Федеральное агентство по образованию РФ Казанский Государственный Архитектурно-Строительный Университет
В.С. Изотов, Ю.А. Соколова
Химические добавки для модификации бетона
Монография
ПАЛЕОТИП Москва 2006
УДК 691 ББК 38.33 И38
Печатается по решению редакционно-издательского совета КГАСУ Рецензенты:
Ю.М. Баженов, заслуженный деятель науки и техники РФ, академик РААСН, доктор технических наук, профессор заведующий кафедрой технологии вяжущих веществ и бетонов (Московский государственный строительный университет), Е.В. Королев, доктор технических наук, профессор (Пензенский государственный университет архитектуры и строительства)
И38
Изотов В.С. Химические добавки для модификации бетона : монография / В.С. Изотов, Ю.А. Соколова. — М. : Казанский Государственный архитектурно-строительный университет : Издательство «Палеотип», 2006. — 244 с. ISBN 5-94727-300-4 Рассматриваются вопросы модификации бетонов химическими добавками, их классификации по основным эффектам воздействия на бетон, основы физико-химического влияния добавок на бетонные смеси и бетоны; специфические свойства гидрофильных, гидрофобных и воздухововлекающих добавок, суперпластификаторов, ускорителей, замедлителей твердения, ингибиторов коррозии стали, противоморозных и комплексных добавок. В основу положены ГОСТ 24211-2003, ГОСТ 30459-96, методические рекомендации и различного рода пособия отраслевых научноисследовательских институтов по вопросам применения химических добавок для бетонов и растворов. Для инженерно-технических работников предприятий строительной индустрии, студентов и аспирантов технологических факультетов инженерно-строительных вузов, обучающихся по специальности 2906-1"Производство строительных изделий и конструкций".
УДК 691 ББК 38.33
ISBN 5-94727-300-4 978-5-94727-300 -7
2
© Изотов В.С., Соколова Ю.А., 2006 © Казанский Государственный архитектурностроительный университет, 2006 © Издательство «Палеотип», 2006
Содержание Введение ............................................................................................................. 5 1. Общая характеристика и классификация химических добавок для бетона..................................................................... 6 1.1. Общая характеристика химических добавок ........................................ 6 1.2. Классификация химических добавок..................................................... 7 1.3. Методы оценки и определения эффективности химических добавок для бетона.................................................................. 14 1.4. Определения отдельных классификационных групп добавок ......... 17 2. Добавки-пластификаторы бетонных смесей. Классификация их по категориям .............................................................. 19 2.1. Суперпластификаторы. Классификация и механизм действия ........ 22 2.2. Основные виды суперпластификаторов, их характеристика и назначение.................................................................................................. 31 2.3. Свойства бетонных смесей и бетонов, модифицированных суперпластификаторами ........................................... 53 2.4. Основные области применения суперпластификаторов ................... 59 2.5. Технико-экономическая эффективность применения суперпластификаторов ........................................................... 63 2.6. Определение эффективности пластифицирующих добавок............. 67 3. Добавки, регулирующие скорость твердения бетона .......................... 71 3.1. Добавки-замедлители схватывания и твердения ............................... 71 3.2. Добавки-ускорители схватывания цемента и твердения бетона...... 74 3.3. Определение эффективности добавок, регулирующих скорость твердения бетона................................................ 81 3.4. Добавки, повышающие защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре ........................................................... 83 3.5. Противоморозные добавки ................................................................... 92 3.5.1. Сочетания противоморозных добавок с добавками другого назначения............................................................. 97 3.5.2. Основные свойства противоморозных добавок и особенности их выбора для железобетонных конструкций ............. 98 3.5.3. Влияние противоморозных добавок на свойства бетонной смеси и бетона................................................... 103 3.5.4. Ограничения при применений противоморозных добавок...... 116 3
3.5.5. Определение эффективности противоморозных добавок........ 117 4. Добавки-регуляторы структуры бетона. Виды добавок и особенности их применения......................................... 120 4.1. Пластифицирующе-воздухововлекающие добавки......................... 120 4.2. Воздухововлекающие, газообразующие и гидрофобизующие добавки .................................................................... 123 4.2.1. Виды воздухововлекающих добавок .......................................... 124 4.2.2. Влияние воздухововлекающих добавок на свойства бетонных смесей ................................................................ 133 4.2.3. Газообразующие и гидрофобизующие добавки ........................ 136 4.3. Определение эффективности газообразующих, гидрофобизирующих и воздухововлекающих добавок ......................... 145 4.4. Определение эффективности воздухововлекающих и пенообразующих добавок для легкого бетона..................................... 146 4.4.1. Определение эффективности газообразующих добавок для легкого бетона.................................................................................. 149 4.5. Добавки для уплотнения структуры бетона. Виды добавок, их основное назначение ................................................... 151 5. Комплексные добавки различного назначения. Виды добавок и особенности их применения......................................... 155 6. Выбор вида добавок и назначение их дозировок............................... 196 7. Подбор состава бетона с химическими добавками .......................... 203 7.1. Особенности подбора состава легкого бетона с химическими добавками ......................................................................... 210 7.2. Оценка эффективности добавок в производственных условиях.... 210 8. Технология приготовления химических добавок. Технологические схемы и оборудование................................................. 212 8.1. Основные технологические схемы приема, приготовления рабочих растворов и дозирования добавок................... 222 8.2. Основные требования к установкам для приготовления химических добавок .................................................. 237 8.3. Порядок входного контроля качества химических добавок........... 238 9. Охрана труда и техника безопасности при работе с химическими добавками...................................................... 241
4
Введение
Задача повышения эффективности и качества бетона и железобетона была и остается весьма актуальной и в полной мере не может быть успешно решена без использования в технологии бетона химических добавок. Химические добавки, являясь одним из самых простых и доступных технологических приемов совершенствования свойств бетона, позволяют существенно снизить уровень затрат на единицу продукции, повысить качество и эффективность большой номенклатуры железобетонных конструкций, увеличить срок службы как конструкций, так и зданий и сооружений в целом. Поэтому применение химических добавок в технологии бетона в мировой практике уделяется огромное внимание. Так, например, к концу 90-х годов доля бетона с добавками различного назначения в Японии составляла более 80%, в США, Германии Франции и Италии – более 70%. В нашей стране в этот период доля бетонов с химическими добавками составляла около 40%. Настоящее пособие представляет собой справочно-информационный материал по вопросам модификации бетонов химическими добавками. Рассматриваются характер воздействия добавок на структуру, основные свойства бетонной смеси и бетона и классификация химических добавок в соответствии с их назначением. В пособие приведены основные положения по применению пластифицирующих, пластифицирующе – воздухововлекающих, воздухововлекающих, микрогазообразующих, ускоряющих и замедляющих твердение, противоморозных, ингибирующих сталь и комплексных добавок в бетоне. Пособие составлено на основе ГОСТ 24211-2003, ГОСТ 3045996, методических рекомендаций и различного рода пособий отраслевых научно-исследовательских институтов по вопросам применения химических добавок для бетонов и растворов.
5
1. Общая характеристика и классификация химических добавок для бетона Развитие строительной индустрии в последнее десятилетие осуществляется под знаком все возрастающих требований по рациональному и эффективному использованию сырьевых и энергетических ресурсов. Это затрагивает в принципе развитие всех отраслей промышленности строительных материалов, и, прежде всего – изготовление сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Практическое решение проблемы эффективного использования сырьевых и энергетических ресурсов в производстве сухих и готовых растворных и бетонных смесей, бетона и железобетона, как сборного, так и монолитного в полной мере возможно лишь при широком и всестороннем использовании химических добавок. По прогнозам специалистов доля бетонов с добавками в нашей стране в ближайшие годы должна возрасти до 50% и более. При этом основной упор, вероятно, будет сделан на производство и применение пластификаторов, комплексных добавок различного назначения, суперпластификаторов и противоморозных добавок. Ниже рассматриваются назначение и некоторые основные характеристики химических добавок к бетону и их классификация.
1.1. Общая характеристика химических добавок Под добавками для бетонов и строительных растворов в соответствии с ГОСТ 24211-2003 понимаются различные продукты, вводимые в бетонные и растворные смеси с целью улучшения их технологических свойств, повышения строительно-технических свойств бетонов и растворов и придания им новых свойств. Добавки представляют собой химические вещества (реагенты) как органического, так и неорганического строения, сложного или простого состава. Они вводятся в состав бетона, как правило, с водой затворения и могут иметь жидкое, твердое или пастообразное состояние. В ряде случаев в качестве добавок для бетонов используют химические продукты с постоянным нормируемым соответствующими нор6
мативными документами (стандартами) составом. Это могут быть соли, кислоты, щелочи и другие продукты химического производства. Назначение добавок весьма разнообразно. Их количество, нашедшее применение в производстве раствора, бетона и железобетонных конструкций, составляет более 300 наименований. В стадии исследования и промышленного испытания находятся около 1000 наименований добавок. Столь широкая номенклатура химических добавок для раствора и бетона обусловлена в большинстве случаев стремлением использовать для улучшения свойств бетона, снижения расхода цемента или уменьшения энергетических затрат при производстве железобетона, различных отходов и попутных продуктов многих отраслей промышленности. С другой стороны, необходимость поиска все новых добавок обуславливается избирательным характером их модифицирующего эффекта, который зависит не только от химического состава добавок, но и от химического и минералогического состава цемента, тонкости его помола, наличия и количества щелочей в составе цемента. Величина модифицирующего эффекта многих добавок зависит и от удельного расхода цемента в бетонной смеси, содержания и типа минеральных добавок, водоцементного отношения, режимов тепловой обработки железобетонных конструкций. Таким образом, выбор добавок для совершенствования свойств бетона и технологии изготовления железобетонных конструкций является весьма не простой задачей. Поэтому для правильного выбора добавок применительно к конкретным условиям производства, назначения выпускаемой продукции и поставленным целям необходимо четкое представление о классификации добавок по их назначению и механизме их действия.
1.2. Классификация химических добавок Проблема использования добавок для модификации бетонов является многоплановой. В мировой практике в настоящее время нет единой классификации добавок к цементам и бетонам. В разных странах разработаны свои классификационные схемы. В основе этих схем лежит стремление авторов облегчить правильный выбор добавок для бетонов или растворов в соответствии с их назначением. В нашей стране в соответствии с ГОСТ 24211-2003 наиболее изученные и широко применяемые добавки, применяемые для модифицирования свойств бетонов и растворов в зависимости от основного эффекта действия подразделяют на три группы: 7
Первая группа, это добавки регулирующие свойства готовых к употреблению бетонных и растворных смесей. К ним относятся: пластифицирующие – водоредуцирующие (суперпластифицирующие, сильнопластифицирующие, пластифицирующие); стабилизирующие; регулирующие сохраняемость подвижности; поризующие (воздухововлекающие, пенообразующие, газообразующие). Вторая группа объединяет добавки изменяющие свойства бетонов и растворов: регулирующие кинетику твердения (ускорители, замедлители), повышающие прочность; снижающие проницаемость; повышающие защитные свойства по отношению к стальной арматуре; повышающие морозостойкость; повышающие коррозионную стойкость (повышающие сульфатостойкость, повышающие стойкость против коррозии, вызванной реакцией кремнезема заполнителей со щелочами цемента и добавок); регулирующие процессы усадки и расширения. К третьей группе относят добавки придающие бетонам и растворам специальные свойства: противоморозные; гидрофобизирующие; биоцидные; повышающие стойкость к высолообразованию. Принадлежность любой химической добавки, в том числе и новой, к той или иной группе определяется по критериям эффективности (табл.1.1.) по методикам ГОСТ 30459. Критерий эффективности – это количественное значение технического эффекта, характерного для каждой группы добавок. Так, например, к первой группе пластифицирующих добавок относят такие добавки, которые обеспечивают увеличение подвижности бетонной смеси от П1 (Ок = 2–4см) до П5 (Ок = 21см) без снижения прочности бетона во все сроки испытания. Если добавка обеспечивает увеличение подвижности от П1 до П4 (Ок = 16–20см) без снижения прочности бетона, то она может быть отнесена ко второй группе пластифицирующих добавок. И, наконец, если добавка обеспечивает увеличение подвижности от П1 до П3 без снижения прочности бетона, то ее следует отнести к третьей группе пластифицирующих добавок. Свои специфические критерии эффективности установлены и для других групп добавок, которые приведены в табл. 1.1. Как видно из данных табл. 1.1, химические добавки являются одним из эффективных методов направленного воздействия на структуру и технические свойства бетонных смесей и затвердевших бетонов. Введением в состав бетонной смеси химических добавок в виде отдельных продуктов или их сочетаний достигается один или одновременно несколько показателей эффективности: а) снижение расхода цемента до 12% или повышение прочности бетона в проектном возрасте до 25%; 8
б) улучшение технологических свойств бетонной смеси (удобоукладываемость, однородность, нерасслаиваемость и др.); в) регулируемость потери подвижности бетонной смеси во времени, скорости процессов схватывания, твердения, тепловыделения; г) сокращение продолжительности тепловлажностной обработки изделий до 40%, ускорение сроков распалубливания и загрузки монолитных конструкций; д) придание уложенному бетону способности твердения в зимнее время без обогрева или прогрева при охлаждении его до минус 25°С; е) повышение морозостойкости бетона в 2–3 раза и более; ж) повышение плотности и непроницаемости бетона на 1–2 марки; з) повышение стойкости бетона и железобетона в различных агрессивных средах. Таблица 1.1 Классификация химических добавок для бетонов и растворов Виды добавок
