книги из ГПНТБ / Миронов С.А. Бетоны, твердеющие на морозе
.pdfгидратации цемента в бетоне без добавок при 0°С в |
1,1 — |
|||
1,5 раза, но не дало активации процесса при -1 0 |
С. |
Бо |
||
лее, заметно влияние удельной поверхности |
цемента |
на |
||
кинетику его гидратации в присутствии добавок. |
Указан |
|||
ное увеличение тонкости помола привело к ускорению |
гид |
|||
ратации цемента при —10 С в растворе поташа в 1 ,2 - |
2,2 |
|||
раза, в растворах хлористых солей - в 2 ,4 -4 ,2 |
раза, |
в |
||
растворе нитрита натрия - в 3 , 6 - 7 раз в период от |
1 |
|||
(для N^lNO^ от 3) до 10 суток от начала |
|
затворения |
||
Полученные данные являются частными, |
справедливыми |
|||
для данного состава цемента и бетона, условий |
|
экспери |
||
мента. Однако порядок цифр показывает, что главным |
из |
числа |
изученных факторов, определяющих скорость гидра |
тации |
цемента в растворах солей, как и при гидратации в |
воде, является время гидратации. Вторым по |
важности |
фактором является температура, затем вид |
противомо |
розной добавки и, наконец, тонкость помола ( активность ) цемента.
Как уменьшение активности цемента, так и, особенно, по нижение температуры наиболее неблагоприятно сказывает
ся на скорости гидратации цемента в растворах |
нитрита |
натрия и меньше всего при гидратации в растворах |
пота |
ша. Из этого следует, что эффективность нитрита |
натрия, |
а также хлористых солей в качестве противоморозных до бавок, особенно в начальные сроки твердения, в значитель ной степени определяется температурными условиями твердения бетона и активностью используемого цемента
Продукты гидратации С^5(СаСОз бН^О ЗСаОСаСІ ^ ■
•ІбН^О) образуются раньше, а растворимость их |
мень |
|
ше растворимости комплексных солей алюмината |
кальция. |
|
Из этого следует, что добавки интенсифицируют |
|
прежде |
всего процесс гидратации С 5 . Даже при |
отсутствии |
|
гипса, т. е. когда комплексные соли алюмината |
|
кальция |
образуются раньше, добавка хлористого кальция (рис. 39) значительно повышает скорость гидратации С 5 , особенно
вранние сроки.
Вприсутствии гипса, т.е. в реальном цементе, когда до
бавка взаимодействует прежде всего с С а^ Н )^, еще бо лее заметно ускоряющее действие ее на гидратацию С S •
1 1 0
Рис. 3 9 . Степень гидратации С 5 (a ) и С А (б) портландце мента без добавки (.1) и с 2% СаС 12 (2) (по данным Л. В.
Никитиной)
Как видно из табл. 23, при примерно одинаковой степени гидратации С^5 в клинкере и цементе введение СаСІ ^вы -
зывает различный эффект, ускоряя гидратацию |
С 5 |
в це |
|||
менте без гипса в 1,6, а в цементе с добавкой гшіса |
поч |
||||
ти в 2,5 раза. |
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 23. Степень гидратации С 5 в |
|
||||
|
|
3 |
оп°о |
|
|
воскресенском клинкерном цементе при 2U С |
|
||||
через 1 сутки (по данным Л. В. Никитиной) |
|
||||
Цемент |
Количество |
Степень гидрата |
|||
СаС 12 в % от |
ции Х С3& |
в % |
|||
|
|||||
|
веса цемента |
|
|
|
|
Без гипса |
|
|
15 |
|
|
|
2 |
|
24 |
|
|
С добавкой гипса |
|
|
16 |
|
|
|
2 |
|
39 |
|
По данным количественного рентгеновского анализа.
