Добавки, защищающие от воздействия щелочей на заполнители
Наиболее распространенные реакции воздействия щелочей на заполнители связаны с воздействием гидроксил-иона на две различные группы химически реакционноспособных заполнителей: одни из них образованы в основном из кремнезема (или кремнеземистых материалов и стекла), другие состоят главным образом из карбонатов, в частности доломитовых карбонатов.
Для предотвращения реакций расширения в бетоне, вызываемых реакционноспособными заполнителями, используют цемент с содержанием щелочей менее 0,6 % и пуццолановые материалы.
Виды химических добавок. Химические добавки могут быть разделены на две группы, в том числе эффективные для уменьшения расширения, происходящего при реакции щелочь — кремнезем, и добавки, уменьшающие расширение в результате реакции щелочь — карбонат. В качестве добавок первой группы были использованы реактивы с растворимыми солями лития, бария и натрия, белковые воздухововлекающие добавки, алюминиевый порошок, водопонижающие и замедляющие схватывание добавки.
Соли лития и хлорид железа обеспечивают уменьшение расширения в лабораторных смесях, содержащих высокореакционноспособные известняковые заполнители.
Химические свойства. К добавкам, уменьшающим расширение в результате воздействия солей, предъявляются следующие требования:
они должны образовывать относительно растворимый гидроксид;
в результате реакции должен образоваться нерастворимый силикат;
ионы, входящие в состав добавок, не должны влиять на реакцию гидратации, чтобы не оказывать отрицательное действие на свойства бетона;
ионы не должны участвовать в реакции щелочей с заполнителями с образованием других расширяющих материалов.
В качестве добавок используются хлорид и карбонат лития, хотя применение последней соли предпочтительнее в связи с отрицательным действием хлоридов на реакцию щелочь — кремнезем.
Указанным требованиям удовлетворяют нитрат, ацетат и гидроксид бария. Применяются также нитраты натрия и калия.
Карбонат лития и хлорид железа удовлетворяют предъявляемым требованиям в реакциях щелочь — карбонат.
Использование. Соли лития и бария, добавляемые в количестве соответственно 1 и 2—7 %, обеспечивают значительное снижение расширения при реакции щелочь — кремнезем. Соли лития, однако, очень дороги и иногда могут вызывать ложное схватывание. Соли бария приводят к снижению прочности и могут осаждаться в виде BaSCu в цементной водной фазе.
.
Нитраты натрия и калия дают подобные результаты в образцах, в которых содержание щелочей было увеличено от 0,42 до 0,92 % в пересчете на Na2O от массы цемента.
Белковые воздухововлекающие добавки, используемые в дозе 0,2 % массы цемента, дают умеренное снижение расширения. Хотя обычные воздухововлекающие агенты и водоснижающие добавки также уменьшают уровень расширения, при использовании протеиновых материалов достигаются лучшие результаты.
Сообщается, что при применении алюминиевого порошка могут наблюдаться значительные колебания расширения. Непостоянство газовыделения приводит к изменениям прочности и делает порошок нежелательным для использования. При применении водорастворимых покрытий алюминиевого порошка с целью регулирования скорости реакции газообразования колебания прочности уменьшаются. Поэтому полезна проверка этого материала в покрытом состоянии. Соли Li2CO3 и FeCl3 эффективно используются при дозировке их 3—7 % в смесях, где протекают реакции щелочь — карбонат. Этот эффект возрастает с увеличением концентрации добавки, но дозировка ограничивается из-за отрицательного действия больших количеств добавки на сроки схватывания и прочность.
Оптимальная дозировка составляет 5 %. Хлорное железо FeCl3 значительно дешевле, чем карбонат лития, и его действие в бетоне более широко известно. В отличие от Li2C03 оно не оказывает отрицательного влияния на прочность бетона, поэтому его применение в качестве добавки более предпочтительно, хотя оно ограничено возможной коррозией арматуры.
Активность всех добавок, за исключением протеиновых материалов, зависит от влаги. Поэтому добавки должны храниться в сухом холодном месте, защищенном от образования конденсата.
Свойства пластичного и затвердевшего раствора.
Механизм. Уменьшение расширения с помощью солей лития и бария вызвано вспучиванием или развитием осмотического давления в системах щелочи — силикаты или щелочи — карбонаты. Сформулированы две теории относительно механизма этих явлений. В соответствии с первой теорией растворимые силикаты металлов, образующиеся при действии щелочей на кремнезем, превращаются в нерастворимые силикаты лития в присутствии солей лития. Соответственно поглощается меньше воды, что и приводит к уменьшению расширения. Согласно второй теории, эти соли, которые снабжают систему малым количеством катионов высокой валентности, выравнивают колебания осмотического давления, существующие по обе стороны полупроницаемой мембраны в непосредственной близости от реагирующей частицы в поровом растворе.
Характеристики схватывания. Карбонат лития ускоряет и начало, и конец схватывания при дозировках, превышающих 1 % массы цемента. При некоторых условиях может произойти мгновенное схватывание. Хлорное железо FeCb также ускоряет схватывание. При высоких дозировках (> 7 %) происходит мгновенное схватывание. Белковые материалы (> 1 %) могут замедлять схватывание и вызывать большое воздухововлечение. Алюминиевый порошок не влияет на схватывание, но может вызвать пластичную усадку, если реакция газообразования закончится задолго до начала схватывания цемента. Действие нитрата бария и ацетата не изучено.
Прочность при сжатии. Этот показатель уменьшается при любых дозах добавки 1и2СОз. С увеличением дозы данный эффект усиливается, и при дозировке более 3 % происходит резкое падение прочности.
Снижение прочности, наблюдаемое при использовании FeCb, также зависит от его дозировки. При вводе добавки в количестве менее 7 % массы цемента снижения прочности не происходит.
Белковые воздухововлекающие агенты оказывают такое же действие на прочность при сжатии, как и другие воздухововлекающие добавки.
Влияние добавок на другие свойства пластичного и затвердевшего раствора и бетона не исследовано. Более того, в связи с тем, что исследования проводились в лабораторных условиях, отсутствует информация о влиянии этих добавок на укладку и выдержку при нормальных и других условиях окружающей среды.