Указатели основного Критерий Возможные дополнительные эффекта действия добавок эффективэффекты действия добавок ности I. Добавки, регулирующие свойства готовых к употреблению бетонных и растворных смесей 1.1 Пластифи- Увеличение подвижности При пластифи- При водоредуцирующие – бетонной смеси от П1 (ОК= кации цировании водоредуци- 2+4 см) или раст-ворной смерующие си от Пк1 (Пк=2-4см) при снижении прочности бетона От П1 доП5 Замедление 1.1.1 СуперПовышение пластифици- (раст-вора) во все сроки твеОт Пк1 схватывания прочности, рдения не более чем на 5% рующие доПк4 смесей и твер- снижение про1.1.2. СильноОт П1 доП4 дения бетонов и ницаемости; снижение депластифициОт Пк1 до растворов; повышение формаций усадрующие Пк3 ки и ползучести 1.1.3. ПластиОт П 1 до ПЗ деформаций фицирующие От Пк1 усадки и пол- бетонов зучести доПк2 1.2. Стабили- Снижение раствороотделения В 2 раза и Увеличение подвижности смезирующие и водоотделения тяжелой более сей; замедление нарастания бетонной смеем с маркой по прочности бетона удобоукладывамости П5, растворной смеси – П4, легкобетонной смеси – П3 1.3. РегулиУвеличение или снижение В 1,5 раза и Изменение кинетики теплорующие современи сохраняемости подболее выделения и кинетики нарасхраняемость, вижности смеси тания прочности бетона; обподвижности разование высолов
9
Виды добавок
Указатели основного Критерий эффекта действия добавок эффективности l.4. Поризую- Обеспечение увеличения На 1,5-5% щие объема воздуха (газа) в тяжелых, мелкозернистых, легких конструкционных бетонных и растворных смесях
Возможные дополнительные эффекты действия добавок
Повышение подвижности; снижение растворо- и водоотделения смесей; повышение морозостойкости; снижение прочности; изменение водопоглощения и водонепроницаемости, снижение плотности бетонов и растворов 1.4.l Воздухововлекающие и газообразующие 1.4.2. Возду- Обеспечение в легких констОт 6% до хоповлекаю- рукционно-теплоизоляцион30% щие, газо- и ных и теплоизоляционных пенообразую- смесях содержания объема щие воздуха, (газа) 1.4.3. Возду- Обеспечение в ячеистых От 15% до хоповлекаю- смесях содержания объем 90% щие, газо- и воздуха (газа) пенообразующие 2. Добавки, изменяющие свойства бетонов и растворов 2.1 Регулирующие кинетику твердения 2.1.1. Ускори- Увеличение прочности в Образование высолов; повытели возрасте 1 сут.: шение электропроводности сменормального твердения после На 50% и сей, бетонов, растворов тепловой обработки при сниболее жении прочности бетона На 30% и (раствора) в возрасте 28 сут. более не более чем на 5% 2.1.2. Замедли- Снижение прочности в возНа 30% и Снижение скорости теплотели расте 3 сут. при снижении более выделения прочности бетона (раствора) в возрасте 28 сут. не более чем на 5% 2.2. ПовыУвеличение прочности в На 20% и Снижение проницаемости бетошающие проч- проектном возрасте более на и раствора ность 2.3. Снижаю- Увеличение марки по водо- На 2 марки и Повышение стойкости бетона к щие пронинепроницаемости более воздействию агрессивных сред цаемость
10
Виды добавок
Указатели основного Критерий Возможные дополнительные эффекта действия добавок эффективэффекты действия добавок ности 2.4. ПовыПовышение пассивирующего Обеспечение Увеличение подвижности смеси; шающие задействия бетона по отношезначения снижение проницаемости бетощитные свой- нию к стальной арматуре плотности на; увеличение электропроводства по отнотока пасси- ности бетона и раствора шению к вации стали стальной армане менее 10 туре мА/см2 и потен-циала пассива-ции стали не менее минус 450mV 2.5 ПовыПовышение стойкости в ус- Повышение Изменение реологических хашающие моро- ловиях многократного перемар-ки по рактеристик смеси; изменение зостойкость менного замораживания и морозос- прочности, проницаемости бетооттаивания тойкости на нов и растворов 2 ступени и более 2.6. Повышающие коррозионную стойкость 2.6.1. Сульфа- Повышение стойкости услоПо ГОСТ тостойкость виях сульфатной коррозии 27677 2.6.2. Стойкость Снижение деформаций расПо ГОСТ против корро- ширения 8269.0 зии, вызванной реакцией кремнезема заполнителей со щелочами цемента и добавок 2.7. РегулиСнижение деформаций усад- Деформации Повышение водонепронирующие про- ки и обеспечение деформаций расширения цаемости, прочности, трещиноцессы усадки и расширения не менее стойкости бетонов и растворов расширения 0,2% 3. Добавки, придающие бетонам и растворам специальные свойства 3.1. Противо- Обеспечение твердения при Набор проч- Образование высолов; снижение морозные отрицательных температурах ности при времени сохраняемости удобоотрица- укладываемости смесей тельной температуре в возрасте 28 сут. не менее 30% контрольного состава нормального хранения 3.2. Гидрофо- Снижение водопоглощения В 2 раза и Замедление скорости схвабизирующие более тывания и твердения; снижение прочности и тепловыделения;
11
Виды добавок
Указатели основного Критерий эффекта действия добавок эффективности
Возможные дополнительные эффекты действия добавок
повышение морозостойкости и коррозионной стойкости бетонов и растворов 3.3. Биоцидные Наличие биоцидности (бакте- Отсутствие Изменение реологических харицидности и фунгициднобиокоррозии рактеристик смесей; изменение сти) прочности, проницаемости бетонов и растворов 3.4. ПовыПредотвращение образования Отсутствие шающие стой- высолов высолов кость к высолообразованию
Таблица 1.2 Виды и наименование основных добавок для бетона № Вид добавок 1 Пластифицирующие 1 группы 2 Пластифицирующие 2 группы 3 Пластифицирующие 3 группы 4 Пластифицирующие 4 группы 5 Стабилизирующие
6 Водоудерживающие
Наименование добавок * Суперпластификаторы C-3, 10-03, МФАС-100П,40-03, 5003,С-4 (ДОФЕН), STAHEMENT N, STAHEMENT NN, STAHEMENT ML, MELMENT, MELCRET 500 и другие. Модифицированные лигносульфонаты ЛСТМ-2, МТС-1,АПЛ, МЛСТ, зарубежные добавки: BETOFLUID, STACHEPLAST и др. ВРП-1, ЛСТ, УПБ, С-1, ПДК Пластификатор адипиновый ПАЩ-1и др. НЧК, КНЧК, ПДК. ПФЛХ и др. ПОЭ, МЦ, ГП, ассоциативные загустители для бетона типа Starvis VP 1-895 II F (основа- поликарбоксилат), Mecellose FMC 60150 (Samsung Fine Chemicals)- низко вязкий эфир целлюлозы (метилгидроксипропилцеллюлоза). ПОЭ, МЦ, ГП, ассоциативные загустители для бетона типа Starvis VP 1-895 II F (основа- поликарбоксилат), Mecellose FMC 60150 (Samsung Fine Chemicals)- низко вязкий эфир целлюлозы (метилгидро-ксипропилцеллюлоза). ПОЭ, МЦ, ГП, КОД-С, бентонит
7 Улучшающие перекачиваемость 8 Замедляющие схватывание ЛСТ, НТФ, КП, ФЭС, RETARDAL TKP 9 Ускоряющие схватывание П, ХК, НК, ННК, ННХК, ХН, СН, алюминат натрия, ЛигнопанБ-2, EKOSAL L, BETODUR NA-и др. 10 Воздухововлекающие СНВ, КТП, ОТП, СДО, ОП,ЩСПК, ЩСПКм, НЧК, КЧНР, (для легких бетонов) ГКЖ-10, ГКЖ-11, ПФЛХ, ПМЩ, ЛХД, сульфанол, и др. 11 Пенообразующие (для Сульфанол, Неозол, Неопор, ПО-1,ПО-6, ПО-6К, ПО-ПБ-1, легких бетонов) ПБ-2000, Морпен и др. 12 Газообразующие (для Полигидросилоксаны типа ГФ 136-41, 136-157М, пудра легких бетонов) алюминиевая ПАК или ПАП-1 13 Ускоряющие твердение Сульфат натрия (СН), Нитрат натрия (НН), Хлорид кальбетона ция (ХК), Нитрат кальция (НК), Нитрит-нитрат-сульфат
12
№
Вид добавок
14 Замедляющие твердение
15 Водоредуцирующие 1 группы 16 Водоредуцирующие 2 группы 17 Водоредуцирующая 3 группы 18 Водоредуцирующие 4 группы 19 Кольматирующие
Наименование добавок * натрия (ННСН), Нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК), Лигнопан Б-2, Кнут, УТБ Бетадур, EKOSAL L, BETODUR NA, KAKODUR и др. Лигносульфонаты (ЛСТ), нитрол-триметиленфосфоновая кислота (НТФ), кормовая сахарная патока КП, глюконат натрия, RETARDAL TKP, BC RETARDER, BC LANOSAN 70 H 120, BC WASCHBETONLACK и др. СП: C-3, 10-03, МФАС-100П,40-03, 50-03, С-4 (ДОФЕН), СМФ, Универсал П-4, Ламинакс Р73-1 и др. Модифицированные лигносульфонаты (ЛТМ, ЛСТМ, ЛСТМ-2, Лигнопан Б-1), ВРП-1, “Монолит-1”и др., Лигносульфонаты, пластификатор адипиновый (ПАЩ-1) и др. ГКЖ-10, ГКЖ-11, ПМЩ и др. Хлорид и сульфат железа, сульфат алюминия, смолы С-89, ДЭГ-1,ТЭГ-1 и др. Алюминиевая пудра, ГКЖ-94 и др. СНВ, СДО, ОП, ЩСПК, ЩСПКм, НЧК, КЧНР, ГКЖ-10, ГКЖ-11, ПФЛХ, ПМЩ, ЛХД, POROLAN STA и др. Нитрит натрия, бихроматы натрия или калия, тетраборат натрия (калия), нитрит-нитрат кальция, катапин
20 21
Газообразующие Воздухововлекающие
22
Повышение защитных свойств бетона по отношению к стальной арматуре Противоморозные Хлориды натрия и кальция, поташ, нитрит натрия, формиат натрия, мочевина и комплексы на их основе, лигнопан Б-4 Гидрофобизующие добав- ГФ113-63,АМСР-3, ПластИЛ, Пента 814, Пента 820 и др. ки 1 группы То же 2 группы ГФ136-41 (ГКЖ-94), 136-157М (ГКЖ-94М), КОМД-С То же 3 группы ГКЖ-10, ГКЖ-11, сернокислые соли пеназолинов
23 24
*Примечание. Расшифровка сокращенного наименования добавок приводится ниже при описании соответствующих групп добавок.
Ввиду больших различий химических добавок по вещественному составу и специфическим свойствам, характер их воздействия на бетонные смеси, и бетоны может существенно отличаться, а иногда носить избирательный характер. Эта пестрая картина существенно дополняется большими различиями в составе применяемых вяжущих и других бетонных смесей и вытекающими из этого индивидуальными особенностями воздействия отдельных добавок на свойства бетонных смесей и бетонов. Из сказанного видно, что обобщение данных о воздействии различных добавок на бетоны, а также прогнозирование характера и степени влияния, отдельных их разновидностей на те или иные свойства бетонных смесей и бетонов связаны с большими трудностями. Поэтому решение вопросов об эффективности и оптимальном содержании добавок в конкретных условиях, как правило, осуществляется опытным путем. 13
1.3. Методы оценки и определения эффективности химических добавок для бетона Применению добавок в бетонах должны предшествовать испытания свойств бетонных смесей и бетонов с ними в соответствии с требованиями действующих стандартов, нормативно-технической или проектно-технологической документации. В свою очередь бетоны с добавками, бетонные смеси, применяемые для них материалы, технология изготовления изделий и конструкций должны удовлетворять требованиям, предъявляемым государственными стандартами, строительными нормами и правилами и другими нормативными документами к конкретным видам изделий и конструкций с учетом их назначения Целесообразность применения добавок в бетонах определяется достижением различных технологических и экономического эффектов при эксплуатации изделий и конструкций. По показателям качества добавки должны отвечать требованиям соответствующей нормативно-технической документации на конкретный продукт, и по показателю эффективности действия – критерию эффективности согласно требований ГОСТ 24211. Эффективность добавок определяют сравнением показателей качества бетонных смесей, бетонов контрольного и основного составов, за исключением стабилизирующих, водоудерживающих добавок и добавок, повышающих защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре. Эффективность указанных добавок определяют только на бетонах основного состава. Оптимальная дозировка добавки – это минимальное количество добавки, при введении которой в состав бетона достигается максимальный эффект действия по критериям эффективности в соответствии с ГОСТ 24211. Показатель эффективности действия добавки согласно ГОСТ 24211 оценивают по следующим этапам: – вначале подбирают бетон контрольного состава, – затем определяют оптимальную дозировку добавки в основных составах; – далее сравнивают показатели бетонной смеси и бетона контрольного и основного составов. Эффективность добавок, поступивших на предприятие, оценивают в следующей последовательности: а) дается оценка соответствия добавок критерию эффективности по ГОСТ 24211; 14
б) производится оценка эффективности добавок применительно к конкретным условиям производства. Эффективность добавок следует оценивать при соблюдении следующих условий: – бетон контрольного состава должен соответствовать следующим требованиям: – в тяжелых бетонах расход цемента должен составлять 3
350 кг/м при определении эффективности действия всех добавок, кроме воздухововлекающих; – для определения эффективности воздухововлекающих добавок 3
расход цемента должен составлять 280 кг/м . Следует использовать две фракции щебня (5–10 и 10–20 мм); соотношение фракций должно быть подобрано исходя из условий минимальной пустотности. Доля мелкого заполнителя (r ) в общей массе заполнителей должна составлять: при использовании воздухововлекающих добавок r = 0,35 , при других добавках r = 0,4 ; – при испытании в легких бетонах воздухововлекающих добавок 3
принимают следующий состав бетона: цемент – 250 кг/м , пористый заполнитель – 1100 л /м
3
(30% по объему фракции 5-10 мм и 70% 3
фракции 10–20 мм); песок по ГОСТ 8736 – 250 кг/м ; – при испытании в легких бетонах пенообразующих добавок 3
принимают следующий состав бетона: цемент – 300 кг/м , пористый 3
заполнитель – 1100 л /м (30% по объему фракции 5-10 мм и 70% фракции 10–20 мм); – при испытании в легких бетонах газообразующих добавок при3
нимают следующий состав бетона: цемент – 300 кг/м , крупный порис3
тый заполнитель – 800 л /м (30% по объему фракции 5–10 мм и 70% – фракции 10–20 мм); пористый песок 1 группы по ГОСТ 9757 – 3
300 л/м ; Оптимальную дозировку добавки подбирают следующим образом. В бетонные смеси вводят добавки в количестве, равном граничным значениям, указанным в нормативной документации на добавку с 2–4 промежуточными дозировками добавки, отличающимися друг от друга на 20–30%. Строят графическую зависимость, связывающую по15
казатели качества бетонных смесей и /или бетонов, являющихся критерием эффективности по ГОСТ 24211, с дозировкой добавки. При этом работу проводят при температуре окружающего воздуха и материалов (20±5)°С, за исключением работы с противоморозными добавками; тепловую обработку бетонов проводят в пропарочной камере по режиму 3+3+6+2 ч при температуре изотермического прогрева 80°С для портландцемента и 90°С для шлакопортландцемента. Эффективность добавок по критерию эффективности оценивают в лаборатории предприятия и на производстве при соблюдении следующих условий: а) изготавливают бетон контрольного и основного составов, применяемых на производстве; б) в лабораторных и производственных условиях уточняют выбранную оптимальную дозировку добавки с учетом цели ее применения; в) работу проводят при температуре окружающего воздуха и материалов, соответствующих условиям производства; г) тепловую обработку бетонов проводят по режимам, принятым на производстве: – в лабораторных условиях – в лабораторной пропарочной камере; – в производственных условиях – вместе с соответствующими изделиями и конструкциями. Исследование эффективности добавки следует начинать с определения основного положительного эффекта, для достижения которого добавка предназначена (по ГОСТ 24211), и экспериментального уточнения оптимального количества добавки. Наряду с основным положительным эффектом следует определять наличие возможных вторичных положительных эффектов, являющихся следствием основного эффекта, а также побочных (положительных или отрицательных) эффектов, проявляющихся одновременно с основным. При исследовании эффективности вновь разрабатываемых добавок в обязательном порядке следует изучить влияние выбранной оптимальной дозировки добавки на следующие показатели качества материала: – на удобоукладываемость (по ГОСТ 10181.1), водо- и раствороотделение (по ГОСТ 10181.4) бетонной смеси; – на прочность при сжатии (по ГОСТ 10180), высолообразование, защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре. За базу 16
сравнения принимают контрольный состав. Отказ от исследования любого из названных показателей качества должен быть обоснован. Для добавок, вызывающих коррозию арматуры, следует ограничить область их применения в железобетоне.