Вполне понятно, |
что чем больше участие добавки в |
про |
|
цессах гидратации |
цемента, т. е. чем больше |
активация |
этих процессов, тем меньше влияние минералогического со става цемента (в пределах обычного колебания содержания
1 1 1
минералов в заводских клинкерах) на скорость его гидрата ции. Из этого следует, что влияние минералогического со
става цемента, как и тонкости помола цемента (табл. 22) |
, |
|||
в большей степени должно проявляться при гидратации |
в |
|||
растворах нитрита натрия, |
затем хлористых солей и поташа. |
|||
Хорошим подтверждением сказанному являются результаты |
||||
исследований [57] , приведенные в табл. |
24, из которых |
|||
видно, что степень гидратации активных цементов (С £> |
— |
|||
65, 43%; |
C2S - 15, 8%; |
С^А - 6,04%; |
С4АГ- 9? 82%; |
|
S= 3150 |
см ^/г) в растворах нитрита натрия достигает |
ст< |
пени гидратации в растворах поташа, если температура пре вышает эвтектическую температуру замерзания раствора N aN 02 (-1 9 , 6°С ). При 20°С процесс в присутствии по таша замедляется, по-видимому, под влиянием КОН после взаимодействия основного количества К2.СО3 с Са(ОН) ^ .
Т а б л и ц а |
24. |
Степень гидратации С |
5 |
в цементе |
||||
|
|
через 28 суток (тесто 1: О, % /Ц = О, 25) |
||||||
|
Добавка |
|
Степень гидратации С 5 |
в % при |
||||
|
|
|
0~ |
3 |
|
|
||
вид |
|
количе |
темпеоатѵюе в С |
|
|
|
||
|
20 |
0 |
- 1 0 |
|
- 2 0 * |
|||
|
|
ство в |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
% |
от |
|
|
|
|
|
|
|
веса це |
|
|
|
|
|
|
|
|
мента |
|
|
|
|
|
|
Без добавки |
|
66 |
39 |
20 |
1 |
|||
Na N02 |
2 |
64 |
44 |
43 |
17 |
|||
|
|
|
10 |
67 |
43 |
42 |
27 |
|
К 0СО |
з |
10 |
55 |
41 |
46 |
37 |
||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
По данным количественного рентгеновского анализа.
Из данных табл. 24 видно, что в 28-суточном возрасте
количество добавки нитрита натрия, и, по-видимому, |
лю |
бой другой, мало влияет на степень гидратации С3S |
при |
1 1 2
температурах до -10°С , хотя температура замерзания раствора затворения при введении 2%-ной добавки состав ляла - 3 ,6 , а 10%-ной - 1 9 ,6 С. И только при -2 0 С за метно проявилось влияние температуры замерзания раст
вора затворения, вероятно из-за короткого срока гидрата |
|
ции для этой температуры. Этим самым |
подтверждается |
сделанный ранее вывод о том, что чем меньше |
концентра |
|||
ция раствора, тем больше в нем содержится |
"свободной" |
|||
воды. |
|
|
|
|
При сопоставлении данных по тепловыделению |
|
цемента |
||
при О и -1 0 С (табл. 22) со степенью гидратации С 5 |
в |
|||
цементе при этих же температурах (табл. 24) |
нельзя |
не |
||
отметить, что понижение температуры замедляет |
процесс |
|||
гидратации, главным образом, в ранние сроки |
|
твердения. |
||
При этом чем меньше содержание незамерзшей |
воды, тем |
|||
