Разнообразие условий строительных работ, а также природа твердения вяжущих вызывает необходимость применения различных электролитов, кроме добавок. Ассортимент таких электролитов систематически расширяется, особенно в последний период. Еще сравнительно недавно применение электролитов сдерживалось из-за малой изученности их влияния на свойства бетона. В последнее время способы использования электролитов внесли в технические условия отдельных ведомств (например, в строительные работы Министерства газовой промышленности, комплексную добавку нитрата кальция и мочевины ННК в инструкцию по производству бетонных работ в зимнее время и т. д.).
Добавки классифицируют по условиям применения, показателям свойств бетонов; при изложении общих теоретических положений о химическом влиянии добавок предлагается разделять их на классы. Рассмотрим некоторые из них.
Класс 1, группа а—-добавки, повышающие растворимость силикатной группы минералов полиминерального цемента (алита и белита) и, следовательно, влияющие на скорость их гидролиза и гидратации (механизм действия связан с изменением ионной силы раствора): сернокислый и хлористый калий, хлористый натрий (поваренная соль) и ряд других. Необходимо учитывать стойкость арматуры против коррозии в железобетоне, процессу которой содействуют некоторые электролиты. По этой причине для сохранности арматуры необходимо вводить добавки, предохраняющие ее от коррозии.
Класс 1, группа б —добавки, действие которых понижает растворимость силикатной группы минералов полиминерального цемента (алита и белита). Ускоряющий эффект в процессе твердения в этом случае связан с увеличением скорости кристаллизации продуктов гидролиза и гидратации. В этих добавках содержатся ионы, одноименные с ионами цемента (например, хлористый кальций и др.).
Класс 2, группа а — добавки, ускоряющие процессы гидролиза и гидратации и придающие цементному камню повышенную водонепроницаемость, водоудерживающую способность, деформатив-ность. Эти добавки уменьшают щелочность среды (жидкой фазы цементного теста — цементного камня). Химические реакции цемента с этими солями протекают ступенчато, и на последней ступени образуются труднорастворимые соединения — гидроокиси металлов, которые и придают камню свойства, указанные выше (кольма-тируют — уплотняют поры). К добавкам этого вида относятся: сульфат алюминия (для ускорения твердения бетона), хлорное железо (для ускорения твердения и повышения плотности бетона) и др.
Класс 2, группа б — добавки, повышающие щелочность (рН) среды (жидкой фазы цементного теста — цементного камня). Эти добавки ускоряют твердение. Некоторые из них могут привести к коррозии, если щебень (гравий) содержит реакционноспособный кремнезем. Например, при введении углекислого натрия з растворе появляется едкий натрий по реакции гидролиза этой соли.
При наличии в каменном материале реакционноспособного кремнезема (Si02-nH20) щелочь вступит с ним во взаимодействие, что приведет к разрушению бетона. Электролиты группы б оказывают различное действие на бетон. Одни добавки применяются при производстве бетонных работ без подогрева материалов и без сохранения экзотермического тепла, выделяющегося при твердении цемента, например поташ К2С03, также Na2C03, Другие — только для ускорения твердения, повышения водонепроницаемости, например алюминат натрия NaAl02.
Класс 2, группа в —добавки, регулирующие твердение алюми-натных и алюмоферритных фаз. В этом случае образуются комплексные соли—двойные соли, гидратированные соединения (например, ЗСаО-Аl203·3CaS04-31H20; ЗСаО-Аl203ХCaS04-12H20; ЗСаО-Аl203- СаСl2-10Н2О). Следовательно, электролиты, образующие такие комплексные соединения, относятся к указанной категории добавок. Часть из них, например СаСl2, ускоряет процесс гидролиза и гидратации алита и белита. Кроме CaS04 и СаСl2 при холодном бетонировании применяют кальциевые соли азотной Ca(N03)2 и азотистой Ca(N02)2 кислот, а также NaN02. Факт отнесения одной и той же добавки к разным группам показывает, что многие электролиты в полиминеральном цементе не имеют избирательного действия. При этом надо отметить, что химическая избирательность действия некоторых добавок (например, гипса на гидратированный трехкальциевый алюминат) носит условный характер в процессе гидролиза и гидратации полиминерального цемента, так как всегда резко меняет характер структурообра-зования каждой минеральной фазы цемента. Механизм действия добавок этой группы протекает при обязательной диссоциации электролитов на ионы (следовательно, в жидкой фазе цементного теста— цементного камня), образовании пересыщенных растворов и выкристаллизовывании соответствующих двойных солей, например, выкристаллизовывании кроме ранее указанных соединений при реакции трехкальциевого гидратированного алюмината и цитрата кальция — гидронитроалюмината кальция ЗСаО-Аl203-Са(SО3)2Х10Н20.
Введение электролитов следует рассматривать с позиций направленного структурообразования цементного камня. Мы как бы частично восполняем природные недостатки в процессах гидролиза и гидратации полиминерального портландцемента с резким различием в этом процессе поведения отдельных фаз. Как известно, кристаллические новообразования, слагающие структуры искусственного технического камня, образуются из исходных твердых фаз (продуктов реакции) для каждого петрографического состава вяжущего в оптимальных физико-химических условиях. Создать оптимальные условия без применения добавок невозможно, что следует помнить, направляя свои усилия на отыскание новых добавок, выбирая необходимые виды добавок, их количество и условия применения.
Следует иметь в виду, что действие добавок, относящихся к различным классам и группам, протекает по линии наиболее активной фазы полиминерального цемента, а в случае наличия нескольких добавок, — по линии связи с такими фазами тех добавок, которые с наибольшей скоростью образуют пересыщенные растворы и труднорастворимые комплексы. В этом случае остальные электролиты, находясь в растворенном состоянии (в жидкой фазе цементного теста), способствуют ускорению гидролиза и гидратации силикатной группы минералов цемента. Надо отметить и развитие указанных исследований в направлении сочетания неорганических и органических добавок.
Деление электролитов возможно и по эффекту их воздействия на кинетику процессов твердения, по условиям производства работ и, наконец, по повышению технических свойств бетонной (растворной) смеси и бетона. Развитие исследований процессов твердения цемента показало нецелесообразность применения добавок (неорганических и органических) без одновременного применения ПАВ.
Перечисленные направления классификации добавок в действительности имеют более сложный характер по причине природы цемента, а сказанное о характере процессов при комплексном использовании различных добавок подтверждается прямыми опытами.