1.4. Определения отдельных классификационных групп добавок Пластифицирующие добавки – это вещества, обладающие поверхностно-активными свойствами, увеличивающие подвижность или удобоукладываемость бетонных смесей. Использование пластифицирующего эффекта добавок в технологии железобетонных конструкций позволяет существенно облегчить формирование изделий или, при сохранении неизменной подвижности смеси, снизить ее водосодержание и за счет этого уменьшить пористость, повысить плотность, прочность, и некоторые другие характеристики бетона. Стабилизирующие добавки – вещества, способствующие снижению расслаиваемости бетонной смеси. Водоудерживающие добавки-вещества, способствующие снижению водоотделения бетонной смеси. Воздухововлекающие добавки – поверхностно-активные вещества, способствующие вовлечению в бетонную смесь при ее перемешивании мелкодисперсного воздуха, равномерно распределенного в бетоне. Пенообразующие добавки – поверхностно-активные вещества, обеспечивающие возможность получения технической пены требуемых кратности и стойкости, которые при смешении с компонентами бетонной смеси позволяют получать бетоны ячеистой или поризованной структуры. Поризующие добавки- вещества, способствующие целенаправленному образованию в теле бетона воздушных или других газообразных пор. Добавки, регулирующие твердение бетона (ускорители и замедлители твердения) – вещества, изменяющие кинетику набора прочности бетона в заданном направлении. Введение ускорителей твердения дает возможность получать бетон требуемой прочности в более короткие сроки, а иногда и с более высокой конечной прочностью. Добавки, повышающие плотность бетона, его водонепроницаемость и морозостойкость, а в определенных случаях и химическую стойкость в различных агрессивных средах- вещества снижающие
17
водосодержание бнетонных смесей, способствующие удалению воздуха и кольматации пор (водоредуцирующие и кольматирующие добавки); Добавки, повышающие защитные свойства арматуры (ингибиторы и пассиваторы коррозии арматуры)- вещества, обеспечивающие высокую коррозионную стойкость арматуры в агрессивных по отношению к ней средах. Добавки, регулирующие сроки схватывания – вещества, ускоряющие или замедляющие процессы структурообразования бетонной смеси. Противоморозные добавки- вещества, понижающие температуру замерзания воды и способствующие твердению бетона при отрицательной температуре. Гидрофобизирущие добавки – вещества, придающие стенкам пор и капилляров в бетоне гидрофобные (водоотталкивающие) свойства. Добавки всех перечисленных типов вводят в бетонные смеси при их приготовлении, как правило, с водой затворения (в виде растворов, суспензий или эмульсий). Некоторые добавки (обладающие высокой вязкостью) предварительно смешивают с одним из сухих компонентов и с ним вводят в бетоносмесители. Воздействие химических добавок на бетонные смеси и затвердевшие бетоны необходимо рассматривать в свете современных представлений о процессах гидратации цементов, формирования структуры и твердения цементного камня, а также сцепления цементного камня с заполнителями и арматурой.
18
2. Добавки-пластификаторы бетонных смесей. Классификация их по категориям Из добавок к бетонам, нашедших наиболее широкое применение в производстве бетона и железобетона, на первом месте стоят пластифицирующие добавки. Объясняется это высокой эффективностью данного вида добавок, отсутствием отрицательного действия на бетон и арматуру, а также доступностью и невысокой стоимостью. Наибольшее применение из этого вида добавок приходится на лигносульфонаты – отходы целлюлозно-бумажного производства. При изготовлении железобетонных конструкций стремятся к получению удобоукладываемой смеси при минимальных расходах цемента и водоцементного отношения. Это связано с необходимостью получения экономичных составов бетона требуемой прочности. Решение этой задачи в полной мере возможно только при использовании химических добавок, регулирующих реологические свойства бетонной смеси. Добавки, регулирующие реологические свойства бетонных и растворных смесей в большинстве своем представляют поверхностноактивные вещества (ПАВ). Отличительной особенностью ПАВ является их высокая физико-химическая активность на границе раздела фаз в дисперсных системах. Рассмотрим сущность поверхностных явлений в высокодисперсных цементных системах в присутствии добавок ПАВ. В химии фазой называется совокупность частей системы с одинаковым составом и свойствами и отделенных от остальных частей системы поверхностью раздела. В этой связи цементный раствор можно рассматривать как систему, состоящую из различных компонентов: цемента, песка и воды. Каждое твердое вещество в этой системе представляет собой отдельную фазу, не зависимо от его распределения в системе. Зерна цемента имеют размеры от 1 до 50 мкм. При этом, чем меньше размер частиц цемента, тем больше их удельная поверхность. Удельная поверхность большинства портландцементов, определенная методом воздухопроницаемости, составляет в среднем 300-350 м2/кг. Следует отметить, что данный метод определения удельной поверхности цемента не учитывает микрорельеф поверхности, микротрещины и 19
микрощели. По этой причине реальная микрогеометрическая поверхность цементной частицы во много раз больше ее кажущейся геометрической поверхности. Более достоверным методом определения истинной удельной поверхности цемента является метод БЭТ, где удельная поверхность дисперсной фазы определяется по величине адсорбции азота. Удельная поверхность современных цементов, определенная по величине адсорбции азота, составляет около 20 000 см2/кг. Расчеты показывают, что суммарная поверхность частиц цемента при его расходе 400 кг/м 3, составляет 800 000 м2. Вода, вводимая в бетонную смесь в количестве 150-200 л/м3 бетона, должна равномерно распределиться на такой огромной поверхности. Однако вода обладает значительным поверхностным натяжением (т.е. между молекулами воды, находящимися в ее поверхностном слое на границе раздела фаз, действуют значительные силы сцепления), которое препятствует ее растеканию по поверхности. Вводя в воду затворения небольшие количества ПАВ, удается существенно снизить поверхностное натяжение воды на границе раздела фаз, тем самым облегчить ее распределение на поверхности твердых тел за счет, улучшенияь смачиваемости поверхности. Кроме того, введение в дисперсную систему добавок ПАВ приводит к нейтрализации на ней разноименных зарядов, пептизации флоккул цемента и снижает вязкость цементного теста в бетонной смеси. В результате снижения вязкости цементного теста при введении добавок наблюдается разжижение бетонной смеси. Эффект разжижения бетонной смеси за счет введения добавок называется пластификацией. Эффект разжижения бетонной смеси может быть использован для облегчения процессов формования конструкций, для повышения плотности и прочности бетона за счет снижения водопотребности бетонной смеси при сохранении исходной подвижности, либо для сокращения расхода цемента. Типичными представителями добавок ПАВ с ярко выраженными пластифицирующими свойствами являются добавки на базе отходов или побочных продуктов целлюлозно-бумажной промышленности (ССБ, СДБ, ЛСТ) и суперпластификаторы -СП (С-3, 10-03, МФАС-100П и др.). Добавки этой группы наиболее эффективны в бетонных смесях с относительно высоким расходом цемента. Введение в бетонную смесь ПАВ гидрофильного типа повышает молекулярное сродство частиц цемента к окружающей среде (раствору), а также способствует развитию адсорбционных оболочек водного раствора на поверхности частиц цемента. Адсорбируясь на зернах це20
мента и поверхности гидратных новообразований, ПАВ проявляют себя не только как пластификаторы, но и как замедлители твердения. Замедление твердения и структурообразования в присутствии большинства добавок ПАВ происходит в результате уменьшения диффузии воды через адсорбционную оболочку. Скорость гидратации цемента в присутствии ПАВ зависит от химического состава добавки и ее концентрации. Технические лигносульфонаты, как правило, существенно замедляют гидратацию цемента. В тоже время некоторые СП обладают прямо противоположным свойством. Одним из специфических процессов взаимодействия гидрофильных добавок пластифицирующего типа с цементом является пептизация, в результате которой удельная поверхность цемента существенно возрастает (в 1,5–2 раза). Одновременно с этим возрастает и седиментационная устойчивость суспензий, что приводит к уменьшению водоотделения бетонных смесей. Однако проявление отмеченной выше особенности ПАВ зависит от их концентрации в воде затворения. При малых дозировках ПАВ гидрофильного типа наблюдается усиленная пептизация флоккулированных агрегатов цементных зерен вследствие образования адсорбционных слоев и усиленное диспергирование зерен цемента в процессе его гидратации. Вследствие увеличения числа частиц в единице объема и не полной их стабилизации происходит сетчатая коагуляция цементных частиц и гидратных новообразований с возникновением структурированной системы, в результате водоудерживающая способность системы повышается. При введении добавок в больших дозировках все частицы твердой фазы покрываются коллоидно-адсорбционными слоями молекул ПАВ. В результате затрудняется доступ воды к поверхности гидратирующегося цемента, что приводит к замедлению гидратации и структурообразования. Все пластифицирующие добавки в соответствии с классификацией ГОСТ 24211-2003 относятся к первой группе добавок и по величине пластифицирующего эффекта подразделяются на четыре разновидности: • пластифицирующие добавки 1-й группы – суперпластификаторы (СП); • пластифицирующие добавки 2-й группы – сильнопластифицирующие; • пластифицирующие добавки 3-й группы – среднепластифицирующие; • пластифицирующие добавки 4-й группы – слабопластифицирующие. 21
Действие пластифицирующих добавок, например, лигносульфонатов (ЛСТ, ЛСТМ и др.) связано, прежде всего, с диспергирующими и дефлокулирующими способностями этих добавок как поверхностноактивных веществ (ПАВ). Пластификаторы и СП предотвращают слипание отдельных частиц, несколько замедляют коагуляцию новообразований, при этом высвобождается некоторое количество воды, которое обычно поглощается цементными флоккулами и коагуляционными структурами. Добавки пластификаторов разжижают бетонные смеси, поэтому требуемая пластичность смеси достигается при меньшем расходе воды и цемента, чем без добавки пластификатора. Влияние пластифицирующих добавок ЛСТ, МЛС (модифицированный лигносульфонат) и ХДСК-1 (лигносульфонат, модифицированный NаОН) на свойства бетонной смеси и прочность бетона приведено в табл. 2.1. Таблица 2.1 Добавка,% от Подвижность Прочность бетона массы цемента бетонной смеси, (МПа над чертой и в % под чертой): см после пропаривания через 28 суток Без добавки 1,5-2 28,7/100 37,3/100 0,3 ЛСТ 8-9 27,5/96 35,2/94 0,3 МЛС 15-17 29,4/102 37,1/99 0,3 ХДСК-1 16-20 29,5/102 40/107
2.1. Суперпластификаторы. Классификация и механизм действия В соответствии с классификацией добавок по ГОСТ 24211-2003 суперпластификаторы (СП) относятся к добавкам, регулирующим свойства бетонных смесей, а в группе пластифицирующих добавок занимают первое место. Это обусловлено чрезвычайно высоким эффектом разжижения бетонной смеси без снижения прочности бетона во все сроки испытания. СП появились в начале 70-х годов в результате исследований японских и немецких ученых. Основная идея создания таких добавок состояла в том, чтобы получить бетонные смеси, которые можно было бы укладывать в формы, совсем не применяя механических воздействий, либо применяя их при резком снижении уровня интенсивности таких воздействий. 22
Суперпластификаторами в настоящее время принято называть специально синтезируемые органические соединения, применение которых в оптимальных дозировках позволяет получать из малоподвижных бетонных смесей (Ок = 2–4 см) литые или высокоподвижные смеси (Ок = 18–24 см) без снижения прочности бетона во все сроки твердения по сравнению с исходным составом без добавки. По своему химическому составу все суперпластификаторы (СП) можно условно разделить на четыре группы: – к первой группе относят СП на основе сульфированной меламиноформальдегидной смолы; – ко второй группе относят добавки на основе продуктов поликонденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида; – третья группа объединяет продукты поликонденсации оксикарбоновых кислот; – в четвертую группу включены модифицированные лигносульфонаты. Основные виды суперпластификаторов, нашедших сравнительно широкое применение в производстве бетонных смесей и их оптимальные дозировки приведены в табл. 2.2. Таблица 2.2 Основные виды суперпластификаторов для приготовления бетонных смесей Наименование
Условное Дозировка,% от массы обозначение цемента Сульфированные меламино10-03 0,3-0,9 формальдегидные смолы МФАС 0,3-0,9 С-3 0,4-1,0 MELMENT 1,0-2,5 Сульфированные нафталин – Полипласт СП-1 0,4-0,8 формальдегидные смолы Полипласт СП-3 0,4-0,8 Полипласт СП-1ВП 0,4-0,8 0,4-1,0 STAHEMENT N 0,4-0,8 STAHEMENT NN 0,4-0,8 30-03 0,4-0,8 40-03 Модифицированные 0,4-0,9 МЛС лигносульфонаты 0,3-0,6 МТС-1 0,4-0,6 НИЛ-20 0,1-0,5 ХДСК-1 0,3-0,35 МЛС 0,2-0,3 КОД-С 0,3-0,5 BETOFLUID 0,3-0,5 STACHEPLAST 23
