Добавки для твердения бетона

Современные бетоны без применения специальных химических добавок просто немыслимы.

Одним из видов добавок являются добавки, влияющие на отвердевание бетона. Рассмотрим, в каких случаях возникает необходимость ускорить набор прочности бетона, когда оправдано применение добавок, и как выбрать добавки.

Когда требуется применение ускоряющих добавок

Как известно, бетон начинается со смешивания цемента с водой, песком, щебнем и различными добавками. В этот момент входящие в состав бетона водорастворимые химические соединения начинают смешиваться с водой, образуя раствор, и запускается образование кристаллической структуры бетона.

В рамках процесса различают две основные фазы:

1. фаза схватывания, которая в оптимальных условиях начинается через два часа и длится около часа (в это время подвижность раствора сохраняется);
2. фаза твердения, которая начинается после схватывания и длится до достижения расчетной прочности бетона (через 28 дней при оптимальных условиях) и далее.

Вообще процесс отвердевания и набора прочности  бетона линейным не является. Наиболее высокая скорость у него сразу после укладки, затем она постепенно снижается

Важно!

Оптимальными условиями отвердевания и набора прочности  бетона считаются температура воздуха от +18 до +22° С и влажность, близкая к 100%. Нужно учитывать, что температура окружающего воздуха будет температурой твердения для тонкостенных конструкций. Если рассматривать монолитные конструкции крупных размеров, то температура измеряется в толще бетона, поскольку она там выше. Повышение температуры связано с тем, что реакции гидратации протекают с выделением тепла, и чем больше массив конструкции, тем больше этого тепла.

В процессе набора прочности раствор проходит фазу схватывания, затем начинается фаза твердения. Примерно на 7–10-й день достигается распалубочная прочность. Для работ в условиях мороза важная точка — достижение критической прочности (30–50% от расчетной прочности, определяется проектной документацией), после чего пониженные температуры уже не оказывают негативного влияния на бетон.

Таким образом, во время бетонных работ постоянно приходится ждать, пока бетон затвердеет достаточно, чтобы снять опалубку, перейти к бетонированию следующего уровня конструкции или нагрузить готовую конструкцию. В коммерческом строительстве это может означать простой людей и оборудования.

Ускорение твердения и набора прочности  бетона может потребоваться в следующих случаях:

1. необходимость ускорить строительство;
2. повышение оборота опалубки;
3. оптимизация прочности бетона;
4. изготовление большого количества штучных изделий;
5. бетонирование при отрицательных температурах, когда критическая прочность бетона должна быть достигнута в краткие сроки.

Факторы, от которых зависит скорость отвердевания бетона

График показывает, как скорость набора прочности бетона зависит от температуры воздуха.

Но не только температура и влажность воздуха влияют на то, с какой скоростью будут протекать процессы набора прочности бетона. Также влияют следующие аспекты:

1. тип цемента по составу;
2. помол цемента;
3. свежесть цемента;
4. наличие тепловлажностной обработки;
5. водоцементное соотношение раствора;
6. наличие специальных добавок в составе смеси.

Методы ускорения твердения бетона

На сегодняшний день существует несколько основных методов, которые позволяют сократить время набора прочности бетона. Некоторые из них применяются уже давно, другие являются более современными. Выбор той или иной технологии зависит от многих факторов:

1. типа конструкции;
2. времени;
3. доступности тех или иных технологий или компонентов;
4. бюджета строительства.

В каждом отдельном случае выбирается свой метод.

Изменение водоцементного соотношения

Это один из традиционных методов.

Известно, что увеличение количества цемента и уменьшение количества воды в замесе приводит к более быстрому набору прочности и более высокой прочности бетона.

Таким образом, можно понизить водоцементное соотношение в смеси разными способами:

1. увеличить массовую долю цемента в замесе при неизменном количестве воды;
2. применить цемент более высокой марки;
3. уменьшить количество воды в бетонной смеси.

Однако в итоге смесь получается более жесткой, могут возникнуть проблемы с ее однородностью, увеличатся затраты труда, времени и электроэнергии на обработку бетона. В период первоначального набора прочности повышается хрупкость конструкции.

Другой недостаток такого подхода — увеличение затрат. Поскольку цемент — это самый дорогой компонент бетонной смеси, увеличение его массовой доли повышает стоимость бетона.

Каталог продукции CEMMIX

CemPlast 5л

Суперпластификатор для бетона

Решить эти проблемы можно путем добавления суперпластификаторов, которые позволяют снизить количество цемента и воды в замесе (экономия цемента может составлять 10–15% без потери прочности), сохранить подвижность бетонной смеси даже при изменении водоцементного соотношения.

