Противоморозные добавки

Воздухововлекающие добавки  – поверхностно-активные вещества, способствующие вовлечению в бетонную смесь при ее перемешивании мелкодисперсного воздуха, равномерно распределенного  в бетоне.

Пенообразующие добавки  – поверхностно-активные вещества, обеспечивающие возможность получения  технической пены требуемых кратности и стойкости, которые при смешении с компонентами бетонной смеси позволяют получать бетоны ячеистой или поризованной структуры.

Поризующие добавки- вещества, способствующие целенаправленному образованию в теле бетона воздушных или других газообразных пор. Добавки, регулирующие твердение бетона (ускорители и замедлители твердения) – вещества, изменяющие кинетику набора прочности бетона в заданном направлении. Введение ускорителей твердения дает возможность получать бетон требуемой прочности в более короткие сроки, а иногда и с более высокой конечной прочностью.

Добавки, повышающие плотность  бетона, его водонепроницаемость  и морозостойкость, а в определенных случаях и химическую стойкость  в различных агрессивных средах- вещества снижающие водосодержание бетонных смесей, способствующие удалению воздуха и кольматации пор (водоредуцирующие и кольматирующие добавки);

Добавки, повышающие защитные свойства арматуры (ингибиторы и пассиваторы коррозии арматуры)- вещества, обеспечивающие высокую коррозионную стойкость арматуры в агрессивных по отношению к ней средах.

Добавки, регулирующие сроки  схватывания – вещества, ускоряющие или замедляющие процессы структурообразования бетонной смеси.

Противоморозные добавки- вещества, понижающие температуру замерзания воды и способствующие твердению бетона при отрицательной температуре.

Гидрофобизирущие добавки – вещества, придающие стенкам пор и капилляров в бетоне гидрофобные (водоотталкивающие) свойства.

Добавки всех перечисленных  типов вводят в бетонные смеси  при их приготовлении, как правило, с водой затворения (в виде растворов, суспензий или эмульсий). Некоторые добавки (обладающие высокой вязкостью) предварительно смешивают с одним из сухих компонентов и с ним вводят в бетоносмесители.

Воздействие химических добавок  на бетонные смеси и затвердевшие бетоны необходимо рассматривать в  свете современных представлений  о процессах гидратации цементов, формирования структуры и твердения  цементного камня, а также сцепления  цементного камня с заполнителями  и арматурой.

 

   1. Противоморозные  добавки

 

В соответствии с классификацией по ГОСТ 24211-2003 противоморозные добавки  отнесены в четвертую группу добавок, придающих бетону специальные свойства, в данном случае способность твердеть при отрицательной температуре. Роль этих добавок заключается в  основном в активизации процесса гидратации цемента, вызывающей ускоренное образование гелей. В результате энергичных реакции обмена ускоренно  выделяется свободная известь в  раствор и повышается растворимость  силикатных составляющих цемента, что  приводит к образованию гелей  гидроксидов металла и кальция.

Одновременно ускоряется коагуляция появляющегося коллоидного  раствора, при которой сближаются зерна цемента и частицы гидратных  новообразований. При растворении  любой противоморозной добавки  происходит не простое распределение  ее частиц (молекул или ионов) по всему объему воды, а химическое их взаимодействие с молекулами воды. В результате образуются сольваты (более  или мене прочные соединения частиц растворенной добавки) с молекулами воды, что приводит к понижению  температуры замерзания воды.

Таким образом, к противоморозным  добавкам относят химические соединения, понижающие температуру замерзания воды и не препятствующие процессу взаимодействия цемента с водой.

Противоморозные добавки  нашли широкое применение при  возведении монолитных и сборно-монолитных бетонных и железобетонных конструкций  и сооружений, монолитных частей сборномонолитных конструкций и сооружений, включая бетонирование в скользящей опалубке, для замоноличивания стыков сборных конструкций и при изготовлении сборных бетонных и железобетонных конструкций в условиях строительных площадок и полигонов при установившейся температуре наружного воздуха и грунта ниже +5 ºС и минимальной суточной температуре ниже 0 вплоть до – 30ºС (температура бетона, при которой он с некоторыми противоморозными добавками, хотя и медленно, но систематически набирает прочность за счет гидратации цемента, составляет –25ºС).

Введение противоморозных  добавок в 1,2–1,4 раза экономичнее, чем  способ паропрогрева и бетонирования с предшествующим ограждением сооружения и его утеплением изнутри и в 1,3–1,5 раза экономичнее электропрогрева и электрообогрева.

Безобогревное зимнее бетонирование благодаря применению противоморозных добавок позволяет экономить тепло и электроэнергию при более гибкой технологии проведения работ.

Противоморозные добавки  представляют собой стабильные вещества, которые могут храниться как  в твердом виде, так и в виде раствора неограниченно долго. Они  выполняют свои функции, прежде всего  за счет снижения ими температуры  замерзания воды. Поэтому наиболее обоснованно и правильно назначать  их дозировку к массе воды затворения, что особенно четко проявляется при изменении водоцементного отношения (В/Ц).

