Толмачев Н.Г., Спектор Ю.П. Сухие строительные смеси. 2000 г.

49. Кириенко И.А. Бетонные каменные и штукатурные работы на морозе. 1962 г.

50. Кириенко И.А. Новые данные по технологии бетона. \\ Строительная промышленность, 1933 г., №7

51. Клещенко А.В. Как отравить героя – снова о цианидах. \\ Химия и жизнь. 1999 г. №2

52. Корнилович Ю.Е. Связывающие свойства цементов. 1952 г.

53. Королев К.М., Аракельянц М.М. Вибрационные смесители для приготовления бетонных и растворных смесей. 1961 г.

54. Кузьмин Е.Д. Бетоны с противоморозными добавками. 1976 г.

55. Куннос Г.Я. Вибрационная технология бетона. 1967 г.

56. Литвиненко М.С., Носалевич И.М. Химические продукты коксования для производства полимерных материалов. 1962 г.

57. Маркан И.Ф., Гусак Н.И., Заволока М.В. Мильто А.А. Пенобетон на основе жидкого стекла. file://Бетон/ и железобетон 1983 г. №9

58. Марущак У.Д., Саницкий М.А., Соболь Х.Д. Особенности гидратации портландцемента с щелочными противоморозными добавками. file://Химические/ и минеральные добавки в цементы и бетоны. Международная научно-практическая конференция. 2002 г.

59. Меркин А.П. Производство изделий из ячеистого силикатного бетона методом вибровспучивания. Доклад на семинаре «Обмен передовым опытом в производстве и применении изделий из силикатобетона». 1960 г.

60. Миронов С.А., Малинина Л.А. Ускорение твердения бетона. 1964 г.

61. Миронов С.А. Теория и методы зимнего бетонирования. 1975 г.

62. Москвин В.М. Добавки-ускорители твердения бетона. 1937 г.

63. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона, методы защиты. 1980 г.

64. НИИЦЕМЕНТ. Труды. Выпуск №9. 1956 г.

65. Новосад П.В. Вяжущие вещества на основе негашеной извести с регулируемыми сроками схватывания. Автореферат кандидатской диссертации. 1993 г.

66. О механизме твердения тонкоизмельченного известково-песчаного вяжущего без гидротермальной обработки. Научное сообщение ВНИИТИСМ № 28. 1957 г.

67. Осин Б.В. Негашеная известь как новое вяжущее вещество. 1954 г.

68. Пери Дж. Справочник инженера химика. Т.1 1969 г.

69. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Т.1 и 2. 1970 г.

70. Попко В.Н. Модификация бетонов химическими добавками. 1979 г.

71. Применение хлорного железа для повышения водонепроницаемости раствора и бетона. 1962 г.

72. Рамачандран В., Фельдман Р., Бодуэн Дж. Наука о бетоне. 1986 г.

73. Ратинов В.Б., Иванов Ф.М. Химия в строительстьве. 1977 г.

74. Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. 1989 г.

75. Рогальский Б.И. Применение молотой негашеной извести в строительстве. 1956 г.

76. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. 1977 г.

77. Ружинский С.И. Противоморозные добавки. Серия «Эффективное строительство. Секреты мастерства». 2003 г.

78. Рябцева Ю.В. Жароупорный активизированный бетон. 1964 г.

79. Саницкий М.А., Марущак У.Д., Мазурак О.Т., Чемерис М.М. Физико-химические особенности гидратации портландцементов с комплексными модификаторами системы «Релаксол». file://Строительные/ материалы и изделия. 2003 г. №3

80. Сборник трудов по химии и технологии силикатов. 1957 г.

81. Сватовская Л.Б., Сычев М.М. Активированное твердение цементов. 1983 г.

82. Силикальцит. Сборник научно-технической информации №5. 1960 г.

83. Совершенствование технологии бетона за счет применения новых химических добавок. 1984 г.

84. Справочник азотчика. Т.1 и 2 1967 г.

85. Справочник работника строительной лаборатории завода ЖБИ. Под редакцией Лещинского М.Ю. 1980 г.

86. Степаненко В.В., Хазин О.А., Чиркова Ю.Б., Мешков А.Н., Хворова Р.Н. Многофункциональная добавка ЛТМ в бетоны и растворы. Бетон и железобетон 1991 г. №6

87. Суханова В.Б. Интенсификация процессов твердения известково-кремнеземистых материалов в присутствии гидроокисей и солей лития, натрия, калия. Автореферат кандидатской диссертации. 1978 г.

88. Таращанский Е.Г. Вакуумированный бетон в дорожном строительстве. 1952 г.

89. Теплотехнические расчеты установок силикатной промышленности. 1951 г.

90. Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на основе силикат-натриевых композиций. 1988 г.

91. Трахтенберг И.М. Книга о ядах и отравлениях. Очерки о токсикологии.. 2000 г.

92. Тринкер Б.Д., Тринкер А.Б, Жиц Г.Н. Эффективность применения комплексных добавок из ПАВ и электролитов. Бетон и железобетон 1977 №10

93. Уханова Л.А. Активированные известково-кремнеземистые вяжущие и изделия на их основе. Автореферат кандидатской диссертации. 1996 г.

94. Хигерович М.И., Логгинов Г.И., Меркин А.П., Филин А.И. Вибровспученный газобетон (изготовление, макроструктура и технические свойства). Доклады XXI научно исследовательской конференции. 1962 г.

95. Хигерович М.И, Пратусевич З.М., Меркин А.П. Изготовление ячеистых бетонов способом вибровспучивания. 1961 г.

96. Чалмерс Л. Химические средства в быту и промышленности. 1969 г.

97. Чернов В.Ф. Производство кальцинированной соды. 1956 г.

98. Чехов А.П., Сергеев А.М., Дибров Г.Д. Справочник по бетонам и растворам. 1979 г.

99. Файнер М.Ш. Новые закономерности в бетоноведении и их практическое приложение. 2001 г.

100. Фримантл М. Химия в действии. Т.1 и 2. 1991 г.

101. Шейкин А.Е., Якуб Т.Ю. Безусадочный портландцемент. 1974 г.

102. Шишкин А.А., Астахова Н.В. Активированные вяжущие вещества и бетоны на их основе. 2001 г.

103. Шкинев А.Н. Аварии в строительстве. 1984 г.

104. Штаерман Ю.Я. Виброактивация цемента. 1957 г