Применение специальных цементов

На скорость набора прочности бетона положительное воздействие оказывает быстрое насыщение воды замеса растворимыми компонентами цемента. При быстром насыщении процесс кристаллизации протекает быстрее. Поэтому применение специальных цементов, которые быстро вступают в реакции гидратации, ускоряет набор прочности.

Во-первых, это цементы мелкого помола или прошедшие процедуру активации. С этой целью предприятия иногда приобретают специальные мельницы. Активация цемента осуществляется прогоном цемента с крупными заполнителями в бетономешалке (активация помогает также в том случае, когда используется лежалый цемент).

Во-вторых, это цементы с особым составом:

1. растворы на специальных быстротвердеющих портландцементах в возрасте двух суток показывают прочность на 50% больше, чем растворы на обычных цементах;
2. глиноземистые цементы позволяют бетону достичь расчетной прочности уже в возрасте трех суток;
3. сульфоалюминатные цементы позволяют бетону достичь расчетной прочности через несколько часов.

Недостаток этого метода заключается в высокой стоимости специальных цементов, поэтому он применяется только в особых случаях.

Тепловлажностная обработка

На процессы твердения бетона прямое влияние оказывают температура и влажность. Температура +18–22° С считается оптимальной, а ее повышение увеличивает скорость протекания реакций гидратации, но только в том случае, если сохраняется высокая влажность.

С целью ускорения набора прочности бетон могут прогревать различными методами (электроды, ИК-излучение), устанавливать тепляки, укрывать, чтобы сохранить тепло, которое выделяется во время протекания химических реакций. Все эти мероприятия применяются также при зимнем бетонировании.

Чтобы узнать, насколько быстро бетон наберет расчетную прочность при прогреве, применяют формулу Ван Гоффа, согласно которой, при повышении температуры бетонной смеси на 10° С (в диапазоне от 0°С до 100°С) скорость процессов возрастает в 2–4 раза. Теоретически, если бетон при оптимальной температуре воздуха набирает прочность за 28 суток, при его нагреве до 60° С и сохранении влажности 90% расчетная прочность будет набрана за 8 часов.

На практике, бетон при нагреве проходит три фазы:

1. медленный нагрев до 60° С (три часа);
2. выдержка при температуре 60° С (шесть часов);
3. постепенное остывание (три часа).

Итого процесс занимает 12 часов, но это несравнимо с 4 неделями.

Интересно!

Правило работает и в другую сторону: при снижении температуры процессы твердения раствора замедляются. Так, при +10° С набор расчетной прочности может занять 2–3 месяца.

Тепловлажностная обработка считается одним из самых доступных методов ускорения набора прочности бетона, однако она требует специального оборудования и в некоторых случаях — затрат электроэнергии. Кроме того, нужно контролировать температуру раствора, не допускать возникновения температурного градиента, который может привести к растрескиванию бетона.

Добавление микрокремнезема

Это один из современных методов ускорения набора прочности бетона.

Микрокремнезем — это ультрадисперсный материал на основе оксида кремния. Он вступает в реакцию с одним из компонентов цемента — известью, обеспечивая повышение прочности бетона в возрасте 1–2 суток на 50–70%.

Проблем в данном случае две:

1. Микрокремнезем сложно найти в продаже, поскольку он используется для изготовления специальных комплексных добавок.
2. Микрокремнезем имеет высокую водопотребность. При его добавлении в смесь придется добавить воды, но проблема в том, что лишняя вода снижает прочность бетона. Поэтому микрокремнезем добавляют в смеси совместно с суперпластификаторами.

Применение специальных ускоряющих добавок

Ускорителями твердения бетона называются химические добавки, которые регулируют кинетику твердения бетонной смеси. Их характеристики регулируются ГОСТ 24211-2008 п. 4.1.2, согласно которому такие добавки должны увеличивать прочность бетона в возрасте суток не менее чем на 30%.

Суть работы специальных добавок-ускорителей заключается в том, что они повышают смачиваемость компонентов, ускоряют реакции гидратации, обеспечивают повышение однородности смеси.

В зависимости от того, как именно влияют добавки на бетонную смесь, их подразделяют на следующие виды:

1. добавки, которые повышают растворимость компонентов бетонной смеси, но в реакции с компонентами смеси не вступают;
2. добавки, которые активизируют реакции гидратации;
3. добавки, которые вступают в реакции обмена с компонентами цемента с образованием гелей гидроксида кальция;
4. добавки, которые способствуют выделению тепла при протекании реакций гидратации.

Все эти виды добавок также снижают температуру замерзания воды в смеси.

Интересно!

Некоторые из этих добавок также применяются в зимнем бетонировании, поскольку они снижают температуру замерзания воды в бетонной смеси.

