Влияние противоморозных добавок и их комбинаций с другими веществами на составляющие цемента и цементного камня
Процессы, протекающие в присутствии противомо-розных добавок с силикатными фазами цемента и цементного камня, а также с гидроксидом кальция. Силикатные фазы цемента, алит C3S и белит P-C2S, а также гидросиликаты кальция — важнейшие фазы цементного камня — химически индифферентны к сильным электролитам, используемым в качестве противоморозных добавок. Влияние на алит и белит электролитов сводится главным образом к изменению ими ионной силы раствора, а гидролизу-ющихся солей — еще и к изменению рН среды. В результате, если добавки не содержат одноименных с вяжущими ионов, то они ускоряют процессы гидратации, главным образом за счет повышения растворимости C3S и P-C2S и увеличения пересыщения растворов. Если же добавки (например, хлорид, нитрит и нитрат кальция) содержат одноименные с C3S и P-C2S кальций-ионы, то их ускоряющее действие обусловлено преимущественно «высаливающим» эффектом таких ионов, что приводит к интенсификации процессов кристаллизации гидратных новообразований.
Сказанное распространяется и на силикатные фазы шлаков. В основе действия добавок карбамида и аммиака на силикатные фазы цемента лежит их способность образовывать за счет донорно-акцепторных связей комплексные соли с гидроксидом кальция. Благодаря этому повышается метастабильная растворимость этих фаз, что должно приводить к некоторому ускорению гидратации. Однако вследствие изменения этими добавками диэлектрических характеристик воды затворения и адсорбции на твердой фазе превалирующим оказывается их замедляющее действие на гидратационное твердение C3S и P-C2S.
При гидратации C3S одновременно с гидросиликатами кальция разной основности выделяется и гидроксид кальция, способный вступать в химические реакции с большинством противоморозных добавок с образованием соответствующих гидроксисолей.
Фазовый состав гидроксисолей (как и состав двойных солей гидратов — продуктов взаимодействия С3А и C4AF с противоморозными добавками) отличается от состава, характерного для использования тех же или подобных добавок в малых дозах. Это, в свою очередь, приводит к уплотнению цементного камня, изменению его микроструктуры и физических характеристик бетона, о чем будет сказано далее.
Низкоосновная форма гидроксихлорида кальция устойчива при температуре до 110— 155°С и концентрации хлорида кальция не менее 32 %. На термограмме имеются эндотермические эффекты при температуре 130, 175 и 485 °С. Истинная плотность этой соли р = 2,32 т/м3.
Реакции, протекающие в присутствии противоморозных добавок с алюминийсодержащими фазами цемента и цементного камня. В отличие от силикатных фаз алюминийсодержащие фазы цемента, С3А и C4AF, а также продукты их гидратации — гидроалюминаты и гидроалюмоферриты кальция разной основности — склонны к образованию труднорастворимых двойных солей гидратов с противоморозными добавками — электролитами. В результате реакций с С3А и C4AF такие добавки, как хлорид, нитрат и нитрит кальция, а также ННК и ННХК образуют соответствующие двойные соли, скорость выкристаллизовывания которых неодинакова: раньше других и с большей полнотой кристаллизуется гидрохлоралюминат кальция, затем гидронитроалюминат кальция и медленнее всего и с меньшей полнотой — гидронитроалюминат кальция.
Требования к цементу.
Описанные реакции и процессы позволяют определить требования к минералогическому и химическому составу цементов для использования их при зимнем бетонировании с применением противоморозных добавок. Поскольку основная цель, преследуемая при введении таких добавок, заключается в том, чтобы обеспечить в сжатые сроки достижение проектной прочности бетона независимо от температуры окружающего воздуха, цемент должен обладать высокой активностью. Рекомендуется применять портландцементы марок не ниже 400.
В связи с тем, что С3А взаимодействует с большинством противоморозных добавок с образованием, двойных солей, в результате чего содержание добавок в жидкой фазе бетонной смеси и бетона понижается, оптимальными оказываются высокоалитовые низко- и среднеалюминатные цементы. До накопления дополнительных данных не допускается применять глиноземистые цементы и приготовленные на их основе безусадочные, расширяющиеся и напрягающие цементы.
В дорожных бетонах можно применять с противоморозными добавками только цемент, удовлетворяющий требованиям соответствующего стандарта. Шлакопортландцемент для этих целей неприменим. Применение шлакопортландцемента соответствующей марки для других объектов разрешается только после проведения необходимых испытаний.
В связи с более высокой энергией активации шлаковых минералов применение шлако-портландцемента с высоким содержанием шлака при зимнем бетонировании с применением противоморозных добавок должно сочетаться с методом электропрогрева. Целесообразно при зимнем бетонировании свести к минимуму содержание в цементе минеральных добавок.
Шлакопортландцемент в зимнем строительстве можно сочетать с применением противоморозных добавок для массивных низкомодульных конструкций и сооружений при условии, что их начнут эксплуатировать только в весенне-летний период.
Сульфатостойкий портландцемент можно использовать при зимнем бетонировании с применением противоморозных добавок в сочетании с электроподогревом.
Практически нет опыта использования галогенсодержащих цементов с противоморозными добавками. Однако, учитывая особенности гидратации алинитового цемента, можно полагать, что он весьма перспективен в качестве специального цемента для зимнего безобогревного бетонирования. Этот цемент можно использовать в комбинации с другими добавками (пластифицирующими и воздухововлекающими) либо в сочетании с методом электроподогрева.