Добавки в бетонные смеси

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В нашей стране здания и сооружения из монолитного бетона возводят круглогодично. Известно, что при температуре +50С бетонные смеси резко снижают набор прочности. Все реакции гидратации замедляются. При температуре ниже 00С химически несвязанная вода превращается в лед и увеличивается в объеме приблизительно на 9%. В результате в бетоне возникают напряжения, разрушающие его структуру. Замерзший бетон обладает высокой прочностью, но только за счет сцепления замерзшей воды. При оттаивании процесс гидратации цемента возобновляется, но из-за нарушений структуры бетон не может набрать проектной прочности, т.е. его прочность значительно ниже, чем прочность бетона, не подвергавшегося замерзанию.

Экспериментами установлено, что на процесс набора прочности бетона существенно влияют условия твердения. Если бетон до замерзания наберет 30-50% прочности от проектной, то дальнейшее воздействие низких температур не влияет на его физико-механические характеристики.

Прочность, после набора которой дальнейшее воздействие замерзания не влияет на физико-механические характеристики бетона, называется критической. Значение критической прочности зависит от класса бетона.

При возведении предварительно напряженных конструкций критическая прочность бетона должна составлять 100% проэктной.

Таким образом, созданием благоприятных условий твердения бетона в начальный период получают конструкции требуемого качества.

Необходимый температурный режим твердения бетона создают различными приемами: разогревом бетона при его приготовление, выдерживанием бетона в утепленных опалубках (метод термоса); внесением в бетон химических добавок, снижающих температуру замерзания; тепловым воздействием на свежеуложенный бетон греющих опалубок; электродным прогревом; инфракрасными источниками теплоты. Технологический прием выбирают с учетом условий бетонирования, вида конструкций, особенностей используемых бетонов, экономической эффективности.

Общие сведенья

Бетонами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотнённой смеси из минерального или органического вяжущего вещества с водой , мелкого или крупного заполнителей , взятых в определенных пропорциях .

Для регулирования свойств бетона и бетонной смеси в их состав вводят различные химические добавки и активные минеральные компоненты, которые ускоряют или замедляют схватывание бетонной смеси , делают её более пластичной и удобоукладываемой, ускоряют твердение бетона, повышают его прочность и морозостойкость , регулируют собственные деформации бетона , возникающие при его твердении , а также при необходимости изменять другие свойства бетона . Применение химических добавок и различных дисперсных минеральных компонентов в сочетании с соответсвующим подборам состава бетона позволяет эффективно управлять его технологией на всех её этапах и получать бетоны заданной структуры и свойств.

При приготовлении бетонов использование вторичного сырья промышленности, в частности зол, даёт большой экономический и экологический эффект

Золами обычно называют остатки от сжигания твердого топлива (угля, сланца, торфа). Размер частиц золы менее 0,14 мм. Более крупные зерна относят к шлаковому песку и щебню. Золы-уноса (дымоходные золы) более однородны по составу и свойствам, чем золы отвала (гидроудаления), поэтому они предпочтительнее для приготовления бетона. Пригодность золы для изготовления вяжущих и бетонов устанавливают путем опытной проверки химического состава и содержания вредных примесей, к которым относятся несгоревшие топливо, сера, негашеная известь, оксид магния. По виду сжигаемого топлива золы подразделяют на угольные, сланцевые и торфяные. В зависимости от модуля основности золы, как и шлаки, бывают кислые и основные (последние имеют M₀ > 1).

Химический состав зол сильно колеблется в зависимости от вида топлива. В угольных золах больше содержится SiO₂, в сланцевых и торфяных возрастает содержание СаО. Угольные и сланцевые золы в большинстве своем являются кислыми, золы горючих сланцев - основными.

Активностью золы называют ее способность при смешивании в тонкоизмельченном виде с воздушной известью и затворении водой твердеть в различных условиях. Активность повышается при наличии в золе кремнеземистого компонента или обожженных глинистых материалов и при повышении ее удельной поверхности. Зола является активным компонентом смешанного вяжущего и бетона, что обусловливает возможность ее эффективного использования для производства известково-зольных вяжущих, в качестве активной минеральной добавки в цементы и бетоны, для производства ячеистых бетонов. Химическая активность золы повышается при тепловой обработке бетона. Большей активностью обладают основные золы. Некоторые золы, полученные при сжигании сланцевой и отдельных видов торфа и бурового угля, после тонкого помола могут использоваться как низкомарочные вяжущие вещества.