От ранее применяемый пластифицирующих добавок СП отличаются постоянством своего химического состава (являются в большинстве случаев основными продуктами органического синтеза), имеют строго регламентированные технические требования, содержащимся в соответствующих технических условиях на продукт. Подавляющее число СП в мировой практике производится на основе сульфированных меламино- или нафталиноформальдегидных смол. Из них наибольшую известность получили добавки "МЕЛМЕНТ L-10" (Германия), "МАИТИ", «МИДХУ" (Япония), "ВИСКОИМЕНТ" (Германия) и ряд других. Из отечественных СП первыми получили известность добавки 10-03, 40-03, 50-03, С-3, С-4 (ДОФЕН), разжижитель СМФ, МФ-АР и ряд других. По механизму действия и технической эффективности добавки СП на основе меламина (МФ) и нафталина (НФ) довольно близки. Основное отличие их заключается в продолжительности сохранения пластифицирующего эффекта, стоимости и доступности исходного сырья. Пластифицирующий эффект добавок СП обусловлен их принадлежностью к категории поверхностно-активных веществ, что приводит к образованию на поверхностях частиц цемента и тонкодисперсной фракции заполнителей мономолекулярных адсорбционных оболочек, снижающих внутреннее трение в бетонной смеси. Кроме того, наблюдается и пептизирующее действие добавки, противодействующее образованию флоккул из цементных частиц в процессе гидратации. Явление пептизации цементных частиц приводит в свою очередь к увеличению удельной поверхности частиц и оказывает положительное влияние на интенсивность процессов гидратации и структурообразования цементного камня. Продолжительность пластифицирующего эффекта зависит от многих факторов. Длительность сохранения бетонной смесью высокой подвижности с наиболее представительной добавкой этой группы – суперпластификатора С-3 приведены в табл. 2.3. Как видно из табл. 2.3, добавка С-3 достаточно долго сохраняет эффект пластификации, не уступая в этом отношении лучшим зарубежным аналогам, что является одной из важнейших гарантий ее успешного применения в производственных условиях. Исследования ученых НИИЖБ показали, что эффект пластификации и скорость твердения бетонов при введении добавки С-3 протекает неодинаково при использовании цементов различного состава, в частности он зависит от содержания в цементе трехкальциевого алюмината. Проверка влияния добавки С-3 на твердение бетонов при обычной температуре и при пропаривании показала, что для всех испытан24
ных композиций характерно значительное увеличение прочности бетонов с добавкой при тепловлажностной обработке, как в ранние сроки, так и месячном возрасте. Причем в ранние сроки относительная величина прирости прочности более значительна, чем в 28 суточном возрасте. Таблица 2.3 Изменение во времени удобоукладываемости бетонной смеси при введении добавки С-3 Дозировка добавки,% от массы цемента 0,9 0,9
В/Ц
5 мин
0,46 0.46 0,38
3 22 5
Осадка конуса (см) через 45 мин 90 мин 2 19 5
1 16 3
На рис. 2.1 и 2.2 показано влияние добавок суперпластификаторов на прочность бетона и водоредуцирующий эффект. Добавки СП оказывает влияние практически на все важные строительно-технические свойства бетонов. К ним относятся значительное повышение водонепроницаемости и морозостойкости бетонов с добавкой при равной подвижности исходных смесей, как при нормальных условиях твердения, так и после пропаривания. Повышается морозостойкость и водонепроницаемость модифицированных бетонов, снижется их усадка и ползучесть. Наряду с перечисленными выше положительными свойствами, многие СП обладают целым рядом существенных недостатков, ограничивающих в отдельных случаях их более широкое использование. Это, прежде всего их высокая стоимость, дефицитность и ограниченная сырьевая база. Кроме того, многие эффективные СП имеют срок пластифицирующего действия в пределах 30–40 минут, что затрудняет их использование, особенно в монолитном бетоне. Как правило, СП вводятся в бетонную смесь в количествах 0,5-1,0% от массы цемента, что при их сравнительно высокой стоимости увеличивает себестоимость конечной продукции. Механизм действия суперпластификаторов сегодня до конца еще не ясен, но, тем не менее, можно считать установленными следующие факты: • молекулы суперпластификатора снижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз "жидкость- твердое тело", в то время как 25
большинство ПАВ снижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз "газ- жидкость". Этим обстоятельством как раз и обусловлено пониженное воздухововлечение в бетонную смесь в присутствии СП; • молекулы СП обладают диспергирующим эффектом на частицы вяжущего. В результате доля мелких фракций в присутствии СП увеличивается в два раза, что повышает вяжущие свойства цемента; • продолжительность пластифицирующего действия СП значительно меньше, чем обычных ПАВ, что связано с особенностями строения молекул СП и величиной их молекулярной массы; • добавки многих СП оказывают меньшее влияние на скорость гидратации цемента по сравнению с обычными ПАВ. Влияние дозировки пластификаторов R.МПа на прочность бетона 45
Влияние дозировки пластификаторов на водоредуцирующий эффект 0
40
0 35
0,2 0,4 0,6 0,8
1
1,2 1,4
-5
30
2
3
25
1 2 3
20 0
0,2 0,4 0,6 0,8
-10 2 1 3
-15 1
1,2 1,4
Дозировка пластификатора, % от массы цемента
Рис. 2.1: 1-С-3; 2-ЛСТ; 3-УПД
-20 В,%
Дозировка добавки, % от массы цемента
Рис. 2.2: 1-С-3; 2-СМФ;3-С-3+УПБ
Воздействуя на процессы формирования структуры, особенно на начальной (коагуляционной) стадии, СП изменяют реологические свойства цементной системы, способствуют сокращению ее водопотребности, что в дальнейшем отражается на параметрах кристаллизационной структуры. Таким образом, исходя из имеющихся фактов, можно предположить, что, механизм действия суперпластификаторов заключается в физической адсорбции макромолекул на активных центрах вяжущего, приводящей к снижению внутреннего трения частиц твердой фазы, а также ее диспергации. В последующем, в результате появления и накопления в системе гидроксида кальция происходит химическое взаимо26
действие функциональных групп СП с гидроксидом кальция, приводящее к нейтрализации молекул и увода их с поверхности цементных зерен. Следует отметить, что в механизме действия СП типов НФ, МФ, ЛСТ преобладает эффект электростатического отталкивания частиц цемента и стабилизации, вызванный тем, что адсорбционные слои из молекул СП повышают величину дзета-потенциала на поверхности цементных частиц. Величина дзета-потенциала зависит от адсорбционной способности СП (чем выше величина адсорбции, тем больше абсолютная величина этого потенциала, имеющего отрицательный знак). В механизме действия СП типа П роль дзета-потенциала меньше, а взаимное отталкивание частиц цемента и стабилизация суспензии обеспечивается за счет преобладающего стерического эффекта. Такое различие многие специалисты связывают со строением молекул СП разных типов: НФ, МФ, ЛСТ характеризуются линейной формой полимерной цепи; для СП типа П характерны поперечные связи и двух- или трехмерная форма. Именно поперечные звенья создают адсорбционную объемную защитную оболочку вокруг частиц твердой фазы, предотвращая слипание частиц и способствуя их взаимному отталкиванию. Следует отметить, что толщина адсорбционного слоя, как правило, больше, чем в случае с другими типами СП, а это значит, что в общем объеме свободной и адсорбционно-связанной воды в системе доля последней увеличивается. По некоторым данным силы взаимного отталкивания, вызываемые СП типа П, почти вдвое больше сил отталкивания, вызываемых МФ и НФ, и втрое больше сил, вызываемых ЛСТ. Схематично электростатический и стерический механизмы пластификации и стабилизации цементной суспензии показаны на рис. 2.3. Таблица 2.4 Обозначение
Классификация суперпластификаторов ОтносительПо основному ная стоимость По составу эффекту в меха- сухого полимера% низме действия НФ На основе сульфированных наф- Электростатиче40 талин-формальдегидных полиский конденсатов МФ На основе сульфированных мела- Электростатиче80 минфор-мальдегидных поликонский денсатов ЛСТ На основе очищенных от сахара Электростатиче20 лигносульфанатов ский П На основе поликарбоксилатов и Стерический 100 полиакрилатов 27
Благодаря таким особенностям СП типа П более эффективны, что выражается в сравнительно низких оптимальных дозировках, низкой чувствительности к виду и составу цемента, в длительном сохранении бетонными смесями первоначальной консистенции и в их повышенной связности – нерасслаиваемости. В зарубежной литературе СП этой группы получили название «Гиперпластификаторы». Гиперпластификаторы – это поликарбоксилатные эфиры. По строению это привитые сополимеры. Отличаются они тем, что диспергирование (дефлокуляция, разрушение агломератов, пластификация и т.д.) происходит по электростерическому принципу (электростатическое + стерическое (пространственное) диспергирование (отталкивание мелких частиц). В зависимости от условий синтеза получаются разные продукты, поэтому внутри торговой марки может быть много абсолютно разных продуктов. Так, внутри торговой марки «Melflux» около десятка наименований. Отличаются они от обычных СП более сильным пластифицирующим эффектом (снижение водопотребности более чем на 30%). Дозировка добавки от 0,05% и до 1,5% в зависимости от вида вяжущего. Гиперпластификаторы серии «Melflux» снижают усадку, обеспечивают высокую раннюю прочность. Производитель: Degussa Constraction Polymers (SKW Trostberg, Германия). В то же время СП типа П – наиболее дорогие материалы, что приводит к идее совмещения их с другими СП, тем более что подобные комплексы по техническим эффектам превосходят распространенные типы СП. В отечественных публикациях [22,23] рассмотрены свойства пластификаторов нового поколения, таких как Melflux®, позволяющих снизить данный показатель более чем на 30%. Однако, поскольку эффективность пластифика-торов сильно зависит от удельной поверхности цемента, его минерального состава и от физико-химических особенностей наполнителей, на практике необходимы предварительные испытания этих добавок. Известные пластифи-каторы (ЛСТ, С-3, Melment® F10) представляют собой полианионные поверхностно- активные вещества, структурные фор-мулы которых приведены на рис. 2.3 и 2.4. Принцип действия таких пластификаторов – электро-статическое диспергирова-ние – основывается на сильном смещении потенциала частиц цемента в отрицательную область. Диспергирование частиц цемента (см. схему) происходит в самом начале гидратации, при этом имеет место хемосорбция молекул пластификатора на поверхности час28
тиц цемента, особенно при повышенном содержании в составе цемента фаз С3А и CS [24]. При росте продуктов гидратации наблюдается резкое падение подвижности системы.
ЛСТ -лигносульфонат технический
СНФ -Сульфонафталинформальдегид (С-3)
СМФ - Сульфомеламинформальдегид (Melment® F10) Рис.2.3
29
Действие пластификаторов нового типа Melflux® основано на совокупности элект-ростатического и стерического (пространственного) эффекта, который достигается с помощью боковых гидрофобных полиэфирных цепей молекулы поликарбоксилатного эфира. За счет этого, водоредуцирующее действие таких суперпластификаторов в несколько раз сильнее, чем у обычных. В зависимости от условий синтеза получают поликарбоксилаты с различными длинами боковых полиэфирных цепочек. Это позволяет создавать материалы с разным соотношением стерического эффекта и анионной активности. Так в ряду Melflux® PP 100 F < Melflux® 1641 F < Melflux® 2641 F стерический эффект увеличивается. Схематичное изображение процесса диспергирования:
Поликарбоксилат Melflux® Рис. 2.4
30
Схематичное изображение процесса диспергирования:
Рис. 2.5.
2.2. Основные виды суперпластификаторов, их характеристика и назначение Суперпластификатор С-3 (ТУ 5870-002-58042865-03). Один из первых отечественных суперпластификаторов на основе продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида со специфическим соотношением фракций с различной средней молекулярной массой – полинафталинметиленсульфонат или метиленбис (нафталинсульфонат) натрия. По классификации ГОСТ 24211 С-3 относится к пластифицирующе-водоредуцирующему виду – суперпластификаторам. Рекомендуемая дозировка добавки – 0,4÷0,8% массы цемента (в расчете на сухое вещество). Дозировка зависит от назначения бетонной смеси, содержания в цементе трехкальциевого алюмината, активных минеральных добавок и дисперсности цемента. Суперпластификатор С-3, как и большинство других суперпластификаторов вводят в бетоносмеситель в виде водного раствора рабочей концентрации через дозатор химических добавок, или через дозатор воды с водой затворения. Из добавки в форме порошка перед применением готовят водный раствор рабочей концентрации путем его растворения в воде. 31
Суперпластификатор С-3 предназначен: • для резкого повышения удобоукладываемости и формуемости бетонных смесей без снижения прочности и показателей долговечности бетона (при неизменном водоцементном отношении); • для существенного повышения физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетона (при сокращении расхода воды и неизменной удобоукладываемости); • для повышения удобоукладываемости бетонных смесей и повышения физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетонов (при одновременном снижении водоцементного отношения и повышении удобоукладываемости); • для сокращения расхода цемента без снижения удобоукладываемости бетонной смеси, физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетона (при снижении водосодержания бетонной смеси). Суперпластификатор С-3 также является основой для изготовления комплексных добавок различного вида. Суперпластификатор С-3 рекомендуется применять: • при возведении всех видов конструкций из монолитного тяжелого бетона классов по прочности на сжатие В15 (М200) и выше; при изготовлении всех видов сборных железобетонных конструкций и бетонных изделий из тяжелого бетона, классов по прочности на сжатие В15 (М200) и выше; • при возведении всех видов конструкций из монолитного мелкозернистого бетона классов по прочности В10 (М150) и выше; при изготовлении всех видов сборных железобетонных конструкций и бетонных изделий на пористых заполнителях классов по прочности на сжатие В 7,5 (М100) и выше; • при необходимости изготовления бетонной смеси с применением нестандартных заполнителей, в том числе мелких песков; при возведении монолитных конструкций с применением напрягающего цемента или при использовании минеральных расширяющих добавок; • при возведении монолитных конструкций, изготовлении сборных железобетонных изделий из жаростойкого бетона на портландцементе, шлакопортландцементе и глиноземистом цементе. Пластифицированные бетонные смеси с высокой удобоукладываемостью рекомендуется применять в густоармированных конструкциях, тонкостенных конструкциях, конструкциях сложной конфигурации и т.п. Бетонные смеси со сниженным водоцементным отношением (водоредуцированные) рекомендуется применять для возведения монолит32
