При исследовании разных ускорителей схватывания и твердения бетонных композиций, было установлено, что соли двухвалентных металлов более действенны, чем соли одновалентных. А еще более эффективны соли трехвалентных металлов. Также было выявлено, что из всех этих солей наиболее действенны соли соляной кислоты – хлориды, особенно если принять во внимание также и очень высокую их растворимость в воде.

Хлористые соли очень давно и очень успешно применяются в строительной практике в качестве ускорителей и противоморозных добавок. Они дешевы, доступны. Пожаро-взрыво безопасны. Не ядовиты. Не оказывают негативного влияния на людей и окружающую среду. Но на сегодняшний день у них имеется два очень серьезных недостатка – дешевизна, коррозионная активность по отношению к железу и высочайшая эффективность.

Первый недостаток – дешевизна, все время предопределяет их судьбу. В пору социалистического строительства, в угоду копеечной экономии, хлориды использовали массово и повсеместно. Оказалось, что их коррозионную активность можно достаточно легко нивелировать добавками нитритов (нитрита натрия или нитрита кальция) или иными ингибиторами типа катапина. Пока смешением ингредиентов в нужных пропорциях занимались узкоспециализированные предприятия, производившие комплексы на основе хлоридов типа ННХК (нитрит-нитрат-хлорид кальция) все было более-менее благополучно. Но как только практически то же самое пытались делать на местах, комплекс ХК+НН, например (хлорид кальция + нитрит натрия), в так называемых построечных условиях, часто приключалась какая ни, будь бяка, смакуемая потом ежегодником “Аварийные обрушения в строительстве”. Действительной первопричиной всех этих неприятностей служили не хлориды сами по себе, а, в первую очередь, нарушение технологического регламента работы с ними. Национальную отечественную черту – разгильдяйство, увековечили на законодательном уровне, - вообще запретив применение хлоридов для большинства более-менее ответственных конструкций. С учетом отечественной ментальности абсолютно верное решение – береженого, Бог бережет. Между тем на Западе хлориды давно и достаточно широко применяются. Даже бетоносмесительное оборудование идет сразу с мерниками для хлористого кальция.

Бурный всплеск интереса к ускорителям наблюдается в последнее время. За период развала многие бетонные заводы, по тем или иным причинам, утратили свое паросиловое хозяйство – использовать отработанный способ ускорения твердения бетонных изделий при помощи тепловлажностной обработки уже стало просто физически невозможно. Выход единственный – работать по так называемой беспропарочной технологии с использованием ускорителей - химических интенсификаторов схватывания и твердения.

И хотя национальное строительное законодательство для очень многих видов железобетона прямо и непосредственно запрещает использование неингибированных хлористых солей, никто ведь не запрещал их использовать в простых бетонах. О какой, скажите на милость, коррозии может идти речь при производстве изделий, где железной арматуры нет вообще? – те же малые архитектурные формы, элементы мощения, ячеистые и легкие бетоны и т.д. В этом случае опять срабатывает, как это ни парадоксально, один из недостатков хлоридов – их высокая эффективность при низкой цене.

Ведь чего греха таить, многие продавцы технологии и оборудования для производства элементов мощения, например, абсолютно не заинтересованы в распространении правдивой информации об отечественных модификаторах для бетонов. Многие из них основной бизнес делают именно на продаже форм для производства тротуарных камней. А все остальное – антураж, призванный обеспечить именно их продажу. Разумеется, эффективные и дешевые ускорители для подобного бизнеса как кость в горле – оборачиваемость форм резко увеличивается, соответственно объемы их продаж падают.

Очень интересный факт, исключительно полно характеризующий отношение к ускорителям на основе хлоридов на Западе – в середине 70-х годов в Великобритании 90% объема продаж ускорителей составляли 16 торговых марок. Так вот 12 из них были изготовлены на основе хлористых солей. Выпускаемые в начале 70-х в Чехословакии 7 добавок-ускорителей – все были изготовлены на основе хлоридов. А вот как относятся к ускорителям в такой, достаточно консервативной и требовательной к качеству строительства, стране, как США (см. Таблица 67-1)

Таблица 67-1

(по состоянию на 1986 г.)

Хлорид кальция (ХК) применяется в строительной практике издавна - первые документально подтвержденные свидетельства датируются 1873 г., а первый патент на его применение был выдан в 1885 г. До 1890 г. во всем мире насчитывалось только 7 публикаций по вопросу применимости (ХК). Но в последствие количество литературы о нем многократно выросло. Интерес к (ХК) очевиден из несчетного опубликованных статей, патентов, обзоров, книг и симпозиумов, на которых обсуждаются как научно-методололгические аспекты использования (ХК) в технологии бетонов так и узко практические вопросы, с целевым технологическим уклоном.

В то же время, следует отметить, имеются серьезные разногласия и высказываются даже неправильные взгляды по поводу эффекта воздействия (ХК) на многие свойства бетонов. В одних странах использование (ХК) запрещено, в других - в бывшем СССР, США и Канаде разрешено при обеспечении определенных мер предосторожности при производстве армированных и, особенно, преднапряженных, конструкций.

С химической точки зрения хлорид кальция CaCl2 – кальциевая соль соляной кислоты. Существует несколько его кристаллогидратов, а именно – безводный, дву-, четырех- и шести- водный. Хлористый кальций очень гигроскопичен, его используют даже в качестве осушителя. Поэтому его дозирование перед применением в строительной индустрии должно обязательно учитывать этот факт. Вычислять сложным химическим путем, сколько же безводный (ХК) нахватался воды, и какой собственно кристаллогидрат мы имеем, абсолютно излишне. Достаточно использовать водные растворы (ХК), а, измеряя их плотность весьма легко вычислить, сколько же там безводного хлорида кальция (см. Таблица 671-1)

Таблица 671-1

ТАБЛИЦА ПЕРЕВОДА УДЕЛЬНОГО ВЕСА И ПЛОТНОСТИ

Растворы хлористого кальция (t = +18°C)

 

Таблица 671-2

Рассматривая механизм действия (ХК) на цемент следует сначала оговорить его минералогический состав.

Основу всех портландцементов составляют 4 минерала, синтез которых происходит при обжиге клинкера – полупродукта, после помола которого, собственно, цемент и получается, а именно:

- трехкальциевый силикат – 3CaO x SiO2 (C3S)

- двухкальциевый силикат - 2CaO x SiO2 (C2S)

- трехкальциевый алюминат - 3CaO x Al2O3 (C3A)

- четырехкальциевый алюмоферит - 4CaO x Al2O3 x Fe2O3 (C4AF)

В нормальном цементе, без добавки какого либо ускорителя эти минералы следующим образом участвуют в твердении цементного камня:

- трехкальциевый силикат (C3S) – дает нарастание прочности всегда, - пашет во все сроки твердения

- двухкальциевый силикат (C2S) – до 28-ми суток его вклад в прочность незначителен, но после этого срока он “просыпается” и обеспечивает последующий набор прочности в течение многих лет.

- трехкальциевый алюминат (C3A) – оказывает значительный прирост прочности в самом начале твердения и до срока в 28 дней, затем его вклад минимален.

- четырехкальциевый алюмоферит(C4AF) – его роль в твердении незначительна и, в основном, сказывается в поздние сроки твердения цемента, эдакий бедный родственник.

Допустим мы задались целью ускорить набор прочности цементом. На какие минералы, из приведенных выше, и как, нам следует воздействовать?

Трехкальциевый силикат дает прирост прочности все время, - значит нужно просто повысить его активность, - пусть делает это проворней.

Двухкальциевый силикат у нас получается “тормознутый”, нам нужен прирост прочности не через месяц, а быстрей. Если не сразу, то хоть бы через неделю он должен включиться в работу.

Трехкальциевый алюминат и так самый шустрый. Именно ему мы, в основном, и обязаны суточной и трехсуточной прочностью. А если его еще подстегнуть. Пусть выложится по полной программе в первые дни твердения, а затем, трава не расти, пусть даже “сбрасывает” прочность – к тому времени трехголовый силикат в самую силу войдет, подстрахует.

