Urychlovače a zpomalovače tuhnutí a tvrdnutí suchých cementových stavebních směsí

Doba tuhnutí (doba ztráty plasticity) a rychlost tvrdnutí (rychlost nárůstu pevnosti) cementové malty a betonových směsí včetně suchých stavebních směsí jsou hlavní charakteristiky, které určují podmínky pro jejich použití ve stavebnictví. Přísně vzato se pojem „doba tuhnutí“ vztahuje výhradně na pojivo – portlandský cement a je stanoven testem 1:0 (GOST 310); Pro směsi cementu s kamenivem a plnivy se používají tyto charakteristiky: ztráta plasticity, pohyblivosti, zpracovatelnosti.

Pro charakterizaci ztráty plasticity maltových směsí získaných mícháním suchých stavebních směsí je spíše informativní pojem „životaschopnost (životaschopnost) směsí“. Tento koncept je prostornější a je založen nejen na stanovení doby zahušťování maltové směsi, ale také na stanovení maximální doby, po kterou lze maltovou směs používat bez ztráty vlastností, což naznačuje možnost získat z této směsi návrh parametry hotových výrobků (malt) při použití maltové směsi po dobu odpovídající její životnosti. Životnost v tomto případě charakterizuje nejen dobu zahuštění směsi, ale je také zárukou kvality při dlouhodobých testech. Je zřejmé, že ukazatele trvanlivosti směsi a rychlost nabytí pevnosti závisí primárně na vlastnostech cementu použitého v suché stavební směsi, tímto faktorem však zdaleka nejsou vyčerpány a závisí na W/ Hodnota C, poměr cement : kamenivo : plnivo, jejich povaha a zrnitost, přítomnost ve směsi nečistot a funkčních přísad a na podmínkách tvrdnutí (teplota a vlhkost). Vliv těchto faktorů může vést k tomu, že směs připravená na bázi normálně tuhnoucího cementu (45 minut – 10 hodin podle GOST 10178) může být rychle nebo pomalu tuhnoucí. V případech, kdy se však doba tuhnutí (přežití) směsi ukáže jako nepřijatelná, se jejich regulace (zpomalení nebo zrychlení) provádí regulací procesu hydratace cementu. Tento přístup platí i v případech, kdy je potřeba zvýšit nebo naopak snížit rychlost nárůstu pevnosti nebo absolutní hodnotu pevnosti suchých cementových směsí. Spolu se změnou složení směsi (poměr a druh kameniva a plniv) a minimalizací hodnoty W/C je hlavní metodou regulace rychlosti tvrdnutí, stejně jako v případě regulace doby tuhnutí, regulace cementu. procesy kalení. Doba tuhnutí a kinetika nárůstu pevnosti cementu při zachování všech ostatních parametrů závisí na jeho materiálovém složení (poměr slínku-minerální přísady), mineralogickém složení slínku (především na obsahu alitu a hlinitanu). fáze), jemnost mletí cementu a obsah částic určitých frakcí, obsah v cementu, sádře, alkalických sloučeninách, fázích nečistot atd.

Tyto faktory jsou však tvořeny výrobcem cementu a spotřebitel cementu je nemůže ovlivnit a účinným způsobem regulace těchto vlastností cementu je zavedení přísad do složení tuhnoucích cementových směsí (suchých stavebních směsí) – regulátory tuhnutí. a tvrdnutí cementu (urychlovače nebo zpomalovače). Takové přísady, ve vztahu k technologii suchých stavebních směsí, jako odlišnosti od přísad do tradičních malt a betonů, musí být suché, nehygroskopické a rychle rozpustné ve vodě. Potřeba zavádět do cementových směsí urychlovače tuhnutí a tuhnutí nejčastěji vzniká:
— zintenzivnit tuhnutí směsí používaných při nízkých a záporných teplotách;
— při výrobě směsí určených pro opravy a restaurátorské práce;
— při výrobě směsí pro speciální práce: stříkané betonové hmoty, stříkací roztoky, injektážní kompozice atd.
— urychlit obrat forem při výrobě výrobků;
— eliminovat vedlejší efekt zpomalení hydratace cementu při použití funkčních přísad některého typu (superplastifikátory, redispergovatelné polymerní prášky, étery celulózy atd.).

Potřeba zpomalit tuhnutí a tvrdnutí cementu použitím zpomalovacích přísad může vzniknout při provádění prací v horkém období nebo v horkých dílnách, kdy je nutné při dokončovacích pracích vytvořit zeslabenou („obětní“) vrstvu, při ucpávání horkých studní atd.

Aditiva – urychlovače tuhnutí a tvrdnutí suchých směsí na bázi portlandského cementu jsou nejčastěji anorganické soli, soli organických kyselin nebo produkty na jejich bázi. Seznam solí urychlovačů tuhnutí obsahuje mnoho sloučenin: K₂CO₃Na₂SO₄, NaAlO₂, NaF, Na₂O nSiO₂mH₂O, Ca(NO₃)₂, Tam₂CO₃. Jako urychlovače tuhnutí se dále používají mravenčany vápenaté a sodné, kyselina šťavelová, technické produkty obsahující hlinitany vápenaté, oxidy a hydroxidy hliníku. Protože v některých případech vede použití urychlovačů tuhnutí k určité ztrátě konečné pevnosti výrobků, je volba urychlovače tuhnutí odpovědným rozhodnutím.

Obecným trendem v současnosti je používání látek a směsí, které neobsahují chlór a škodlivé látky, včetně těch, které způsobují korozi zařízení nebo armatur, a dále v některých případech omezení používání alkalických sloučenin, které obvykle snižují stupeň pevnosti cementových malt (betonů).

Běžnou technikou pro zkrácení doby tuhnutí směsí na bázi portlandského cementu je zavedení hlinitanových cementů (oxid hlinitý a vysokooxid hlinitý) do jejich složení a také urychlovače tuhnutí na bázi g-Al₂O₃ [1].

Konkrétní seznam přísad – urychlovačů tuhnutí, z nichž mnohé jsou zároveň urychlovače tuhnutí, nezahrnuje klasický urychlovač tuhnutí CaCl₂ kvůli jeho hygroskopičnosti a omezením spojeným s negativním vlivem iontů chloru na korozi výztuže. Použití jiných známých urychlovačů (například triethanolaminu) v suchých směsích je nemožné, protože se jedná o kapaliny. Vzhledem k těmto okolnostem je seznam doporučených přísad – urychlovačů tuhnutí do suchých stavebních směsí velmi omezený a zahrnuje mravenčan vápenatý – CaC₂Н₂О₄ (směs kyseliny mravenčí vápenaté), mravenčan sodný, dusičnan vápenatý, thiosíran vápenatý. Existují informace o použití thiokyanatanu vápenatého (Ca(NCS)) jako urychlovače tuhnutí.₂. Urychlovačem tvrdnutí pro hlinitanové (hlinité) cementy a jejich kombinace s portlandským cementem, používané jako rychle tuhnoucí kompozice, je uhličitan lithný – Li₂CO₃. Účinek uvedených přísad se projevuje ve větší míře v počáteční fázi tuhnutí (1-3 dny) a v menší míře v dlouhých obdobích (28 dnů). Modifikační přísady do suchých stavebních směsí mohou být na rozdíl od jednotlivých výše uvedených chemických sloučenin komplexními přísadami. Podle klasifikace V.G Batrakova patří takové látky k multifunkčním modifikátorům (PFM), jejichž základy technologie a složení jsou ve vztahu k tradičním maltám a betonu uvedeny v [2].

V posledních letech se intenzivně rozvíjí směr spojený s používáním různých forem mikrosiliky v aktivním stavu jako tvrdidla do malt a betonů. Mohou to být syntetické formy oxidu křemičitého, jako jsou bílé saze a aerosil, stejně jako průmyslový odpad ve formě jemného oxidu křemičitého nebo vysoce křemičitého skla (kondenzovaný mikrokřemičitý prach), například popílek ze spalování pevného paliva při tepelném zpracování. elektrárny, „mikrosilika“ ve formě sublimačních produktů při syntéze křemík, karbid křemíku, feroslitiny apod. Vzhledem k tomu, že přítomnost aktivního oxidu křemičitého v suché směsi zvyšuje poměr voda-cement, používá se tato přísada obvykle společně s přísadami snižujícími vodu (superplastifikátory) ve formě komplexních přísad. Aktivní formy oxidu hlinitého a hydroxidu hlinitého představují jednoznačnou perspektivu pro použití jako přísady – urychlovače tuhnutí cementu. Výrobu přísad na bázi amorfního hydroxidu hlinitého (AmHA) vyvíjí Boksitogorsk Alumina OJSC.

Ilustrací vlivu mikrosiliky (MC) na rychlost nárůstu pevnosti cementů získaných společným mletím slínku, sádry a mikrosiliky (PO „Metallurg“, Pikalyovo) jsou výsledky uvedené v tabulce 1 (zkoušky v souladu s GOST 310).

Tabulka 1. Vlastnosti portlandského cementu obsahujícího mikrosiliku (MS)

Výčet některých jednotlivých směsí – přísad urychlujících tuhnutí a tuhnutí používaných v suchých stavebních směsích je uveden v tabulce 2.

Tabulka 2. Přísady do urychlovačů tuhnutí a tuhnutí pro suché stavební směsi (příklady)

Je třeba rozlišovat mezi „urychlovači nastavení“, tzn. přísady zkracující dobu začátku a konce tuhnutí cementu a „urychlovače tuhnutí“, i když v některých případech může být přísada urychlovačem tuhnutí i tuhnutí. Urychlovače tuhnutí nejenže nemění rychlost hydratace po tuhnutí, ale v některých případech dokonce zpomalují hydratační procesy a snižují pevnost cementového kamene. Například působí takové známé urychlovače tuhnutí, jako je uhličitan draselný a sodný (potaš, soda), hydrokřemičitan sodný a hlinitan sodný. Na rozdíl od urychlovačů tuhnutí urychlovače tuhnutí buď výrazně neovlivňují začátek a konec tuhnutí, nebo jako urychlovače tuhnutí zvyšují pevnost kamene jak v počátečním období (1-3 dny), tak i v delších obdobích.

Mechanismus působení přísad urychlujících tuhnutí a tuhnutí cementu je poměrně složitý a nelze jej považovat za spolehlivě prokázaný. Jejich účinek je redukován na urychlení hydratace cementových minerálů, přísady tohoto typu neovlivňují složení CSH gelu (poměr CaO/SiO₂H₂O/SiO₂), v jejich přítomnosti se však mění morfologie vzniklých hydrosilikátů. Výměnné reakce přísad s portlanditovou fází (Ca(OH)₂) tvrdnoucí cement, což vede k tvorbě těžko rozpustných hydroxidů, zásaditých solí nebo solí vápníku. Tento proces převládá například tehdy, když se do kompozice tvrdnoucího cementu zavádějí aktivní formy amorfního oxidu křemičitého, oxidu hlinitého a Al(OH).₃. Vliv přísad na vlastnosti cementové pasty je značně různorodý a závisí na koncentraci soli, typu kationtu a aniontu. Například urychlující účinek uhličitanů se vysvětluje zvýšením difuzní permeability ochranné vrstvy a odstraněním iontů Ca 2+ z roztoku. Formiát vápenatý zvyšuje stupeň počátečního stupně hydratace C₃S, ale znatelně neovlivňuje dobu trvání indukční periody a následných fází hydratační reakce [3].

Aditiva – zpomalovače tuhnutí se používají při tvrdnutí betonu za zvýšených teplot, stejně jako pro kompenzaci urychlujícího účinku jiných funkčních přísad. Příklady kompozic, které vyžadují použití retardérů pro cementové směsi, zahrnují podlahové směsi a některé opravné malty. Seznam některých retardačních přísad je uveden v tabulce 3.

Tabulka 3. Aditiva – zpomalovače tuhnutí a tuhnutí (příklady)

Přísady – zpomalovače tuhnutí jsou poměrně účinné v malých koncentracích, přičemž zpomalení tuhnutí je způsobeno adsorpcí přísad na produkty hydratace cementu, zejména na Ca(OH)₂, stejně jako na povrchu původních nehydratovaných minerálů. Většina zavedeného retardéru se spotřebuje v hlinitanových fázích cementu, takže účinek přísad je výraznější u cementů s nízkým obsahem hlinitanů a také u cementů s minimálním obsahem alkálií, protože tyto přísady ničí. Je třeba si uvědomit, že zpomalení tuhnutí směsí na bázi portlandského cementu je v mnoha případech vedlejším efektem zavádění dalších cílených přísad a jejich vliv může být poměrně významný. Například zpomalení doby tuhnutí může být důsledkem zavedení změkčovadel (ředidel vody), přísad zadržujících vodu a zahušťovacích přísad atd.

Reference:

1. Sari M., Lexellent J. „Regulace procesů tuhnutí a vytvrzování minerálních pojiv.“ – Mix Build, St. Petersburg, 3.-5. prosince 2002.
2. Batrakov V.G. Upravený beton. Teorie a praxe. 2. vyd.-M.: Tekhnoproekt, 1998.-768 s.
3. Taylor H. Chemistry of cement.-M.: Mir, 1996.-560 s.

• Historie BALTIMIXU
• Post-releases
• Program
• Fotoreportáže
• Zprávy 2001-2018