Файл: Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона.pdf

.Характеристика линейной ползучести <р для тяжелого бе­ тона имеет значения от 1,7 до 6,2, в среднем около 3.

При расчетах железобетонных конструкций учитывают

влияние ползучести, вводя значение С =-^-,называемое мерой

ползучести. Мера ползучести представляет собой относитель­ ную деформацию ползучести под напряжением 1 кГ/см2 за время t.

IX. УСКОРЕНИЕ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА

В нормальных термовлажностных условиях бетон дости­ гает марочной прочности через 28 суток твердения.

Современное индустриальное строительство требует уско­ ренного набора прочности при твердении бетона, особенно при производстве сборного железобетона в заводских усло­ виях. Сокращение времени набора отпускной прочности же­ лезобетонных изделий необходимо для большей оборачивае­ мости форм, более эффективного использования оборудова­ ния и повышения производительности предприятий.

Интенсифицировать процессы твердения бетона можно применением некоторых технологических приемов, ускоряю­ щих гидратацию и гидролиз клинкерных минералов.

Методы ускорения твердения бетона могут быть разбиты на три группы: ускорение твердения при естественной темпе­ ратуре среды, тепловая обработка бетона и комбинирован­ ные методы (табл. 20).

134

Ускорение твердения бетона в естественных условиях без тепловой

обработки

При низких водоцеме.нтных отношениях в цементном тесте быстро создается перенасыщение водной среды продуктами гидратации и гидролиза 'Минералов цемента, что вызывает ускоренный рост прочности. Особенно эффективно нарастание прочности в хорошо уплотненных жестких смесях с низкими В/Ц, где вое процессы проходят в тонких пленках теста.

Значительно интенсифицируются процессы твердения в цементе более тонкого помола вследствие возрастания реак­ ционной поверхности его частиц. Особенно эффективенмок­ рый домол цемента в вибромельницах до удельной поверх­ ности 5000—5500 см2!г. Измельчение цемента до удельной поверхности больше 5500 см2/г требует больших энергозатрат, а эффект ускорения твердения снижается из-за резкого воз­ растания водопотребности бетонной смеси. Мокрый домол цемента в вибромельницах обеспечивает равномерное смачи­ вание новых поверхностей тонкими пленками воды, частичную гидратацию зерен и сдирание новообразований с их поверх­ ности. Таким образом, в процессе мокрого помола происходит пластификация теста и- вскрытие минералогического состава клинкера с выводом значительной части алюминатов из со­ става цемента. Нагрев при помоле способствует кристалли­ зации алюминатов и необратимому разрушению их коагуля­ ционных структур. Цемент становится как бы менее алюминатным. При использовании цементов, мокрого домола улуч­ шается удобоукладынаемость смеси и прочность бетона вы­ ше, чем бетонов на цементах сухого домола.

Применение указанных мер позволяет получить прочность бетона в суточном возрасте, равную 40—90% марочной.

Усредненные данные исследований о влиянии перечислен­ ных факторов на ускорение твердения бетона, обобщенные в работах С. А. Миронова и В. И. Сорокера с сотрудниками, приведены в табл. 21.

Твердение цементного теста можно ускорить, применяя химические добавки, интенсифицирующие гидратацию клин­ керных минералов и кристаллизацию их новообразований.

В этом направлении в различных странах проводятся мно­ гочисленные исследования, предложено большое количество патентованных добавок, в основном хлоридов и сульфатов щелочных и щелочноземельных металлов.

135

Исходя из хмеханизма действия добавок — ускорителей твердения бетона, В. Б. Ратинов разбивает их на три класса.

Добавки первого класса — вещества, не вступающие в реакцию с вяжущими; их действие заключается в изменении ионной силы раствора, а следовательно, и в изменении рас­ творимости вяжущего. Кинетика твердения вяжущих — про­ цесс, включающий стадии растворения и кристалли­ зации новообразований; добавки этого класса преимущест­ венно воздействуют на одну из этих стадий. Добавки, не име­ ющие одноименных с вяжущим ионов, такие, как NaC!, NaN03, КС1 и др., повышают растворимость* соединений вя­ жущего. Добавки, содержащие одноименные’ с вяжущими ионы,— C a 0 2, Ca(N0 3)2 и др., ускоряют скорость кристалли­ зации новообразований.

Добавки второго класса — вещества, реагирующие с вя­ жущим с образованием труднорастворимых или малодиссоциирующих соединений, сдвигающие реакции гидролиза и гидратации вяжущих вправо. Добавки этого класса по их действию также могут быть разбиты на группы. Одни из них уменьшают щелочность среды (кислоты и гидролизирующие­ ся соли сильной кислоты и слабого основания — HQ, NH4CI,

136

РеС1з и др.), другие вступают в реакцию с гидроокисью каль­ ция (Кг'СОз, NaF) либо с алюминатами и ферритами (CaSO.(, NaN02) с образованием труднорастворимых соединений.

К третьему классу добавок относятся кристаллические затравки — тонкомолотые вещества, имеющие крнсталлохимическое средство с новообразованиями вяжущего. Их при­ менение эффективно в том случае, когда лимитирующей ста­ дией процесса твердения вяжущего является кристаллизация.