Плотность золы составляет 1,75 ... 2,4 г/см³, однако плотность отдельных фракций может значительно отличаться от средних значений. Насыпная плотность золы колеблется от 600 до 1300 кг/м³. Плотность зависит от вида топлива и температуры сжигания, обычно увеличиваясь с повышением последней. Мелкие частицы топлива при пылеугольном сжигании сгорают на лету. При этом на их поверхности образуется плотная оболочка, а внутри они имеют пористую структуру. Пористостью частиц объясняется средняя плотность золы. Размеры частиц золы зависят от сырья, способа сжигания, места отбора пробы и обычно колеблются в пределах 5 ... 100 мкм.

Золы, используемые для изготовления железобетонных изделий, не должны содержать более 5% несгоревшего топлива (золы от сжигания антрацита и каменного угля - более 10%) и 1% серы, а также включений негашеной извести. Зола должна выдерживать стандартные испытания на равномерность изменения объема, при этом образцы-лепешки изготовляют из раствора нормальной густоты, сухая смесь которого состоит из 1 ч. цемента и 3 ч. золы. К зерновому составу золы обычно особых требований не предъявляется, но рекомендуется, чтобы для ячеистых бетонов использовалась зола с удельной поверхностью более 2500 см²/г, а для плотных бетонов -- не менее 1500 см²/г. С увеличением помола золы возрастает не только прочность бетона, но также водопотребность бетонной смеси и усадка бетона, поэтому оптимальный зерновой состав золы, а также содержание облагораживающих добавок (активизирующих золу, пластифицирующих бетонную смесь и др.) целесообразно устанавливать предварительными опытами для конкретного вида золы и бетона.

Золы используют в качестве тонкомолотой добавки для снижения расхода цемента и тепловыделения в изделиях для гидротехнических сооружений, заменяя часть цемента золой, а также в тех случаях, когда по прочности бетона требуется меньший расход цемента, чем минимально допустимый по условию получения плотного бетона, и в самоуплотняющихся литых смесях для предохранения их от расслаивания. Золы используют для приготовления искусственных пористых заполнителей: аглопоритового и зольного гравия. Аглопоритовый гравий из зол ТЭС готовят методом спекания сырцовых гранул на решетках агломерационных машин. Зольные пористые заполнители приближаются по своим свойствам к керамзиту, но дешевле его. На зольных пористых заполнителях можно получать эффективные легкие бетоны.

Золы можно использовать также для приготовления безобжигового зольного гравия. Этот гравий получают на тарельчатых грануляторах из смеси золы с 10 ... 20% вяжущего: цемента, извести, гипса, гипсоцементно-пуццоланового вяжущего и др. Сразу после грануляции прочность гравия составляет 0,6 ... 1 МПа. После кратковременной тепловой обработки (2 ...3 ч) гравий приобретает прочность 1 ... 2 МПа и используется для приготовления бетона. Дальнейшее твердение гравия происходит непосредственно в массе бетона, что обеспечивает высокую монолитность материала. Безобжиговый зольный гравий имеет плотность 600 ... 900кг/м³ и прочность 4,5 ... 6 МПа (после нормального твердения в течение 28 сут). Из сырокатаных зольных гранул можно получать бетоны плотностью 900 ... 2000 кг/м³ и с прочностью 5 ... 40 МПа. Для облегчения гравия в него вводят отходы ячеистого бетона и другие пористые материалы.

Безобжиговый зольный гравий получают при меньших затратах топлива, чем обжиговые заполнители (25...30 кг усл. топлива и 40...60 кВт-ч электроэнергии на 1 м³ гравия вместо 90...ПО кг). Для изготовления безобжигового гравия помимо золы можно использовать различные тонкомолотые отходы промышленного производства. Поскольку для приготовления безобжигового гравия идет вяжущее вещество, его применение должно в каждом конкретном случае обосновываться технико-экономическим расчетом.

Комплексные добавки

Химические добавки поставляются в виде водных растворов, порошков и эмульсий. Большинство добавок растворимы в воде, и их вводят в бе тоносмеситель в виде предварительно приготовленного раствора. Некоторые добавки вводят в виде эмульсии (ГКЖ-94) или в виде взвесей в воде (ПАК). Оптимальная дозировка добавки зависит от вида цемента, состава бетонной смеси, технологии изготовления конструкции. Обычно применяют (% от массы цемента): пластифицирующих добавок - 0,1 ... 0,3; суперпластификаторов - 0,5 ... 1; воздухововлекающих добавок - 0,01 ... 0,05; ускорителей твердения - 1 ... 2. На практике оптимальную дозировку добавки определяют опытным путем.

