ХИМИЧЕСКАЯ ДОБАВКА ДЛЯ УСКОРЕНИЯ ТВЕРДЕНИЯ ЦЕМЕНТА
CHEMICAL ADDITIVE FOR ACCELERATING CEMENT HARDENING

Изобретение относится к составу химической добавки для цементных бетонов и растворов и может быть использовано в технологии производства бетонов и строительных растворов.
Известны добавки, ускоряющие твердение цемента в составе бетона или строительных растворов и представляющие собой водные растворы солей неорганических кислот, которые вводятся в состав бетона в количестве 1-3% от массы цемента [Афанасьев Н.Ф., Целуйко М.К. Добавки в бетоны и растворы. - Киев: Будивэльнык, 1989, с.28-31], [ГОСТ 24211-91. Добавки для бетонов].
Известна комплексная добавка [RU 2290374, С04В 22/08, С04В 103/14, 2006], содержащая в своем составе смесь солей хлорида натрия, сульфата натрия и карбоната калия, которая вводится в состав бетона в виде водного раствора в количестве 0,3-0,8% от массы цемента.
3
3
Основным недостатком использования известных добавок является их повышенный расход на 1 м бетона. Так, при расходе цемента на 1 м бетона в пределах 300-400 кг, количество вводимой моносолевой добавки составляет от 3 до 12 кг, а при использовании комплексной добавки - от 1 до 3,2 кг. Кроме того, особенности механизма действия известных добавок может привести к быстрому схватыванию цемента и загустеванию бетонной смеси, появлению высолов на бетоне и коррозии арматуры.
Задачей настоящего изобретения является снижение количества вводимой добавки за счет изменения механизма ее действия, обеспечивающего интенсивный набор прочности цементного камня.
Поставленная задача достигается тем, что используют водный раствор добавки. В качестве добавки используют плавиковую кислоту со следующим соотношением компонентов в водном растворе, мас.%:
кислота - 0,25-1,5
вода - 98,5-99,75
3
3
Отличительной особенностью предлагаемой добавки является то, что ее расчетное количество определяется не по массе вводимого в бетон цемента, а по массе воды затворения бетона. При расходе цемента на 1 м бетона в пределах 300-400 кг, количество вводимой воды при водоцементном отношении, равном 0,5, составит 150-200 кг, а соответствующее количество вводимой добавки составит от 0,375 до 3 кг на 1 м бетона. Существенное снижение количества вводимой в бетон добавки объясняется различным механизмом действия известных и предлагаемой добавок. Эффективность действия известных добавок объясняется их способностью повышать растворимость зерен цемента в водно-солевом растворе и увеличивать предел насыщения этого раствора продуктами гидратации цемента.
Эффективность действия предлагаемой добавки объясняется образованием нерастворимых соединений при обменном взаимодействии продуктов гидратации с добавкой:
2
2
2
2
2
3CaO·SiO+НО→(0,8-2)CaO·SiO·(0,5-4)НО+3Са(ОН)
2
2
2
Са(ОН)+2HF→CaF+2HO
2
Образовавшийся CaF в нанодисперсном состоянии являются кристаллическими затравками, способствующими формированию кристаллического каркаса цементного камня.
-6
Кроме того, использование в качестве добавки растворов слабых кислот повышает концентрацию ионов водорода (протонов), которые обладают весьма малыми размерами (1,2·10 нм) и, свободно проникая в кристаллические решетки минералов цемента, интенсифицируют процессы гидратации и диспергирования зерен цемента с образованием нанодисперсных (5-10 нм) продуктов гидратации. Эти продукты заполняют свободное поровое пространство цементного теста, перекристаллизовываются в более стабильное кристаллическое состояние и ускоряют набор прочности цементного камня в ранние сроки твердения.
Пример исполнения. Эффективность действия предлагаемой химической добавки проверена на кинетике твердения цементного камня. Из цементного теста, нормальной густоты (В/Ц=0,25), приготовленного при смешении цемента с водным раствором плавиковой кислоты с концентрацией кислоты в пределах 0,25-1,5%, изготавливают образцы размером 2×2×2 см и помещают в камеру воздушно-влажного твердения. Через определенные сроки твердения у образцов определяют предел прочности при сжатии. Результаты этих испытаний представлены в таблице, из которых следует, что использование предлагаемой добавки интенсифицирует набор прочности цементного камня как в ранние (до 7 суток), так и в поздние сроки твердения (28 сутки). Через 28 суток добавки HF увеличивают прочность при сжатии в 1,24-1,52 раза.
Предлагаемая химическая добавка для ускорения твердения цемента может быть использована при производстве высокопрочных бетонов, при регулировании структуры бетона или цементно-песчаного раствора, а также с целью экономии расхода цемента при производстве рядовых бетонов.
№
Добавка-ускоритель
Концентрация добавки, %
Прочность цементного камня при сжатии, МПа
1 сут
3 сут
7 сут
14 сут
28 сут
1
Без добавки
0
31,3
41,8
47,1
49,2
50,0
2
Плавиковая кислота
0,25
40,5
58,6
60,8
65,4
76,0
3
0,5
38,8
50,0
56,9
57,9
67,6
4
1,5
29,8
36,1
40,1
41,1
62,2