ных конструкций и изготовления сборных железобетонных конструкций, к которым предъявляются высокие требования по прочности, водонепроницаемости, морозостойкости, сопротивлению коррозионным воздействиям и др. ЛИНАМИКС. По своим потребительским свойствам пластификатор «Линамикс» соответствует требованиям ГОСТ 24211 для пластифицирующих – водоредуцирующих добавок – суперпластификаторов (ранее пластификаторов II группы). Пластифицирующая добавка « Линамикс» является комплексным продуктом, состоящим из натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот с добавлением комплекса на основе лингосульфонатов. Пластификатор «Линамикс», также как и С-3 применим для производства товарных бетонов, для производства сборных конструкций из высокопрочного бетона В20 и выше, напорных железобетонных труб. Дополнительный эффект пластификатора «Линамикс» – замедление схватывания. Пластификатор «Линамикс» позволяет: • повысить удобоукладываемость бетонных и растворных смесей с П1 до П4 при максимальной дозировке добавки 0.4% от массы цемента по сухому веществу; • увеличить прочность бетона на 15% (при сохранении удобоукладываемости); • повысить водонепроницаемость бетона при снижении В/Ц на 10–15%; • экономить вяжущее (цемент) в бетонных смесях без снижения прочности на 7–15%; • получить высокоподвижные смеси, укладываемые без вибрации; Введение пластификатора «Линамикс» в состав бетонной смеси рекомендуется производить в виде раствора рабочей концентрации одновременно с первыми порциями воды затворения. В табл. 2.5 показаны физико-механические характеристики бетона с пластификатором «Линамикс» в сравнении с контрольным составом. Таблица 2.5 Дозировка добавки,%
0,4 0,37
Бетонная смесь В/Ц Плотность, Расход кг/м3 цемента, кг/м3 0,5 2400 360 0,5 2410 356 0,4 2420 359
Прочность бетона на сжатие, МПа, в возрасте: ОК, 1сут 3сут 7сут 28сут см 2,8 20 3
12,8 10,1 14,3
32,9 45,6 29,9 44,2 37,8 53,4
59,4 58,3 68,3
33
ЛИНАМИКС 73Р-1. По химическому составу пластификатор "Линамикс "Р73-1" представляет собой продукт на нафталинформальдегидной основе с добавлением модифицированных лигносульфонатов. Согласно классификации химических добавок по ГОСТ 24211 "Линамикс Р73-1" соответствует пластификаторам I-й группы. "Линамикс Р73-1" предназначен для модифицирования бетонов и строительных растворов преимущественно в монолитном строительстве и при производстве железобетонных изделий. Использование пластификатора "Линамикс Р73-1" позволяет: • повысить удобоукладываемость бетонных и растворных смесей с П1 до П5 при дозировке добавки 0,4% к массе цемента; • увеличить прочность бетона на 20% (при сохранении удобоукладываемости) при дозировке добавки 0,4% к массе цемента; • повысить водонепроницаемость бетона при сниженном В/Ц на 1 – 2 позиции; • повысить сохраняемость бетонной смеси до 2-2,5 ч при введении пластификатора в количестве 0,4% к массе цемента; Пластификатор "Линамикс Р73-1" производится в виде порошка желто-коричневого цвета или водного раствора коричневого цвета. Массовая доля сухих веществ в порошке пластификатора не менее 90%, в водном растворе не менее 35%. Показатель активности водородных ионов (рН) составляет 10,0+1,5. Плотность водного раствора при 20оС не менее 1,18 г/см3. Содержание хлорид-ионов не превышает 0,1%. При производстве сухих строительных смесей порошкообразный пластификатор, как и другие модифицирующие добавки, вводят в смеситель. Водный раствор пластификатора "Линамикс Р73-1" можно хранить при температуре не ниже +5оС. При случайном замерзании добавка не снижает своих качественных показателей, перед применением водный раствор должен быть отогрет до температуры не менее плюс 10оС и тщательно перемешан. Продукт сертифицирован Госстроем России – Сертификат соответствия № РОСС RU.СЛ10.H.00059, имеет гигиеническое заключение № 77.01.03.587.П.02130.02.3. Результаты испытания добавки приведены в табл. 2.6. ДИСПЕРГАТОР НФ – продукт, получаемый сульфированием нафталина серной кислотой с последующей конденсацией с формальдегидом и нейтрализацией едким натром. Выпускается диспергатор НФ марок «А» и «В». Диспергатор НФ выпускается в виде 35-36% раствора или сухого порошка с массовой долей влаги не более 10%. 34
Таблица 2.6 Влияние добавки "Линамикс Р73-1" на физико-механические свойства бетона Изменение подвижности бетонной смеси в Средняя плотность и прочность на Плот{PRIVATE}Номер ность зависимости от ее вы- сжатие образцов после термообрасостава и факсвежее- держки в поме-щении ботки (2+3+8+2час. при t= 65-70oС) тический расход мапри- лаборатории при t=20oС и нормальном твердении после: через: териалов на м3 бетон- готовной смеси с одинако- ленной термообра- одних трое семи вым В/Ц смеси, 15 60 90 120 сут. сут. сут. ботки кг/м3 мин мин мин мин ρ МПа МПа МПа МПа кг/м3 Ц = 425 кг,В/Ц = 0,45 2400 6 4,5 4 2 2410 33,0 13,0 24,1 31,2 Д = 0,3%;Ц = 428 кг. 9,2 29,7 40,3 2410 >31 <30 21 18 2420 29,8 В/Ц = 0,447 Д = 0,37%;Ц = 427 кг. 2410 >31 >31 >31 <30 2420 32,3 9,7 29,5 38,2 В/Ц = 0,447 Д = 0,6%;Ц = 427 кг. 2410 >31 >31 >31 >31 2420 19,4* 20,7 40,3 В/Ц = 0,447 Д = 0,4%;Ц = 468 кг. 8,5 27,6 35,3 2420 >31 >31 >31 <30 В/Ц = 0,414 Д = 0,6%;Ц = 468 кг. 17,3* 20,1 41 2420 >31 >31 >31 >31 В/Ц = 0,416
*Примечание: Прочность через 2-е суток
Диспергатор НФ добавляется из расчета 0,45% (в пересчете на сухое вещество), вещество умеренно опасное, 3 класс опасности по ГОСТ 12.1.007. Предельно допустимая концентрация 2 мг/м3. При работе с диспергатором НФ необходимо применять средства индивидуальной защиты от попадания продукта на кожные покровы, слизистые оболочки и проникновения его пыли и паров в органы дыхания и пищеварения (по ГОСТ 12.4.011-87 и ГОСТ 12.4.103-83), а также соблюдать правила личной гигиены. Жидкий диспергатор НФ (содержание влаги не более 68%) транспортируется в собственных цистернах изготовителя по 60 т. Сухой диспергатор НФ упаковывается в полипропиленовые мешки с полиэтиленовым вкладышем по 25–40 кг или мягкие контейнеры МКР по 500-650 кг, транспортируется автотранспортом на самовывоз, железнодорожными вагонами, полувагонами с нормой загрузки 40т, а также 20, 5 и 3-тонными ж/д контейнерами. СЕМПЛАСТ – синтетический пластификатор на основе солей полигидроксикарбоновых кислот- темно-коричневая жидкость; поставляется в виде 40-42%-ного раствора; не содержит едких и вредных ве35
ществ; 3 класс безопасности по ГОСТ 12.1-007; не проявляет агрессивности по отношению к арматуре, не замерзает до температуры – 25оС. Характерными свойствами «Семпласта» являются отсутствие дополнительного воздухововлечения, ускорение процессов структурообразования и интенсификация процессов твердения. Используется для придания бетонным смесям высокой подвижности, повышения качества лицевых изделий, повышения прочности, непроницаемости и долговечности бетона за счет водоредуцирующего эффекта. Может применяться как и С-3, «Линамикс», «Линамикс Р73-1», в производстве легкого и тяжелого конструкционного бетона, строительных растворов, в монолитных и сборных железобетонных конструкциях, в том числе при бетонировании густоармированных конструкций, в дорожных бетонах и мостовых конструкциях. Семпласт повышает подвижность бетонных смесей от 2–4 до 20 см и выше без снижения прочности в регламентируемые сроки твердения; водоредуцирующая способность – до 20%; прочность пластифицированного бетона – не менее 100–120% от эталона во все регламентируемые сроки твердения; повышение прочности бетона при водоредуцировании – до 50% от прочности эталона; морозостойкость – повышается на 1–2 марки. Вводят добавку в бетонную (растворную) смесь в дозировке 0,2–0,5% от массы цемента в зависимости от требований используемой технологии, состава бетонной смеси и вида цемента. Добавка Семпласт выпускается по ТУ 5870-002-510077990-01 "Добавка для бетонов Семпласт", утвержденным Госстроем России. Соответствует Европейскому стандарту LNEC E-374 (по результатам исследований сертификационного центра Idite Minho, Португалия). ДЕФОМИКС. По своим потребительским свойствам пластификатор «Дефомикс» соответствует требованиям ГОСТ 24211-03 и относится к группе пластифицирующих – водоредуцирующих добавок – суперпластификаторов (ранее пластификаторов 1 группы). Пластификатор «Дефомикс» применим для получения бетонов как низких, так и высоких марок по аналогоии с С-3. При приготовлении бетона с пластифицирующей добавкой «Дефомикс» наибольший эффект достигается при использовании бездобавочных портландцементов. Пластификатор «Дефомикс» позволяет: • получить бетонную смесь с содержанием воздуха 0.8–1.5%; • повысить прочность бетона на 25-30% (при О.К.=соnst, прочность повышается на 30–50%, при В/Ц=соnst не происходит снижения прочности бетона); 36
• экономить вяжущее (цемент) в бетонных смесях без снижения прочности на 7-15%; • получить высокоподвижные смеси, укладываемые без вибрации с уплотненной структурой цементного камня и улучшенной текстурой поверхности. Пластификатор «Дефомикс» обладает ингибирующими свойствами по отношению к арматуре. По сравнению с добавкой С-3 добавка Дефомикс уменьшает объем вовлеченного воздуха с 3,3% (С-3) до 1,1%. Фирма ООО «Полипласт» и ЗАО «Владимирский ЖБК» на основе натриевых солей полимениленафталинсульфокислот разработали добавки СП с добавлением воздухопо-давляющего компонента под товарным названием ПОЛИПЛАСТ СП-1ВП и МЕГАЛИТ-С-3 МЛ. Введение добавок в бетонную смесь в дозировках 0,4–0,8% позволяет понизить содержание вовлеченного воздуха до 1% (с добавкой С-3 объем вовлеченного воздуха достигает 3–3,5%). МЕГАЛИТ С-З МЛ является одной из комплекса пластифицирующих добавок серии «Мегалит» (ТУ 5730-003-43184789-2005). Добавка сертифицирована и прошла все лабораторные и сертификационные испытания. «Мегалит С-З МЛ», аналог СП С-З, является пластифицирующей добавкой для цементных растворов и бетонов. Применение «Мегалит С-З МЛ (рис.2.6) позволяет: • получить литые смеси (подвижность до П5); • повысить прочность бетона (до 30%); • экономить цемент до 20%; • улучшать технологические и реологические свойства бетонной смеси; • снижать расход воды на 20-25%; • замедлять сроки схватывания смесей без снижения физикомеханических характеристик и показателей долговечности бетона. Рекомендуемая дозировка добавки «Мегалит С-З МЛ» от 0,3% до 0,5% от массы цемента (в расчете на сухое вещество). Наиболее эффективные области применения «Мегалит С-З МЛ» – производство железобетонных, бетонных изделий и конструкций: плит, панелей, напорных труб, массивных густоармированных конструкций; возведение монолитных строений, железобетонных сооруже-ний, изготовление бетонных полов и покрытий, а также для производства тротуарной плитки и малых архитектурных форм. Добавка «Мегалит С-З МЛ изготавливается в виде водного раствора или в форме сухого порошка, массовая доля сухих веществ в порошке не менее 90% и не менее 30% в водном растворе. 37
Показатели подвижности (ОК,см) и прочности (МПа)
Влияние добавки Мегалит С-3 МЛ на подвижность бетонной смеси и прочность бетона 60 50
4
40 3
30
1 2
20 10 0 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Рис.2.6: 1-подвижность бетонной смеси при постоянном В/Ц=0,5; 2,3,4-прочность бетона в возрасте, соответственно, 3, 7, 28суток Внешний вид добавки – однородный порошок светлокоричневого цвета или жидкость темно-коричневого цвета. Показатель активности водородных ионов (рН) около 7-9. ПОЛИПЛАСТ СП-1ВП (ТУ 5870-005-58042865-05) – добавка, относящаяся к пластифицирующему-водоредуцирующему виду – суперпластификаторам. Представляет собой смесь натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот различной молекулярной массы с добавлением воздухоподавляющего компонента. Суперпластификатор ПОЛИПЛАСТ СП-1ВП рекомендуется применять в производстве сборного и монолитного железобетона по аналогии с С-3. Максимальная эффективность суперпластификатора ПОЛИПЛАСТ СП-1ВП достигается при изготовлении высокоподвижных смесей П4 и П5 и при получении высокопрочных бетонов класса В40 и выше. Суперпластификатор ПОЛИПЛАСТ СП-1ВП рекомендуется применять для изготовления бетонных конструкций и изделий с уплот38
ненной структурой цементного камня и с улучшенным качеством поверхностей. Применение суперпластификатора ПОЛИПЛАСТ СП-1ВП позволяет: • увеличить подвижность бетонной смеси от П1 до П5 без снижения прочности и долговечности бетона (при неизменном содержании воды и цемента); • увеличить прочностные характеристики бетона на 20% и более (за счет сокращения расхода воды при неизменных расходах цемента и подвижности бетонной смеси); • получить бетонные смеси и бетоны, содержащие не более 1,7% вовлеченного воздуха; • изготавливать конструкции и изделия с уплотненной структурой цементного камня и с улучшенным качеством поверхностей; • снизить расход цемента в равноподвижных смесях на 15–20%; • сократить продолжительность и энергетические затраты при тепло-влажностной обработке бетона; • значительно сократить время и энергетические затраты на вибрирование бетонной смеси, а в ряде случаев и полностью отказаться от вибрирования. Таблица 2.7 Динамика набора прочности бетона и содержание воздуха в бетонной смеси с добавкой ПОЛИПЛАСТ СП-1ВП Вид и дозиров- Расход В/Ц Плот- Содер- ОК, Прочность бетона на сжатие, ка цеменность жание см МПа, в возрасте, суток добавки та, кг/м3 смеси возду1 2 3 7 28 кг/м3 ха в смеси,% С-3- 0,6% 348 0,53 2373 1,7 3 4,7 11,8 15,6 25,1 35,2 С-3-0,6% 346 0,53 2360 3,2 21,5 4,2 11,2 15,6 25,4 35,3 Полипласт 351 0,44 2366 3,4 4 6,8 16,5 21,8 33,9 42,2 СП-1 ВП -0,6% Полипласт 353 0,53 2380 1,2 21 4,4 11,5 16,4 26,4 36,9 СП-1 ВП-0,6% С-3- 0,6% 353 0,44 2384 1,1 4 7,1 17,1 22,6 35,2 44,0
Суперпластификатор с пониженным воздухововлечением ПОЛИПЛАСТ СП-1ВП производится в сухой и жидкой форме: в виде во-
39