медленнее протекает процесс гидратации. |
|
|
|
|
Таким образом, скорость гидратации цемента в |
присут- |
|||
твии добавок определяется как их видом и |
количеством, |
|||
так и факторами, определяющими скорость |
|
гидратации |
||
цемента при затворении его водой - временем |
гидратации, |
|||
мпературными условиями, минералогическим |
|
составом |
||
іжущего и тонкостью его помола. Правильно |
|
|
оценивая |
.юль каждого из них, можно изготовлять в зимних условн
ое относительно быстро твердеющий бетон или бетон |
вы |
||
шкой прочности, если учитывать особенности |
формирова |
||
ли структуры бетона с добавками, обусловленные |
как |
||
ізменением химических процессов гидратации, |
|
так |
и |
шиянием температурного фактора на твердые |
составляю |
||
щие бетона и его жидкую фазу. |
|
|
|
Роль новых гштатных Фаз в формировании |
|
|
|
структуры цементного камня и особенности |
|
|
|
ее Формирования |
|
|
|
Ранее отмечалось, что при постоянном В/Ц на |
формиро |
||
вание структуры цементного камня решающее |
|
влияние |
|
оказывает начальный период, продолжительность |
которого |
||
зависит от температуры, минералогического состава |
це |
8 № 767 |
11 3 |
мента, тонкости его помола, количества и |
модификации |
|||
введенного в цемент гипса. В связи с этим, по |
длитель |
|||
ности начального периода (время до начала |
схватывания |
|||
цемента) уже можно судить о роли (положительной |
|
или |
||
отрицательной) той или иной добавки. |
|
|
|
|
Влияние добавок на схватывание цемента. Для |
изучения |
|||
влияния добавок на формирование структуры |
цементного |
|||
камня, а также для установления возможности укладки |
в |
|||
дело бетона с противоморозными добавками , Е. Н. |
Ухов |
|||
определял влияние добавок нитрита натрия, хлористых |
со |
|||
лей и поташа на сроки схватывания различных |
|
цементов |
||
заводского производства (табл. 25). Определения |
произ |
|||
водились на цементе в тесте и цементно-песчаном |
раст |
|||
воре состава 1:2. При введении добавок количество |
воды |
не изменялось и соответствовало нормальной густоте тес-
Т а б л и ц а 25. Средний расчетно-минералогтгческий состав клинкеров и вещественный состав цементов (по данным НИИЦемента)
|
Содержание минералов |
Минеральная |
|||||
Цемент |
|
в % |
|
С4AF |
добавка |
||
|
С35 |
С25 |
С3А |
вид |
количест |
||
|
|
|
|
|
|
во в % |
|
Алексеевский |
49 |
30 |
5 |
13 |
Без добавок |
||
Белгородский |
60 |
20 |
4 |
13 |
Шлак |
15 |
|
Брянский....... |
58 |
19 |
4 |
17 |
Трепел |
12 |
|
Брянский----- |
56 |
21 |
5 |
17 |
и |
32 |
|
Воркутинский |
56 |
21 |
8 |
12 |
Горелая |
11 |
|
|
|
|
|
|
порода |
7 |
|
Воскресенский |
54 |
15 |
8 |
16 |
Трепел |
||
Невьянский— |
53 |
19 |
12 |
17 |
Шлак |
53 |
|
Николаевский |
54 |
20 |
10 |
13 |
Опока |
8 |
|
Новокузнецкий |
43 |
25 |
13 |
12 |
Шлак |
68 |
|
Пикалевекий... |
58 |
