Добавки для бетонных смесей

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Кафедра процессов и аппаратов в технологии строительных материалов

РЕФЕРАТ

Добавки для бетонных смесей

(опыт применения при производстве сборных железобетонных изделий)

г. Одесса 2013 г.

Введение

бетон добавка смесь химический

В течение длительного периода последних лет, как во всем мире, так и на Украине, наблюдается тенденция строительства новых современных объектов. Конечно же, реалии общемирового финансового кризиса снизили темпы строительного производства, в том числе и освоения новых прогрессивных технологий, однако программы подготовки к таким значимым событиям как «Евро - 2012», «Сочи - 2014», «Евробаскет -2015» некоторым образом повлияли на развитие отрасли строительной индустрии на европейской части постсоветского пространства. Кроме того, в последние годы имеет место строительство ключевых объектов общегосударственного значения, как то развитие транспортной инфраструктуры: портов [1], мостов, путепроводов; торгово-офисных центров, жилищного строительства; идет реконструкция существующих зданий и сооружений. Растет производство эффективных строительных материалов, в том числе и на основе цементного вяжущего. В этих условиях бетон остается одним из наиболее распространенных строительных материалов. «Золотой век» бетона еще не закончился, и технологи различных стран осмеливаются реализовывать все более дерзкие задумки архитекторов и инженеров. Это требует применения высококачественных материалов. При условии недостаточных качественных характеристик сырья и материалов для приготовления бетона решающую роль играют химические добавки и различного рода модификаторы бетонной смеси, которые позволяют, во-первых, нивелировать отрицательные свойства сырьевых материалов и, во-вторых, позволить несколько сгладить огрехи технологического процесса, как при производстве самого бетона, так и процесса его обработки. Но это только при условии соблюдения всех норм и правил изготовления бетонной смеси, его укладки в конструкцию и последующем уходе за бетоном. Не секрет что уровень знаний строителей относительно химических добавок в бетон близок к нулевому [2]. Тем более важно качественное применение различных модификаторов на технологическом уровне производства дабы не позволить различного рода умельцам от «сохи» и «остербайтерам» испортить сложную композицию под названием «БЕТОН»!

Бетон (франц. bйton, от лат. bitymen - смола) называют искусственный каменный материал, полученный в результате твердения тщательно перемешанной и рационально подобранной смеси вяжущего, воды и заполнителей, а так же при необходимости, специальных добавок. Бетоны - композиционные материалы с конгломератной структурой, включающей цементный камень и заполнители. Цементный камень служит в бетоне матрицей, а заполнители являются дисперсной средой. Химически активными компонентами бетона являются цемент и вода, которые после перемешивания образуют пластичное тесто способное в результате физико-химических процессов переходить в твердое состояние, образовывая при этом цементный камень. Заполнители занимают 80-90% объема бетона и выполняют активную роль в процессах структурообразования, твердения и формирования свойств бетона. Улучшению и регулированию свойств бетонов, экономии цемента способствуют разнообразные добавки [3].

1. Добавки как основное направление развития технологии бетона

Известно, что существующие достижения двух последних десятилетий в технологии бетона обусловлены значительным ростом эффективности добавок различной природы. Основные проблемы, решаемые с помощью добавок - обеспечение заданных свойств бетона, а так же ресурсо-сбережение. Возможным стало регулирование составов, структуры, свойств бетонной смеси и бетона с учетом влияния технологических, климатических и эксплуатационных факторов.

Согласно FN 934-2, приняты следующие термины:

- химическая добавка (admixture) - компонент, добавляемый в процессе перемешивания бетонной смеси в малых количествах - до 5% по отношению к массе цемента с целью регулирования составов бетонной смеси или свойств бетона;

- минеральная добавка (additive) - тонкоизмельченный компонент, добавляемый в бетон в количестве 30% и выше от массы цемента с целью улучшения определенных или приданных специальных свойств.

Классификация добавок в бетон предопределяется различными подходами и признаками. Физико-химический подход, основанный на знаниях о механизме действия добавок на элементарные стадии гидратации - смачивание, адсорбцию, химические реакции, растворение, зародышеобразование, кристаллизацию, и пр., интересен и важен, но не получает развития в связи с методологическими сложностями их выделения и количественного описания.

Актуальны классификации добавок по чисто потребительским признакам - назначению, основному и дополнительным технологическим эффектам. Практически во всех нормативных документах добавки систематизируются по основным эффектам, к числу которых отнесены водопонижение, реология бетонной смеси, регулирование структуры, придание специальных свойств и др.[4].