В нашей стране нашли практическое применение -добавки СаС12, CaS04, Ca(N 0a) 2-[KAl(S04)2], NaCl, Na2S 0 4 и некото­ рые другие. Наиболее эффективен хлористый кальций. Вве­ денный в воду з.атворения, он взаимодействует с Са(ОН) 2 и С3А и дает малорастворимые при высоких концентрациях гидрооксихлориды кальция 2 СаО-СаСЬ-Ю Н20 и гидрохлоралюминаты ЗСа0-А120 3-СаС12-10 Н20 , что углубляет гидра­ тацию C3S иалюминатных минералов С3А, C4AF, способствует обезвоживанию и коагуляции геля. Введение хлористого кальция в бетонные смеси позволяет уже в суточном возрасте получать распалубочные прочности изделий.. Однако при вза­ имодействии хлористого кальция с портландцементом умень­ шается pH раствора, что приводит к коррозии арматуры. Поэтому нашими нормами регламентируется предельное ко­ личество добавки хлористого кальция в 1—2 % от веса це­ мента.

Согласно данным некоторых исследований корродирующее действие хлористого кальция может быть значительно умень­ шено при введении с хлористым кальцием такого же коли­ чества нитрита натрия. При этом из раствора уводятся хлорионы и остаются нитрит-ионы, не вызывающие коррозии.

В цементах с повышенным содержанием алюмината или более тонкого помола целесообразно применение сульфатных добавок, которые ускоряют твердение за счет дополнительно­ го насыщения продуктов гидратации гидросульфоалюминатами кальция.

Данные об эффективности применения некоторых химиче­ ских добавок для ускорения твердения бетона приведены в табл. 22 (по С. А. Миронову).

Некоторые авторы рекомендуют вводить в бетонную смесь 1—2% кристаллических затравок из тонкомолотых гидрати­ рованных цементов, которые создают зародыши для кристал­ лизации новообразований. По данным И. Ямбора,-введение затравок позволяет увеличить на 77% прочность бетонных образцов суточного твердения. Однако многие исследователи

137"

не получили положительного эффекта от введения затравок. Этот вопрос из-за очевидного избирательного действия доба­ вок подлежит дополнительной разработке.

Одни и те же добавки могут дать разный эффект с различны­ ми цементами и в различных бетонных смесях. Поэтому при применении 'даже рекомендованных химических добавок обя­ зательно их апробирование в бетонах.

В 1955 г. наша цементная промышленность начала выпуск быстротвердеющих цементов (БТЦ), имеющих при испыта­ нии по действовавшему ГООТ 310-41 прочность на сжатие через сутки твердения 200 кГ/см2 и через трое суток

300 кГ/см2.

Для получения быстротвердеющих цементов применяют сырьевые смеси с большим коэффициентом насыщения, обжиг смеси ведут при повышенных температурах, добиваясь повы­ шенного содержания в клинкере алита оптимальной микро­ структуры.

С 1961 г. организован выпуск особобыстротвердеющих (ОБТЦ) и высокопрочных цементов. Прочность образцов из этих цементов при испытании по ГОСТ 310-60 достигает че­ рез сутки 300 кГ/см2, через трое суток 450 кГ/см2 и через 23 суток твердения 600 кГ/см2.

С 1965 г. в строительстве применяются предложенные А. В. Волженским с сотрудниками гипсоцементнопуццолановые вяжущие (ГЦПВ), состоящие из смеси полуводного гип­

138

са, портландцемента и активных минеральных добавок. Эти вяжущие имеют скорость твердения гипса и устойчивость портландцемента. Бетоны на ГЦПВ с использованием высо­ копрочного гипса достигают прочности ,на сжатие через три часа 160 кГ/см12, а через семь суток 300 кГ/см2. При дальней­ ших исследованиях были предложены гипсошлакоцементные вяжущие (ГШЦВ), в которых пуццолановые добавки эффек­ тивно заменялись молотыми, гранулированными доменными шлаками. Изделия с применением ГЦПВ и ГШЦВ отличают­ ся повышенной сульфатостойкостью и удовлетворительной морозостойкостью, хотя требуют защиты арматуры в бетоне специальными покрытиями.

Дальнейшее развитие производства быстротвердеющих и высокопрочных вяжущих, возможно, позволит отказаться от распространенной в настоящее время громоздкой тепловой обработки бетона.

Тепловая обработка бетона

При повышении температуры в цементном тесте ускоря­ ются процессы гидролиза и гидратации клинкерных минера­ лов, структурообразования, кристаллизации и перекристалли­ зации новообразований, что находится в качественном соот­ ветствии с правилом Вант-Гоффа1.

-Химизм процессов твердения цемента и состав новообра­ зований при повышенных температурах в основном те же, что и при естественном твердении. С повышением температуры твердения наблюдается только тенденция к некоторому повы­ шению основности гидросиликатов кальция. Однако экзотер­ мические процессы гидратации цементных минералов при тепловой обработке пройдут менее полно, чем в естествен­ ных условиях, что соответствует принципу Ле-Шателье2.

Затвердевший после тепловой обработки цементный ка­ мень имеет меньшее количество новообразований и в то же время большую закристаллизованность их, нежели цемент­ ный камень естественного твердения. Цементный камень, полученный после тепловой обработки, может быть уподоблен цементному камню, твердевшему длительное время (около

1 Согласно правилу Вант-Гоффа повышение температуры на 10° уско­ ряет течение химических реакций в 2—4 раза.

2 В соответствии с принципом Ле-Шателье повышение температуры смещает химическое равновесие в сторону .эндотермических, а понижение— в сторону экзотермических реакций.

139