Для получения эффекта полифункционального действия применяют комплексные добавки, включающие несколько компонентов, например, добавки, одновременно пластифицирующие бетонную смесь и ускоряющие твердение бетона, и др. Разработано большое количество разнообразных комплексных добавок, позволяющих осуществлять действенное управление свойствами и технологией бетона. Комплексные добавки условно можно разделить на пять групп: смеси поверхностно-активных веществ (I), смеси поверхностно-активных веществ и электролитов (II), смеси электролитов (III), комплексные добавки на основе суперпластификаторов (IV), сложные многокомпонентные комплексные добавки (V).

В комплексных добавках I группы наиболее часто применяют сочетание пластифицирующих компонентов диспергирующего действия и гидро-50 фобизирующих воздухововлекающих (СДБ+СНВ, ПАЩ+СПД) или гидро-фобизирущих газообразующих компонентов (СДБ+ГКЖ-94). Первые компоненты хорошо пластифицируют жирные бетонные смеси с высоким расходом цемента, вторые, наоборот, тощие бетонные смеси. Комплексные же добавки отличаются универсальным пластифицирующим действием на бетонные смеси разного состава.

На эффективность добавок поверхностно-активных веществ определенное влияние оказывает их способность по-разному адсорбироваться на клинкерных минералах цемента. По данным В. Н. Юнга и Б. Д. Тринкера, по адсорбционной способности к лигносульфонату кальция минералы располагаются в следующем порядке: С₃А > С₄АР > С₃8 > С₂8 . В противоположность гидрофилизируюшим гидрофобизирующие ПАВ хорошо адсорбируются (хемосорбируются) на силикатных и плохо - на ашоминатных составляющих клинкера. По данным М. И. Хигеровича и В. Е Байера, гидрофобные ПАВ совершенно не осаждаются на С-А, но прочно фиксируются на С₄АР,С₂5,С₃8 .

Вследствие различия в сорбционной способности к минералам цементного клинкера добавки показывают разную степень эффективности при использовании различных по минералогическому состав) цементов. СДБ оказываются более эффективны при применении алюминатных цементов, а гидрофобные добавки - при применении цементов с повышенным содержанием силикатов кальция.

В комплексных гидрофобно-пластифицирующих добавках отдельные компоненты как бы дополняют друг друга, делая добавки более универсальными по отношению к цементам разного минералогического состава.

Хорошо пластифицируя бетонную смесь, комплексные добавки I группы одновременно изменяют в нужном направлении структуру бетона и ее свойства. В результате в 2 ... 5 раз увеличивается морозостойкость бетона, на 1 ... 2 марки - его водонепроницаемость, повышается его коррозионная стойкость. Заданная подвижность бетонной смеси сохраняется в течение 2 ... 3 ч, что особенно важно при транспортировании смеси на большие расстояния и при бетонировании в условиях сухого жаркого климата. В ряде случаев на 5 ... 10% сокращается расход цемента для получения бетона с заданными техническими показателями.

Сочетание ПАВ с различным механизмом воздействия на бетонную смесь может способствовать повышению общего пластифицирующего эффекта. Например, введение в раствор СДБ кубовых остатков синтетических жирных кислот (КОСЖК) или кубовых остатков высших жирных спиртов (КОВЖС) способствует снижению воздухововлечения и тем самым позволяет увеличить дозировку СДБ и соответственно подвижность бетонной смеси.

Интересным новым направлением является сочетание пластифицирующего и стабилизирующего компонентов, например СДБ и полиоксиэтилена (ПОЭ) или СДБ и метилцеллюлозы (МЦ). Эти добавки позволяют получать бетонные смеси с повышенной связностью, что способствует транспортированию бетонной смеси по лоткам и трубопроводам, изготовлению изделий методом экструзии, обеспечивают нерасслаиваемость легких бетонных смесей.

Вместе с тем комплексные добавки I группы несколько замедляют гидратацию цемента, что необходимо учитывать при изготовлении конструкций. Бетон с такими добавками следует выдерживать не менее 2 ч до тепловой обработки, скорость подъема температуры не должна превышать 15 ... 20°С/ч, а общая продолжительность тепловлажностной обработки должна составлять не менее 13 ч для бетонов на портландцементах и не менее 14 ч для бетонов на шлако- и пуццолановых цементах.

Комплексные добавки II группы, включающие ПАВ и электролиты, расширяют возможность модификации бетона и бетонной смеси. Введением электролитов регулируется темп твердения и улучшаются структурно-механические свойства бетона, например, повышается его плотность, а ПАВ позволяют регулировать подвижность бетонной смеси, ее воздухосо-держание, придают бетонам некоторые специальные свойства (гидрофоб-ность и др.).

