Хлористый кальций как ускоритель схватывания цемента

Хлористый кальций и с чем его «едят»

Кальций хлористый

Хлорид кальция – это кальциевая соль соляной кислоты. Химическая формула CaCl₂. Является побочным продуктом при производстве соды. Находит применение в различных областях, в том числе медицине, пищевой промышленности, химии, добыче нефти, металлургии и прочее. Очень активно применяется в строительстве и коммунальном хозяйстве ( как антигололедный реагент).

В строительстве хлорид кальция в массовом порядке используется как добавка в бетоны. Это один из самых мощных ускорителей схватывания и твердения бетона, что, в том числе, позволяет эффективно использовать хлорид кальция при зимнем бетонировании как противоморозную добавку.

Имеет целый ряд положительных свойств, что в комплексе и предопределяет массовость использования хлорида кальция в нашей стране и за рубежом.

Хлористый кальций как ускоритель схватывания и твердения цемента используется строителями и производителями стройматериалов круглый год.

Среди производителей штучных бетонных изделий, блоков из ячеистых и легких бетонов популярен тем, что ускоряется процесс оборота готовых форм, и увеличивается объем выпуска продукции. При этом процесс работы на производстве не требует жестких рамок температуры окружающей среды в цехах. Отформованные изделия наберут свою минимально необходимую прочность даже при отрицательных температурах.

Строители также активно используют хлорид кальция. Применяя эту добавку при заливке бетона, есть возможность сократить сроки проведения данных работ в летнее время и осуществить качественное бетонирование в зимних условиях.

Хлорид кальция как ускоритель

Хлорид кальция существенно подстегивает процесс гидратации основных минеральных компонентов бетона.

Использование этой добавки актуально и летом, и зимой

В зависимости от температуры окружающей среды возможно испарение воды до 40% из объема бетона. Поэтому летом бетон без добавок-ускорителей существенно теряет в своем качестве. Оставшегося количества воды не хватает для полной гидратации цемента: часть цемента сработает вхолостую, и выключится из работы по твердению. При этом испаряющаяся из толщи бетона вода мигрирует к поверхности, образуя направленные сквозные поры. Если такой раствор заливается на улице, то через несколько зимних периодов своей эксплуатации бетон может полностью разрушиться ( за счет процесса замораживания/оттаивания воды в порах). Поэтому для процесса твердения важен начальный период ( первые несколько суток), и, если его правильно отработать, вы получите качественные бетонные изделия, которые без проблем будете эксплуатировать долгие годы.

Вывод: ускоритель схватывания помогает выстроить качественный цементный каркас в первые дни застывания раствора.

Стоит отметить, что хлористый кальций является сильно гигроскопичным веществом*, что дает возможность поддерживать высокую внутреннюю влажность в бетоне, и не допускает его очень быстрого обезвоживания в жару.

Введение в бетон добавки хлорида кальция в количестве 1 – 2% от массы цемента позволяет ускорить начальный процесс набора прочности до 2-х раз. Более точные данные по влиянию хлорида кальция на прочность бетона приведены в таблице 1 ( данные испытаний НИИЖБ г.Москвы).

*Гигроскопичность – способность накапливать, и удерживать в себе влагу.

Таблица 1 Влияние хлористого кальция на прочность бетона

Возраст бетона, суток

Относительная прочность бетона с добавкой хлористого кальция в % от марочной прочности бетона без добавок (28 суток), на цементах марки М-400

На шлакопортладц- и пуццолановом портландцементе

Источник

Роль хлорида кальция в бетоне

Хлориды кальция используются в качестве ускорителя в процессе гидратации цемента, что позволяет быстро схватывать бетон и получать бетон с высокой начальной прочностью. Максимально допустимый предел добавления хлорида кальция составляет 2% в форме хлопьев.

Методы добавления хлорида кальция

Хлорид кальция доступен в виде гранул или других гранул, хлопьев или в форме раствора. Обычная форма хлопьев содержит минимум 77 процентов хлорида кальция, а гранулы и другие гранулированные формы — минимум 94 процента. Поскольку все формы хлорида кальция растворимы в воде, рекомендуется использовать его в форме раствора.

Следует позаботиться о том, чтобы раствор не вступал в контакт с цементом напрямую, так как это приводит к быстрой схватке цемента. Поэтому рекомендуется разбавлять его водой и смешивать с заполнителем.

