Добавки-ускорители необходимы для обеспечения бетону быстрого схватывания и твердения. Действие таких ускорителей для бетона заключается в основном в активизации процесса гидратации вяжущего, вызывающего ускоренное формирование гидратных фаз в цементном тесте, в результате которого прочность бетона активно повышается.
В связи с этим использование добавок-ускорителей схватывания и твердения бетона позволяет получать значительный экономический эффект при разных условиях создания строительных материалов и конструкций.
В заводских условиях применение ускорителей для цемента и бетона позволяет увеличивать оборачиваемость форм, сокращать выдержку отформованных изделий в формах, повышать производительность, экономить портландцемент, используя камеры тепловлажностной обработки снижать расход энергии при пропаривании, а также при необходимости позволяет сократить производственные площади. При использовании ускорителей не потребуется установка ускоренного твердения бетона.
Непосредственно на строительных площадках такие добавки способствуют: активизации твердения, набора прочности бетона и, соответственно, ускорению строительных работ; облегчению ухода за свежеуложенным бетоном, особенно в жаркое время года; обеспечению твердения при зимнем бетонировании; позволяют исключить обогрев при слабых заморозках и т.д.
Основными критериями эффективности введения добавки в бетон типа ускоритель, согласно ГОСТ 24211, является ускорение начала схватывания на 25% и более при температуре (20±2)°C и повышение прочности раствора или бетона на 30% и более в возрасте 1 суток при твердении в нормальных условиях и на 20 % и более после тепловлажностной обработки.
Анализ приемов ускорения твердения бетонов показывает, что наиболее эффективными являются следующие приемы: вводить в состав бетона электролиты; применять совместно с электролитами пластификаторы для бетона с целью снижения воды затворения; применять комплексные добавки.
В первую группу добавок-ускорителей для цементов и бетонов входят соли-электролиты, основным эффектом которых является ускорение твердения, а в ряде случаев и схватывания бетонных смесей.
Наиболее эффективными ускорителями схватывания и твердения являются хлорид кальция, хлорное железо, хлорид и сульфат алюминия, а также сульфаты натрия и калия, нитраты натрия, кальция и другие соли-электролиты.
Из ускорителей твердения бетона в наибольшей мере исследован хлорид кальция. Эта добавка была предложена еще в 1885 г. У. Миллером и С. Николсоном. Ускоряющее действие хлорида кальция объясняется повышением растворимости клинкерных минералов цемента и образованием комплексных малорастворимых солей в сульфатной среде. Однако хлорид кальция не только ускоряет химическую реакцию с водой цементных минералов, но и активизирует коррозию арматуры, увеличивает усадку бетонной смеси при твердении и уменьшает стойкость бетона к воздействию морозной и сульфатной коррозии, а в некоторых случаях провоцирует внутреннюю коррозию бетона. Применение этой добавки в бетонах в Европейских странах вообще запрещено. В России запрещено использование хлорида кальция только в железобетоне, из-за возможности коррозии арматуры. При использовании в производстве бетона эту добавку рекомендуют вводить в количестве, не превышающем 2% в расчете на цемент.
Для предотвращения коррозии стальной арматуры некоторыми исследователями предложены композиционные добавки, совмещающие ингибиторы с ускорителями твердения, например, в виде нитрит-нитрата-хлорида кальция и др. Но на практике нельзя полностью исключить коррозию в железобетоне при использовании CaCl2, даже совместно с ингибиторами.
По данным большинства исследователей, соли и другие соединения органических кислот, по сравнению с хлоридами и сульфатами, в меньшей мере активизируют гидратацию цемента.
Эффективность ускорителей твердения при применении их в заводских условиях тем выше, чем короче цикл тепловлажностной обработки, ниже марка цемента, класс бетона и температура изотермического прогрева. Следовательно, эти добавки наиболее эффективны в производстве рядовых бетонов.
Эффективность влияния добавок-ускорителей на прочность цементного камня сразу после пропаривания распределяется в следующий ряд: Na2S2O3(36) > Na2SO4(34) > Al(NO3)3(28) > Li2SO4(25) > K2SO4(23) > CaCl2(21) > NaNO3(18) > NH4Cl(17) > KNO3(14) > MgSO4(15) > КСІ (5) (в скобках приведено увеличение прочности, которой обладает цементный камень в процентах по сравнению с эталоном).
В возрасте 28 суток, после пропаривания, эффективность действия добавок представлена совершенно иначе: CaCl2(43) > KNO3(20) > Li2SO4(19) > AI(NO3)3(18) > KC1(14) > NaNO3(12) > K2SO4(10) > MgSO4(6) > Na2SO4(4) > Na2S2O3 (0). Все эти результаты исследования указывают на то, что добавки-ускорители при твердении бетона в разных условиях могут проявлять себя неоднозначно. Следовательно, для каждого конкретного случая необходимы дополнительные исследования по определению их эффективности для различных цементов и условий производства бетона.
В последние годы установлено ускоряющее действие на твердение цемента тиосульфатов щелочных, щелочеземельных металлов и роданидов. Выявлено, что особенно тиосульфат и роданид натрия (Na2S2O3 и NaSCH) как ускорители незначительно уступают действию CaCl2. Прочность бетона с этими добавками в ранние сроки твердения возрастает пропорционально их количеству.
Эти добавки вводят чаще в количестве от 0,7-1,5 % и до 3% из расчета на массу цемента. Добавки тиосульфата и роданида натрия не вызывают коррозии арматуры в железобетоне. Но тиосульфат и роданид натрия являются сравнительно дорогими добавками, поэтому практический интерес представляют смеси этих солей на базе промышленных отходов, в частности переработки коксового газа. Большое внимание этим добавкам уделяется в США. В работах НИИЖБа было показано также, что применение пластификатора С-3 в комбинации с промышленной смесью тиосульфата и роданида натрия приводит к определенному синергизму, т.е. усилению их индивидуального ускоряющего и пластифицирующего влияния. В результате исследований выявлено, что ускорение твердения портландцемента и набор прочности с рассматриваемыми добавками вызывается в основном ускорением гидратации алитовой фазы.
В Европе наиболее распространены для применения добавки в цемент типа ускоритель - формиат кальция и его модификации. Формиат кальция является кальциевой солью муравьиной кислоты, особенно рекомендуется использовать его в плиточных клеях, где требуется ускорение отверждения и замедление пленкообразования. Эту же добавку часто используют как противоморозную.
Количество вводимых добавок-ускорителей схватывания и твердения, как правило, в каждом конкретном случае устанавливают экспериментально. При этом добавки ускорители содержащие хлориды или сульфаты нельзя вводить в бетон в количестве более 2% в расчете на цемент. Введение в железобетон таких добавок запрещено.
Согласно исследований и СНиП 3.09.01-85, добавки- ускорители, активизируя процессы гидратации клинкерных минералов в цементе, оказывают положительное влияние на свойства бетонной смеси и бетона, а также цементного камня. В результате, воздействие этих добавок несколько повышает подвижность бетонной смеси, увеличивает прочность до 20 % при твердении в нормальных условиях и до 10% при тепловлажностной обработке (ТВО), позволяет экономить цемент до 10 %, а также в пределах 0,5-1 марки увеличить морозостойкость и снизить водопроницаемость. Эффективность добавок-ускорителей оценивают согласно ГОСТ 30459. Приемку добавок на предприятии производят по техническим условиям, прилагаемым к поставляемому продукту.
