ДОБАВКИ, ЗАЩИЩАЮЩИЕ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЩЕЛОЧЕЙ НА ЗАПОЛНИТЕЛИ

9.5.1. Общие положения.

Наиболее распространенные реакции воздействия щелочей на заполнители связаны с воздействием гидроксил-иона на две различные группы хи-

16* мически реакционноспособных заполнителей: одни из них обра­зованы в основном из кремне­зема (или кремнеземистых ма­териалов и стекла), другие состоят главным образом из карбонатов, в частности доло­митовых карбонатов [52, 53].

Для предотвращения реак­ций расширения в бетоне, вызываемых реакционноспособ — ными заполнителями, исполь­зуют цемент с содержанием щелочей менее 0,6 % и пуц- цолановые материалы.

Применение химических до­бавок для замедления реакций щелочь — кремнезем впервые было отмечено в 1950 г. [54]. Затем исследовались другие ти­пы химических добавок [56, 57] и реакции в системе щелочи— карбонаты [58]. Использова­ние таких материалов (хими­калий) все еще находится в экспериментальной стадии[26].

9.5.2. Виды химических до­бавок. Химические добавки мо­гут быть разделены на две группы, в том числе эффектив­ные для уменьшения расшире­ния, происходящего при реак­ции щелочь — кремнезем, и до­бавки, уменьшающие расшире­ние в результате реакции ще­лочь — карбонат. В качестве добавок первой группы были использованы реактивы с раст­воримыми солями лития, ба­рия и натрия [55—57], белко­вые воздухововлекающие до­бавки, алюминиевый порошок CHSCU, водопонижающие и за­медляющие схватывание добав­ки [55].

Соли лития и хлорид желе­за обеспечивают уменьшение расширения в лабораторных смесях, содержащих высоко — реакционноспособные известня­ковые заполнители [58].

9.5.3. Химические свойства. К добавкам, уменьшающим расширение в результате воз­действия солей, предъявляют­ся следующие требования:

Они должны образовывать относительно растворимый гид — роксид;

В результате реакции дол­жен образоваться нераствори­мый силикат;

Ионы, входящие в состав до­бавок, не должны влиять на реакцию гидратации, чтобы не оказывать отрицательное дей­ствие на свойства бетона;

Ионы не должны участвовать в реакции щелочей с заполни­телями с образованием других расширяющих материалов.

В качестве добавок ис­пользуются хлорид и карбо­нат лития, хотя применение последней соли предпочтитель­нее в связи с отрицательным действием хлоридов на реак­цию щелочь — кремнезем [59]. Указанным требованиям удов­летворяют нитрат, ацетат и гидроксид бария. Применяются также нитраты натрия и калия.

Карбонат лития и хлорид железа удовлетворяют

Предъявляемым требованиям в реакциях щелочь — карбонат. Небольшие размеры и большой заряд катионов последней соли

Бавки, алюминиевый порошок, CuSC>4, водопонижающие и за — рения.

9.5.4. Использование. Соли лития и бария, добавляемые в количестве соответственно 1 и 2—7 %, обеспечивают значи­тельное снижение расширения при реакции щелочь — кремне­зем. Соли лития, однако, очень дороги и иногда могут вызы­вать ложное схватывание. Соли бария приводят к снижению прочности и могут осаждаться в виде BaSCU в цементной вод­ной фазе. На рис. 9.6 показа­но влияние Ьі2СОз на реакцию щелочь — кремнезем [55].

Нитраты натрия и калия — дают подобные результаты в образцах, в которых содержа­ние щелочей было увеличено от 0,42 до 0,92 % в пересчете на Na20 от массы цемента [57].

Белковые воздухововлекаю­щие добавки, используемые в дозе 0,2 % массы цемента, дают умеренное снижение расшире­ния. Хотя обычные воздухово­влекающие агенты и водосни — жающие добавки также умень­шают уровень расширения, при использовании протеиновых материалов достигаются луч­шие результаты.

Сообщается, что при приме­нении алюминиевого порошка могут наблюдаться значитель­ные колебания расширения. Не­постоянство газовыделения приводит к изменениям проч­ности и делает порошок не­желательным для использова­ния. При применении водорас­творимых покрытий алюминие­вого порошка с целью регули­рования скорости реакции газо­
образования колебания проч­ности уменьшаются. Поэтому полезна проверка этого мате­риала в покрытом состоянии.

