Авторы: Ст. преп. Бабичев В. А., студ. Дорошенко Б. К., ДонНТУ, г. Донецк, Украина
Источник: Материалы Международой научно–технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, организованной кафедрой Строительства шахт и подземных сооружений
Применение добавок является наиболее эффективным способом, повышающем качество бетонов, не требующим больших капитальных затрат. Грамотное применение целевых комплексных добавок позволяет решить любые проблемы, связанные с получением бетонов с заданными свойствами. Высокая прочность, низкая проницаемость, повышенная долговечность и морозостойкость могут быть достигнуты с применением высокоподвижных бетонных смесей, содержащих современные добавки.
Все добавки можно разделить на шесть групп.
Суперпластификаторы – позволяют повысить подвижность бетонной смеси, или увеличить прочность, плотность и водопроницаемость бетона, или снизить расход цемента при обеспечении требуемой прочности бетона.
Ускорители набора прочности – увеличивают скорость набора прочности в ранние сроки твердения (1-3 суток), повышают марочную прочность бетона.
Добавки, регулирующие сохраняемость подвижности бетонной смеси, - востребованы в жаркое время года или при необходимости длительной перевозки бетонной смеси.
Добавки с противоморозным эффектом – обеспечивающие проведение бетонных работ в зимнее время при температурах до минус 15 С0 и даже до минус 25 С0.
Модификаторы бетона – бетоны с этими добавками имеют класс по прочности до В80 при применении цементов марки 500, отличаются пониженной проницаемостью, морозостойкостью, коррозийной стойкостью и долговечностью, при этом бетонная смесь может иметь высокую подвижность.
Добавки для самоуплотняющихся бетонов – помогают решить проблему бетонирования тонкостенных, густоармированных конструкций.
Комплексные добавки – объединяют в себе несколько видов воздействия на бетонную смесь.
Кроме того, комплексные добавки избавляют производителей бетона от поисков нескольких разных компонентов для получения нужных свойств. Ведь эти компоненты должны еще и мирно «уживаться» в одной смеси, не вступать между собой в какие-то нежелательные реакции.
Большинство добавок, производимых за рубежом, - комплексного действия. Однако, результаты многочисленных исследований, проведенных специальными лабораториями, показали, как хороша ни была бы добавка, как хорошо она не рекламировалась, как хорошо она себя не зарекомендовала на Западе, это не значит, что и у нас, на наших инертных материалах и цементе, она покажет хорошие результаты. Надо иметь в виду, что там, за рубежом, очень высокое качество цемента и остальных компонентов бетона. Там, в частности, огромное внимание уделяется зерновому составу щебня и даже песка. Например, в Германии фракционированный песок на бетонном производстве разделен на отдельные кучи, и каждый потребитель получает бетон с таким зерновым составом, который он заказывал. Значит, и добавки в таком бетоне будут работать на все 100%.
Опыт производственников показал, что импортные добавки в ряде случаев плохо работают как с отечественными цементами, так и в сочетании с отечественными добавками. Например, некоторые шведские суперпластификаторы несовместимы с теми отечественными, которые обеспечивают морозостойкость бетона. То есть, выбрав одну добавку иностранной фирмы, производственники, как правило, вынуждены использовать и другие добавки того же производителя. А это не выгодно с экономической точки зрения, потому что есть аналоги отечественного производства, гораздо более дешевые.
В нашей стране номенклатура модификаторов, предложенных к применению, весьма обширна (количество модификаторов, только входящих в перечень строительного каталога СК-4 «Химические добавки для бетонов и строительных растворов», превышает 80 наименований).
Для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии цемента применяют различные добавки. Их подразделяют на два вида: химические добавки, вводимые в бетон в небольшом количестве (0,1-2% от массы цемента) и изменяющиеся в нужном направлении свойства бетонной смеси и бетона, и тонкомолотые добавки (5-20% и более), использующиеся для экономии цемента, получения плотного бетона при малых расходах цемента и повышения стойкости бетона. Применение химических добавок является одним из наиболее универсальных, доступных и гибких способов управления технологией бетона и регулирования его свойств. Если ранее наиболее широко в строительстве использовались в виде добавок отдельные химические продукты и модифицированные отходы промышленности, то в настоящее время преобладают добавки, специально приготовленные для бетона (суперпластификаторы, органо-минеральные и другие). Планы развития строительной индустрии предусматривают значительное расширение производства бетонных смесей с использованием эффективных добавок, применение новых видов добавок.