В технологии бетона используют добавки СДБ-СН, СДБ+ННХК, СДБ+ГКЖ-94+СН, ГКЖ-10+НК и др. Сочетание СДБ с СН или ННХК обеспечивает достаточный темп твердения бетона и положительно влияет на его плотность и непроницаемость, позволяя одновременно экономить 8 ... 15% цемента за счет снижения водопотребности бетонной смеси. При сохранении его заданной подвижности сочетание с электролитами кремнийоргани-ческих соединений обеспечивает высокую морозостойкость и коррозионную стойкость бетона.

Вместе с тем, проектируя комплексные добавки II группы, необходимо учитывать, что некоторые компоненты могут обладать несовместимостью. Например, некоторые ПАВ образуют с кальциевыми и алюминиевыми солями труднорастворимые соединения; электролиты в ряде случаев снижают эффективность воздухововлекающих добавок и т. д. Иногда, чтобы уменьшить отрицательное влияние несовместимости отдельных компонентов комплексной добавки, применяют их раздельное введение в бетонную смесь, что усложняет технологию и приводит к дополнительным затратам.

В комплексных добавках III группы сочетание электролитов с разным механизмом воздействия на бетонную смесь и бетон позволяет устранить недостатки некоторых однокомпонентных добавок и добиться полифункционального эффекта. Например, сочетание ускорителей твердения и ингибиторов (ННХК; ХК+НН, ННК) уменьшает опасность коррозии арматуры в железобетонных конструкциях, а сочетание поташа и алюмината натрия регулирует сроки схватывания бетонной смеси. Наиболее широко комплексные добавки III группы используют при зимнем бетонировании.

Особое развитие комплексные добавки получили с созданием и внедрением в промышленность суперпластификаторов (IVгруппа). Многие суперпластификаторы по существу представляют собой комплексные добавки на основе высокоэффективных поверхностно-активных веществ. Например, суперпластификатор С-3 наряду с основным действующим компонентом -продуктом конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида содержит небольшие добавки лигносульфонатов и сульфата натрия. К суперпластификаторам добавляют хлорид, нитрат и глюконат кальция, тиосульфат и бикарбонат натрия, лигносульфонаты, полиоксиэтилен, карбоксиметилцел-люлозу, синтетические микропенообразователи, соли винной кислоты, производные Сахаров и другие вещества. Введение в суперпластификаторы дополнительных компонентов позволяет регулировать сроки схватывания и темп твердения бетона; увеличить сроки сохранения подвижности бетонной смеси; уменьшить водоотделение и расслоение бетонной смеси; регулировать воздухосодержание бетонной смеси, пористую структуру бетона и ее проницаемость и тем самым обеспечивать заданную морозостойкость; повысить плотность, водонепроницаемость и прочность бетона; улучшить качество поверхности бетона; уменьшить расход синтетического продукта и снизить стоимость добавки без ухудшения ее свойств. В зависимости от назначения комплексной добавки подбираются дополнительные компоненты к суперпластификатору.

В нашей стране разработаны и внедряются в технологию бетона высокоэффективные комплексные добавки на основе суперпластификаторов. Комплексные добавки, включающие суперпластификатор и ускоритель твердения (С-3+СН,10-03+СН, С-З+ННХК, 10-03+ННХК и др.), сокращают на 20 ... 40% время тепловлажностной обработки, особенно при форсированных режимах обработки, а в некоторых случаях позволяют отказаться от нее. Для экономии суперпластификатора и лучшего сохранения подвижности бетонной смеси во времени применяют стабилизаторы, например СДБ. В производстве сборного железобетона эффективны комплексные добавки 10-03+СДБ+ННХК, 10-03+СДБ+СНидр.

Для повышения морозостойкости эффективны комплексные добавки, включающие суперпластификатор и воздухововлекающий компонент (С-З+СНВ, 10-03+СНВ, 10-03+СДБ+СНВ и др.). Для интенсификации твердения в них может вводиться ускоритель твердения, для защиты арматуры от коррозии- ингибитор (С-3+СНВ+ННХК, 10-03+СНВ+ННХК). Применение подобных добавок обеспечивает высокую морозостойкость бетонов, полученных на основе высокоподвижных и литых бетонных смесей.

В состав комплексных добавок, предназначенных для повышения коррозионной стойкости железобетонных конструкций в агрессивной среде, включают суперпластификатор, гидрофобизирующую воздухововлекающую добавку и эффективные ингибиторы: нитрит натрия, тетраборат натрия, бихромат калия (С-3+СНВ+НН, 10-03+СНВ+НН, С-З+ГКЖ-10+БК, 10 03+ГКЖ-Ю+НН).

