Час твердіння - стосовно бетонної суміші час, через яке бетон втрачає пластичність і набуває необхідну міцність.
Час твердіння
Вплив температури і добавок на швидкість твердіння портландцементов
Температура робить дуже великий вплив на твердіння портландцементу. При температурах від 0 до 8СС відбувається значне (в 2-3 рази) в порівнянні з твердением при звичайних температурах уповільнення цих процесів, а нижче 0 ° С вони майже повністю припиняються. Підвищення ж температури тверднуть розчинів і бетонів супроводжується великим прискоренням зростання міцності. Воно стає досить помітним уже при температурі бетонних сумішей 30 - 40 ° С при їх твердінні в теплі періоди року. У великих же масивах ці температури можуть триматися і в холодну пору.
Різке прискорення процесів тверднення цементів та бетонів настає при 70-95 ° С і особливо при 175- 200 ° С і вище. Однак таке інтенсивне вплив температури на твердіння цементів, а отже, і бетонів проявляється лише при наявності в них води в рідкому стані. Нестача води під час твердіння при підвищених температурах не тільки сповільнює процеси гідратації, але і знижує міцність і стійкість бетонів. При повному випаровуванні води процеси твердіння припиняються.
Сприятливий вплив підвищених температур на швидкість твердіння бетонів послужило основою розробки і широкого застосування на практиці двох методів їх тепловлажіостной обробки. Один з них передбачає обробку бетону, що твердіє при 70-95 ° С і атмосферному тиску. В цьому випадку бетон нагрівають за допомогою пари, електроенергії, інфрачервоних променів і т. П. Другий метод заснований на тепловлажіостной обробці бетонів під тиском насиченої пари 0,9- 1,6 МПа і при 174,5-200 ° С. Щоб уникнути випаровування води з бетонів при температурах, що перевищують 100 ° С, обробку ведуть в замкнутих ємностях, що витримують зазначені тиску (автоклави, спеціальні герметичні форми). Нагрівають бетони при цьому методі зазвичай за допомогою пара відповідного тиску, що подається в автоклав з парового котла. Бетони в герметичних формах можна нагрівати також за допомогою електроенергії і висококиплячих рідин.
Зазвичай за допомогою парової обробки бетонів на сучасних цементах протягом ізотермічні прогріву 8-10 год при 80-95 ° С досягається (відразу після пропарювання) міцність, рівна 60-75% 28-суточ. При застосуванні бистротвердегощіх цементів (тривалість ізотермічного прогріву обмежується зазвичай 4-6 ч, так як більш тривалий пропарювання мало позначається на подальшому зростанні міцності.
Міцність бетонів на портландцементах після пропарювання зростає, але вона часто виявляється трохи нижче, ніж у тих же бетонів, тверділи в нормальних умовах.
Автоклавної обробці піддають бетони, виготовлені на цементі, що містять 40-60% тонкомолотих кремнеземистих матеріалів (кварцовий пісок, вулканічні породи і ін.). Протягом 6-8 год при температурах 175-185 ° С вона дозволяє отримувати бетони з міцністю, приблизно рівною тій, яку вони мали б через 28 діб нормального твердіння, якщо були б виготовлені з чистого цементу без добавки. Запарювання часто дозволяє довести тривалість тепло-вологості обробки до 4-6 ч. При цьому важливо відзначити, що автоклавної обробки дозволяє не тільки різко скоротити час твердіння бетонів і зменшити витрату цементу, а й отримувати міцність до 100 МПа і більше.
Вплив температури на інтенсивність росту міцності бетонів на цементах різного мінералогічного складу, кристалічної структури та ступеня подрібнення проявляється по-різному. При цьому грає роль і В / Ц.
С. А. Миронов і Л. А. Малініна свідчать про велику різницю у впливі обробки їх при 80 ° С на окремі клінкерні мінерали. За їхніми даними, як і по раніше наведеним, найбільш інтенсивно тверднуть в нормальних умовах і при 80 ° С C3S і C4AF. Разом з тим Тепловологісна обробка, мало відбиваючись на міцності C2S, сприяє інтенсифікації подальшого твердіння цього мінералу. Негативні результати отримані при твердінні С3А. Однак, як уже зазначалося, мінерал цей виявляється корисним в поєднанні з іншими.
Дослідження С. А. Миронова і Л. А. Малінін, Ю. М. Бутт і В. В. Тимашева, Л. А. Кайсері і ін. Показали, що найбільш інтенсивне зростання міцності бетонів при короткочасному пропарюванні їх при 80- 95 ° З забезпечують цементи, що містять до 50-60% C3S і 6-9% С3А. Практика свідчить, що в умовах пропарювання доцільно використовувати цементи, що містять активні мінеральні добавки (гранульовані шлаки, трепел, опоки і т. П.).