Все четче вырисовывается повышение роли пластифицирующих добавок - регуляторов свойств и водосодержания бетонной смеси на основе поверхностно активных веществ (ПАВ). Критериями их классификации служат величины водоредуцирования:

- в пределах 5ч12% - пластификаторы;

- выше 12% - суперпластификаторы.

Минеральные добавки в соответствии с EN 206-1 подразделяют всего на два типа: практически инертные и обладающие пуццолаовыми или скрытогидравлическими свойствами. Очевидна недостаточность этой систематизации в связи с успешным использованием ряда активных минеральных добавок на основе оксидов алюминия, сульфоалюминатов и т.п., приводящих к значительному ускорению твердения, безусадочноти, усадке и расширению. Минеральные добавки - неотъемлемый компонент современных бетонов. К числу достигаемых эффектов следует так же отнести снижение клинкерной составляющей цемента, повышение плотности, прочности, долговечности и стойкости бетона в агрессивных средах. Связывание Са(ОН)2, формирование низкоосновных гидросиликатов CSH-фазы, позитивные изменения в соотношениях капиллярных и гелиевых микропор, интенсификация ранней гидратации, регулирование температурных и объемных изменений твердеющих композиций, снижение опасности реакций щелочь-заполнитель - все это хорошо известные эффекты введения дисперсных минеральных добавок.

Объем и содержание действующих классификаций недостаточны и не отвечают современному уровню бетоноведения. Пример - комплексные химические и минеральные добавки. Их значимость в технологии бетонов самого различного назначения постоянно возрастает, что не отражается в нормативных документах. В качестве примера можно привести модифицированные бетонные смеси на ряде строящихся современных объектов, где сочетаются высокие требования по подвижности и удобоукладываемости с конечной прочностью бетона.

Комплексные добавки, под этим термином понимают рационально обоснованные комбинации собственно химических, а так же химических и минеральных добавок. При формировании их составов учитываются возможности проявления эффектов:

- аддитивного - не превышающего при образовании смесей суммарного вклада каждого компонента, взятого в той же концентрации, что и в смеси, сохраняя при этом характер индивидуального влияния;

- синергетического - намного превышающего суммарный и аналогичный вклад каждого компонента, что и в смеси;

- суперпозиционного - одного из возможных, при котором происходит наложение влияния компонентов;

- антагонистического - достигаемого при использовании смесей, намного уменьшающих вклад каждого компонента или вызывающего негативные явления.

Химические добавки, по образному выражению В.Г.Батракова - ключ к решению технологических проблем. Обширны, благодаря достижениям физической, коллоидной химии, химии высокомолекулярных соединений и др. фундаментальных наук номенклатура и области применения добавок. В последнее время на основе имеющихся знаний и опыта применения производителями добавок предлагается перспективный и рациональный подход, когда под каждый продукт предлагается свой «микс», разработанный индивидуально. Однако это процесс дорогостоящий и возможен только на знаковых строящихся объектах.

В технологии бетона не снижается значимость добавок - регуляторов скорости твердения цементов в летних и зимних условиях. Добавки ускоряющего и антиморозного действия развиваются в «бесхлоридном» направлении. В данном направлении интересен опыт применения соединений типа родонитов и тиосульфатов, щелочных и щелочно-земельных металлов. В условиях повышенных температур и больших объемах бетонирования значительную роль для снижения внутренних напряжений в твердеющем бетоне, а также для увеличения времени «транспортной» составляющей значительную роль играют добавки замедлители.

Резюмируя вышеизложенное можно сказать что добавки - важнейший компонент современного бетона и эффективное средство регулирования его состава, структуры и свойств, ключ, а не панацея решения проблем технологии. Еще долгие годы добавки останутся объектом теоретических и прикладных исследований в области бетоноведения. Гармонизация стандартов стран СНГ с европейскими нормами, выработка единой терминологии, способов оценки эффективности добавок и ее повышения - ближайшие задачи технологии бетона сегодняшнего дня.

2. Опыт применения пластифицирующих добавок в технологии железобетонных изделий

Задача применения и выбора добавок для технологического процесса решалась на конкретном примере при производстве высоконадежных забивных свай на предприятии ОДО «Бетонекс» (Аккаржанский завод ЖБИ, Одесская обл.).

