Производство пенобетона, особенно неавтоклавного, имеет ряд особенностей, которые вынуждают делать обязательным использование ускорителей схватывания и твердения цементного теста. Не всегда представляется возможным использовать в производстве пенобетона высокомарочные, тем более, быстротвердеющие цементы. При таких условиях естественные сроки схватывания цементного раствора могут составлять, особенно при низких, даже «плюсовых» температурах, довольно длительный промежуток времени. Следовательно, если кристаллизация цемента наступает позже по времени, чем пена может сохранять свою устойчивость, происходит проседание пенобетона под собственной тяжестью, пусть даже микроскопическая, но всё же деформация еще слабой цементной матрицы. Применение добавок-ускорителей схватывания бетона позволяет уменьшить время коагуляции и перехода к кристаллизационной фазе твердения, формируя прочную пористую структуру до начала разрушения слабых пенных пузырьков.
Эффект применения ускорителей твердения бетона заключается в активации процессов гидратации цемента, приводящих к быстрому образованию гелей гидроксидов металла и кальция. Результатом энергичных реакций обмена, вызванных применением ускорителей схватывания, является активное выделение свободной извести и повышение растворимости силикатных составляющих цемента. Увеличение скорости коагуляции коллоидного раствора, посредством применения ускорителей схватывания, приводит к стремительному сближению частиц гидратных новообразований и зёрен цемента.
Характер воздействия разных добавок-ускорителей на цементное тесто неодинаков, это даёт возможность достижения необходимого эффекта именно в данном конкретном случае применения бетонного раствора. Способы влияния ускорителей твердения на цементный раствор можно разделить на несколько категорий:
- добавки-ускорители схватывания и твердения бетона не вступающие в реакцию с компонентами цемента, но повышающие их растворимость и снижающие температуру замерзания воды;
- модификаторы, активизирующие процессы гидратации цемента посредством диспергации его зёрен, разрушения силикатных составляющих и повышения их растворимости, снижения температуры замерзания воды;
- добавки, ускоряющие процессы гидратации цемента, вызываемые реакциями обмена, которые приводят к образованию гелей гидроксидов кальция;
- добавки, способствующие выделению тепла и снижению температуры замерзания воды.
Применение в бетонных растворах добавок-ускорителей схватывания приводит к активному выделению тепла, что обеспечивает сохранение жидкой фазы, необходимой для гидратации и твердения цементного теста при низких, отрицательных температурах окружающей среды. Таким образом, проявляются противоморозные свойства химических добавок, при растворении которых происходит не простое распределение молекул и ионов вещества в водной среде, а химическое их взаимодействие с молекулами воды. В результате таких реакций образуются сольваты – химические, довольно прочные соединения растворённого вещества с молекулами воды. Меняются некоторые свойства воды. Например, для превращения содержащейся в растворе воды в лёд, требуются затраты энергии не только на замедление движения молекул воды, но и на разрушение сольватов, чем и объясняется замерзание растворов при температурах ниже 0ºС.
Количество связанных с каждой частицей ускорителя схватывания (твердения) молекул воды и сила этой связи зависят от состава растворённой добавки и, главным образом, от электрических свойств, размеров её частиц и их концентрации. Необходимо отметить, что при увеличении концентрации частиц ускорителя твердения в растворе всё большая часть воды оказывается связанной в сольваты, что приводит к снижению температуры замерзания. Однако чем активнее происходит процесс образования сольватов, тем меньше «свободных» молекул воды, способных на взаимодействие с минералами цемента, остаётся в растворе.
Наиболее распространёнными ускорителями схватывания и твердения являются:
- калий углекислый (карбонат калия, поташ);
- хлорид кальция;
- нитрат кальция;
- нитрит-нитрат кальция;
- нитрит-нитрат хлорид кальция;
- хлористый натрий;
- сульфат натрия;
- нитрит натрия;
- карбамид (мочевина).
Подавляющее большинство современных добавок-ускорителей схватывания и твердения цемента, противоморозных реагентов под разнообразными названиями и брендами скрывают именно эти химические соединения. Применение большинства из перечисленных аминатов требует аккуратности в дозировке и испытаний на результат в зависимости от используемого цемента и наполнителей (песок, зола и прочее). Использование сверхбольших порций добавок-ускорителей схватывания в бетонных растворах может привести к значительному снижению прочности цементного камня.
Литература: Добавки в бетоны и растворы. Афанасьев Н.Ф., Целуйко М. К. г. Киев Издательство « Будильник» 1989 г.