Слід враховувати також, що С3А, сприяючи швидкому початкового росту міцності при пропарюванні, викликає при подальшому твердінні до 28 діб недобір міцності в порівнянні з тією, якою бетон досягає при твердінні в звичайних умовах.
Бетони на високоалітових цементах доцільно пропарювати при температурах близько 80 ° С, так як більш високі температури (90-95 ° С) хоча і прискорюють твердіння в початковий термін, але викликають недобір міцності при подальшому твердінні. Пропарюють при 90-95 ° С сприятливо впливає на ріст міцності бетонів на шлакових і пуцоланових портландцемен-тах, у яких після обробки їх прискорюється зростання міцності, що перевищує до 28 діб міцність бетонів, нормально тверділи на цих цементах, на 15-30%.
Сучасні дані вказують на складну залежність поведінки різних цементів при тепловій обробці (при 70-95 ° С) від багатьох факторів (мінералогічний склад, мікроструктура клінкеру, тонкість помелу, В / Ц і ін.) І свідчать про те, що для кожного цементу доцільно експериментально визначати оптимальний режим обробки їх (температуру і тривалість).
Найбільш ефективні у виробництві збірного залізобетону з застосуванням пропарювання портландцемент II групи і серед них ОБТЦ. ГОСТ 310.4-81 допускає визначати активність цементу в умовах пропарювання. Для цього виготовляють балочки розміром 4Х4Х Х16 см з розчину 1: 3 (в'язке. Пісок). Через 2 години після формування зразки пропарюють по режиму 3 + 6 + 2 ч при 85 ± 5 ° С. Через 24 ± 2 год з моменту виготовлення зразки расформовиваются і відразу відчувають.
Як уже зазначалося, швидкість твердіння цементів при знижених температурах (0-8 ° С) значно менше. ніж при звичайних (15-25 ° С). Чим менше активність цементу і більше В / Ц, тим повільніше підвищується міцність при знижених температурах. Тому бетони, тверднуть при зазначених і негативних температурах (за способом термоса), рекомендується готувати на швидкотверднучих високоактивних цементах, що містять C3S до 55-60% і більше, С3А 10-13%, C4AF 5-10% при тонкості помелу до 4000-5000 см2 / г.
Інтенсифікації процесів твердості цементів при знижених температурах сприяє введення в них разом з водою замішування добавок-прискорювачів і в першу чергу хлористого кальцію в кількості 1 -1,5% маси в'яжучого. Якщо необхідно забезпечити твердіння портландцементов при негативних температурах, то, за даними С. А. Миронова, В, Н. Сизова і ін. Доцільно зачиняти їх водними розчинами суміші хлористих натрію і кальцію. Наприклад, при температурі твердіння бетону до-10 ° С можна застосовувати незамерзаючий розчин, що містить 3% СаС12 і 7% NaCl: наявність хлористого натрію у водному розчині запобігає його замерзання, а хлористий кальцій прискорює твердіння. Для цього використовують також розчини нітриту натрію NaN02 (до -15 ° С) і поташу K2CO3 (від -20 до -25 ° С). Концентрації солей в розчинах повинні строго відповідати тим температур, при яких буде тверднути бетон; в іншому випадку можливе порушення його структури і погіршення якості, Поташ і нітрит натрію не викликають корозії сталі.
Хімічні добавки застосовують іноді для прискорення твердіння цементів та бетонів і при звичайних температурах. Найчастіше використовують хлористий кальцій »Вдаються і до хлористому, і до азотно-кислого натрію, в кількості до 1 -1,5% маси цементу. У перші 1-3 діб вони дозволяють в 1,5-2 рази підвищити міцність твердіючих розчинів і бетонів. Разом з тим слід мати на увазі, що введення їх понад 1,5% часто викликає корозію стали в залізобетоні. Прискорення твердіння портландцементу при введенні СаС12 пояснюється його каталітичним впливом на гідратацію C3S і C2S, а також реакцією з С3А і C4AF з утворенням хлор-алюмінатів.
Г. П. Іноземцев і В. Б. Ратинов запропонували застосовувати в якості прискорювача твердіння цементних бетонів комплексну добавку, що представляє суміш нітриту і нітрату кальцію в співвідношенні 1: 1. Ця добавка, а також нітрит-нітрат-хлорид кальцію (ННХК), що вводяться в кількості 1-3% маси цементу, не тільки прискорюють його тверднення, а й захищають від корозії метал в залізобетоні.
Робилися спроби прискорити процеси твердіння цементів за допомогою кристалічних запалів. Отримують їх, подрібнюючи висушені портландцемеіти, тверділи протягом місяця, до первісної тонкощі. Затравки у вигляді гідратованих цементів вводять в кількості 1-3%. Однак широкого застосування кристалічні затравки не отримали внаслідок їх вибіркової дії.