Введение в бетон добавки хлорида кальция в количестве 1 – 2% от массы цемента позволяет ускорить начальный процесс набора прочности до 2-х раз.

Для использования хлорида кальция в качестве противоморозной добавки, делают 30%-ный раствор этой соли в теплой воде. Затем добавляют этот раствор в замешиваемый бетон. При этом количество воды следует уменьшить на 5%.

Влияние хлорида кальция на свойства бетона

Влияние на физические свойства

1. Установка времени
Поскольку хлорид кальция в основном используется в качестве ускорителя в бетоне, он значительно сокращает как начальное, так и конечное время схватывания бетона. Он в основном используется при низких температурах, так как позволяет быстрее отделывать и раньше использовать плиты. Но использование этого ускорителя не рекомендуется в жаркую погоду, так как он очень быстро схватывает бетон, что затрудняет его укладку и отделку.

2. Соотношение воды и цемента
Хлорид кальция значительно не уменьшает количество воды, необходимой для образования определенного спада, и этот фактор не должен играть никакой доминирующей роли в укреплении бетона. Поскольку это ускоритель, он может вызывать раннее повышение жесткости.

3. Воздухозаборник
Использование хлорида кальция в бетоне не приводит к уносу воздуха.

4. Замораживание и оттаивание
Бетон, содержащий хлорид кальция, быстро затвердевает и развивает раннюю устойчивость к повреждениям при замерзании и оттаивании. Это может быть важно при зимнем бетонировании, когда материал может быть подвергнут раннему нанесению противогололедных солей. В более позднем возрасте зрелый бетон, содержащий хлорид кальция, может быть менее устойчивым к морозу.

5. Сухая усадка
Известно, что хлорид кальция увеличивает усадку при сушке, причем его величина зависит от количества добавленного хлорида кальция, типа цемента, периода отверждения и условий окружающей среды.

6. Выцветание
Благодаря использованию хлорида кальция в бетоне в некоторых случаях на поверхности затвердевшего бетона образуется беловатый осадок. Но при нормальных условиях воздействия, однако, он притягивает воду и вряд ли вызовет выцветание, как другие соли. Эти белесые отложения не растворяются в воде, поэтому для их удаления используется разбавленная соляная кислота.

Влияние на химические свойства

1. Сульфатная атака
Хлорид кальция оказывает вредное влияние на бетон, когда подвергается воздействию растворов сульфатов. Сульфаты реагируют с ионами кальция и алюминия в цементной пасте с образованием сульфата кальция и сульфоалюмината кальция, что приводит к разрушению бетона. Если присутствует хлорид кальция, есть доказательства того, что устойчивость к сульфатной атаке снижается.

2. Тепло гидратации
Тепло гидратации происходит быстрее, а процесс гидратации происходит быстрее в присутствии хлорида кальция, особенно в первые 10–12 часов. Общая вырабатываемая масса не сильно изменилась, но ее раннее развитие может быть полезно при зимнем бетонировании.

3. Щелочно-агрегатная реакция
Когда высокощелочный цемент используется с определенными типами заполнителей, износ бетона происходит из-за разбухания заполнителя. Известно, что хлорид кальция в бетоне усиливает щелочно-агрегатную реакцию. Если в таких ситуациях необходимо использовать хлорид кальция, расширение можно контролировать с помощью низкощелочного цемента, пуццолана или нереакционноспособного заполнителя.

4. Коррозия арматурной стали
В бетоне, содержащем хлорид кальция, эта стабильная пленка, которая защищает сталь от внешней среды, не может поддерживаться с такой же эффективностью, и существует вероятность коррозии.
Хлорид кальция запрещен для предварительно напряженных бетонов, так как скорость коррозии больше из-за большой площади поверхности проволоки и большей разницы напряжений. Хлорид кальция не рекомендуется для бетонирования с паровым отверждением

Влияние на механическое поведение

1. Прочность на сжатие
Поскольку хлорид кальция используется в качестве ускорителя в бетоне, он увеличивает скорость твердения бетона. Требуется увеличения как минимум на 125 процентов по сравнению с контрольным бетоном через 3 дня, но через 6 месяцев или один год требование составляет только 90 процентов от контрольного образца.
По сравнению с обычным бетоном и бетоном с хлористым кальцием прирост прочности может варьироваться от 30 до 100 процентов в первые три дня. Количество хлорида кальция, превышающее принятые стандарты, приводит к снижению прочности. При одинаковом количестве хлоридов прочность увеличивается для более богатых смесей.