дорастворимого порошка коричневого цвета или водного раствора темно-коричневого цвета, имеющего концентрацию не менее 32%. Рекомендуемая дозировка данного суперпластификатора в бетонные и растворные смеси составляет 0,4–0,8% сухого вещества от массы цемента. Добавка вводится в бетонную смесь в виде водного раствора рабочей концентрации. Следует учитывать, что при увеличении дозировки количество воздуха, вовлеченного в бетонную смесь, снижается. Суперпластификатор ПОЛИПЛАСТ СП-1ВП жидкий – вещество пожаро- и взрывобезопасное, сухой – горючее вещество (средства пожаротушения: тонкораспыленная вода, воздушномеханическая пена на основе ПО-1Д, Сампо, ПО-6К, ПО-ЗАИ). Суперпластификатор ПОЛИПЛАСТ СП-1ВП – вещество умеренно опасное и относится к 3 классу опасности по ГОСТ 12.1.007. При работе с добавкой необходимо применять средства индивидуальной защиты (специальную одежду, обувь, средства защиты рук, органов зрения и дыхания). ПОЛИПЛАСТ СП-2ВУ. Добавка «Полипласт СП2-ВУ» (ТУ 5745-015-58042865-2006) представляет собой суперпластификатор со стабилизирующим компонентом, регулирует раствороотделение и водоотделение в бетонных и строительных смесях. Добавка «Полипласт СП2-ВУ» применяется для предотвращения расслаивания бетонных и растворных смесей. Применение добавки позволяет (табл. 2.8) получить высокоподвижные бетонные смеси (от П1 до П5) без снижения прочности бетонов, а также для устранения раствороотделения и водоотделения, повышения прочности и других показателей качества бетонов за счет водоредуцирующего действия. Таблица 2.8 Добавка
Прочность бетона на сжатие, МПа в возрасте, суток Состав Дозировка,% В/Ц Плотность, Расход ОК, 1 3 7 28 кг/м3 цемента, см кг/м3 Контрольный --0,553 2383 353 1 10,5 19,8 27,9 34,5 Полипласт 0,5 0,553 2362 346 20,5 8,3 19,5 29,6 34,8 СП2-ВУ №1 Полипласт 0,5 0,468 2370 364 1.5 12,5 27,8 35,8 40,1 СП2-ВУ №2
40
Бетонная смесь
ПОЛИПЛАСТ СП-1 – добавка, относящаяся к пластифицирующему-водоредуцирующему виду – суперпластификаторам. Представляет собой смесь натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот различной молекулярной массы. Суперпластификатор Полипласт СП-1 (ТУ 5870-005-5804286505) рекомендуется применять в производстве сборного и монолитного железобетона по аналогии с добавкой С-3. Максимальная эффективность суперпластификатора ПОЛИПЛАСТ СП-1 достигается при изготовлении высокоподвижных смесей П4 и П5 и при получении высокопрочных бетонов В40 и выше. Суперпластификатор ПОЛИПЛАСТ СП-1 рекомендуется применять при производстве бетонных смесей при необходимости использования нестандартных заполнителей и мелких песков, а также при применении шлакопортландцемента, пуццоланового и глиноземистого цементов. Применение суперпластификатора ПОЛИПЛАСТ СП-1 позволяет: • увеличить подвижность бетонной смеси от П1 до П5 без снижения прочности и долговечности бетона (при неизменном содержании воды и цемента); • увеличить прочностные характеристики бетона на 20% и более (за счет сокращения расхода воды при неизменных расходе цемента и подвижности бетонной смеси); • получить бетоны с высокими показателями водонепроницаемости (W8 и более), морозостойкости (F300 и более) и коррозионной стойкости; • снизить расход цемента в равноподвижных смесях на 15–20%; • сократить время и энергетические затраты на тепловлажностную обработку бетона; • значительно сократить время и энергетические затраты на вибрирование бетонной смеси, а в ряде случаев и полностью отказаться от вибрирования Суперпластификатор ПОЛИПЛАСТ СП-1 добавляется в бетонные и растворные смеси в виде водного раствора рабочей концентрации в количестве 0,4–0,8% сухого вещества от массы цемента. ПОЛИПЛАСТ СП-3ВП- суперпластификатор, изготавливается с пониженным (нормируемым) воздухововлечением – тип ВП, в форме порошка (микрогранул) и в форме водного раствора. По классификации ГОСТ 24211 относится к пластифицирующе-водоредуцирующему виду –суперпластификаторам. 41
Таблица 2.9 Влияние суперпластификатора ПОЛИПЛАСТ СП-1 на подвижность бетонной смеси и прочность бетона Добавка Состав
Бетонная смесь
Дози- В/Ц Расход ОК, с цемента, м ровка, % кг/м3 Контрольный 0,5 357 2,5 Полипласт 0,6 0,5 350 21,5 СП-1 Полипласт 0,6 0,42 352 3 СП-1 Полипласт 0,6 0,49 298 3 СП-1
Прочность бетона на сжатие, МПа, в возрасте, суток 1 3 7 28
Плотность, кг/м3 2383 2362
5,6 5,2
17,8 18,0
26,2 26,4
37,3 37,6
2370
8,1
24,9
35,4
44,8
2367
5,1
17,2
25,9
38,0
Рекомендуемая дозировка добавки – 0,4–0,8% массы цемента (в расчете на сухое вещество). Дозировка зависит от назначения бетонной смеси, содержания в цементе трехкальциевого алюмината, активных минеральных добавок и дисперсности цемента. Назначение суперпластификатора «Полипласт СП-3ВП» и рекомендации по его применению аналогичны добавки С-3. Суперпластификатор «Полипласт СП-3ВП» может применяться в предварительно напряженных железобетонных конструкциях армированных термомеханически упрочненной арматурой, предназначенных для эксплуатации в неагрессивных средах. Для преднапряженных конструкций, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах, следует применять термомеханически упрочненную арматуру классов Ат-IVК и Ат-VК. Суперпластификатор «Полипласт СП-3ВП» не допускается применять для железобетонных и бетонных конструкций и изделий при наличии в заполнителе реакционноспособного кремнезема, а также предназначенных для электрифицированного транспорта и промышленных предприятий, потребляющих постоянный ток. Добавки С-3, "Линамикс", "Линамикс Р73-1", «ПОЛИПЛАСТ СП-1», «Полипласт СП-3ВП», «Полипласт СП-1В», «Полипласт СПСП-2У» в форме порошка упаковывается в мешки тканевые полипропиленовые с полиэтиленовым вкладышем массой 25 кг, контейнеры мягкие специализированные массой 500–700 кг. 42
В форме раствора эти суперпластификаторы заливают в железнодорожные цистерны(60-66 т), автоцистерны (до 19 т), пластиковые и металлические емкости с нижним сливом (возвратная тара) или отпускается в тару покупателя. Транспортирование – любым видом транспорта в соответствии с действующими правилами. В зимнее время добавка в форме раствора перед сливом и применением должна быть подогрета и перемешана до полного растворения осадка. Хранение в упаковке изготовителя или закрытых емкостях на закрытых складах любого типа. Гарантийный срок хранения – 12 месяцев с даты изготовления. STAHEMENT N – добавка-разжижитель для бетонных смесей и растворов на базе модифицированных нафталиновых полимеров с более высоким разжижительным действием по сравнению с другими расжижителями, обычно применяющимися в настоящее время. Это свойство используется, прежде всего, при производстве товарных бетонов. STAHEMENT NN – добавка-разжижитель для бетонных смесей и растворов. Это водный раствор сульфированного поликонденсата на базе нафталина. Применяется при производстве элементов заводского изготовления, предварительно напряженного бетона, монолитных конструкций из бетона, легкого бетона, промышленных полов и т.д. STAHEMENT ML – добавка-разжижитель для бетонных смесей и растворов на базе модифицированных меламиновых полимеров с более высоким разжижительным действием по сравнению с другими расжижителями, обычно применяющимися в настоящее время. Применяется при производстве элементов заводского изготовления, а также при производстве товарных бетонов. MELMENT -- суперпластификатор на базе меламиноформальдегидной смолы. Способствует производству бетона высоких классов прочности из смеси подвижной консистенции при относительно низком потреблении цемента. Кроме того, повышает прочность и водонепроницаемость, а также атмосферостойкость бетона и его устойчивость к действию химических веществ. Применяется при производстве элементов заводского изготовления, а также при производстве товарных бетонов. MELCRET 500 – суперпластификатор на базе нафталиноформальдегидной смолы. Предназначен для производства бетона всех классов прочности. Обеспечивает высокую удобоукладываемость бетонной смеси длительное время. Применяется при производстве элементов заводского изготовления, а также при производстве товарных бетонов. 43
БИСИЛ СЦЦ – не содержащий хлоридов низкощелочной гиперпластификатор, предназначенный для получения литых высопластичных смесей и высококачественного бетона. Совместим с любыми гидравлическими вяжущими. Позволяет снизить количество воды затворения на 40% и В/Ц до 0, 35. Производство испанского концерна «Дризоро». БИСИЛ ПОЛ – пластификатор-концентрат для улучшения пластичности бетонных смесей и растворов. Может добавляться в готовую бетонную смесь. Снижение количества воды затворения до 30% и В/Ц до 0,4. БИСИЛ СПФ – суперпластификатор, улучшающий пластичность, подвижность бетонных смесей, прочностные показатели бетона и цементных растворов, одновременно позволяя снизить количество воды затворения. МАПЕФЛЮИД Х408 (MAPEFLUID X 408) – высокоэффективная добавка для бетона на основе пластификатора и микросиликагеля для производства бетона, устойчивого к сульфатам, хлоридам и карбонизации. Жидкий гиперпластификатор (44% раствор) для высококачественного бетона (с высокими показателями водонепроницаемости и прочности, особенно с высокой начальной механической прочностью) с пониженной потерей удобоукладываемости. Дозировка: 1–2,4% от массы цемента. Mapefluid X408 полностью отличается от обычных гиперпластификаторов на основе нафталинового сульфоната или меламинового сульфоната, конденсированного формальдегида. Эта добавка к бетонам на основе сульфонатного акрилового полимера, совершенно не содержащая формальдегид. Кроме высокого пластифицирующего эффекта, Mapefluid X408 оказывает ускоряющее действие на гидрацию цемента, не подвергая опасности снижения удобоукладываемости со временем. В отличие от обычных гиперпластификаторов, чей диспергирующий эффект является более эффективным при введении добавки в предварительно перемешанную бетонную смесь, Mapefluid X408 в любом случае оказывает максимальное диспергирующее действие, независимо от времени его добавления в бетонную смесь (в начале или в конце процесса перемешивания). Эти характеристики получаются благодаря специфического химического состава (несульфонатные акриловые полимеры). Диспергирующее действие этой добавки намного выше, чем при использовании обычных супер- и гиперпластификаторов на нафталинили меламин сульфонатной основе. 44
МАПЕФЛЮИД X 404 (MAPEFLUID X 404) – специальный высокоэффективный супер-пластификатор на акриловой основе с сильно замедляющим действием. Предназначен для всех высококачественных бетонов в жаркое время года. Не содержит сульфата и формальдегида. Дозировка: 0,9 -1,9 л на 100 кг цемента. МАПЕФЛЮИД Х404 (MAPEFLUID X414) – 23% водный раствор акриловых полимеров без формальдегида, способных эффективно рассеивать гранулы цемента с дополнительными добавками, которые обладают стабилизирующими и водоудерживающими свойствами, значительно улучшают перекачиваемость бетонной смеси. Независимо от цели использования MAPEFLUID X414 (повышение прочности, обрабатываемости, снижения расхода цемента), специальное действие добавки может регулироваться для достижения требуемых результатов путем варьирования дозировки в пределах между 0,5% и 1,5% по массе цемента: чем больше доза, тем больше эффект. Благодаря специальному химическому составу (не сульфонатные акриловые полимеры), показатели MAPEFLUID X414 в несколько раз превосходят результаты, показываемые обычными, выше упомянутыми суперпластификаторами на основе сульфированных нафталин- или меламинформальдегидных смол. МАПЕФЛЮИД ПЗ500 (МАPEFLUID PZ500) – порошковая добавка с пуццолановым и суперпластифицирующим действием для получения высококачественного специального бетона. МАPEFLUID PZ500 может быть эффективно использован в двух случаях: • для высококачественного бетона устойчивого к агрессивной окружающей среде (новые конструкции или реставрация разрушающихся конструкций); • для бетона со специальными реологическими свойствами, гарантирующими высокую тиксотропность во время укладки. МАPEFLUID PZ500 – порошок темного цвета, состоящий, в основном, из аморфного кремнезема в форме сферических гранул размером в доли микрона. Чрезвычайно маленький размер гранул МАPEFLUID PZ500 (в основном, менее 0,1 мк) позволяет заполнять промежутки между цементными цастицами, размером 0,1–100 мк. В результате образуется гораздо более плотная и компактная цементная матрица, что обеспечивает: • пластичность и способность к сцеплению бетонной смеси; • непроницаемость и долговечность затвердевшего бетона. МАPEFLUID PZ500 повышает прочность, непроницаемость и долговечность бетона значительно лучше, чем обычные жидкие супер45
пластификаторы. Даже в само-выравнивающихся бетонах (осадка конуса > 22 см) отсутствует водоотделение. Добавку PZ500 следует использовать в количестве от 20 до 60 кг на 1 м³ бетона. Как правило, на 1 м³ бетона с высокими показателями по непроницаемости, долговечности и прочности требуется 40 кг МАPEFLUID PZ500 и 350 кг цемента класса 425. Дозировка варьируется в зависимости от требуемых характеристик. МАПЕФЛЮИД ИФ 328 (MAPEFLUID IF 328) – специальный высокоэффективный пластификатор с ускоряющим действием на нафталиносульфонатной основе. Предназначен для производства готовых сборных элементов (0,8-2,1л 40% раствора на 100кг цемента). МАПЕФЛЮИД М 318 (MAPEFLUID M 318) – высокоэффективный пластификатор с ускоряющим действием на меламиновой основе. Предназначен для производства сборных железобетонных конструкций. Дозировка: 0,8–2,0 л на 100 кг цемента. МАПЕФЛЮИД М 308 (MAPEFLUID M 308) – высокоэффективный пластификатор бетона с ускоряющим действием на меламиновой основе. Применим для производства сборных железобетонных конструкций. Дозировка: 0,8 – 2,1 л на 100 кг цемента. МАПЕФЛЮИД Н 200 (MAPEFLUID N 200 )-- суперпластификатор для бетона на полимерной основе. Предназначен для изготовления высококачественного бетона с увеличенным временем схватывания и низким соотношением вода-цемент. Применим при низких температурах. Дозировка: 0,4 -1,3 л на 100 кг цемента. МАПЕФЛЮИД Р 104 (MAPEFLUID R 104) – суперпластификатор для бетона замедленного действия на полимерной основе для изготовления высококачественного бетона с увеличенным временем схватывания. Применим при низких температурах. Дозировка: 0,4 -1,3 л на 100 кг цемента. МАПЕФЛЮИД Н 100 (MAPEFLUID N 100) – суперпластификатор слегка замедляющий схватывание при перевозке бетонной смеси в миксерах и для изготовления высоко-качественного бетона с низким соотношением вода-цемент. Дозировка: 0,4–1,3 л на 100 кг цемента. МАПЕМИКС Р 64 (MAPEMIX R 64) – универсальный пластификатор бетона на водно-полимерной основе со слегка замедленным действием. Особенно применим при очень жаркой погоде. При низкой дозировке действует как обычный пластификатор, при повышенной дозировке (начиная с 0,8%) – как суперпластификатор. Дозировка: 0,25–1 л на 100 кг цемента. 46