Для значительного увеличения времени сохранения подвижности бетонной смеси (до 3 ... 6 ч) к суперпластификаторам добавляют замедлители схватывания (НТФ, КП).

Комплексные добавки на основе суперпластификаторов являются наиболее эффективными и перспективными модификаторами свойств бетонной смеси и бетона и в ближайшие годы применение их в технологии бетона будет развиваться быстрыми темпами.

К комплексным добавкам V группы можно отнести сложные многокомпонентные комплексы, предназначенные для специальных целей. Например, к ним относится добавка, включающая ПАК+СДБ+СН и предназначенная для получения безусадочных и расширяющихся бетонов, и др. К этой группе комплексных добавок можно отнести и битумные эмульсии и эмульсосуспензии. Эти добавки обладают гидрофобно-пластифицирующим эффектом и применяются для повышения непроницаемости бетона. В состав битумной эмульсии входят битум (как правило, марки БН), СДБ, служащая эмульгатором, - 5%, вода - 45%. Эмульсосуспензия содержит 45% битума, 2% СДБ (50%-ного водного раствора), 53% каолиновой суспензии. Битумные дисперсии вводят в бетонную смесь в количестве 5 ... 7% от массы цемента^ При использовании битумных эмульсий необходимо учитывать, что выделяющиеся при гидролизе цемента соли кальция могут менять химическую природу некоторых эмульгаторов, что приводит, в свою очередь, к превращению прямой эмульсии (битум в воде) в обратную (вода в битуме). В результате вместо положительного может наблюдаться отрицательное влияние подобных эмульсий на бетонную смесь и бетон. СДБ является эмульгатором, не вызывающим обращения фаз, и может успешно использоваться в этом качестве.

Улучшению свойств битумных эмульсий способствует применение твердых порошкообразных эмульгаторов-стабилизаторов. Добавление высокодисперсных гидрофильных компонентов, например, каолина, бентонитовой глины с краевым углом смачивания менее 90°, способствует получению прямой эмульсосуспензии, в которой при смешивании с цементным тестом не происходит обращения фаз.

Комплексные добавки, включающие эмульгатор (СДБ) или выравниватель (вещество, способствующее равномерному распределению одного компонента в другом, например ОП-7), гидрофобизатор (СНВ и др.) и тонкодисперсные гидрофильные порошки (бентонитовая глина) используют для стабилизации свойств литых бетонных смесей. Совместное применение подобных добавок в сочетании с суперпластификатором обеспечивает получение литых нерасслаивающихся бетонных смесей.

Комплексные добавки выпускают в виде готового продукта либо приготавливают непосредственно на бетоносмесительных узлах из отдельных компонентов, что требует дополнительного оборудования и затрат. Наиболее технологично применение водных растворов и паст-добавок, а для районов Крайнего Севера и Дальнего Востока - порошкообразных добавок.

Комплексная минерально химическая добавка БИО - НМ

Ранее выпускаемая под маркой КМХ

Добавку "БИО-НМ" рекомендуется применять для бетонов с высокими требованиями по морозостойкости, прочности и водонепроницаемости;

- В промышленном и гражданском строительстве (сборные строительные, тонкостенные и густоармированные конструкции);

- При строительстве гидротехнических сооружений (мосты, плотины, шлюзы, тоннели, фундаменты, бассейны, подвалы, тротуарную плитку, самовыравнивающие полы) и т.д.;

Основной эффект действия добавки - повышение прочности и непроницаемости бетона и раствора за счет уплотнения структуры.

"БИО-НМ" - повышает водонепроницаемость бетона на 4-7 ступеней. Водонепроницаемость бетона (\Л/16-

20) обеспечивается за счет уплотняющего эффекта действия добавки, при этом достигается снижение расхода воды более 30-35%.

"БИО-НМ" - увеличивает прочность бетона на 180-200%, за счет наличия аморфного кремнезема и пластифицирующих добавок.

"БИО-НМ" - увеличивает подвижность.

Пластифицирующий эффект действия добавки в бетоне относится к первой группе подвижности бетонной смеси увеличивается от П1 (2-4см) до П5 (20-25см).

"БИО-НМ" - повышает морозостойкость бетона, это обеспечивается введением специальных компонентов, способствующих вовлечению мелкодисперсного воздуха. Получены бетоны с морозостойкостью 800-900 циклов.

"БИО-НМ" - ускоритель твердения (см. 2-ю строку результатов испытаний добавки КМХ)

Добавка не снижает защитных свойств бетона по отношению к стальной арматуре, что позволяет использовать ее при изготовлении железобетонных изделий.

"БИО-НМ" - увеличивает в 1,3 раза уровень сульфатостойкости бетонов по сравнению с бетонами без добавки.