2. Прочность на изгиб
Прочность на изгиб увеличивается не так сильно, как прочность на сжатие при добавлении хлорида кальция. Требуется, чтобы прочность на изгиб через 3 дня составляла не менее 110% от контрольного образца. После более длительных периодов отверждения прочность бетона на изгиб, содержащего хлорид кальция, может быть даже ниже, чем у контрольного образца.

3. Усадка и ползучесть
Добавление хлорида кальция в бетон увеличивает усадку бетона, что, в свою очередь, увеличивает ползучесть бетона.

Источник

Кальций хлористый в строительстве и
изготовлении строительных материалов

Хлорид кальция применяется строительными компаниями в качестве химического ускорителя для схватывания/загустения цементов: существенно ускоряет гидратацию цемента, в результате чего сокращается время схватывания и усадки увеличивает прочность, поверхностный износ/истираемость, устойчивость к холодной погоде (морозостойкость) и обрабатываемость.

Применение кальция хлористого позволяет увеличить производительность при изготовлении изделий из цемента в 2,5 — 3 раза за счет сокращения сроков застывания/загустения цемента и повышения качества изготавливаемой продукции. Обеспечивается прочность изделия и увеличивается срок службы, а также позволяет вести бетонные работы в холодное время года.Применение хлористого кальция позволяет уменьшить количество воды и расход цемента за счет повышения подвижности бетонной смеси.

Кальций хлористый используется для изготовления:
товарного бетона,
различных бетонных блоков,
изделий с применением бетона,
дорожного покрытия

Кальций хлористый используется производителями тротуарной плитки.

Обработку пылящих поверхностей в теплый период года при низкой влажности целесообразно проводить с применением пылеподавляющих добавок, в частности хлористого кальция. Хлористый кальций хорошо растворяется в воде. Если полить таким раствором грунтовую или щебеночную дорогу, она останется влажной намного дольше, чем после поливки водой. Это происходит потому, что упругость пара над раствором хлористого кальция очень мала; такой раствор поглощает влагу из воздуха и поэтому долго не высыхает.

Для ускорения процессов твердения и повышения прочностных показателей грунтов рекомендуется вводить добавку хлористого кальция при строительстве, реконструкции и эксплуатации дорог:
для сооружения земляного полотна,
устройства дорожных оснований,
покрытий автомобильных дорог
В виде водного раствора является компонентом подстилающего слоя (способствует уплотнению материала, предотвращает потерю гравия и образование пыли). укрепляет шоссейные дороги, стабилизацирует дорожный грунт, .

Применяется при производстве гипса, керамики, стекла.

Полезная информация

Ускорителей схватывания и твердения цементных композиций много. Существует несколько их классификаций, основанных на механизме действия на гидратацию цемента. Если же провести разделение по узко химической принадлежности, то к ускорителям можно отнести следующие вещества:
Углекислые соли
Сернокислые соли
Аммонийные соли
Соли фосфорной кислоты
Силикаты
Хлориды
Механические смеси различных ускорителей
Из всего этого перечня наиболее распространёнными и наиболее эффективными остаются хлориды и смеси на их основе. Высочайшая эффективность при низкой цене – залог их популярности во всем мире.

Влияние некоторых хлористых солей на схватывание цементов (ориентировочные данные)

Источник

Портал о стройке

Посмотреть все статьи

6.7.1.3 Влияние хлористого кальция на схватывание цементов при пониженных положительных температурах.

Отечественные погодно-климатические условия часто вынуждают работать если не совсем на морозе, то когда достаточно прохладно. Очень часто влияние окружающей температуры абсолютно не учитывается. И если в традиционных строительных работах это выражается в замедлении темпов работ, то при производстве пенобетона, снижение температуры в цехе на “несущественные” 5оС может явиться первопричиной брака.

Взаимодействие цемента с водой – химический процесс. Скорость протекания любой химической реакции сильно зависит от температуры. С возрастанием температуры она увеличивается, и наоборот, за редким исключением. (Одно такое интересное исключение будет использовано, когда мы будем бороться с высолами на кирпичной кладке – но это в другой рассылке).

