Что происходит?

Бетонные системы очень сложны, и поэтому во время применения протокола необходимо обладать базовым пониманием реакций, происходящих в системах. Водные цементирующие системы затвердевают и схватываются посредством процесса под названием гидратация, которая представляет собой серию необратимых химических реакций с водой.

В портландцементе присутствуют две алюминатные смеси, C3A и C4AF. Последняя несильно сказывается на работе системы; C3A быстро вступает в реакцию при смешивании с водой и генерирует большое количество тепла (Рисунок 1), если реакция не контролируется посредством наличия сульфата. Если реакция C3A с водой не контролируется вследствие недостаточного количества сульфата в растворе по отношению к реагирующему C3A, то может произойти мгновенное (или постоянное) схватывание.

Сульфат кальция добавляется в бетон в виде гипса (CSH2) во время измельчения. Это необходимо для того, чтобы контролировать первоначальную реакцию C3A. В ходе измельчения некоторое количество гипса обезвоживается и образует штукатурку (CSH1/2). Степень обезвоживания контролируется производителем с целью оптимизации действия цемента; однако, при неправильном обезвоживании может произойти ложное (или временное) схватывание.

Использование летучей золы с содержанием C3A может привести к ложному схватыванию или быстрому затвердеванию вследствие недостаточности сульфата для контроля гидратации.

Некоторые разжижающие добавки Типа А также могут повлиять на баланс между C3A и сульфатами, так как они склонны к ускорению гидратации C3A. Аналогичным образом, повышенные температуры ускоряют химические реакции и повышают риск неконтролируемого затвердевания в случае использования плохо сбалансированных материалов. Также источниками потенциальных рисков являются очень мелко измельченные цементы, очень высокое содержание щелочи в системе, а также очень низкое соотношение между водой и цементирующими материалами.

Все эти реакции и изменения происходят в течение первых 15-30 минут после смешивания, и это используется в изготовлении бетонного дорожного покрытия, в котором задействуются бетоновозы без перемешивающих устройств. Даже когда автобетономешалки или автобетоносмесители наносят бетон на брусчатку, период подачи может быть настолько коротким, что в случае ложного схватывания не будет возможности что-то сделать. При более долгом периоде подачи, в случае структур или плоскостных конструкций, раннее затвердевание может быть менее очевидным, однако оно может привести к добавлению слишком большого количества воды в бетон, поданный в смеситель грузовика.

Одним из продуктов гидратации силикатов (C2S и C3S) в цементе является гидросиликат кальция (CSH) - главная причина прочности бетона, надежности, теплоты гидратации. Силикаты вступают в реакцию через два-четыре часа после смешивания, когда кальций достигает супернасыщения в растворе смеси. Результатом этих реакций является схватывание и нарастание прочности. Если в ходе ранних неконтролируемых реакций с С3А было поглощено слишком много кальция, то схватывание может произойти позднее. К тому же, те же самые разжижающие добавки Типа А, которые ускоряют реакции С3А, могут замедлить реакции силиката, что может еще больше задержать их. Низкие температуры также замедляют процесс гидратации.

В одной и той же смеси могут произойти реакции акселерации C3A (неконтролируемое затвердевание) и задержка реакций силикатов (отложенное схватывание). Когда в дорожных покрытиях происходит затвердевание, бетонная смесь может быть пригодной к обработке во время нанесения, но может затвердеть в машине для устройства дорожных покрытий, что ведет к слабому застыванию и сложностям с отделкой и текстурированием.

Отложенное схватывание значительно повышает риск трещинообразования при пластической усадке, а также усложняет процесс распила. При нанесении дорожного покрытия или во время строительства в бетон, который перевозится автобетоносмесителями, перед разгрузкой следует добавлять больше воды.