Расход добавки составляет 2-5% (2-5кг на 100кг цемента) от массы цемента в зависимости от требований предъявляемых к бетонам (использовать бездобавочный цемент Д-0),

Добавка вводится вместе с сухими компонентами, перемешивается в мешалке принудительного действия (время перемешивания увеличить на 20%), затем добавляется вода затворения, расход воды затворения необходимо сократить на 30-35%!

Результаты испытаний добавки "КМХ" в бетонных смесях

Пластификаторы

Пластификаторы бетонных смесей начали широко применяться в 40 ... 50-х годах, и сегодня они занимают ведущее место среди химических добавок, применяемых в технологии бетона. В качестве пластифицирующих добавок широко используют поверхностно-активные вещества (ПАВ), нередко получаемые из вторичных продуктов и отходов химической промышленности. ПАВ делят на две группы: I группа - пластифицирующие добавки гидрофильного типа, способствующие диспергированню коллоидной системы цементного теста и тем самым улучшающие его текучесть; II группа - гидрофобизирующие добавки, вовлекающие в бетонную смесь мельчайшие пузырьки воздуха. Молекулы поверхностно-активных гидрофобных добавок, адсорбируясь на поверхности раздела воздух - вода, понижают поверхнотное натяжение воды и стабилизируют мельчайшие пузырьки воз-ха в цементном тесте. Добавки II группы, имея основным назначением регулирование структуры и повышение стойкости бетона, обладают при этом заметным пластифицирующим эффектом.

Из добавок I группы наиболее широко известна сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ). Эта добавка представляет собой кальциевые соли лигно-сульфоновых кислот. Получают ее в виде жидкости из сульфитных щелоков, образующихся при переработке целлюлозы. Выпускают также пластификатор адипиновый щелочный (ПАЩ-1), упаренную последрожжевую барду (УПБ), пластификатор ВРП-1 и др.

К добавкам II группы относят: смолу нейтрализованную воздуховов-лекающую (СНВ); натриевую соль абиетиновой кислоты, получаемую в виде порошка или жидкости путем омыления канифоли едким натром; омы-ленный древесный пек (препарат ЦНПИПС-1) - пасту, получаемую нейтрализацией едким натром жидких кислот древесного пека; смолу древесную омыленную (СДО), синтетическую поверхностно-активную добавку (СПД), получаемую из отходов нефтепереработки, сульфанол (С), (ОП) и др.

В обычных бетонах в качестве пластификатора широко используют СДБ. СДБ повышает подвижность бетонной смеси, ее однородность, текучесть при перекачивании насосом, способствует сохранению удобоукладываемости смеси во времени, позволяет за счет уменьшения расхода воды сократить на 8... 12% расход цемента, либо при неизменном расходе цемента понизить водоцементное отношение и несколько повысить прочность бетона, его водонепроницаемость и морозостойкость. СДБ несколько замедляет твердение бетона в раннем возрасте, поэтому при производстве сборного железобетона ее применяют в сочетании с добавками ускорителями твердения цемента; уменьшает тепловыделение цемента в первые дни твердения, что облегчает возведение массивных железобетонных сооружений; СДБ в основном воздействует на цементное тесто, поэтому наиболее эффективно ее применение в бетонах с достаточно высоким расходом цемента.

Воздухововлекающие добавки используют главным образом для повышения морозостойкости бетонов и растворов. Эти добавки несколько понижают прочность бетона (1% вовлеченного воздуха снижает прочность бетона на сжатие на 3%), поэтому не следует в бетонную смесь с целью ее пластификации вводить большое количество воздухововлекающей добавки. Содержание вовлеченного воздуха составляет обычно 4 ... 5%. В этом случае прочность бетона практически не снижается, так как отрицательное влияние вовлеченного воздуха нейтрализуется повышением прочности цементного камня вследствие уменьшения водоцементного отношения за счет пластифицирующего эффекта добавки. Воздухововлекающая добавка гидрофобизирует поры и капилляры бетона, а воздушные пузырьки служат резервным объемом для замерзания воды без возникновения больших внутренних напряжений. В результате значительно повышаются водонепрони-цаемость и морозостойкость бетона. Воздухововлекающие добавки более эффективны в бетонах с малыми расходами цемента.

К гидрофобно-пластифицирующим добавкам относят также кремн нийорганические жидкости: метилсиликонат натрия (ГКЖ-11), этилсилико-нат натрия (ГКЖ-10) и этилгидросилоксановую жидкость (ГКЖ-94). Применяют их для увеличения стойкости бетонов и растворов в агрессивной среде, повышения долговечности бетона, а также в качестве гидрофобизато-ров поверхности ячеистых бетонов.