ДОБАВКИ, ЗАЩИЩАЮЩИЕ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЩЕЛОЧЕЙ НА ЗАПОЛНИТЕЛИ

F, недели

Рис. 9.6. Влияние карбоната лития на расширение, наблюдаемое в ре­зультате реакции щелочи с кремнезе­мом (представлено В. Дж. Мак-Кой и А. Г. Колдуэллом) [55]

1 — цемент 0+ 1 % Na2C03; 2 — цемент D; 5 — цемент D + 0,72 % L12CO3

Соли Ьі2СОз и FeCl3 эффек­тивно используются при дози­ровке их 3—7 % в смесях, где протекают реакции ще­лочь — карбонат. Этот эффект возрастает с увеличением кон­центрации добавки, но дози­ровка ограничивается из-за от­рицательного действия больших количеств добавки на сроки схватывания и прочность. Опти­мальная дозировка составляет 5 %. Хлорное железо FeCI3 значительно дешевле, чем кар­бонат лития, и его действие в бетоне более широко известно. В отличие от ЬігСОз оно не оказывает отрицательного влияния на прочность бетона, поэтому его применение в ка­честве добавки более предпо­чтительно, хотя оно ограничено возможной коррозией армату­ры.

Активность всех добавок, за исключением протеиновых материалов, зависит от влаги. Поэтому добавки должны хра­ниться в сухом холодном месте, защищенном от образования конденсата.

9.5.5. Свойства пластичного и затвердевшего раствора. 9.5.5.1. Механизм. Уменьшение расширения с помощью солей лития и бария вызвано вспу­чиванием или развитием ос­мотического давления в си­стемах щелочи — силикаты или щелочи — карбонаты. Сформу­лированы две теории относи­тельно механизма этих явлений [56, 58]. В соответствии с первой теорией растворимые силикаты металлов, образую­щиеся при действии щелочей на кремнезем, превращаются в нерастворимые силикаты ли­тия в присутствии солей лития. Соответственно поглощается меньше воды, что и приводит к уменьшению расширения. Со­гласно второй теории, эти соли, которые снабжают систему ма­лым количеством катионов вы­сокой валентности, выравнива­ют колебания осмотического давления, существующие по обе стороны полупроницаемой мембраны в непосредственной близости от реагирующей час­тицы в поровом растворе.

9.5.5.2. Характеристики схватывания. Карбонат лития ЬігСОз ускоряет и начало, и конец схватывания при дози­ровках, превышающих 1 % мас­сы цемента. При некоторых
условиях может произойти мгновенное схватывание. Хлор­ное железо FeCb также уско­ряет схватывание, хотя и в меньшей степени, чем ЬігСОз. При высоких дозировках (> 7 %) происходит мгновен­ное схватывание. Белковые ма­териалы (> 1 %) могут замед­лять схватывание и вызывать большое воздухововлечение. Алюминиевый порошок не влия­ет на схватывание, но может вызвать пластичную усадку, если реакция газообразования закончится задолго до начала схватывания цемента. Действие нитрата бария и ацетата не изучено.

9.5.5.3. Прочность при сжа­тии. Этот показатель уменьша­ется при любых дозах добавки ЬігСОз. С увеличением дозы данный эффект усиливается, и при дозировке более 3 % происходит резкое падение прочности.

Снижение прочности, на­блюдаемое при использовании FeCh, также зависит от его дозировки. При вводе добавки в количестве менее 7 % массы цемента снижения прочности не происходит.

Белковые воздухововлекаю­щие агенты оказывают такое же действие на прочность при сжатии, как и другие воздухо­вовлекающие добавки.

Влияние добавок на другие свойства пластичного и затвер­девшего раствора и бетона не исследовано. Более того, в свя­зи с тем, что исследования проводились в лабораторных условиях, отсутствует инфор­мация о влиянии этих добавок на укладку и выдержку при нормальных и других условиях окружающей среды.

9.5.6. Стандарты и техни­ческие нормы. Поскольку дан­ные об использовании рассмат­риваемых добавок в производ­ственных условиях отсутствуют, стандарты на их применение не разработаны. В ряде стан­дартов ASTM и CSA рекомен­дованы испытания для опре­деления расширения, содержа­ния воздуха, сроков схваты­вания и прочности при сжатии раствора, содержащего эти до­бавки:

ASTM-C-157-75. Испытание на изменение длины затвердев­шего цементного раствора, ч. 13 и 14;

ASTM-C-227-71. Испытание на определение щелочной реак­ционной способности смеси цемент — заполнители (испы­тание цементного раствора ме­тодом погружения стержня), ч. 12 и 14.

CSA-A-23-2-24. Испытание на реакцию щелочи — заполни­тели.

ASTM-109-80. Прочность при сжатии растворов на гид­равлическом цементе.

ASTM-185. Испытание на содержание воздуха раствора на гидравлическом цементе.

ASTM-C-403. Испытание на определение сроков схватыва­ния бетона методом сопротив­ления вдавливанию.

Стандарт ASTM-157. Пред­лагает наиболее предпочтитель­ный метод испытания для оп­ределения расширения, вызван­ного реакцией щелочи — карбо­наты.

Установлено, что метод ис­пытания ASTM-C-227 дает ре — ‘ зультаты, которые плохо со­гласуются с результатами, по­лученными на практике.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *