Зимнее похолодание доставляет серьезные неудобства строителям при выполнении мероприятий, связанных с бетонированием. Под воздействием отрицательной температуры замедленно происходят процессы гидратации бетонного раствора, твердение которого приостанавливается. После оттаивания, состав продолжает набирать твердость, но отличается пониженной прочностью, нарушением структуры массива, вызванной расширением содержащейся в нем влаги. Применение противоморозных добавок в бетон позволяет устранить указанный комплекс проблем. 

Противоморозные добавки для бетонов

Если бетон замерзает – кристаллы воды из—за своего расширения разрушают (рвут) структуру бетона и в дальнейшем получившееся изделие обладает крайне низкой прочностью и ухудшенными остальными характеристиками.
Для решения этой проблемы можно использовать:
— обогрев конструкции до застывания раствора;
— добавить специальные добавки, которые предотвращают замерзание воды.

Такие противоморозные добавки позволяют проводить работы до минус 15 градусов.
Но при этом вводимые добавки изменяют свойства конечного изделия как в положительную, так и в отрицательную сторону.

Принцип действия добавок:

Уменьшает температуру замерзания воды в бетонной смеси, что не дает ей замерзнуть при доставке и до непосредственного схватывания раствора. За счет этого происходит полное протекание реакции воды с порошком цемента. После введения добавки бетон становиться морозостойким.

ГОСТ 24211—91 рекомендуется применение противоморозных присадок в диапазоне температур минус 10—15С. Фактически добавки дают возможность применения бетона и при пониженной температуре, но процесс застывания будет занимать более длительное время.

Противоморозные добавки можно разделить на группы по степени воздействия:

— уменьшающие температуру замерзания воды. Они же незначительно влияют на скорость схватывания раствора.
— способствует быстрому формированию плотной цементной структуры (камня). В процессе реакции с компонентами раствора выделяется тепло. Не уменьшает температуру замерзания воды. (в основном сульфаты).
— ускоряющая противоморозная добавка. Увеличивает растворимость компонентов раствора. Некоторые так же снижают температуру замерзания воды.

Часто используют комплексные составы, включающие в себя несколько групп добавок.

Рассмотрим основные химические вещества, которые являются противоморозными добавками:

Поташ — противоморозный ускоритель твердения. Чтобы не допустить уменьшение прочности конечного изделия часто применяют совместно с замедлителями схватывания. Содержание не более 30 %.

Формиат натрия является противоморозной добавкой, ускоряющая твердение. Используется с лигносульфонатом нафталина для повышения пластифицирующих свойств раствора и увеличивает водоредуцирование (уменьшение воды в растворе). Содержание 2—6 % от объема цемента.

Нитрит натрия – ускоряет твердение. Запрещено использовать в смеси с лигносульфонатами из—за выделения при реакции отравляющего газа. Содержание в растворе до 10% от массы цемента. Применяется до минус 25С.

Аммиачная вода (Аммиак водный) – противоморозная добавка. Не корродирует армирующие элементы, ингибитор коррозии к другим компонентам смеси. Замедляет твердение раствора. По сравнению с поташем и кальцием хлористым имеет более низкую степень расширения.

Концентрация рассчитывается от температуры окружающей среды:

до минус 10С – водный раствор аммиака 5%;
в диапазоне минус 10—20С – водный раствор аммиака 10%;
в диапазоне минус 20—35С – водный раствор аммиака 15%;
ниже минус 35С – водный раствор аммиака 20%.

Кальций и Натрий хлористый – уменьшает время схватывания. Основные недостатки – корродирование армирующих элементов и появление высолов. Вводят совместно с Нитритом натрия для снижения коррозии армирующих элементов хлоридом кальция. Для этого же используют аммиак водный (был опробован при возведении Кременчугской ГЭС).

Карбамид (Мочевина) — не рекомендуется использовать как самостоятельную добавку. Как дополнительная добавка выступает в качестве пластификатора, выводит соли (нитриты и нитраты) в плохорастворимые, уменьшает температуру замерзания. Так же повышает закрытую пористость. Часто используется совместно с нитратом кальция. При применении вместе с Кальцием азотнокислым (1 к 4) не взирая на небольшое уменьшение температуры замерзания, раствор хорошо затвердевает при пониженной температуре.

Натрий роданистый – ускоритель схватывания. Входит в состав многих готовых комплексных противоморозных добавок, выпускаемых отечественными производителями.

Бура (Тетраборат натрия) – противоморозная добавка. Способствует сохранению целостности изделия после оттаивания, а так же препятствует трещинообразованию в монолите конструкции. Уменьшает водопроницаемость, увеличивает прочность до 30%.
Рекомендована как дополнительная добавки при использовании карбоната кальция (Поташ) для повышения прочности после оттаивания.

Сода кальцинированная (Натрий углекислый) – ускоритель твердения.
Зависимость скорости схватывания от количества соды в растворе:
0% Начало схватыв. 100 мин Конец схватыв. 305 мин
2% Начало схватыв. 5мин Конец схватыв. 45 мин
5% Начало схватыв. 3 мин Конец схватыв. 17 мин
Однако такое быстрое твердение сильно снижает прочность.

Тринатрийфосфат – ускоряет затвердение бетона. Можно использовать в небольших количествах. Достаточно добавить до 1,5%. Самостоятельно применяется только при положительной температуре.

Аммоний хлористый – ускоритель схватывания раствора и противоморозная добавка.

Силикат натрия или калия (жидкое стекло) – сильный ускоритель твердения. Конечное изделие становится более влагостойким и повышает прочность.

Соляная кислота совместно с Известью (негашеной) – ускоритель твердения. Может уменьшить время работ до 4—х раз. При гашении извести выделяется тепло.

Сульфат Калия — увеличивает морозостойкость, повышает водонепроницаемость. Так же уменьшает усадку.

Особенности:

В процессе твердения раствора добавки могут перераспределяться по объему и скапливаться в углах и других местах. Это может повлиять на равномерность распределения свойств.
Так же при застывании добавки могут изменять объем при кристаллизации, что может привезти к внутренним напряжениям и дефектам.
Применение противоморозных добавок должно проходить под руководством специалиста, который выберет необходимые к применению добавки и произведет расчет необходимого количества.

В настоящее время разработано большое количество готовых составов, а так же различные специальные добавки, например, поликарбоксилатные суперпластификаторы.