Так, при постоянстве дозировки  в расчете на массу цемента, бетонная смесь находится в тем более  тяжелых условиях твердения при  температуре ниже 0°С, чем выше ее В/Ц, чего не наблюдается при назначении добавок к воде затворения. Поэтому в отличие от дозировки органических поверхностно-активных веществ концентрация противоморозных добавок во всех таблицах дается в процентах к воде затворения. Это оказалось удобным и при приготовлении добавок, которые вводятся в виде водных растворов.

При необходимости проведения технико-экономических сопоставлений  с добавками другого назначения эту дозировку легко пересчитать  на цемент; для среднестатистических данных можно принять, что водоцементное  отношение равно 0,5.

С учетом областей применения противоморозные добавки можно  разделить на две группы:

1. Добавки, понижающие  температуру замерзания жидкой  фазы бетона и принадлежащие  к числу либо слабых ускорителей,  либо замедлителей схватывания  и твердения цемента (нитрит  натрия, хлорид натрия, слабые электролиты,  вещества органического происхождения).

2. Добавки, совмещающие  в себе способность к сильному  ускорению процессов схватывания  и твердения цементов с хорошими  антифризными свойствами (поташ, хлорид кальция, нитрит натрия, нитрит – нитрат кальция, мочевина).

Кроме этих основных групп  в отдельных случаях при зимнем бетонировании используют вещества со слабым антифризными свойствами, но относящиеся к сильным ускорителям твердения цемента, одновременно вызывающие сильное тепловыделение на ранней стадии твердения бетонной смеси и бетона. Эти добавки выбирают из числа тех, которые способствуют быстрому образованию плотной микрокапиллярной структуры цементного камня, например сульфаты трехвалентного железа и алюминия.

Основная цель, преследуемая при введении противоморозных добавок, заключается в том, чтобы обеспечить в сжатые сроки достижение проектной  прочности бетона независимо от температуры  окружающего воздуха, поэтому цемент должен обладать высокой активностью. Рекомендуется применять портландцементы  марок не ниже 400.

Для бетонных смесей с наиболее популярными противоморозными добавками  водоотделение и связанная с ним седиментация твердых частиц не характерны.

К противоморозным добавкам, обеспечивающим твердение цементного теста при отрицательных температурах, относятся следующие, наиболее изученные  и распространенные добавки:

- ПОТАШ, (калий углекислый, карбонат калия) (П) – соль с  сильно выраженными щелочными  свойствами, выпускается в виде  кристаллического порошка белого  цвета. При хранении во влажных  условиях возможно слеживание. При  работе с кристаллическим порошком  и его раствором следует остерегаться  попадания его на кожу и  в глаза.

Поставляется в мешках или барабанах. Поташ относится  ко второй группе. Максимальная концентрация раствора с учетом влажности заполнителя  не должна превышать 30%.

Бетонную смесь с противоморозными добавками, вводимыми с водой  затворения, готовят на цементах проектной марки и соответствующих мелких и крупных заполнителях. Бетонные смеси с добавками поташа можно использовать при возведении в вертикальной скользящей опалубке внутренних стен жесткости (ядер) в крупнопанельных многоэтажных зданиях, приставных и внутренних стен монолитных и лифтовых кирпичных и каркасных зданиях и наружных стен многоэтажных зданий.

- ХЛОРИД КАЛЬЦИЯ (ХК)- бесцветные  хорошо растворимые в воде  кристаллы, должен храниться в  условиях исключающих увлажнение.

- НИТРАТ КАЛЬЦИЯ (НК)- бесцветные  хорошо растворимые в воде  кристаллы, хранить следует в  упакованном виде в вентилируемых,  закрытых, сухих и чистых складских  помещениях, к которым предъявляются  повышенные требования пожарной  безопасности. Вместимость складов  не более 1500 т.

- НИТРИТ – НИТРАТ КАЛЬЦИЯ  (ННК)- смесь нитрита кальция и  нитрата кальция в отношении  1:1 по массе в виде 20%-го водного раствора или пасты. Токсичен. Разлагается в средах с рН>7. Не допускается смешивать с растворами лигнотульфонатов.

- НИТРИТ-НИТРАТ ХЛОРИД  КАЛЬЦИЯ (ННХК)- продукт, получаемый  смешиванием ННК с хлоридом  кальция в отношении 1:1 по массе.  Водный раствор желтоватого цвета  плотностью 1,1–1,3 г/см3. Токсичен. При  работах должны соблюдаться все  правила техники безопасности. Разлагается  в кислых средах. Вызывает сильное  раздражение кожного покрова.

- ХЛОРИСТЫЙ НАТРИЙ (ХН) –  кристаллический порошок белого  цвета, растворимый в воде; должен  храниться в условиях исключающих  увлажнение.

- СУЛЬФАТ НАТРИЯ (СН) -- поставляется в виде декагидрата, но может выпускаться в виде безводной соли – кристаллов белого цвета с желтым оттенком, трудно и ограниченно растворимых в воде. При хранении в открытом виде возможно выветривание кристаллов.