19 |
4 |
15 |
// |
15 |
|
Спасский........ |
52 |
22 |
12 |
11 |
Туф |
10 |
|
Чернореченский 56 |
18 |
8 |
16 |
Шлак |
13 |
||
Щуровский..... |
54 |
20 |
6 |
16 |
и |
40 |
|
и |
|||||||
Яшкинский..... |
50 |
24 |
9 |
13 |
46 |
||
|
1 1 4
те s
а
b
я
со
ь
2
а
ь
2
я
2
СО
Я
я
СО
ю
о
сі
СО
Ь
О
CD
É-
О
U
О
Я
Н
Я
CD
2
SoU
к О
S см
5 •cd s
я а
л
н
СО
Ш
X
о
я
и
о
а
О
со
СМ
СО
Я
я
я
ю
СО
н
X -Ѳ |
о |
В |
в |
|
у |
|
я |
о |
0) |
я |
|
и |
о |
о |
я |
X |
|
Ü |
о |
о |
|
я |
я |
с |
я |
о |
я |
|
я |
|
я |
я |
я |
о |
0 |
я |
я |
f4 |
о |
я |
я |
я |
я |
ш |
2 |
я |
2 . |
я |
я |
CD |
|
я |
я |
|
|
я |
о |
0) |
1 |
я |
|
и |
о |
|
я |
о |
я |
к |
я |
|
а |
и |
о |
о |
я |
|
с |
Я |
я |
« |
а |
я |
ю |
я |
|
Я |
|
я |
S |
|
2 |
ш |
о |
я |
3 |
||
Е- |
и |
я |
св |
о |
я |
Щ |
я |
о |
я |
Ü |
2 |
о |
я |
|
Я |
(2) |
|
Я |
|
|
о |
|
|
я) |
|
|
С У |
|
|
со О
*«J
■I
4 CD
СО |
О |
СМ |
со |
I |
I |
см |
со |
ою
ою
I >
Ю со
о |
0 |
о |
CM |
di |
1 |
СО |
|
0 |
со |
со |
со |
I>
ю^
Ю °0
см |
I |
|
т—С |
с(і |
СО |
ю |
|
1 |
|
со |
|
о |
|
сі |
|
Ю00
^с |
^ |
I |
сі |
г~ |
|
г- |
3 |
1*
^СО
о « Ч
(i ri 03
ЮО О
1 - 1 |
о |
СМ |
|
со |
4 * |
Ю |
|
о |
ю |
о |
|
1 |
|||
I |
I |
||
со |
|||
CD |
со |
|
юю о
гЧ |
О |
О! |
||
1 |
^ |
1 |
д |
|
СО |
|
'Т |
||
см |
|
|
СО |
|
|
|
г-1 |
||
ч |
. |
|
|
I |
|
СО |
|||
г*- |
|
|
||
|
|
см |
||
г- |
о |
|
|
|
о |
см |
|
|
|
CD |
f" |
|
|
|
со |
о |
|
О |
|
ГІ |
со |
см |
||
I |
|
» |
N |
I |
in |
to |
|
ою ю
^ |
С О |
^ |
• |
I |
» |
см |
СМ см |
|
00 |
см |
2 |
С М |
С О |
N * |
* |
I |
д |
Ю |
СО |
со |
СО |
О |
00 |
см |
I |
> |
I |
||
|
г- |
СМ |
і“Ч
2 |
13 |
|
|
|
£ |
,о |
|
|
|
Н |
счі a) |
и |
|
|
У О а |
|
|
||
ш |
Е- |
(н |
|
|
|
Я |
|
|
|
|
(Ö О |
ф |
|
|
|
|
S |
|
о |
|
|
а> |
||
|
ш я |
О со ю |
гН |
1 1 5
|
|
ca |
|
|
ч |
|
|
ё. |
|
|
о |
|
|
с |
|
|
о |
|
|
« |
|
|
ca |
|
|
ч |
CM |
|
Э |
£Q |
|
|
cO |
|
|
h |
|
|
О |
|
|
О |
|
|
О |
|
|
ca |
|
|
a |
|
|
о |
|
|
£Q |
|
|
е- |
|
|
о |
|
|
ca |
° |
я |
|
к |
а |
|
О ® |
|
|
« |
Ч |
L
0 О
s |
^ |
|
|
1 |
£ |
|
|
É- |
E |
|
|
Д |
а |
|
|
(1) |
2 |
|
|
|
ca |
|
|
<D £ |
|
|
|
а |
ca£Q |
|
|
К \Q |
|
|
|
S |
о |
|
|
Д |
а |
|
1 |
ca |
а |
о |
|
S |
2 |
Я |
|
а |
3 |
и |
CD |
ь |
Ü о |
2 |
|
a .. |
я |
|
|
ш со |
CD |
||
к |
о |
и |
Я |
о |
a |
я |
Я |
CD |
|
||
а |
о |
CD |
|
2 |
|
|
|
а |
о |
|
г |
о |
Э |
|
|
2- |
аCD О . |
||
О g |
Ч |
О |
|
. |
о |
Я |
с |
Г- |
£■ |
-I___ |
|
см с |
|
|
|
<Я |
|
|
|
Я |
|
Я |
СО |
|
|
Я8 о
Я Д
ч
ю |
h |
са |
|
Е- |
О |
О |
|
|
a |
и
Еч
я
CD
2
CD
Я
см
і
Ф
г~
ю
I СМ
г-
о
I
со
со
о
I
ф
со
см
I
ф
СО CM |
|
СМ |
||
|
|
to |
■Ф см |
|
|
1 ( 1 1 |
|||
4 |
4 г- t*- |
|||
СО |
см |
О |
CM |
|
ю |
|
ю |
^ |
CM |
|
1 1 1 1 |
|||
СО |
со |
Ф |
to |
|
to О |
|
см |
||
см |
9 |
|
СМ |
|
|
I |
I |
|
I |
со CD |
|
ю |
||
О |
СО |
|
см |
|
to |
см |
|
тН |
|
4 |
4 |
|
I |
|
|
ф |