Химическое взаимодействие цемента с водой отмечено одной особенностью – процесс идет в две стадии. Сначала, в течение нескольких часов, происходит т.н. схватывание. После его окончания – начинается твердение. И даже по прошествии 28 суток, набор прочности бетоном не прекращается. Он продолжается и дальше, годами, но именно прочность через первые 4 недели твердения и условились называть марочной прочностью. В соответствии с этой 28-ми суточной прочностью и нормируется т.н. марочность изготовленного бетона.

Снижение температуры влияет как на твердение, так, что очень важно для производства пенобетона, — на схватывание. Наглядно этот процесс иллюстрирует Таблица 6713-1

Время схватывания некоторых цементов марки М-400 при различных температурах.

Вид цемента

Периоды

Температура окружающей среды

+70оС

+50оС

+30оС

+15оС

+5оС

+0оС

Начало схватывания, через чч-мин

Конец схватывания, через чч-мин

Период схватывания, чч-мин

Свежий пуццолановый портландцемент

Начало схватывания, через чч-мин

Конец схватывания, через чч-мин

Конец схватывания, через чч-мин

Как видно из таблицы, даже для свежих цементов, совсем незначительное снижение температуры заметно удлиняет период схватывания.

Подавляющее большинство строителей качество цемента характеризует двумя показателями – “хороший” и “плохой”. Иногда, при этом, упоминается его марочность и завод производитель – но это уже редкость.

С таким подходом к цементу браться за пенобетон не следует. Уже, во первых, потому, что при хранении цемент теряет примерно 10% активности в месяц. Причем эта потеря сказывается, в первую очередь, именно на начале и длительности схватывания – они многократно удлиняются. Если это усугубить еще и пониженной температурой в цехе, то брак гарантирован. Ведь какой бы распрекрасный пенообразователь Вы не применяли, все равно у него имеется некий период стойкости пены. По его прошествии цементная матрица или должна успеть схватиться и приобрести самонесущие свойства, или…. – или пенобетонный массив осядет под собственным весом, и его придется выбросить.

Нельзя исчерпывающе полно охарактеризовать влияние добавки хлористого кальция на начало и длительность схватывания цемента – уж слишком это тонкий параметр. Да и не нужно это – меняющиеся всякий раз входные параметры бетонной смеси будут непредсказуемо корректировать результаты. Единственное, что можно сказать с полной определенностью – при всех прочих равных условиях, можно смело утверждать, что добавка 1% хлористого кальция от массы цемента, по его влиянию на схватывание цемента, равносильна повышению температуры на 15 – 20оС.

6.7.1.4 Влияние (ХК) на повышение пластичности бетонов.

Хлористый кальций способствует повышению пластичности бетонной смеси. В прикидочных расчетах можно считать, что для получения равноподвижных смесей, каждый процент введенного (ХК) позволяет уменьшить количество воды затворения примерно на 5%. Чем более жесткая изначально бетонная смесь, тем сильнее выражен этот эффект.

6.7.1.5 Влияние хлористого кальция на усадку бетонов.

В разных источниках мне неоднократно встречались утверждения, что ускорители на основе хлористых солей взывают очень сильную усадку бетонов. В случае с пенобетонами, эта усадка, мол, способна привести к полной невозможности использования хлоридов – пенобетон очень сильно растрескивается. Подобные суждения, иначе как спекулятивными, назвать нельзя. И вот почему.

Усадка бетонов зависит от множества причин. Если рассматривать усадку с научной точки зрения, то было бы гораздо корректней разделить усадку, как явление, на два разных процесса вызывающих, тем не менее, одинаковое физическое проявление и накладывающиеся друг на друга. Это воздействие на твердеющую цементную матрицу обусловленное капиллярными силами – т.н. влажностная усадка. И проявление результатов химических реакций между цементом и водой – т.н. контракционная усадка.

Я не буду в рамках данной темы давать развернутое объяснение – проблеме усадки и мерам борьбы с ней будет посвящена отдельная рассылка. Замечу только, что усадка зависит:

1 От свойств вяжущего, т.е. от вида цемента.