МАПЕМИКС Н 60 (MAPEMIX N 60) – универсальный пластификатор бетона на основе активных полимеров в водном растворе для всех марок высококачестенного бетона. При низкой дозировке действует как обычный пластификатор, при повышенной дозировке (начиная с 0,8%) – как суперпластификатор. Дозировка: 0,25 – 1 кг на 100 кг цемента. МАПЕПЛАСТ Н 30 (MAPEPLAST N 30) – высокоэффективный пластификатор для получения высокопрочного бетона. Дозировка: 0,15 – 0,4 л на 100 кг цемента. МАПЕПЛАСТ Н 10 (MAPEPLAST N 10) – высокоэффективный пластификатор на лигнин-сульфонатной основе для получения качественного и высокопрочного бетона. Дозировка: 0,15–0,4 л на 100 кг цемента. SK-3 производится в виде жидкого вещества, вязкой консистенции (Германия). Данная добавка обладает всеми свойствами суперпластификатора. Эффекты от применения этой добавки: • снижение водопотребности бетонной смеси до 30% для получения равноподвижных смесей; • повышение морозостойкости; • повышение водонепроницаемости; • увеличение текучести бетонных смесей для бетонирования густоармированных и обычных конструкции; • повышение прочности, плотности и однородности бетона, улучшение его структуры; • получение гладкой высококачественной лицевой поверхности изделий различной формы; • снижение трудозатрат при укладке бетонных смесей; • экономия цемента до 30%. SK-3 выгодно отличается от прочих добавок тем, что при более малом расходе обеспечивает вышеперечисленные эффекты в комплексе, когда как другие добавки обеспечивают только отдельно взятые пункты. Наиболее эффективные области применения: строительство водозаборных сооружений, бассейнов, производство железобетонных, бетонных изделий и конструкций (плиты, массивные густоармированные конструкции), возведение монолитных строений, железобетонных сооружений, производство тротуарной плитки и малых архитектурных форм. В германии фирмой «Degussa Constraction Polymers (SKW Trostberg» разработана серия гиперпластификаторов на основе поликарбок47
силатов под торговом маркой MELFLUX ХХХХ. Характеристика основных представителей добавок этой фирмы приводится ниже. MELFLUX 1641 F – порошковый продукт, полученный методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата. Поставляется в виде желтоватого порошока с насыпной плотностью 400–600 г/л и в виде 20% раствора с рН = 6,5–8,5. Используется как высокоэффективный диспергатор, обладает сильным водоредуцирующим эффектом, снижает усадку бетона и раствора. Дозировка: 0,05–0,5% от массы вяжущего. MELFLUX 2641 F – порошковый продукт, полученный методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата. Поставляется в виде желтоватого порошка с насыпной плотностью 350–600 г/л и в виде 20% раствора с рН = 6,5–8,5. Высокоэффективный диспергатор, снижает усадку, эффективен в широком диапазоне температур, обеспечивает высокую раннюю прочность, в отличие от Melflux 1641 F меньше замедляет схватывание смеси.Дозировка: 0,05–0,5% от массы вяжущего. MELFLUX 2651F- высокоэффективный гиперпластификатор, разжижитель и противоусадочный компонент для сухих строительных смесей и других строительных композиций на основе портландцемента, обеспечивает высокую раннюю прочность. MELFLUX PP 100 F– порошковый продукт, полученный методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэтиленгликоля, выпускается в виде желтоватого порошка с насыпной плотностью 300–500 г/л и в виде 20% раствора с рН = 6,5–8,5; Особенности: высокоэффективный диспергатор; снижает усадку; эффективен в широком диапазоне температур. Дозировка: 0,05–0,5% от массы цемента. MELFLUX PP200F – высокоэффективный гиперпластификатор, разжижитель и противоусадочный компонент для самовыравнивающихся наливных полов на основе портландцемента и смешанных вяжущих на его основе, обеспечивает высокую раннюю прочность. МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ЛИГНОСУЛЬФОНАТЫ, хотя и наименее эффективные из числа известных суперпластификаторов, но имеют не высокую стоимость, промышленное производство и применение ЛТМ (лигносульфонаты технические модифицированные) не вызывает особых сложностей благодаря доступности исходных материалов, простоте и невысокой стоимости необходимого оборудования. Проводимые в последние годы в нашей стране исследования позволили выявить некоторые основные направления повышения эффективности технических лигносульфонатов как пластификаторов бетонной смеси. 48
К ним относятся: очистка лигносульфонатов от сопутствующих компонентов (редуцирующих веществ); фракционироание лигносульфонатов, т.е. выделение опреде-ленного диапазона фракций по молекулярной массе; введение в состав лигносульфонатов кислот или их солей дополнительных функциональных групп; перевод лигносульфонатов в другое основание по валентности катиона в целях повышения или снижения адсорбционной способности и поверхностной активации; снижение пенообразующей (воздухововлекающей) способности ЛСТ; окисление ЛСТ азотосодержащими веществами; механохимическая обработка лигносульфонатов. Рассмотрим особенности приготовления и применения некоторых модифицированных лигнгосульфонатов в бетонах и растворах. ХИМИЧЕСКАЯ ДОБАВКА ЛТМ (ТУ 480-2-4-86) рекомендована к массовому выпуску и применению ЦНИИОМТП и институтом «Теплопроект». Модификация ЛСТ путем тепловой обработки с введением электролита (сернокислого натрия) в трех- и пятикубовые смесителяхреакторах с лопастными смесителями, снабженными паровыми рубашками. Исходными продуктами для получения ЛТМ являются ЛСТ и сернокислый натрий, поступающие к месту выгрузки и переработки автотранспортом. Приемный бункер сернокислого натрия имеет два отделения: в первом, выгруженная из самосвала кристаллическая масса влажностью 40–50% обводняется дополнительным количеством воды и активно барботируется сжатым воздухом, полученный солевой раствор переливается во второе – расходное отделение, а оттуда в реактор, из которого концентрированный солевой раствор поступает в необходимой пропорции в смесители-реакторы. Таблица 2.10
Изделия
Расход цемента, Расход Класс кг/м3 ЛТМ, бетона Без добавки 3 с ЛТМ л/м
ЭконоСредняя мия цепрочность, мента, МПа кг/м3 25 12,4
Сборные бетонные В7,5 200 175 7 блоки ГОСТ 13579 78 Товарный бетон В12,5 235 200 11,5 35 16,3 В15 280 240 14 40 20,4 В22,5 400 350 17 50 30,4 Примечание. Изделия из бетона класса В7,5 подвергали термообработке
49
Способность добавки ЛТМ повышать подвижность бетонных и растворных смесей с одновременным уменьшением водоотделения и расслаиваемости влияет на организацию производства бетонных работ. В первую очередь, это касается бетонирования плоскостных конструкций (покрытий дорог, площадок для скота, устройства бетонных подготовок под полы в производственных зданиях). Применение высокоподвижных бетонных смесей в подобных конструкциях резко сокращает затраты труда, связанные с разравниванием смеси, полностью или частично исключает вибрирование при укладке бетона. Применение 0,7% ЛТМ дает экономию цемента до 15%. Введение добавки ЛТМ позволяет эффективно использовать для подачи в конструкции бетоноукладочные комплексы в составе бетононасосов и специализированных автотранспортных средств, трудоемкость бетонных работ при этом сокращается на 56–62%. Оснащение бетонорастворных узлов и заводов линиями подачи и дозирования ЛТМ не представляет технических трудностей и не требует больших капитальных затрат. Однако при использовании в качестве электролита сернокислого натрия емкости хранения ЛТМ и трубопроводы подачи должны находиться при температуре не ниже 15°С во избежание кристаллизации раствора. При приготовлении бетонов классов В5 и В7,5 для устройства стяжек под полы целесообразно вводить ЛТМ в комплексе со стабилизирующей добавкой для получения удобоперекачиваемой литой нерасслаиваемой смеси. Разработаны новые композиции модифицированных лигносульфонатов типа «ЛОРЗИН», в состав которых входят кремнийорганический соединения и пеногаситель. Эффект действия пластификатора этого типа зависит от вида применяемого цемента, но в любом случае он достаточно высок. Так, например «Лорзин–В» в бетонах на низкоалюминатном цементе обеспечивает повышение подвижности бетонной смести от 5 до 18 см. (табл. 2.11) и позволяет снизить водопотребность бетонной смеси на 13–17%. При этом прочность бетона возрастает после ТВО на 30–36% в суточном возрасте и на 20–28% в проектном возрасте. Применение добавки «Лорзин» в бетоне на среднеалюминатном цементе обеспечивает достаточно высокий пластифицирующий и водоредуцирующий эффект, но дает меньший прирост прочности по сравнению с бетонами на высокоалитовых цементах. 50
Таблица 2.11 Влияние пластификатора «Лорзин – В» на свойства бетонной смеси и прочность бетона Вид цемента
Содержание расход на добавки,% 1 м3, кг массы це- Ц В мента
ОК см
Прочность на сжатие, МПа после ТВО через: 1 сут. 28 сут.
Старооскольский ПЦ М 500
0,15
350 180 5,0 350 180 18,0
20,9 21,8
36,2 35,9
при нормальном твердеении 28 сут. -
Белгородский ПЦ М 500
0,15 0,20 0,25
475 475 475 475
190 165 160 157
5,0 4,5 5,0 4,2
35,8 46,7 48,6 47,5
52,0 62,4 66,5 64,09
48,5 58,0 60,6 59,2
Воскресенский ПЦ марки 500
0,20 0,30 0,40
395 390 397 396
192 175 176 163
2,5 3,0 2,5 3,0
26,8 28,6 36,3 34,2
29,5 35,9 40,0 42,1
34,9 43,1 44,7 43,6
АЛПЛАСТ – пластификатор для бетонных и растворных смесей повышенной эффективности применяется на ряде промышленных предприятий г. Москвы. Добавка выпускается по ТУ 5870-001510077990-01. Соответствует Европейскому стандарту LNEC E-374 (по результатам исследований сертификационного центра Idite Minho, Португалия). Используется для придания бетонным смесям высокой подвижности, повышения качества лицевых поверхности изделий, повышения прочности, непроницаемости и долговечности бетона за счет водоредуцирующего эффекта. Может применяться в производстве легкого и тяжелого конструкционного бетона, строительных растворов, в монолитных и сборных железобетонных конструкциях, в том числе при бетонировании густоармированных конструкций, в дорожных бетонах и мостовых конструкциях. Алпласт – высокоэффективный пластификатор нового поколения на основе модифицированных лигносульфонатов. От известных аналогов отличается стабильным химическим составом и практически полным отсутствием дополнительного воздухововлечения, темнокоричневая жидкость; поставляется в виде 30%-го раствора; не содер51
жит едких и вредных веществ; 3 класс безопасности по ГОСТ 12.1-007; не проявляет агрессивности по отношению к арматуре. Алпласт повышает подвижность бетонных смесей от 2–4 до 18–20 см без снижения прочности в регламентируемые сроки твердения; водоредуцирующая способность – до 20%; прочность бетона при водоредуцировании – не менее 115% от эталона; морозостойкость – повышается на 1–2 марки. Добавку вводят в бетонную (растворную) смесь в дозировке 0,2–0,4% от массы цемента в зависимости от требований используемой технологии, состава бетонной смеси и вида цемента. ЛИГНОПАН Б-1 – высокоактивный пластификатор на основе лингосульфонатов, эфиров целлюлозы и акриловых сополимеров для бетонов и строительных растворов. Использование этой добавки позволяет: повысить прочность бетона на 25–45%; снизить содержание воды в бетоне на 15–25%; повысить класс по водонепроницаемости на 2 ступени; повысить класс по морозостойкости на 2 ступени; снизить водоотделение бетонной смеси до 0%; повысить сохраняемость подвижности бетонной смеси до 4–6 часов. Лигнопан Б-1 применяется в производстве высокоподвижного товарного бетона. Расход добавки составляет 0,15-0,3% в пересчете на сухие вещества от массы цемента. BETOFLUID -пластификатор на основе лигносульфонатов, регулирующий твердение бетонных смесей. Удобен для товарных бетонов. Использование добавки не ведет к вовлечению воздуха в бетонную смесь, обеспечивает хорошую удобоукладываемость и значительно снижает тенденцию к сегрегации заполнителя. STACHEPLAST- пластификатор на основе лигносульфонатов, регулирующий твердение бетонных смесей. Предназначен для товарных бетонов. Использование добавки не ведет к вовлечению воздуха в бетонную смесь, обеспечивает хорошую удобоукладываемость и значительно снижает тенденцию к сегрегации заполнителя. Рекомендуется использовать в летнее время. Основные направления использования модифицированных ЛСТ, применяемых в практике строительства России и стран СНГ, приведены в табл. 2.12.
52
Таблица 2.12 Технико-экономический эффект применения модифицированных лигносульфонатов Назначение пластификатора Повышение подвижности бетонных смесей при сохранении водопотребности в производстве густоармированных конструк-ций и тонкостенных изделий
Технико-экономический эффект Снижение трудоемкости формования. Уменьшение продолжительности вибра-ционного уплотнения бетонной смеси. Экономия электроэнергии.
Снижение водопотребности высокоподвижных бетонных смесей при формировании секций объемных коллекторов, шахт лифтов, вертикальном формовании труб больших диаметров и других объемных элементов
Экономия цемента 8…12%. Сокращение продолжительности тепловлажностной обработки и увеличение пропускной способности формовочных установок.
Повышение прочности бетона за счет снижения водосодержания при постоянном расходе цемента
Получение бетона класса В30…В40 при использовании цемента марки 500. Экономия арматурной стали в колоннах вследствие повышения проектной прочности бетона без изменения сечения конструкции.