со СО °Э СО
гМ Ф о о
1 1 1 1 ЮЮh О)
со со СО СО см т-і о см
1 I 1 I
С О Ф И Ю
Ю СО СО О СО тН і-Н СО
4 4 сі CD
Юсо со О СО Ю Н о
11 I 1
см см со Ф
ОСО СО to
ЮФ со Н
11 1 1
Ф Ф Ф ю
СО ф со ю
Ю О со н
со 4 4 4
ф со со О
тЧ
‘О
2
оі
о |
о |
0 0 |
|
Ю Ф |
|||
I |
I |
5 - |
|
ю to |
|||
см см |
7 |
||
ф |
о |
3 |
|
• |
J. |
3 - |
|
СО ф |
|
||
|
со |
2 |
|
|
-2 |
||
■ ч |
|||
0 |
|||
|
ф |
||
|
|
||
■ S0-10 |
|||
|
СО |
|
|
СО |
ф |
0 |
|
ю 9 |
1 |
||
I |
I |
4 - |
|
^ ю |
|||
гН Ю |
-17 |
||
to |
to |
||
о!) |
о!) |
2 |
|
О |
СО |
5 |
|
Ф» |
тJ- і |
2-1 |
|
со |
со |
|
|
О |
СО |
45 |
|
i-н см |
|||
1 |
1 |
1 - |
|
СО |
см |
||
» |
I |
|
<I 1
ю ю
О+ Ф
+ю +
СО *•
со со
СМ
Ü ^
и
nj+ я 2 и
1 1 6
та или раствора без добавок. Песок для опытов |
брали |
фракции меньше 0,65 мм. |
|
Как следует из данных табл. 26, добавки нитрита |
нат |
рия в большинстве случаев замедляют схватывание цемен тов, особенно при введении 7-10% соли. Однако замед ляющее действие нитрита натрия уменьшается для цемент но-песчаного раствора (табл. 2 7 ). В этом случае, кроме
того, для большинства цементов не наблюдается |
замедле |
ния при введении больших дозировок соли. |
|
Таким образом, нитрит натрия практически |
несколько |
замедляет схватывание цементов в зависимости от их ми нералогического состава и условий гидратации [l 1 ,2 8 ,1 4 5 ],
т. е. бетон с добавкой нитрйта натрия |
будет иметь более |
|
плотную структуру, а применение этой |
соли в |
качестве |
противоморозной добавки не осложнит производство работ. Экспериментальные данные (табл. 27) показывают, что добавка хлористого натрия замедляет начало, но ускоряет конец схватывания цементно-песчаного раствора на портландцементах. Для раствора на шлакопортландцементе ха
рактерно удлинение сроков схватывания.
Действие комплексной добавки, состоящей из хлористого
натрия и кальция, на сроки схватывания цемента |
зависит |
|
от вещественного и минералогического его состава. |
С |
|
увеличением алюминатности портландцемента и |
содержа |
ния хлористого кальция сроки схватывания закономерно ус коряются и становятся практически моментальными.
Еще более значительное сокращение сроков схватывания
цемента в тесте или растворе характерно при введении |
в |
|
его состав добавок поташа. Это положение хорошо |
ил |
|
люстрируется экспериментальными данными [91] . |
|
|
Из этого следует, что бетон с добавками хлористых |
со |
|
лей (в ряде случаев) и с добавками поташа (в |
большин |
|
стве случаев) будет характеризоваться более |
пористой |
|
структурой, чем бетон того же состава без добавок. |
В |
связи с этим они будут обладать более низкими физико-ме ханическими свойствами. Быстрое эагустевание смесей делает невозможными их качественную укладку и уплотне ние. Все это вызывает необходимость изыскания способов замедления схватывания цементов с указанными добавка ми.