2. От количества вяжущего – цементного теста в бетоне. Чем больше цемента, тем усадка больше. Зависимость, примерно, прямо пропорциональная.

3. От свойства, состава и гранулометрии заполнителей.

4. От количества воды в бетоне. С увеличением В/Ц усадка значительно увеличивается.

5. От условий созревания бетона. Если принять усадку бетона при его вызревании при 100% влажности (пропарочная камера) за эталон, то тот же бетон, вызревавший при относительной влажности в 50% (летний навес с легким сквознячком) даст усадку в 3 – 4 раза большую. (И уже не одно поколение начинающих пенобетонщиков испытали это явление непосредственно на себе).

6. От абсолютных геометрических размерностей массива бетона и условий его армирования. Иными словами — чем меньше пенобетонный блок, тем проявление усадочных явлений в нем будут меньшими.

7. От величины добавки некоторых ускорителей, вступающих в непосредственное химическое взаимодействие с минералами цементного клинкера, — и хлористого кальция, в том числе.

Вот последний пункт и рассмотрим подробней. Исследованиями установлено, что да, действительно, хлористый кальций увеличивает усадочные явления в бетоне. Примерно в 1.2 – 1.3 раза по сравнению с аналогичным, бездобавочным бетоном. Но, мы видели ранее, что повышение относительной влажности среды вызревания бетона может снизить усадку чуть ли не в 4 раза. Как и наоборот. Иными словами, снижать усадку наиболее эффективно, действуя именно в этом направлении – в обеспечении влажностных, еще лучше тепло-влажностных условий вызревания бетона. А это не только достаточно хлопотно и затратно, но и, порой, просто невыполнимо технически.

Как это ни парадоксально, но получается, что любой эффективный ускоритель, пусть он даже сам склонен повышать усадку, в конечном итоге общую усадку снижает. За счет ускоренной гидратации цемента под воздействием ускорителя, бетону уже нет нужды целый месяц устраивать, буквально, тепличные условия.

Кроме того, повышенные дозировки цемента в бетоне, зачастую обусловлены исключительно потребностью иметь высокую раннюю прочность — как правило, для ускорения оборачиваемости формоснастки. Двигаясь по другому пути – улучшая кинетику набора прочности ускорителями “взрывного” действия (в первую очередь это соляная кислота и её соли – хлориды), можно избежать излишнего перерасхода цемента. Это не только само по себе экономически выгодно, но и позволяет минимизировать усадку.

6.7.1.6 Влияние хлористого кальция на кинетику набора прочности в первые часы твердения.

Процессы твердения бетона в раннем возрасте протекают интенсивней и с большей полнотой, когда его температура повышается, а не наоборот. Это относится как к бетону с ускорителями, так и к бездобавочному бетону. Объясняется это тем, что, например, при понижении температуры, т.е. при более высокой начальной температуре, процессы гидролиза минералов, входящих в состав цементного клинкера, протекают сперва интенсивно – начинают образовываться коллоидные массы. Но затем эти процессы как бы искусственно тормозятся понижением температуры.

Кроме того, известь, выделяющаяся при гидратации цемента, имеет т.н. “аномальную растворимость” – её растворимость с уменьшением температуры наоборот увеличивается. Поэтому она вновь переходит в раствор из начавших выкристализацию новообразований – по сути, частично их разрушая. Таким образом, нарушается целостная и упорядоченная структура начавшего образовываться цементного камня, и это приводит к некоторому понижению его прочности на общем фоне твердения.

При постепенном повышении температуры мы имеем обратную картину. В этом случае процессы твердения протекают плавно, постепенно развиваясь. Благодаря этому получается более равномерная, упорядоченная и плотная структура цементного камня. Этому способствует также и то, что известь, сначала перешедшая в раствор в большом количестве, затем, с повышением температуры, начинает из него выкристаллизовываться и образовывать либо коллоиды и гели, либо кристаллические сростки. Эти процессы способствуют уплотнению гелей и, тем самым, увеличению прочности цементного камня.

Исследованиями было установлено количество тепла, дополнительно выделяющегося в присутствии хлористого кальция при гидратации 4 основных минералов цементного клинкера (см. Таблица 6716-1)

Элементарное тепловыделение основными минералами цементного клинкера

(за первые 24 часа в кал на 1% содержания в 1 г цемента)

Минералы цементного клинкера

Источник