– НИТРИТ НАТРИЯ (НН) – кристаллы  белого цвета с желтоватым оттенком. Выпускается в виде 28%-го раствора по ГОСТ 19906-74.

Технический нитрит натрия используется в качестве противоморозной добавки  к бетонам в производстве строительных конструкций, ингибитора для защиты от атмосферной коррозии и для  других целей в химической, металлургической, медицинской, целлюлозно-бумажной и  других отраслях промышленности. Технический нитрит натрия – ядовитое, пожароопасное вещество, является окислителем. Взаимодействие технического нитрита натрия с горючими веществами может сопровождаться взрывом. По степени воздействия на организм технический нитрит натрия относится к веществам 3-го класса опасности. Технический нитрит натрия упаковывают в ламинированные мешки или полиэтиленовые мешки-вкладыши, вложенные в бумажные или полипропиленовые мешки. Масса нетто продукта не более 50 кг. Не допускается совместная перевозка нитрита натрия с горючими веществами и продуктами питания. Может поставляться бочками или в цистернах.

Технический нитрит натрия хранят в неотапливаемых, вентилируемых, закрытых, сухих и чистых складских помещениях в упаковке изготовителя. К складам  предъявляются повышенные требования пожарной безопасности. Не допускается  совместное хранение нитрита натрия с другими веществами. Гарантийный  срок хранения продукта – 6 месяцев  со дня изготовления. Кристаллический  продукт следует хранить в  упакованном виде в вентилируемых, закрытых, сухих и чистых складских  помещениях. К складам предъявляются  повышенные требования пожарной безопасности. Ядовит, при попадании в организм человека вызывает тяжелые поражения, опасные для жизни.

КАРБАМИД (МОЧЕВИНА), (М) –  бесцветные хорошо растворимые в  воде кристаллы. Продукт пожароопасный (tвсп = 182°С), поэтому хранить его следует в отдельных складах с несгораемыми стенами.

Поставляется в полиэтиленовых мешках. Широко используется в сельском хозяйстве как азотное удобрение, а также как исходное сырье  для производства карбамидных смол.

В районах со сравнительно мягким климатом, где температура  воздуха, как правило, не бывает ниже –10°С, можно достаточно успешно применять карбамид. Эта противоморозная добавка одновременно пластифицирует бетонную смесь и обеспечивает спокойный невысокий темп твердения бетона. Указанные свойства карбамида частично используются в комплексных добавках ННКМ и ННХКМ, представляющих собой смесь соответственно мочевины с нитрит-нитратом кальция и нитрит-нитрат-хлоридом кальция.

– ФОРМИАТ НАТРИЯ ТЕХНИЧЕСКИЙ (ТУ 2432-011- 00203803-98) представляет собой  формиат натрия с незначительной примесью пентаэритрита и его  производных. Формиат натрия технический  используется в качестве противоморозной  и пластифицирующей добавки в  производстве строительных конструкций, в кожевенной промышленности как  агент в преддубильных операциях, как сырье в производстве муравьиной кислоты.

Добавка используется для  возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций при отрицательной  температуре наружного воздуха  от 0оС до –15оС.

Технология приготовления  бетонной смеси с добавлением  формиата натрия отличается от обычной  тем, что в процессе ее приготовления  дополнительно вводится предварительно отдозированный раствор добавки.

Формиат натрия обеспечивает быстрый набор прочности бетона. Обладает пластифицирующими свойствами; обеспечивает длительную жизнеспособность бетонной смеси. Расход добавки составляет 2–4% в пересчете на сухие вещества от массы цемента. Формиат натрия взрывобезопасен и не горюч, однако в местах хранения и работы с ним  следует запрещать курение и  применение открытого огня. По степени  воздействия на организм относится  к веществам 3-го класса опасности, вызывает раздражение верхних дыхательных  путей и слизистых оболочек. Упаковывают  добавку в пяти-, шестислойные бумажные мешки с полиэтиленовые мешком-вкладышем  по 25 кг, полипропиленовые мешки с  полиэтиленовым мешком-вкладышем, а также в мягкие контейнеры типа МКР-1.0С. Формиат натрия- сырец хранят в сухих закрытых складских помещениях на поддонах. Не рекомендуется нарушение герметичности упаковки ввиду высокой гидрофильности. Гарантийный срок хранения продукта – 1 год со дня изготовления.

– Бенотех ПМП-1 – противоморозная добавка для бетонов и строительных растворов, состоящая из комплекса добавок противоморозного действия с ингибитором коррозии металла и пластификаторов. Противоморозная добавка «Бенотех ПМП-1» применяется при температуре окружающего воздуха до минус 25 °С в условиях неотапливаемого полигона или строительной площадки при изготовлении сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций и изделий, товарных бетонах и в строительных растворах эксплуатируемых в неагрессивных средах в соответствии с СНиП 2.03.11-85.