Наиболее распространенными добавками-ускорителями являются следующие химические соединения (соли-ускорители):

1. CaCl;
2. NaNO₃;
3. KCl;
4. KNO₃;
5. Ca(COOH)₂;
6. Na(COOH)₂.

Однако нужно иметь в виду, что такие добавки надо очень аккуратно дозировать, поскольку они могу приводить к появлению высолов. Кроме того, хлористые соли (CaCl, KCl) и сульфаты вызывают коррозию арматуры, а потому для железобетонных изделий не годятся.

Другой тип добавок — это пено- и газообразующие добавки. Они вовлекают воздух в бетонную смесь, позволяя создавать пористые бетоны (например, газобетон). Чаще всего в качестве такой добавки применяется алюминиевая пудра, которая вступает в реакцию с цементом в присутствии воды и образует алюминат кальция, являющийся мощным ускорителем схватывания бетона. Бетон твердеет за несколько минут, в итоге получается пористый материал.

Комплексные добавки-ускорители

Справедливости ради надо заметить, что в современном строительстве применяют специальные химические добавки, которые не имеют недостатков солей-ускорителей.

Каталог продукции CEMMIX

Жидкое стекло Liqui, 5 л

Универсальное защитное пропиточное средство для бетонов жидкое стекло.

Для ускорения схватывания применяется жидкое стекло (CEMMIX Liqui). Добавку используют чаще всего при проведении ремонтных работ, когда важно, чтобы смесь схватилась очень быстро.

Для ускорения набора прочности используют комплексные добавки, например, CEMMIX CemFix. Эта добавка не вызывает появление высолов или коррозию арматуры. В отличие от других методов ускорения набора прочности, которые требуют проведения лабораторных испытаний для определения оптимального воздействия, CemFix уже протестирована в лаборатории, и вам остается только добавить ее в раствор в определенной концентрации, чтобы получить ожидаемый эффект.

CemFix используется для фундаментов и стяжек, плитки и дорожек, штукатурных и кладочных растворов.

Каталог продукции CEMMIX

CemFix 5л

CemFix суперпластификатор. Ускоритель твердения.

Фибра базальтовая CemFibra R, пакет 1000г.

Базальтовая фибра (из ровинга),  предназначена для объёмного армирования бетонов, строительных растворов и композиционных материалов.

Добавка обладает комплексным действием (ускоряющим и пластифицирующим), увеличивает темп набора распалубочной (опалубку можно снимать через 12 часов) и расчетной прочности, повышает удобоукладываемость смеси, прочность и долговечность бетона.

CemFix позволяет снизить водопотребность смеси, уменьшить количество цемента на 5–10% без потери прочности, повысить водонепроницаемость бетона.

Интересно, что другие методы ускорения набора прочности бетона всегда связаны с увеличением расходов, и только применение добавки CemFix, наоборот, позволяет достигнуть поставленных целей и одновременно сэкномить средства.

Важно!

CemFix имеет состав, адаптированный к отечественным цементам и заполнителям. Также добавка совместима с другими добавками CEMMIX.

Рассмотрим рецептуру бетонной смеси класса В30 с использованием фибры и добавки CemFix.

Это тяжелый бетон с плотностью свыше 2400 кг/куб. м (в среднем, 2420 кг/куб. м), который применяется для сооружений, требующих высокой прочности.

При использовании цемента ЦЕМ I/II 42,5 (М500 по старой маркировке), на куб бетона потребуется:

1. цемент — 420 кг;
2. песок — 770 кг;
3. крупный заполнитель — 1080 кг;
4. вода — 155 л.

Базальтовая фибра CEMMIX добавляется из расчета т 0,9 до 3 кг (в данном случае оптимально 2 кг).

Добавка CemFix — 1 л на 100 кг цемента; в данном случае, 4,2 л.

Применение добавки CemFix позволяет сэкономить до 40 кг цемента, при этом затраты на добавку составят около 300 руб., так что затраты на приобретение CemFix полностью окупаются.

За сотни лет применения бетона в строительстве было разработано немало технологий, позволяющих оптимизировать время набора прочности бетона. Современные комплексные химические добавки-ускорители не имеют недостатков ускорителей предыдущих поколений. Они испытаны в лаборатории, точно определена их дозировка. Применение добавок CemFix и Liqui обеспечивает получение прочных качественных бетонов с повышенными характеристиками по водостойкости и морозостойкости, а также позволяет экономить цемент и увеличивать скорость набора прочности бетона, что благоприятно сказывается на бюджете строительства. Добавки CEMMIX для любых случаев можно приобрести оптом от производителя, а также в розничных строительных магазинах (например, Леруа Мерлен) и в интернет-магазинах.