Модифицирующие добавки для бетона: виды, применение

Бетон является наиболее распространенным материалом в промышленном и гражданском строительстве. Он имеет множество разновидностей и применяется как конструкционный, отделочный и теплоизоляционный материал. В соответствии с ГОСТ 26633 [1] бетоны по показателям качества классифицируются по ряду признаков: назначению, по прочности, виду вяжущего, плотности, структуре, составу.

Одним из наиболее эффективных путей интенсификации производства, повышения качества, снижения себестоимости и материалоемкости железобетонных изделий и конструкций является применение химических добавок для бетонных смесей. В современной технологии бетона применяют различные виды модификаторов бетона, позволяющие целенаправленно регулировать структурообразование цементных композитов и совершенствовать технологию бетона на всех этапах изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций, приготовлении и транспортировке бетонной смеси, ее формовании и твердении.

Модифицирующие добавки для бетона – это химические продукты неорганического или органического происхождения, включаемые в состав смесей с целью повышения их физико-химических характеристик и придания конечных положительных свойств бетону, необходимых для получения строительных конструкций с высокими эксплуатационными характеристиками и в наиболее приемлемые сроки.

Наиболее изученные и свободно применяемые в нашей стране добавки [2], в зависимости от основного получаемого эффекта действия, условно можно распределить на три группы:

• модификаторы, регулирующие характеристики готовых к применению смесей;
• добавки, изменяющие и повышающие основные свойства бетонов;
• химические лигатуры для придания бетонам специальных свойств.

Некоторые типы присадок обладают многофункциональным действием, например, воздухововлекающие, пластифицирующие, газообразующие и др. В этом случае модифицирующую добавку классифицируют с учетом наиболее выраженного эффекта действия.

Рис. 1. Многофункциональная комплексная добавка

Химические реагенты, вводимые в состав растворов – это эффективный метод прямого воздействия на архитектуру и физико-технические характеристики бетонов, позволяющий получить серьезный экономический эффект и высокие показатели качества готовых изделий:

• уменьшить расход вяжущих (до 12%) с одновременным увеличением прочности до 25%;
• повышенные технологические качества смесей (однородность, подвижность и др.);
• возможность регулирования скорости твердения и тепловыделения бетонного раствора;
• сокращение времени тепло-влажностной обработки;
• твердение бетона без дополнительного прогрева в условиях низких температур (до -25°С);
• в 2-3 раза повысить морозостойкость изделий;
• на 1-2 марки повысить водонепроницаемость и прочность изделий;
• повысить сопротивление конструкций к различным температурным и химическим воздействиям.

Рассмотрим добавки, относящиеся непосредственно к улучшению качества смесей путем изменения их основных характеристик в процессе укладки в опалубку конструкций:

• пластификаторы;
• суперпластификаторы;
• стабилизирующие добавки;
• воздухововлекающие присадки.

Пластификаторы. Эффект разжижения, укладываемого в конструкцию бетона, получаемый в результате введения специальных модифицирующих лигатур называется пластификацией.

Пластификаторы – это поверхностно-активные добавки, представляющие собой жидкие суспензии или порошкообразные сухие смеси, которые при введении в раствор образуют нейтральные или слабощелочные соединения, регулирующие подвижность (удобоукладываемость) цементных бетонов.

Использование данных лигатур в производстве железобетонных конструкций позволяет упростить формование изделий за счет стабильного подвижного состояния применяемых составов. Помимо этого, сократить расход цемента, снизить водопотребность раствора и при этом увеличить плотность готового бетона.

К числу пластификаторов, которые дают возможность направленно регулировать характеристики цементных смесей, относятся следующие добавки:

1. Лингосульфонаты технические (сокращенно ЛСТ) представляют собой соединение солей натрия и лигносульфоновых кислот с добавлением различных минеральных субстанций.

Рис. 2. Лингосульфонат технический

2. Сульфитно-дрожжевая бражка (сокращенно СДБ), получаемая из отходов целлюлозного производства.

Рис. 3. Сульфитно-дрожжевая бражка

3. Синтетическая поверхностная активная добавка (СПД).

В стандартных тяжелых бетонах обычно используют пластификатор СДБ, хорошо повышающий подвижность смесей и позволяющий уменьшить расход цемента и водопотребность раствора на 8-12%. Поэтому, наиболее эффективно его использование при производстве конструкций с высоким проектным содержанием цемента.

Применение добавки СДБ замедляет схватывание бетона и ее рекомендовано использовать только в сочетании с присадками, ускоряющими твердение растворов.

Суперпластификаторы. Первое место среди пластифицирующих добавок по праву занимают суперпластификаторы, относящиеся к разряду комплексных регуляторов состояния бетонных смесей.

Рис. 4. Суперпластификатор Master Silk

Суперпластификаторы (СП), среди аналогичных реагентов, выделяются колоссальным эффектом разжижения цементных растворов без снижения параметров прочности при любых сроках испытаний. По своему составу – это синтетические полимерные присадки, которые не замедляют схватывание бетона. Расход СП обычно равен 0,1–1,2% от общего объема цемента. При использовании данных пластификаторов нужно учитывать, что действие СП ограничено 2–3 часами с момента их введения в бетонный раствор.

Таблица

Основные виды СП

Высокий эффект суперпластификаторов обусловлен их способностью образовывать на поверхностях зерен цемента и мелкозернистых заполнителей адсорбционных оболочек, уменьшающих внутреннее трение в структуре бетона.

