Механизм действия антифризов для бетона. Часть 1.

По механизму действия добавки в бетон, предназначенные для его укладки при температуре ниже 0 °С, условно можно разделить на три группы. К первой из этих групп относятся выраженные антифризы – вещества, понижающие температуру замерзания жидкости в бетоне, но при этом лишь очень слабо ускоряют, или слабо замедляют схватывание, а потом твердение бетона, то есть мало влияют на быстроту образования структуры бетона. В эту группу входят присадки ХН, НН, М и т.п.

Отвердевание бетона без сопутствующего обогрева основано на том, что введение в состав раствора данных добавок позволяет при отрицательной температуре сохранить жидкую фазу. В этой ситуации минеральные вещества портландцемента будут гидратироваться, что обеспечит твердение бетона, правда, скорость будет меньшей, чем при положительной температуре. Снижение температуры замерзания связано с тем, что в процессе растворения присадок происходит их взаимодействие с водой. В результате возникают сольваты, т.е. относительно устойчивые соединения ионов растворенного вещества и молекул воды (например, ионов Na и NO₂ для натрия нитрита). Из-за этого для превращения раствора в лёд необходимо потратить энергию и на кристаллизацию воды, но и на разрушение комплексов сольватов.

Вследствие возникновения сольватов вода в растворах замерзает постепенно, кристаллы льда начинают появляться при температуре немного ниже нуля (чем концентрированнее раствор, тем ниже эта температура). По мере охлаждения раствора в лед переходят молекулы воды, входящие в состав сольватов но этот процесс идет в несколько этапов до температуры полного замерзания. Вплоть до этой температуры в растворе будут существовать концентрированный раствор соли, лед, и кристаллы соли. Соответственно, все это время может происходить схватывание бетона. При этом, однако, в нем постепенно уменьшается содержание свободных молекул воды, способных к взаимодействию с минералами цемента.

Почти всегда противоледные присадки применяются в концентрации меньшей концентрации насыщения, поэтому, когда бетон остывает ниже температуры замерзания водного раствора добавки в нём начинается образование льда, которое происходит одновременно с формированием структуры бетона. Но из-за одновременности процессов, а также из-за того, что в присутствии добавок лёд имеет чешуйчатое строение, в бетоне не происходит заметных деструктивных процессов, заметно отражающихся на прочности.

В ходе твердения бетона часть присадочных солей переходит в твердую фазу в виде микрокристаллов, понижая концентрацию раствора, а часть воды – в образующиеся кристаллогидраты, что повышает концентрацию. Развитие этих процессов ведет к постоянному изменению количества льда в бетоне: сначала оно увеличивается, а в дальнейшем, когда переход добавки в твердую фазу стабилизируется и в жидкости установится насыщенная для данной температуры концентрация добавки, уменьшается.

Исследования показывают, что структура бетона с противоледными добавками, создающими первичный структурный каркас, имеет более высокие механические показатели. Она плотнее, менее водопроницаема и обладает большей морозостойкостью. Коэффициенты водо- и газопроницаемости при давлениях ниже 2 МПа на 2-3 порядка меньше, чем без ввденения добавок.