Добавки в бетон Справочное пособие
ДОБАВКИ, ЗАЩИЩАЮЩИЕ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЩЕЛОЧЕЙ НА ЗАПОЛНИТЕЛИ
Наиболее распространенные реакции воздействия щелочей на заполнители связаны с воздействием гидроксил-иона на две различные группы хи-
16* мически 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 [52, 53].
Для предотвращения реакций расширения в бетоне, вызываемых реакционноспособ - ными заполнителями, используют цемент с содержанием щелочей менее 0,6 % и пуц - цолановые материалы.
Применение химических добавок для замедления реакций щелочь — кремнезем впервые было отмечено в 1950 г. [54]. Затем исследовались другие типы химических добавок [56, 57] и реакции в системе щелочи— карбонаты [58]. Использование таких материалов (химикалий) все еще находится в экспериментальной стадии[29].
9.5.2. 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 [55—57], белковые воздухововлекающие добавки, алюминиевый порошок ChSCU, водопонижающие и замедляющие схватывание добавки [55].
Соли лития и хлорид железа обеспечивают уменьшение расширения в лабораторных смесях, содержащих высоко- реакционноспособные известняковые заполнители [58].
9.5.3. Химические свойства. К добавкам, уменьшающим расширение в результате воздействия солей, предъявляются следующие требования:
Они должны образовывать относительно растворимый гид - роксид;
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 [59]. 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. Небольшие размеры и большой заряд катионов последней соли
Бавки, алюминиевый порошок, CuSC>4, водопонижающие и за - рения.
9.5.4. 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. На рис. 9.6 показано влияние Ьі2СОз на реакцию щелочь — кремнезем [55].
Нитраты натрия и калия - дают подобные результаты в образцах, в которых содержание щелочей было увеличено от 0,42 до 0,92 % в пересчете на Na20 от массы цемента [57].
Белковые воздухововлекающие добавки, используемые в дозе 0,2 % массы цемента, дают умеренное снижение расширения. Хотя обычные воздухововлекающие агенты и водосни - жающие 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 газо
образования колебания прочности уменьшаются. Поэтому полезна проверка этого материала в покрытом состоянии.
F, недели Рис. 9.6. Влияние карбоната лития на расширение, наблюдаемое в результате реакции щелочи с кремнеземом (представлено В. Дж. Мак-Кой и А. Г. Колдуэллом) [55] 1 — цемент 0+ 1 % Na2C03; 2 — цемент D; 5 — цемент D + 0,72 % L12CO3 |
Соли Ьі2СОз 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 FeCI3 значительно дешевле, чем карбонат лития, и его действие в бетоне более широко известно. В отличие от Ьі2СОз 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.
9.5.5. Свойства пластичного и затвердевшего раствора. 9.5.5.1. 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 [56, 58]. 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.
9.5.5.2. Характеристики схватывания. Карбонат лития Ьі2СОз 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, хотя и в меньшей степени, чем ЬігСОз. 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.
9.5.5.3. Прочность при сжатии. Этот показатель уменьшается при любых дозах добавки ЬігСОз. С увеличением дозы данный эффект усиливается, и при дозировке более 3 % происходит резкое падение прочности.
Снижение прочности, наблюдаемое при использовании FeCh, 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.
9.5.6. Стандарты и технические нормы. Поскольку данные об использовании рассматриваемых добавок в производственных условиях отсутствуют, стандарты на их применение не разработаны. В ряде стандартов ASTM и CSA рекомендованы испытания для определения расширения, содержания воздуха, сроков схватывания и прочности при сжатии раствора, содержащего эти добавки:
ASTM-C-157-75. Испытание на изменение длины затвердевшего цементного раствора, ч. 13 и 14;
ASTM-C-227-71. Испытание на определение щелочной реакционной способности смеси цемент — заполнители (испытание цементного раствора методом погружения стержня), ч. 12 и 14.
CSA-A-23-2-24. Испытание на реакцию щелочи — заполнители.
ASTM-109-80. Прочность при сжатии растворов на гидравлическом цементе.
ASTM-185. Испытание на содержание воздуха раствора на гидравлическом цементе.
ASTM-C-403. Испытание на определение сроков схватывания бетона методом сопротивления вдавливанию.
Стандарт ASTM-157. Предлагает наиболее предпочтительный метод испытания для определения расширения, вызванного реакцией щелочи — карбонаты.
Установлено, что метод испытания ASTM-C-227 дает ре - ' зультаты, которые плохо согласуются с результатами, полученными на практике.