В последнее время разработаны и внедряются в строительство новые химические добавки - суперпластификаторы (СП). Эти добавки в большей степени, чем ранее применявшиеся пластификаторы (см. табл. 2.9), увеличивают подвижность и текучесть бетонной смеси, существенно улучшают строительно-технологические свойства бетона, могут обеспечить значительную экономию цемента. В большинстве суперпластификаторы - синтетические полимерные вещества, которые вводят в бетонную смесь в количестве 0,1 ... 1,2% от массы цемента. Действие суперпластификаторов, как правило, ограничено 2 ... 3 ч с момента введения их в бетонную смесь. Вместе с тем СП не замедляют твердения бетона, так как адсорбционный слой добавки на поверхности зерен цемента проницаем для воды, а ее дефлоку-лирующее действие увеличивает поверхность контакта цемента и воды и число новообразований. В результате после первоначального замедления гидратации и образования коагуляционной структуры наступает ускорение твердения бетона. Введение суперпластификаторов особенно эффективно для производства сборного железобетона, где увеличение скорости твердения бетона имеет важное значение и где применение обычных пластификаторов, часто замедляющих твердение, требует применения специальных мер: введения в бетонную смесь одновременно ускорителей твердения, мягких режимов тепловой обработки и др. Применение суперпластификаторов позволяет эффективно применять бетоны с низкими В/Ц и получать высокую прочность (60 ... 80 МПа) более просто, чем при использовании других технологических приемов; шире использовать литьевой способ изготовления сборного железобетона или укладку бетонной смеси с пониженными В/Ц с помощью кратковременной вибрации, успешно бетонировать конструкции сложного профиля, сократить время формования изделий, повысить качество лицевых поверхностей, уменьшить расход цемента.

Суперпластификаторы по своей природе можно условно разделить на четыре группы: 1) сульфированные меламиноформальдегидные смолы и комплексные добавки на их основе, 2) продукты конденсации нафталин-сульфокислоты и формальдегида и комплексные добавки на их основе, 3) модифицированные (очищенные и практически не содержащие Сахаров) лигносульфаты и комплексные добавки на их основе, 4) добавки на основе поликарбоксилатов и некоторые другие добавки. Некоторые из выпускаемых промышленностью пластификаторов приведены в табл. 2.10. В нашей стране наибольшее распространение получил суперпластификатор С-3.

Суперпластификатор С-З (СП) - разработка российских специалистов НИИЖБа является аналогом зарубежных суперпластификаторов "Майти 100" (Япония), Сикамент, Мельмент (Германия), не уступая им по качеству. Добавка С-З в количестве 0,3 - 0,7 % от массы цемента позволяет получить литые самоуплотняющиеся, практически не требующие вибрации бетонные смеси, а при снижении расхода воды затворения - бетоны повышенной прочности при неизменной подвижности смеси. Можно использовать оба эти эффекта частично, т.е. получать смеси повышенной подвижности по сравнению с исходной и одновременно несколько увеличивать прочность бетона за счет снижения расхода воды. По потребительским свойствам и технической эффективности добавка С-З относится к 1 группе пластифицирующих добавок (суперпластификаторы). Наиболее эффективные области применения СП -производство железобетонных изделий (плит, панелей, напорных труб и т.д.) и массивных густоармированных конструкций, возведение монолитных железобетонных сооружений, изготовление бетонных полов и покрытий с высокими эксплуатационными свойствами и отличным внешним видом. Пластификатор С-З - продукт, получаемый при многостадийном органическом синтезе. Основа -нафталинформальдегидная.

Состав С-З (порошкообразная форма)

Полиметиленнафталинсульфонаты - 80-85%

(олигомеры с длиной цепочки от 1 до 25)

Сульфат натрия - 7-10%

Технические лигносульфонаты - до 10%

Влага - до 10% (по ТУ 2481-001-51831493-00)

Сухой пластификатор С-З - продукт светло-коричневого цвета, со специфическим маловыраженным запахом. Насыпной вес колеблется от 650 до 750 и выше кг/мЗ в зависимости от полидисперсности, которая на качество и потребительские свойства не влияет.

Применение пластификатора С-З позволяет:

- Увеличить текучесть бетонных и цементных растворов в 6-7 раз;

- Снизить водопотребление при затворении вяжущего вещества на 18-25%;

- Увеличить конечные прочностные характеристики на 25-30%;

- Применять обычные цементы для получения бетонов более высоких марок;

- Регулировать сроки схватывания, изменяя количество вводимой добавки С-З;

- В 1,5-1,6 раз увеличить сцепление бетона с закладной арматурой и метеллоизделиями с одновременным ингибированием поверхности металла;

- Получить "литые" бетоны с повышенной трещиностойкостью, морозостойкостью (до 300 циклов и выше), с повышенной влагонепроницаемостью (выше \Л/6);

- Экономить (заменять дешевыми заполнителями) вяжущее (цемент) до 20-25%.