Рассмотривались основные вид применяемых добавок в бетон - разжижители или пластификаторы бетонной смеси. Следует отметить тот факт, что в своем основном большинстве производители добавок ориентированы на использование своего продукта в технологии товарных бетонов при подвижностях бетонных смесей от П3 и выше. Безусловно, целесообразность использования таких смесей важна и актуальна. Однако, динамика и опыт развития строительной отрасли, особенно в условиях современных реалий во всем мире доказывает безусловную актуальность производства сборных железобетонных элементов зданий и сооружений. Поскольку в условиях промышленного производства возможность достижения качественных показателей на порядок выше. В последнее время снизились объемы жилищного строительства, но при этом значительно увеличились объемы строительства общественных зданий различного назначения, логистических объектов, торговых центров и др. подобных объектов. В перспективе значительные объемы применения ж/б элементов в дорожном строительстве. При этом следует отметить, что основной конструктив подобных сооружений в основном состоит из элементов заводского изготовления. Как то: сваи, колонны, прогоны, балки, фермы; в дорожном строительстве: дорожные плиты и плиты покрытия, элементы водоовода и закрепления откосов, бордюрный камень, тротуарная плитка. В данном случае все эти изделия целесообразны в заводском изготовлении с гарантированным уровнем качества, при этом высокие уровни подвижности бетонной смеси не актуальны, более важны технологические свойства бетонных смесей для изготовления этих конструкций, как то удобоукладываемость обеспечивающая эстетическую поверхность изделия, связность смеси, способность к тепловлажностной обработке и т.п. К глубокому сожалению, технологическая мысль производителей добавок современности работает не в этом направлении. Основным направлением современной инженерной мысли в области технологии бетона являются высокоподвижные бетонные смеси с высокой конечной прочностью. Это дань моде, ведь во всем мире наиболее интересными являются проекты строительства высотных зданий, таких как Бурдж-Халифа (Дубай, ОАЭ), Международный коммерческий центр (Гонконг), в Москве это комплекс «Федерация» и многие другие. Следует упомянуть и строящиеся объекты олимпиады «Сочи - 2014», различные тоннели, мосты, акведуки и другие инженерные сооружения. Во всех этих проектах реализовываются системы элементов на основе высокоподвижных (самоуплотняющихся) бетонов высокой прочности. На научно-практических конференциях по технологии бетона представители различных фирм производителей химических добавок наперебой рассказывают о достигнутых результатах в области использования их продукта, но все результаты относятся к товарным бетонам. Следует отметить, что все положительные результаты были достигнуты лишь при абсолютном техническом сопровождении конкретного объекта специалистами от производителя, либо специализированными строительными лабораториями. В условиях, когда инженеры технологи предприятий стройиндустрии пытаются самостоятельно разобраться с выбором химических добавок, это оказывается и сложно и очень дорого. Приходится основываться на технической информации, опыте родственных предприятий и принципиальном понимании состава конкретного продукта (хотя зачастую эта информация является коммерческой тайной). Нами в процессе своей работы лишь дважды пришлось столкнуться с откровенным ответом о том, что химические добавки не очень хорошо себя ведут в условиях производства железобетонных изделий, производители химдобавок явно замалчивают этот факт. Первый раз в докладе главного технолога фирмы «Полипласт» на региональной конференции - презентации и второй раз в статье А.В.Ушерова-Маршака [5].

Оказывается, что основные разжижающие компоненты добавок будь то лигносульфонаты, нафталинформальдегиды, меламинформальдегиды или поликарбоксилаты негативно влияют на набор прочности в начальное время твердения бетона. Время начала и конца схватывания отодвигается во времени и тем больше, чем больше количество введённой добавки. А это крайне негативно действует при производстве сборного железобетона. За счет развития деструктивных процессов, возникающих при тепловой обработке не набравших структурную прочность изделий, идет развитие микротрещин, которые при жестком воздействии дизель-молота (от 1200 до 1500 ударов копра) развиваются в структурные дефекты и, как следствие, разрушение оголовка сваи. Снижается оборачиваемость металлооснастки. Применение добавок в малых количествах, когда степень влияния на набор прочности в начальном периоде сопоставим с разумным и приемлемым для временного цикла тепловлажностной обработки, но эффект разжижения от введения такого количества добавки мал или практически не ощущается.