1 1 7
Способы замедления схватывания цементов с |
прогиво- |
морозными добавками. В настоящее время исследованы че |
|
тыре способа: |
|
а) введение противоморозных добавок совместно с |
до |
бавками замедлителей схватывания; |
|
б) совместное введение противоморозных добавок; |
|
в) введение повышенной дозировки гипса; |
|
г) понижение начальной температуры смеси. |
|
Как показывают данные табл. 28, совместное введение |
|
поташа в количестве 5-15% и ССБ сокращают время до |
|
конца схватывания низкоалюминатного брянского |
порт |
ландцемента. На начало же схватывания цемента совмест |
|
ное присутствие указанных добавок оказывает |
более |
сложное влияние (рис. 4 0 ).
7 -0,s |
в-чг |
I |
О |
Рис. 4 0 . Начало схватывания брянского портландцемента при 20°С в зависимости от добавки поташа и ССБ [92]
1 1 8
ca
В
ca
ь
о
e
1 0о
§о
S см
ca
vo £ о a
£ С
s S
ca
£
A3
CO
Ю
о
CI
а |
b |
« |
|
к Д |
|
ca |
£ |
CQ |
b |
|
о |
ca |
о |
£ |
|
со |
X |
X |
a |
O |
CD |
§ |
§ |
о |
u |
a
Ü
об
03
ca
X
s
£
Ю
ca h
ca
о
<D |
X |
|
03 |
||
CD |
||
О |
St |
|
n , |
О |
|
CD |
|
|
b |
|
|
о |
|
äS Ю
гЧ
о
X
Оca
Ü£СО
CM £
*
>5
О£
0)
X |
Ко |
|
|
||
юо |
£ |
|
|
||
cf |
|
|
со |
|
|
b |
|
|
X |
О |
|
ф |
||
£ |
||
CD |
||
СО |
||
2 |
|
|
X |
£ |
|
|
СО |
|
S |
£ |
|
|
||
2 |
|
|
I |
|
|
£ |
|
|
К |
£ |
|
й) |
||
£ |
||
§ |
|
|
s |
|
|
A |
|
|
ё |
Ю |
|
э |
||
|
||
о |
|
£О
X |
£ |
|
|
О |
ca |
|
|
a |
£ |
|
|
О |
ca |
|
|
|
|
|
|
f |
I |
ь |
|
ь |
I |
||
о |
О |
||
£ |
ф |
о^"* |
Si£ |
ca |
|||
I |
СО |
03 |
ca |
о |
£ |
||
£ |
£ |
О |
& |
ca |
|||
bО |
ѵо |
Ш |
Q |
о |
о ■ |
|
|
Й |
£ |
|
|
К |
|
|
|
a |
ca |
|
|
0) |
|
|
|
03 |
|
|
|
о |
|
|
|
с |
|
|
|
г - |
ю |
о |
о |
о |
С О |
ю |
ю |
|
1 |
о |
С М |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
о |
С М |
со |
со |
ю |
о |
т * Ч |
|
|
|
|
|
С М |
о |
о |
о |
г - |
г - |
|
со |
ю |
С М |
о |
о |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
со |
■н |
т—1 |
о |
о |
о |
ю |
о |
ю |
со |
о |
|
о |
ю |
С О |
ю |
Н |
гН |
ca |
1 |
ей |
1 |
г - |
I |
С М |
со |
со |
Ю СО ^ СО СОю
^ |
«н |
05 |
см |
со |
О |
|
1 1 1 1 1 |
1 |
|||
О й |
н |
о |
о |
і—1 |
о |
см СО О |
О |
о |
|
r a O l O O « |
ю |
|||
1 |
I I |
I |
I |
д |
о |
см И |
Ю |
I4 |
со |
о |
о |
ю |
со |
ю |
С О |
см |
со |
СМ |
1 |
о |
СМ |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
о |
о |
о |
о |
СМ |
о |
|
ю |
СО |
(О |
о |
СО |
|
г - |
||||
|
о |
о |
т Н |
со |
о |
W |
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
fl |
|
|
|
|
& |
<0 |
|
|
|
|
|
ю |
|
|
|
|
ca |
о |
|
|
|
|
£ . |
a |
|
|
|
|
о |
га |
|
Ш |
|
|
£ |
ш |
|
О |
|
|
А |
Ш |
|
О |
|
|
£ |
1 1 9