Хлорид кальция

Хлорид кальция (CaCl₂) — неорганическое химическое соединение, кальциевая соль соляной кислоты, широко использовавшееся в качестве химической добавки для бетона, главным образом, как ускоритель схватывания и твердения.

Историческая справка

Хлорид кальция активно использовался как добавка в бетон примерно с 1920-х до 1970-х годов с целью сокращение времени схватывания и быстрого набора прочности, особенно при низких положительных температурах. Причины первоначальной популярности: дешевизна, доступность, высокая эффективность как ускорителя. Однако обнаружившееся влияние на развитие коррозии стальной арматуры, а также на долговечность бетонных конструкций в заметной степени сузило область возможного применения хлорида кальция в бетоне.

В современном строительстве его применение строго ограничено или запрещено в железобетоне из-за высокого риска коррозии арматуры.

Физические свойства

Белые кристаллы плотностью 2,15 г/см³, температура плавления — 772 °C. Обладает высокими гигроскопическими свойствами. Растворимость (г на 100 г H₂O): 74 (20 °C) и 159 (100 °C). Водные растворы хлорида кальция замерзают при низких температурах (20%-й — при −18,57 °C, 30%-й — при −48 °C).

Сухой безводный хлорид кальция гигроскопичен, поглощает влагу из воздуха. CaCl₂ образует гидрат CaCl₂·6H₂O, устойчивый до 29,8 °C; при более высоких температурах из насыщенного раствора выпадают кристаллогидраты с 4, 2 и 1 молекулами H₂O.

Механизм ускорения схватывания и твердения

//Влияние на кинетику гидратации силикатов кальция (C₃S, C₂S).

//Образование хлорсиликатов и хлоралюминатов, которые способствуют более быстрому формированию кристаллической структуры.

//Повышение экзотермии реакции гидратации, что особенно полезно при зимнем бетонировании.

Положительные эффекты от применения

//Значительное сокращение времени начального и конечного схватывания.

//Ускорение набора ранней прочности (в первые 1-7 суток).

//Повышение выделения тепла при гидратации.

//Снижение риска замерзания воды в бетоне в начальный период твердения.

Отрицательные эффекты и риски

//Основной риск: Коррозия стальной арматуры. Ионы хлора разрушают пассивный защитный слой на поверхности стали и инициируют электрохимическую коррозию.

//Повышение усадки бетона при высыхании

//Снижение конечной (марочной) прочности в долгосрочной перспективе.

//Возможность возникновения высолов (белых солевых разводов на поверхности).

//повышение склонности к щелочно-кремнеземной реакции при наличии реакционноспособного заполнителя.

Области применения и ограничения

Разрешённое применение

Неармированный бетон (например, фундаменты под оборудование, дорожные покрытия, тротуарная плитка).

Бетон с неметаллической арматурой (стеклопластик, базальтопластик).

Строгое ограничение и запрет использования

Железобетонные конструкции (балки, колонны, плиты перекрытий, мосты).

Предварительно напряженный бетон (из-за ещё большей опасности от коррозии).

Бетон в агрессивных хлоридных средах.

Бетон с металлическими закладными деталями.

Альтернативы хлориду кальция

Нитраты и нитриты кальция/натрия (эффективные ускорители и ингибиторы коррозии). Триэтаноламин. Карбонаты щелочных металлов. Специализированные комплексные добавки на основе поликарбоксилатов и др.

//Таблица: Сравнение влияния различных ускорителей на свойства бетона.

Хлорид кальция в нормативных документах и стандартах

//Обзор современных стандартов, запрещающих или ограничивающих использование хлорида кальция (например, российские СП 28.13330.201 "Защита строительных конструкций от коррозии", ГОСТ 24211, международные ASTM C494, EN 934-2).

//Указание допустимых предельных содержаний ионов хлора в бетоне (в % от массы цемента).