В процессе подбора приемлемой добавки для производства высоконадежных свай нами были опробованы ряд химических добавок пластификаторов таких производителей как «Mapei», «Sika», «Полипласт», «Coral», «Релаксол», «Пласт-Плюс» и другие, опробованы различные технологические приемы повышения качества и надежности ствола сваи в целом и ударного оголовка в частности [6]. Исследования проводились при непосредственном участии представителей изготовителя продукта. Техническим заданием было определено увеличение пластификации бетона на 2-3 см от П1 при введении добавки до 0,5% от массы цемента. Общим результатом экспериментов с бетоном В30 (М400) явилось то, что практически весь ряд добавок показал отрицательные результаты как в пластификации, так и в сохранении прочности после ТВО. Оказалось, что наиболее приемлемым для ТВО является дозировка добавки до 0,3%, однако при этих дозировках степень пластификации от простых добавок до сложных практически не изменялась. Касательно себестоимости бетона такого сказать было нельзя. Бетоны на добавках зарубежных производителей отличались стоимостью за счет высокой цены самой добавки. При этом бетоны на добавках украинских производителей, а также добавках системы «Полипласт» по степени воздействия и по себестоимости бетона оказались в одном ранге. Была оценена надежность поставщика, длительность его присутствия на рынке, возможность технологического сопровождения и логистическая обстановка. Так же изучался опыт использования добавок на иных предприятиях производящих железобетонные изделия в условиях ТВО.

Учитывая, что воздействие добавки в малых дозировках на бетон данного состава невозможно было оценить по изменению подвижности, было принято решение по изучению влияния на растворную часть. Из состава бетона был исключен щебень без изменения расхода остальных составляющих и проведен эксперимент по определению подвижности и влиянию добавки на прочностные характеристики раствора. Полученные результаты в дальнейшем были использованы для выбора добавки, а так же для назначения рационального режима ТВО.

На следующем этапе был проведено изучение изменения подвижности и сроков схватывания цементного теста во времени в зависимости от расхода добавки. В качестве критерия оценки отправной точкой была принята нормальная густота цементного теста без добавки. Данные эксперимента представлены в таблице (см. http://www.twirpx.com/file/979741/)

В ходе заключительного этапа эксперимента, было также определена степень влияния тонкости помола цемента (нормальной густоты цементного теста) на подвижность бетонной смеси.

На основании комплекса технологических и лабораторных оценок для производства высоконадежных свай на строящийся в Одесском порту зерновой терминал, нами принята к использованию добавка «Полипласт СП-1» с объемом введения 0,3% от массы цемента, в учет приняты надежность поставщика, а так же то обстоятельство, что данная добавка проверена и используется на многих предприятиях стройиндустрии. Например, Николаевском заводе ЖБИ при производстве аналогичной продукции, Великодолинском ЗЖБК (изготовление опор линий электропередач); важный факт: при производстве тюбингов в Туркменистане (строительство системы водопонижения г.Ашгабада), и на многих-многих других. Кроме того, нами отработана технология изготовления и тепловлажностной обработки непосредственно этих изделий. Определены основные и дублирующие поставщики сырьевых материалов. Совместно с Одесским цементным заводом отработан вид сульфатостойкого цемента СС400 Д20 изготавливаемый на давальческом высококачественном клинкере. После проведения данной масштабной работы 3-х секционные составные сваи длиной от 30 до 44 м для строящегося зернового терминала в районе хлебной гавани Одесского морского порта поставлены на поточное производство [7]. В течение 2012-13 гг. предприятием ОДО «Бетонекс» (Аккаржанский завод ЖБИ) изготовлено 233 сваи подобного типа общей длиной более 10 км.

Литература

1. Рябых С.В., Чернега О.Л. Плиты покрытия контейнерных терминалов повышенной эксплуатационной надежности. - Сб. докладов ХІ между-народной научн.-практ. конф. «Дни современного бетона». - Запорожье: Будиндустрия ЛТД, 2010. - с.161-163.

2. Ружинский С.И. Противоморозные добавки. - Харьков: Изд. центр ХАИ, 2004.- 75 с.

3. Дворкин Л.И. и др. Практическое руководство по бетону. - Кривой Рог: ООО «КРИВБАСС ЦЕМЕНТ», 2006. - 240 с.

4. Бабаевская Т.В. Комплексные добавки в бетон. Система «Релаксол»/Под. ред.проф.Ушерова-Маршака А.В. - Запорожье: изд.Планета, 2008 -100 с.

5. Ушеров-Маршак А.В., Кабусь А.В. Физико-химическая оценка эффективности добавок в бетон по данным калориметрии. - Сб. докладов конф. «Дни современного бетона» - Хортица 2012. - Запорожье: Будиндустрия ЛТД, 2012. - С.12-18.

6. Чернега О.Л., Рябых С.В., Шушарева С.Н. Освоение производства составных свай глубокого заложения для реконструкции зернового терминала Одесского морского порта. - Сб. докладов конф. «Дни современного бетона» - Хортица 2012. - Запорожье: Будиндустрия ЛТД, 2012. - С.121-123.

7. «Бетонекс» освоил выпуск свай глубокого заложения и плит покрытия портов. - Статья опубл. в «Будівельном журналі». 2012.- №7-8(82-83) - С.31.

Размещено на Allbest.ru