Добавки, повышающие водонепроницаемость бетонов и растворов.
Действие этих добавок сводится в основном к кольматации в бетоне или растворе капилляров и других неплотностей сечение более 1 мкм, через которые мигрирует влага, а также к улучшению структуры, повышению плотности цементного камня и приданию бетону и раствору водоотталкивающих (гидрофобных) свойств. При использовании добавок, улучшающих водонепроницаемость бетона и раствора, учитывают разницу стоимости сэкономленного цемента, самих добавок и работ, выполняемых без применения этих добавок.
Технико-экономическая эффективность применения полимерных добавок определяется стоимостью сэкономленного цемента (добавки являются пластифицирующими) и разницей в стоимости обычных бетонов и заменяющих их бетонов с добавками.
Для гидрофобизации бетона, повышения его стойкости в агрессивной среде и долговечности применяют гидрофобно-пластифицирующие кремнийорганические жидкости: метилсиликонат натрия ГКЖ-11, этилсиликонат натрия ГКЖ-10, этилгидросилоксановую жидкость ГКЖ-94.
Для уплотнения структуры бетона используют FeCl3, в качестве ингибиторов коррозии – нитрит натрия, бихромат калия, для улучшения противорадиационных свойств – соли тяжелых металлов, для повышения электропроводности – кокс, для придания бактерицидных свойств – ОСС, для стабилизации бетонной смеси – метил целлюлозу и др.
Перечисленные добавки не исчерпывают всего многообразия имеющихся сегодня в арсенале технолога модификаторов бетона. Умелое использование ими обеспечивает значительное повышение качества бетона и экономию ресурсов при его изготовлении.
Химические добавки поставляются в виде водных растворов, порошков и эмульсий. Большинство добавок растворимы в воде, и их вводят в бетоносмеситель 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 поверхностноактивных веществ (І), смеси поверхностноактивных веществ и электролитов (ІІ), смеси электролитов (ІІІ), 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 гидрофобизирующих воздухововлекающих (СДБ+СНВ, ПАЩ+СПД) или гидрофобизирующих газообразующих компонентов (СДБ+ГКЖ-94). Первые компоненты хорошо пластифицируют жирные бетонные смеси с высоким расходом цемента, вторые, наоборот, тощие бетонные смеси. Вследствие различия в сорбционной способности к минералам цементного клинкера добавки показывают разную степень эффективности при использовании различных по минералогическому составу цементов. СДБ оказываются более эффективными при применении аллюмиатных цементов, а гидрофобные добавки – при применении цементов с повышенным содержанием силикатов кальция.
В комплексных гидрофобно-пластифицирующих добавках отдельные компоненты дополняют друг друга, делая добавки более универсальными. Хорошо пластифицируя бетонную смесь, комплексные добавки І 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 коррозийная стойкость. заданная подвижность бетонной смеси сохраняется в течение 2-3 час., 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 полиокситилена (РОЭ) или СДБ и металцеллюлозы (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 І группы несколько замедляют гидратацию цемента, что необходимо учитывать при изготовлении конструкций. Бетон с такими добавками следует выдерживать не менее 2 час. до тепловой обработки, скорость подъема температуры не должна превышать 15-20 С0/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 ІІ 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 воздухосодержание, придают бетонам некоторые специальные свойства (гидрофобность 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 водонепроницаемость, позволяя одно- временно экономить 8-15% цемента за счет снижения водопотребности бетонной смеси. При сохранении его заданной подвижности сочетание с электролитами кремнийорганических соединений обеспечивает высокую морозостойкость, водонепроницаемость и коррозийную стойкость бетона.
Применение ранее приведенных добавок при производстве бетона, применяемого для крепления вертикальных стволов шахт позволит снизить расход цемента и повысить плотность, долговечность и водонепроницаемость крепи стволов.