Применение СП дает возможность широко применять бетонные смеси с низким водоцементным соотношением (В/Ц) при сооружении любых типов конструкций из монолитного железобетона классов прочности В15 и выше, при этом, используя простые технологические приемы, получить следующие преимущества:

• высокую прочность готовых изделий (60–80 МПа);
• возможность применения литьевого способа с краткосрочной вибрацией конструкций, при низком В/Ц, для производства сборного железобетона;
• благополучно заливать конструкции самого сложного профиля;
• повысить скорость формования изделий;
• снизить расход цемента;
• улучшить качество поверхности выпускаемых изделий;
• приготовление смесей на нестандартных заполнителях (мелкий песок);
• применение напрягающего цемента или расширяющих добавок при возведении монолитных конструкций;
• изготовление конструкций из жаростойкого бетона на портландцементе, глиноземистом цементе, шлакопортландцементе.

Эффект действия пластификаторов рассмотрим на примере наиболее распространенной добавки С-3 с прекрасными эксплуатационными характеристиками в соотношении цена/качество.

Рис. 5. Суперпластификатор С-3

Пластифицирующая присадка С-3 вводится в смесь в форме водной суспензии необходимой концентрации. Состав используемого пластификатора выбирается потребителем с учетом проектных характеристик готового изделия. Эффективность действия добавки зависит от марки цемента и состава заполнителей. Применение данного пластификатора позволяет получить следующие преимущества:

• увеличение подвижности бетона до П4-П5;
• улучшение пластичности (удобоукладываемости) в 1,5 раза;
• снижение В/Ц на 25%;
• повышает прочность конструкций на 25%;
• гидроизоляционные свойства W10 и более;
• морозостойкость F300;
• сцепление смесей с арматурным каркасом увеличивается в 1,6 раза.

Стабилизирующие добавки. Данный вид модификаторов – это минеральные или химические соединения, предотвращающие расслаиваемость бетонной смеси. Повышают ее однородность, водоудерживающую способность (проницаемость) и способствуют улучшению прохождения материала по трубопроводам.

Бетон, изготавливаемый с применением стабилизирующих присадок, приобретает свойства самоуплотняющихся составов. Стабилизаторы снижают жесткость раствора, тем самым повышая степень его укладываемости. При введении в состав бетона стабилизирующей присадки, на поверхности цементных зерен формируется «микрогель», обеспечивающий создание «несущего каркаса» в цементном тесте и предотвращающий расслаивание раствора. Причем, эта конструкция позволяет заполнителям легко перемещаться, что не изменяет удобоукладываемости бетона.

Такая технология позволяет укладывать смеси в густоармированные конструкции самой сложной конфигурации без использования вибраторов. Материал в период заливки самоуплотняется, выдавливая на поверхность излишки воды и вовлеченный воздух.

Рис. 6. Метилцеллюлоза

Из отечественных известных добавок – метилцеллюлоза водорастворимая. Представляет собой волокнистое белое вещество с легким желтоватым оттенком. Данное вещество позволяет легко регулировать плотность и реологические характеристики растворов, устраняет усадку и расслоение, повышает клеящую способность. Все это дает возможность транспортировать смесь по трубопроводам с сохранением всех проектных требований. Может применяться с любым типом цемента, не оказывает влияния на сроки твердения и раннюю прочность.

Воздухововлекающие модифицирующие присадки. Воздухововлекающие добавки используются для вовлечения в цементную смесь установленного объема воздуха – с целью формирования в бетоне системы закрытых и равномерно разделенных по всему объему конструкции воздушных пор.

Воздухововлекающие добавки используются для вовлечения в цементную смесь установленного объема воздуха – с целью формирования в бетоне системы закрытых и равномерно разделенных по всему объему конструкции воздушных пор.

Рис. 7. Смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ)

Использование воздухововлекающих лигатур позволяет:

• получать бетон высокой морозостойкости F300 и более;
• при необходимости понизить плотность готовых изделий на 50-250 кг/м3;
• применять для приготовления легкого бетона крупнозернистый заполнитель высокой плотности или обычный кварцевый песок (взамен пористого);
• снизить расход пористых материалов, уменьшить водопотребность раствора, повысить теплофизические и деформационные свойства изделий;
• при малом содержании мелкозернистого заполнителя изготавливать изделия с монолитной однородной структурой; увеличивать подвижность бетонной смеси и тем самым, сокращать время формования изделий, увеличивать уплотнение смеси, снижать ее расслоение при доставке и укладке в формы;
• улучшать звуко- и теплоизоляционные характеристики изделий.

Весьма эффективным способом повышения морозостойкости конструкций является применение воздухововлекающих присадок. Для получения бетона с высокими морозостойкими свойствами необходимо, чтобы величина зазора между соседними пузырьками воздуха не была больше 0,025 см. Поэтому, для соответствующего эффекта необходим не только запланированный объем воздуха, но и создание воздушных ячеек как можно меньшего размера.

Рис. 8. Комплексная воздухововлекающая добавка

Все эти условия, для повышения морозостойкости бетона, помогают осуществить воздухововлекающие составы. Обычно в смеси с воздухововлекающими добавками пористая поверхность составляет 1000-2000 см2/см3, а размер самих пор – 0,005-0,1 см. При этом оптимальное количество вовлеченного воздуха должно быть 4-6% от общего объема цемента. Расход цемента может быть увеличен при снижении зернистости заполнителя.

Заключение

Назначение добавок очень разнообразно, а их ассортимент включает в себя более 800 разновидностей. Таким образом, выбор необходимых присадок для корректировки свойств изделий и повышения технологии изготовления железобетонных конструкций являет собой невероятно сложную задачу.

Для того чтобы правильно использовать те или иные лигатуры, применимо к конкретным требованиям и условиям производства, необходимо иметь осознанное представление о назначении, классификации и механизме действия модификаторов.