Четырехкальциевый алюмоферит – ну в семье не без урода, толку от него все равно почти нет. Поэтому оставим его в покое – как хочет, так пусть и знает.

Так вот, все что описано выше и проделывает хлористый кальций!!!

Руководствуясь вышеприведенными соображениями, в середине 30-х годов английский исследователь Rapp провел серию очень кропотливых исследований и измерил вклад каждого из основных минералов цемента в общую прочность цементного камня под воздействием хлористого кальция (см. Таблица 6711-1)

Таблица 6711-1

Что нам дает эта таблица? Зачем она, какой с неё прок?

А давайте проанализируем упоминавшийся ранее цемент ПЦ-400 завода Комсомолец в свете данных из этой таблицы. (Разумеется расчетные данные будут не совпадать с экспериментальными, но для нас важны не абсолютные значения, а закономерность их изменения).

Минералогический состав этого цемента следующий:

C3S - 62.7%

C2S - 16.4%

C3A - 3.4%

C4AF – 16.2%

Для подсчета суточной прочности без добавки (ХК) нам следует произвести следующие подсчеты:

(62.7 * 0.286) + (16.4 * 0.015) + (3.4*0.728) – (16.2*0.189) = 17.932 + 0.245 + 2.475 – 3.061 = 17.591 кг/см2

семисуточная будет, соответственно:

(62.7 * 1.456) + (16.4 * 0.287) + (3.4*3.332) – (16.2*0.014) = 91.291 + 4.706 + 11.328 – 0.226 = 107.099 кг/см2

а 28-ми суточная:

(62.7 * 2.114) + (16.4 * 0.273) + (3.4*6.223) – (16.2*0.252) = 132.547 + 4.477 + 21.158 – 4.082 = 154.1 кг/см2

С добавкой 2% (ХК) расчетная прочность будет:

Через сутки – 54 кг/см2

Через 7 суток – 152 кг/см2

Через 28 суток – 208 кг/см2

Характер изменения этих расчетных цифр, полученных, что называется на кончике пера, очень хорошо коррелирует и с результатами натурных экспериментов.

А общий вывод из всех вышеприведенных расчетов заключается в том, что (ХК), по совокупному воздействию на цемент как смесь различных минералов, мало чувствителен к минералогическому составу конкретного цемента. Основной упор он делает, конечно, на трехкальциевый алюминат, но его в обычных цементах сравнительно немного. (Высокоалюминатные цементы способны, конечно, существенно подправить эти рассуждения, но они достаточно редки и дефицитны). Но вот влияние (ХК) на трехкальциевый силикат, пусть и не такое большое, является определяющим - практически в любом цементе этого минерала всегда наибольшее количество. Поэтому при переходе на портландцемент другого производителя дозировки (ХК) смело можно оставлять неизменными, как и общую методологию работы с ним..

Помимо ускоренного набора прочности (ХК) является также и очень мощным ускорителем схватывания цементов. В технологии традиционных тяжелых бетонов время схватывания корректируют даже в сторону увеличения – ведь бетон нужно успеть приготовить, довести и уложить. Монолитное домостроение так вообще ставит взаимоисключающее условие – ускоренное твердение при замедленном схватывании.

В технологии производства пенобетонов, элементов мощения и малых архитектурных форм, слава Богу, нет таких ограничений. Приготовление и укладка бетона (пенобетона) сосредоточены в одном месте и сокращение периода схватывания только во благо.

В обобщенном виде можно считать, что (ХК), в дозировке 1.0 – 2.0% ускоряет схватывание примерно в 2 раза, а в дозировке 2.0 – 3.0% - в 2.5 раза.

В следующей рассылке продолжение материалов про хлористый кальций

При подготовке выпусков рассылки “Все о пенобетоне” используются только источники открытой печати и патентная литература бывшего СССР. Вся литература, на которую ссылается автор, имеется у него в наличии. Любые обвинения в нарушении нынешнего патентного законодательства и законов по охране авторских прав являются юридически несостоятельны.