Ускорители, не содержащие хлоридов
Триэтаноламин. Установлено, что триэтаноламин ускоряет превращение С3А в гексагональные гидроалюминаты кальция, а последних — в кубический гексагидрат. Ускоряется также образование эттрингита, тогда как на раннюю стадию гидратации силикатных фаз эта добавка действует как замедлитель. Однако через 1 сут начинает проявляться ускоряющий эффект триэтаноламина в отношении CSS и p-C2S.
Введение этой добавки удлиняет индукционный период. В последующем образуются C-S-H-фазы с большими отношением C/S и удельной поверхностью, возрастает количество незакристаллизованного Са(ОН)2. По-видимому, механизм действия триэтаноламина заключается в образовании пленок на гидросиликатах. Аналогичным эффектом обладают также моно- и диэтанол-амины.
Триэтаноламин, введенный в цемент в тех же дозировках, приводит к систематическому снижению прочности — тем более значительному, чем выше его содержание. Этот результат можно связать с образованием более высокоосновных гидросиликатов кальция, замедлением гидратации C3S и формированием более пористой структуры цементного камня.
Введение малых доз триэтаноламина несколько удлиняет сроки до начала схватывания цемента, не влияя на показатель «конец схватывания». Это согласуется с небольшим увеличением индукционного периода гидратации C3S. Повышение дозировки триэтаноламина до 1 % приводит к мгновенному схватыванию цементного теста, что может быть объяснено ускорением кристаллизации эттрингита. Триэтаноламин увеличивает и усадочные деформации бетона при высушивании, и его ползучесть при нагружении в возрасте 7 сут, но не влияет на ползучесть при нагружении бетона в 28-суточном возрасте. Так, усадка бетона без добавки в возрасте 7, 14 и 28 сут составляла 0,013; 0,02 и 0,03 %, а в бетоне с триэтаноламином в те же сроки — 0,016; 0,029 и 0,04%. Эта добавка повышает ползучесть бетона и при одновременном введении лигносульфоната.
Формиаты. Многие бесхлоридные ускорители содержат формиаты, из которых наиболее популярен формиат кальция. Эта добавка — менее эффективный ускоритель гидратации C3S, чем СаСЬ. Хотя в ранние сроки теплота гидратации цемента с формиатом кальция даже несколько выше, чем у эталона без добавки, но в дальнейшем понижается в большей степени по сравнению с эквимолярной концентрацией СаСЬ.
Формиат кальция по сравнению с СаСЬ в цементе увеличивает содержание эттрингита, однако снижает количество образующихся гидросиликатов. Сроки схватывания цемента в присутствии формиата кальция (2 %) также сокращаются в меньшей степени, чем при введении хлорида кальция (2%).
Влияние формиата кальция на прочность может зависеть от содержания С3А в цементе: оно более существенно в бетонах на низкоалюминатном цементе. В сочетании с нитритом натрия эта добавка больше повышает раннюю прочность бетона, чем индивидуально введенный формиат кальция. Так, в возрасте 0,75; 1,3 и 7 сут такая комплексная добавка увеличивает прочность образцов без добавок соответственно на 125, 70, 47 и 23 %
Данные, касающиеся влияния формиата кальция на усадку, ползучесть и долговечность бетона, ограничены. Наблюдается тенденция к возрастанию усадочных деформаций бетона в присутствии этой добавки. Так, в возрасте 7, 14 и 28 сут при введении 3 % формиата кальция усадка увеличилась с 0,013; 0,02 и 0,031 % до 0,015; 0,025 и 0,036 %.
Другие ускорители, не содержащие хлоридов. В качестве таких добавок известно много веществ; к ним относятся карбонаты щелочных металлов, нитрат, нитрит и тиосульфат кальция. Карбонаты натрия и калия в малых дозах удлиняют сроки схватывания цемента, но при содержании > 0,1 % сокращают их. При этом растет и прочность при сжатии бетона в возрасте 28 сут. Сода изменяет также пористость цементного камня: количество мелких пор радиусом 1 —10 нм уменьшается, а более крупных несколько возрастает, что, возможно, связано с кольматацией более тонких пор карбонатом кальция.
Нитрит кальция, кроме влияния на теплоту гидратации цемента, действует так же, как ускоритель схватывания цемента и роста прочности бетона. Тиосульфат кальция повышает прочность бетона в раннем возрасте. Так, при введении 1, 2, 3, 5 и 6,5 % тиосульфата кальция прочность раствора через 1 сут увеличилась с 1,58 МПа для эталона до 1,71; 1,81; 1,88; 2,01 и 2,12 МПа. Тиосульфат натрия действует как ускоритель схватывания цемента, но несколько снижает прочность бетона при сжатии, если его содержится 0,5—1 %. По данным, нитрит натрия, в зависимости от его дозировки, может сократить сроки схватывания на 0,5—2,3 ч. Введение 0,1 — 1 % этой добавки оставляет неизменной или несколько понижает прочность бетона при сжатии в возрасте 7 сут. Обнаружено также, что формальдегид и параформальдегид в малых дозах (0,01—0,25 %) сокращают сроки схватывания цемента с 9,5 до 6,3 ч. Имеются сведения о том, что продукты гидратации цемента, введенные как затравки в количестве 2 %, по ускоряющему действию эквивалентны добавке 2 % хлорида кальция.