Интенсификация процесса набора прочности цементных бетонов, как уже было отмечено в статье об гидротации портландцемента, является актуальной темой исследования на данный период времени.

Существуют несколько основных принципов ускорения структурообразования и, как следствие, ускорения твердения цементных композиций. 

Условиями, при которых обеспечивается быстрый набор прочности, являются:

• сокращение индукционного периода до начала кристаллизации из жидкой фазы цементно-водной суспензии продуктов гидратации цемента;

• высокая степень пересыщения раствора продуктами растворения клинкерных минералов по отношению к кристаллизующимся из него кристаллогидратам.

Данные требования достигаются следующими методами:

• применением быстротвердеющих портландцементов и высокопрочных композиционных вяжущих с нормируемым минералогическим и гранулометрическим составом;

• применение добавок ускорителей твердения;

• дополнительное сверхтонкое измельчение цемента;

• снижение В/Ц и применение жестких бетонных смесей и эффективных способов их уплотнения;

• снижение В/Ц за счет применения водоредуцирующих добавок;

• тепловая обработка бетонов при температуре окружающей среды 40-90 °С;

• применение добавок крентов.

Использование быстротвердеющих (БТЦ), высокопрочных (ВПЦ) портландцементов, а также вяжущих низкой водопотребности (ВНВ) для выпуска бетонов с ускоренной кинетикой набора прочности ограниченно в связи с высокими энергетическими затратами при их производстве.  Следует отметить, что для отечественных БТЦ регламентируемая прочность через 3 суток составляет не более 55-60% от нормативной, что не удовлетворяет потребности современного строительства. 

В качестве химических ускорителей твердения наиболее часто используют хлорид кальция, поташ, формиаты, тиосульфаты и роданиды кальция и натрия.

Повышенная кинетика набора прочности цементных композиций при введении химических добавок ускорителей обосновывается протеканием следующих процессов:

• ускоренное образование эттрингита;

• образование гидратов переменного состава с ионами химических ускорителей, которые выпадают в осадок и служат центрами кристаллизации;

• изменение ионной силы раствора, способствующей более раннему наступлению пересыщения;

• ускорение полимеризации гидросиликатов в присутствии ионов различных солей и щелочей.

 

Как уже было отмечено, применение химических добавок ускорителей имеет как положительную, так и отрицательную сторону. Они позволяют увеличить суточную прочность на 150-200 % от контрольного состава и тем самым достичь в некоторых случаях 40 % марочной прочности, однако, прочность цементных композиций в возрасте 28 суток с применением большинства ускорителей твердения будет несколько ниже прочности контрольного бездобавочного состава. Следует отметить, что применение химических добавок ускорителей при производстве железобетонных конструкций ограничивается вследствие коррозии арматуры и снижения коррозионной стойкости бетона.

Применение дополнительного помола портландцемента позволяет значительно увеличить физико-механические показатели бетонов, а также ускорить кинетику набора прочности. Получаемый технический результат многие авторы литературы по бетонам связывают с увеличением внутренней энергии вяжущего при его помоле. Кристаллическая структура клинкера на поверхности зерна становится аморфизированной, что приводит к появлению значительного количества нескомпенсированного заряда.

Несмотря на существенное увеличение прочностных показателей при  домоле цемента, особенно в первые сутки – до 100 % по сравнению с контрольными результатами, такая технология трудно реализуема на заводах стройиндустрии из-за высоких капиталовложений в организацию помольного отделения и высоких энергозатратах при его измельчении. 

На предприятиях по выпуску сборного железобетона наиболее распространенным способом ускорения твердения цементных композиций является использование жестких бетонных смесей с интенсивными способами уплотнения, а также применение тепловой обработки, в результате которой при температуре свыше 50 °С в первые сутки твердения возможно получать до 80 % от марочной прочности.

Ускорение  набора прочности цементных композиций при тепловой обработке изделий происходит из-за ускоренного структурообразования в результате интенсификации химических и физико-химических процессов. Следует отметить, что цементный камень при этом имеет более грубую структуру с повышенным содержанием высокоосновных крупнокристаллических силикатов кальция, что ухудшает физико-механические показатели бетонов.

Однако, применение жестких бетонных смесей в монолитном строительстве ограничено из-за трудности бетонирования густоармированных и тонкостенных конструкций, а также низкого уровня уплотнения данной смеси на стройплощадке. Тепловая обработка бетона при монолитном строительстве так же ограничена из-за высокого уровня энергозатрат.

В последнее время все большее распространение получили добавки кренты, выполняющие функцию центров структурирования. Ускорение набора прочности при введении данных добавок основано на выкристаллизации гидратных новообразований на их ультрадисперсных частицах, тем самым ускоряется процесс твердения цементных композиций.

К таким добавкам относятся минеральные наполнители, удельная поверхность которых выше, либо сопоставима с удельной поверхностью цемента. Минеральные добавки могут быть активными, то есть вступать в химическую реакцию с продуктами гидратации цемента, а могут быть инертными, способными уплотнять структуру цементного камня, обеспечивая повышение плотности бетона. Как правило, добавки кренты обладают достаточно высокой водопотребностью, что предопределяет их совместное использование с водоредуцирующими веществами, в результате которого образуются органоминеральные комплексы, позволяющие наиболее эффективно модифицировать цементные композиции.

На данный момент более распространены комплексы на основе микрокремнезема, метаколина, золы-уноса и пластифицирующих добавок на основе нафталинформальдегидных, меламинформальдегидных и карбоксилатных смол.

Следующим этапом развития добавок, способствующих ускорению твердения цементных композиций, будет являться синтезирование органо-минеральных комплексов, обладающих полифункциональными свойствами, способных не только ускорять процесс набора прочности, но и обеспечить высокие технологические показатели бетонных смесей, добавок работающих на нано-уровне.

 

Литература:

1. Модифицированные высокопрочные бетоны / Баженов Ю.М., Демья-нова В.С., Калашников В.И. – М.: Изд-во ACB, 2006. – 368 с.

2. Добавки к бетону / Рамачандран В., Пер. с англ. Т.И. Розенберг, С.А. Болдырева; Под ред. А. С. Болдырева и В.Б. Ратинова - М.: Стройиздат, 1988. – 563 с.

3. Ускорение твердения бетона / Миронов С.А., Малинина Л.А. – М.: Стройиздат, 1964. – 374 с.

4. Г. Джатнес. Противодействие NITCAL (нитрат кальция) увеличению сроков схватывания цемента, вызванному действием пластификаторов. / Г. Джатнес Б. Петерсот. // Журнал технология бетона – 2009. –№3. – С. 18 – 21.