- Пластификатор дает дополнительное воздухововлечение в бетоны в пределах 2-4%.

Применение С-З позволяет снизить энергетические затраты (при вибрации, ТВО) на 30-50%, а в ряде случаев и полностью отказаться от дополнительных энергозатрат. Пластификатор выступает как замедлитель начала срока схватывания. При этом дальнейший набор прочности в бетоне происходит более динамично. Добавка С-З легко смешивается с другими добавками (гидрофобизаторы, ускоряющие, замедляющие, воздухововлекающие и др. добавки), не вступая в химическую реакцию и сохраняя свои свойства. Свойства пластификатора С-З наиболее ярко выражены при использовании бездобавочных цементов.

Рекомендации

Пластификатор С-З добавляется в бетонные растворы в количестве 0,3-0,7% сухого вещества по отношению к массе цемента.

Введение СП в состав бетонной смеси можно производить:

а. Одновременно со всем количеством воды затворения;

Ь. В предварительно перемешанную с большей частью воды затворения бетонную смесь;

с. После приготовления бетонной смеси.

Введение СП в соответствии с п.Ь. и с. наиболее эффективно с точки зрения увеличение подвижности и сохраняемости бетонной смеси. Пластификатор С-З полностью и быстро растворяется в обычной воде при нормальных условиях. С повышением температуры скорость растворения возрастает. Порошок имеет высокоразвитую удельную поверхность, поэтому растворение необходимо проводить с помощью перемешивающего устройства.

Пластификатор С-3 - вещество умеренно опасное, 3 класс опасности по ГОСТ 12.1.007. При работе с пластификатором необходимо применять средства индивидуальной защиты (спецодежда, спец обувь, защитные очки, рукавицы, респиратор "Лепесток").

Хранить в закрытых помещениях, исключая попадание влаги.

Гарантийный срок хранения - 1 год.

Перепады температуры от -50 до +50 С влияния не оказывают.

Ниже приведены некоторые графические зависимости, поясняющие эффект от применения пластификатора С-3 и результаты испытаний:

Кинетика твердения

Ig Rc (Rc в мПа)

1 - бетонная смесь без добавки;

2 - бетонная смесь с С-3 при постоянном В/Ц;

3 - бетонная смесь с С-3 со сниженным В/Ц

Зависимость водо-цементного отношения бетонной смеси без добавки и с добавкой С-3 и подвижность бетонной смеси

бетон добавка пластификатор

1 - бетонная смесь без добавки;

2 - бетонная смесь с добавкой С-3 в количестве 0,4% от веса цемента;

3 - бетонная смесь с добавкой С-3 в количестве 0,8% от веса цемента

Сравнительная таблица свойств бетона без добавки и с добавкой пластификатор С-3

Необходимо отметить, что некоторые суперпластификаторы, изготовляемые из вторичного сырья промышленности, например 40-03, могут несколько замедлять твердение бетона, что вынуждает ограничивать дозировку добавки.

В качестве ускорителей твердения применяют хлорид кальция (ХК), сульфат натрия (СН), нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК) и др. При этом необходимо учитывать побочное действие этих добавок. Например, хлорид кальция способствует коррозии арматуры, поэтому количество его в железобетоне ограничивается 2%, не допускают его применения в конструкциях с тонкой и предварительно напряженной арматурой, эксплуатирующихся в неблагоприятных условиях. Сульфат натрия может вызвать появление высолов на поверхности конструкций, что требует специальных предохранительных мер. В нитрит-нитрат-хлориде кальция ускоряющие действия хлорида сочетаются с ингибирующим действием нитрата кальция, что несколько снижает опасность коррозии арматуры.

В последнее время появились бесхлоридные ускорители твердения: алюминаты, формиат кальция, карбонаты, галоиды, триэтанолоамин, формальдегид и другие, повышающие прочность бетона в возрасте 7 сут на 20 ... 40%. Можно ожидать дальнейшего развития этого направления в ближайшие годы.

Список литературы

Комар А.Г. "Строительные материалы и изделия".-М: Высшая школа 1983.

И.Г. Совалов, Я.Г. Могилевский, В.И. Остромогольский "Бетонные и железобетонные работы" -М.: Стройиздат 1988.

Размещено на Allbest.ru