Добавки в бетон Справочное пособие

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

2.5.1. Гидратация. Хлорид кальция ускоряет процессы гид­ратации не только мономине­ральных составляющих цемен­та, но и его самого. Так, ис­пользуя разные методы иссле­дования, авторы [11] получи­ли, что в возрасте 0,25; 1; 3; 7 и 28 сут цемент без добавок прогидратировался (данные по гидратной влаге) соответствен­но на 7; 10,6; 13,6; 14,3; 15,1 %, а при содержании 2 % СаСЬ в те же сроки — соот­ветственно на 10,5; 14,9; 15,1; 15,6 и 16,3 %.

Как видно из данных рис. 2.21, смещение экзотермиче­ского эффекта на термокинети­ческих кривых влево также

V, кал/(г-и) 7

І і і і

І і 2,0 %

1" І І І д =

- ! і\ 1,0% ! II! ; і/> МИ \ 0,5%

Свидетельствует об ускоряю­щем действии хлорида кальция [4, 112]. Особенно сильно по-

Вышается относительное теп­ловыделение в присутствии СаСЬ при низких температурах, что имеет большое значение для практики (см. интеграль­ные кинетические кривые теп­ловыделения на рис. 2.22) [4, 113]. Хлорид кальция уско­ряет процессы гидратации це­ментов II, IV и V типов (по классификации ASTM), но сла­бо влияет на цемент III типа, относящийся к числу быстро - твердеющих (рис. 2.23).

2.5.2. Механизм гидратации и рост прочности. В присутствии хлорида кальция механизм гид­ратации цемента и рост проч­ности с учетом описанного ра­нее для его индивидуальных со­ставляющих можно предста­вить в виде следующих схем: а) хлорид кальция взаимо­действует с алюминатными и железосодержащими фазами с образованием гидрохлоралюми - натов и гидрохлоралюмоферри - тов, что сокращает сроки схва­тывания цемента. Кроме того, эти соединения могут служить 62 центрами кристаллизации для гидросиликатов кальция. Одна­ко известно, что и сам C3S гид - ратируется в присутствии СаС12 быстрее, чем без добавки;

Б) ускорение гидратации СзА под действием СаСЬ также мо­жет быть причиной сокращения сроков схватывания цемента. Следует учитывать также уско­ряющее действие хлорида на C3S;

В) образование двойной соли ЗСа(0Н)2СаС12-12Н20 в ре­зультате реакции СаСЬ с Са(ОН)г. Эта реакция наблю­дается при повышенном содер­жании хлорида кальция;

Г) образующиеся при введе­нии СаСЬ пористые гидроси­ликаты состава C-S-H с низ­ким C/S отношением служат зародышами образования но­вых гидратных фаз;

Д) добавка СаСЬ сокращает сроки схватывания цемента, что обусловлено образованием эттрингита в виде очень корот­ких игл, причем хлорид каль­ция ускоряет также образова­ние эттрингита;

Е) хлорид-ионы сорбируются на продуктах гидратации, что активирует их поверхность и ускоряет гидратацию C3S. Это может произойти и в результа­те ускорения взаимодействия С3А с гипсом;

Ж) хлорид кальция, не реа­гируя с компонентами цемента, оказывает на них лишь ката­литическое действие;

З) в присутствии СаСЬ обра­зуется преимущественно С4АН13, а не СзАНб кубический, и это обусловливает повышенную прочность материала. При этом, однако, игнорируется роль C3S в процессах гидратации и уп­рочнении цемента;

И) к упрочнению приводят коагуляция и, возможно, поли­меризация гидросиликатов, ус­коряющиеся в присутствии хло­рида кальция. Следует учиты­вать также возможность уско­ряющего действия СаСЬ на об­разование C-S-H-фазы;

К) хлорид кальция уменьша­ет рН жидкой фазы гидра - тирующегося цемента, что со­ответствующим образом отра­жается на скорости его раство­рения и гидролиза. Однако рН может уменьшиться лишь с 12,8 до 12 при введении 3 % СаСЬ [!]• Кроме того, все другие ускорители могут и не уменьшать рН среды;

Л) в присутствии СаСЬ фазы цемента и продукты гидратации растворяются в большей степе­ни, чем без добавки;

М) в результате диффузии хлорид-ионов через первично образующиеся гидратные фазы и ускоренной обратной диффу­зии ОН~-ионов из объема на поверхность происходит более быстрое осаждение Са(ОН)г и соответственно ускоренное превращение силикатных фаз.

Ни одна из перечисленных гипотез не может исчерпываю­ще объяснить механизм дей­ствия хлорида кальция на гид­ратацию цемента и рост проч­ности бетона. По-видимому, следует учитывать всю совокуп­ность возможных процессов, вклад которых в общий меха­низм зависит от дозировки до­бавок, времени гидратации и условий эксперимента.

2.5.3. Щелочная коррозия заполнителя. Введение хлорида кальция приводит к увеличе­нию опасности этого вида кор­розии. Так, в растворе, содер­жащем 1,16% Na20 и 0,04% К2О, добавление СаСЬ привело к увеличению объемных расши­рений примерно на 30% [111]. По данным [U4], введение СаСЬ в цементы с содержани­ем щелочей 0,18 % вызвало увеличение объемных расшире­ний за 2 года хранения бето­нов от очень незначительного (около нуля) до 0,7 %. Введе­ние пуццолановых добавок по­зволяет применять хлорид каль­ция без опасения за развитие щелочной коррозии заполни­теля.

2.5.4. Сульфатостойкость.

Хлорид кальция в бетоне сни­жает его сульфатостойкость. Так, по данным [111], в соста­вах на цементах I, II и V типов при его разном содержании наличие 2 % СаСЬ привело к увеличению расширения бетона в сульфатной среде и к умень­шению его прочности при сжа­тии.

В тощих бетонах снижение сульфатостойкости в присут­ствии СаСЬ выражено силь­нее, чем в жирных. Отрица­тельное действие хлорида каль­ция можно несколько умень­шить путем воздухововлечения в бетон.

Причины повышения объем­ного расширения при введении хлорида кальция в бетон за­ключаются в том, что, во-пер - вых, хлорид кальция приводит к образованию в цементном камне гипса, а это вызывает небольшое расширение [115], во-вторых, при действии суль­фатов СаСЬ способствует об­разованию более крупных крис­таллов гидросульфоалюмината кальция: их размеры по длине увеличились от 60 до 300 мкм [116].