2.3. Свойства бетонных смесей и бетонов, модифицированных суперпластификаторами Введение суперпластификатора С-3 в состав бетонных смесей существенно изменяет их свойства. Основными характеристиками, дающими представление о технологических свойствах бетонных смесей, являются подвижность, удобоукладываемость, сохраняемость, водопотребность, расслаиваемость и водоотделение. Подвижность и водопотребность бетонных смесей. Во многих работах, посвященных применению СП в технологии бетона, говорится об их сильном разжижающем действии. Появившиеся впервые в мировой практике СП Melment (ФРГ) и Mighty (Япония) показали возможность разжижать бетонную смесь малоподвижной консистенции до литой с осадкой конуса 20–21 см при сохранении водоцементного отношения. Достигаемый эффект особенно проявляется в подвижных смесях, в которых объем воды в пространстве между частицами цемента сравнительно велик. В жестких смесях с низким В/Ц основной объем 53
воды зафиксирован на поверхности частиц цемента и новообразований, поэтому высвобождение воды незначительно увеличивает объем дисперсной среды, следовательно, не полностью устраняются силы сцепления между частицами и нет заметного разжижающего эффекта. Это проявляется в меньшей эффективности действия СП в жестких смесях. Тем не менее и в этих условиях отмечается определенный эффект применения СП. Так, по данным японских специалистов, использование их в жестких смесях применительно к немедленно распалубливаемым блокам позволило снизить время виброуплотнения, расход воды на 5–20 кг/м3 с соответствующим повышением прочности бетона. Пластифицирующая способность СП, а также закономерность потери пластичности бетонной смеси с СП во времени существенно зависят от состава бетонной смеси и качества заполнителей. Эффект пластификации бетонных смесей возрастает с увеличением их исходной подвижности и повышением дозировки СП. Удобоукладываемость смеси, модифицированной СП, улучшается с повышением расхода цемента и воды, т.е. объема цементного теста в бетонной смеси. Это соответствует существующему мнению о том, что текучесть (подвижность) бетонной смеси находится в прямой зависимости от объема и текучести цементного теста. Снижение водосодержания при введении разжижителя в количестве 0,2–1% по массе цемента линейно зависит от дозировки разжижителя. При 1% СП водопотребность в равноподвижных смесях может быть снижена в зависимости от расхода цемента на 25–30%. При дозировках, превышающих 1%, такой характер зависимости водопотребности от количества СП, очевидно, изменяется, и максимальное снижение водоцементного отношения ненамного может превысить 30%. При дозировках СП, превышающих «порог эффективности» (т.е. в диапазоне 0,9–1,5%), вязкость цементного теста практически не изменяется. Введение до 1,5% суперпластификатора в цементное тесто снижает его вязкость в 100 раз, дальнейшее повышение дозировки СП не приводит к снижению вязкости цементных систем. Сокращение расхода воды приводит к повышению прочностных характеристик бетонов, а в некоторых случаях – к возможности получения высокопрочных бетонов. Появляется возможность для увеличения подвижности смеси с некоторым сокращением водоцементного отношения, что оказывает благоприятное влияние на долговечность бетона. Важным технологическим свойством бетонных смесей является длительность сохранения подвижности, достигнутой за счет применения суперпластификатора. 54
Вопрос потери подвижности литых бетонных смесей, изготовленных с СП, занимает важное место в технологии производства бетонных работ и при изготовлении сборных железобетонных конструкций. Для пластифицированной бетонной смеси с ОК = 18–21 см, приготовленной из исходной смеси (без добавки) с ОК = 6–12 см, потеря подвижности линейно зависит от времени выдерживания. Через 50–60 мин подвижность, как правило, снижается до исходного уровня. Кинетика изменения во времени реологических свойств литых бетонных смесей с СП та же, что и для обычных литых смесей. Смеси одинаковой подвижности с СП на основе нафталинформальдегидных соединений загустевают быстрее, чем с СП на основе модифицированных лигносульфонатов и полиоксикарбоновых кислот. Потеря подвижности объясняется, в первую очередь, влиянием водоцементного отношения на гидратацию и начало структурообразования. С понижением В/Ц интенсифицируется гидратация, сокращается длительность пластичного состояния цементного теста и бетонной смеси. Изменение температуры окружающей среды оказывает определенное влияние на кинетику структурообразования цементных систем, модифицированных СП; если при температуре 20°С введение С-3 вызывает задержку начала периода упрочнения структуры цементного теста, то при температурах 50о и 70°С различия в кинетике роста пластической прочности незначительны. В то же время снижение температуры выдерживания цементного теста приводит к значительному увеличению индукционного периода структурообразования цементного теста. При пониженном В/Ц структурообразование происходит с заполнением новообразованиями меньшего объема, чем при повышенных количествах воды в исходной цементно-водной системе, соответственно подвижность бетонной смеси при низких В/Ц падает быстрее, чем при высоких. Регулируя величину водоцементного отношения, а также время введения СП, можно существенно влиять на кинетику структурообразования цементного камня. Так, сокращение воды затворения позволяет уменьшить период начала упрочнения структуры цементного теста, а введение СП после затворения цемента водой увеличивает индукционный период структурообразования и длительность пластификации таким образом, что это оказывается равноценным увеличению дозировки СП. Сокращение индукционного периода цементного теста с СП при снижении В/Ц позволяет успешно проводить бетонные работы в усло55
виях понижения положительных температур, а введение СП после затворения цемента водой, наоборот, позволяет удлинить "сохраняемость" бетонной смеси, что особенно важно при производстве бетонных работ в жаркое время года. Порядок введения СП существенно влияет как на длительность сохранения подвижности смеси, так и на темпы набора прочности бетона в раннем возрасте. Предпочтительно введение СП в предварительно перемешанную бетонную смесь, так как при введении СП с водой затворения он адсорбируется, в основном, на поверхности С3А и уменьшается его содержание в жидкой фазе, необходимое для последующей адсорбции на поверхности силикатных минералов. Если цемент предварительно смачивается водой в течение нескольких минут, часть гипса и С3А успевает прогидратироваться и покрыть поверхность минерала слоем гидросульфоалюминатов. Поэтому при введении СП в предварительно перемешанную бетонную смесь значительно уменьшается количество С3А и гипса, способных адсорбировать СП, и большее количество последнего высвобождается для пластификации бетонной смеси. Для повышения величины и длительности пластификации СП следует вводить после предварительного (достаточно 2-минутного) перемешивания бетонной смеси. Такой способ позволяет получить значительную экономию СП по сравнению с введением его с водой затворения для получения смесей и бетонов с одинаковыми характеристиками. Длительность действия СП повышается также при порционном его введении в бетонную смесь. Эффективность порционного введения СП для получения смесей высокоподвижной консистенции представляется возможным объяснить с позиции необходимости поддержания в жидкой фазе гидратирующегося цемента некоторого избыточного количества СП. Количество и интервалы введения СП зависят от вида цемента, состава бетона, величины его водоцементного отношения и в среднем составляют 10–20 мин. При этом достигается возможность сохранения высокой подвижности литого бетона при температуре воздуха 35°С. Однако многократное введение СП для восстановления подвижности может привести к ухудшению поровой структуры и снижению морозостойкости бетона. Для повышения сохраняемости бетонной смеси в ряде случаев эффективно использование гранулированного нафталинформальдегидного СП, растворяющего с заданной скоростью в жидкой фазе смеси. Как показали исследования, введение гранул диаметром 2,5–5 мм в количестве 0,3% в бетон перед его укладкой позволило сохранять осадку конуса до 90мин на уровне подвижности бетонной смеси после пласти56
фикации (Ок = 18см), в то время как осадка конуса пластифицированного обычным методом состава снизилась до 10 см через 60 мин. Эффективность действия СП в бетонных смесях возрастает с увеличением объема цементного теста и при замене гранитного щебня известняковым. Снижение водопотребности бетонной смеси находится в линейной зависимости от количества СП. Оптимальные дозировки СП определяют "порог эффективности" С-3, который для большинства составов бетонов не превышает 1%, и выше которого вязкость цементного теста и пластичности смеси изменяются незначительно. Водоотделение и расслаиваемость. Основная задача, которую приходится решать при приготовлении высокоподвижных бетонных смесей, – обеспечение нерасслаиваемости смесей как свойства, которое оказывает существенное влияние на технологию и организацию работ. Бетонная смесь является многокомпонентной системой, в которой, начиная с момента ее приготовления до схватывания цемента, обычно происходят процессы седиментации, обусловленные различной плотностью компонентов. В ходе этих процессов имеет место выжимание воды – водоотделение, величина которого зависит от степени седиментационного уплотнения, в свою очередь, определяемого размером ячеек в каркасе уплотненной структуры. Бетонные смеси с СП по сравнению с равноподвижными не пластифицированными смесями характеризуются большей связностью и меньшим водоотделением. Это обусловливается меньшей водопотребностью пластифицированных смесей, которая зависит от дозировки разжижителя и расхода цемента. Тем не менее, в случае применения СП в высокоподвижных и литых бетонных смесях повышенное внимание должно уделяться подбору состава бетона. Причиной этого является возможная склонность таких смесей к расслоению, особенно, если применено избыточное уплотнение. Долговечность бетонов, модифицированных суперпластификаторами. Применение СП в целях получения более прочных бетонов за счет снижения количества воды затворения, открывает возможности создания не только высокопрочных, но и более долговечных бетонов. В процессе эксплуатации бетон может подвергаться различным видам воздействия окружающей среды, но в основном – действию замораживания и оттаивания, повышенных напоров воды, а также химической агрессии. В ряде работ отмечается значительное увеличение (особенно при снижении В/Ц) газо-, водонепроницаемости бетонов с СП, их морозостойкости и стойкости против солей – антиобледенителей, а также износостойкости. 57
Введение в бетонную смесь добавки С-3 позволяет обеспечить существенное повышение плотности и прочности бетона, но не обеспечивает существенного повышения его морозостойкости. Вместе с тем введение в состав бетонной смеси наряду с С-3 воздухововлекающей добавки резко повышает морозостойкость бетона – до 500 циклов попеременного замораживания и оттаивания и выше. Наиболее эффективными для обеспечения высокой прочности и морозостойкости является введение в бетонную смесь на шлакопортландцементе С-3 совместно с воздухововлекающей добавкой типа НЧК. Известно, что основным фактором, определяющим водонепроницаемость бетона, является состав смеси, в частности водоцементное отношение и расход цемента. Возможность снижения В/Ц при введении СП в состав бетонной смеси позволяет сократить водоотделение и седиментационные процессы, уплотнить капиллярно-пористую структуру цементного камня и повысить водонепроницаемость бетона. При увеличении подвижности смеси и неизменном составе бетона его водонепроницаемость не увеличивается. От структуры и проницаемости бетона зависит величина фильтрации воды в капиллярах и стойкость бетона. Изучение процессов коррозии бетонов нормального твердения и пропаривания показало, что введение СП не уменьшает стойкости, а при снижении водоцементного отношения существенно ее повышает. Влияние СП на морозостокость и водонепроницаемость заключается в изменении капиллярно-пористой структуры цементного камня в бетоне, которая, как известно, зависит от состава бетонной смеси, с уменьшением В/Ц она уплотняется, становится менее проницаемой, а при неизменном В/Ц практически не меняется. Поэтому при использовании разжижителя С-3 в качестве пластификатора, снижающего водопотребность бетонной смеси, стойкость бетонов может значительно повышаться, а при введении СП в бетонные смеси без изменения состава смесей указанные свойства бетона практически не меняются. Расчет длительности защитного действия бетона, модифицированного С-3, по отношению к арматуре, на основании большого объема экспериментальных данных показывает возможность надежной защиты стальной арматуры. СП не вызывают коррозии арматуры, так как в силу своей нейтральности они не снижают рН жидкой фазы бетона.
58
2.4. Основные области применения суперпластификаторов Благодаря интенсивной разжижающей способности СП появилась реальная возможность получения высокоподвижных или литых бетонных смесей. Бетоны, полученные из таких смесей, имеют прочность, в том числе и после тепловой обработки, не ниже, чем без добавок, в то время как прочность бетона с обычным пластификатором снижается в 1,5–2 раза. Более того, нередко отмечается повышение прочности литого бетона с добавками СП, что обусловлено отсутствием воздухововлечения, более высоким коэффициентом уплотнения бетонных смесей, а также способностью молекул СП диспергировать частицы цемента, что в конечном итоге приводит к более полному использованию вяжущих свойств цемента. В этом как раз заключается главное, принципиальное отличие СП от обычных пластифицирующих добавок. Используя высокую разжижающую способность СП, в зарубежной практике основное применение эти добавки находят для получения литых бетонных смесей различного назначения. Применение таких смесей по мнению американских и японских ученых весьма целесообразно, так как резко уменьшаются затраты труда (на 50–90%). Литые бетонные смеси, полученные благодаря введению СП, позволяют сочетать хорошую удобоукладываемость с высокой конечной прочностью бетона на изгиб, растяжение и сжатие при нормативных расходах цемента. Это в свою очередь снижает уровень усадочных деформаций, поэтому такие смеси целесообразно применять при изготовлении массивных монолитных и густоармированных конструкций. В нашей стране, а также в ряде промышленно развитых стран, литые бетонные смеси находят применение в конструкциях, как из сборного, так и монолитного железобетона. В основе этого направления лежит использование специфики влияния добавок СП на реологию подвижных смесей, ее связность и однородность. Применение таких смесей по данным НИИЖБа снижает трудозатраты на приготовление, транспортировку бетонной смеси и формование конструкций, значительно улучшает условия труда рабочих, повышает качество изделий и их внешний вид. Благодаря высокой текучести и малых значений сопротивления сдвигу бетонных смесей с добавками СП, появляется возможность широкого использования высокопроизводительных транспортных установок- бетононасосов. 59
Одним из принципиальных отличий СП от обычных ПАВ является их свойство не влиять на изменение поверхностного натяжения на границе раздела фаз "газ-жидкость". Это обстоятельство как раз и определяет величину воздухововлечения в бетонные смеси, которая в подвижных и литых смесях с добавками СП часто ниже, чем без добавок. Поэтому поверхность железобетонных изделий с добавками большинства СП отличается более высоким качеством (меньшей пористостью). В результате снижается уровень затрат на доводку изделий, что весьма важно для заводских условий. Литые бетонные смеси, особенно те, которые подаются бетононасосами, уплотняются без вибрации. Литая бетонная смесь с СП может быть легко уложена в густоармированные конструкции, при этом снимается проблема вибрирования смеси. Простота укладки литой бетонной смеси и оперативность такого процесса, не требующего вибрации, делают подобную технологию пригодной для укладки бетонной смеси в фундаменты, пролеты мостов, дороги, междуэтажные перекрытия, настилы кровель и т.д. Существенно облегчается перекачка бетонной смеси в присутствии СП. Поэтому эти добавки успешно применяют при закачки бетонной смеси в тоннели, для предотвращения поднятия подземных вод, заделки трещин, при проведении реставрационных работ и т. д. Переход на литьевую технологию с добавками СП повышает производительность труда в производстве сборного железобетона в 3–4 раза, коренным образом улучшает условия труда рабочих за счет снижения звукового давления и вибрации. Это в свою очередь способствует повышению социальной привлекательности труда, что в условиях заводов ЖБИ является не маловажным фактором. Использование СП вызывает необходимость изменения традиционной технологии приготовления бетонной смеси: для исключения ее расслоения требуется изменить соотношение между цементом, песком и крупным заполнителем. Кроме того, следует учитывать, что высокоподвижные бетонные смеси оказывают большее давление на формы, поэтому последние должны обладать определенной прочностью. Литые бетонные смеси трудно укладывать при угле наклона поверхности более чем на 30 к горизонту. При использовании сильно подвижных смесей с СП возникают трудности при отделочных операциях, необходимо принимать во внимание возраст смеси. Используя высокий пластифицирующий эффект СП появляется возможность значительного снижения водоцементного отношения, а следовательно и получения бетона повышенной прочности и плотности 60
без перерасхода цемента. Это направление использования СП получило широкое развитие в Японии. Ведение в бетонную смесь СП на основе нафталинформальдегидных и, осо6енно, меламиноформальдегидных смол, позволяет снизить величину В/Ц до 0,3. В результате прочность бетона может возрастать на 70–80%. Это обстоятельство используется для следующих целей: • получения бетонов повышенной прочности (до марки 1000) на базе рядовых цементов при их обычных расходах; • получения высокопрочного бетона с прочностью до 300 МПа; • получения высокопрочных бетонов с пониженным уровнем деформаций усадки, набухания и ползучести; • снижения расхода цемента на 20–25%. Другие важные области применения суперпластификаторов – изготовление бетона с высокой непроницаемостью, улучшенным качеством поверхности и пониженной усадкой, что обеспечивает значительный экономический эффект. СП обладают способностью улучшать и другие свойства бетонов. Например, благодаря существенному снижению водоцементного отношения за счет применения СП, повышается долговечность; расширяется возможность более широкого использования: шлакопортландцемента, золоцемента, бетонов с дисперсным армированием, вяжущих низкой водопотребности (ВНВ), а также легких бетонов повышенной прочности. Однако не следует полагать, что СП можно применять без каких – либо ограничений. Так, для бетонных смесей с этими добавками характерна быстрая потеря подвижности. Ряд суперпластификаторов, например отечественная добавка С-3, обладают незначительным воздухововлечением, что не всегда желательно. Во многих случаях превышение содержания СП в сравнении с нормальным может привести, с одной стороны, к повышению пластифицирующего действия, а с другой – к нежелательным побочным эффектам. Хотя самым сильным действием обладают СП меламин– и нафталинформальдегидного типа (СМФ и СНФ), их эффект зависит от молекулярной массы и от вида катиона. Рациональные области применения СП по данным [17,18] зависят от многих условий, в частности от организационно-технического уровня внедрения новой технологии. Главное внимание, при этом следует уделять внедрению СП в промышленности сборного железобетона, имея в виду, что эта промышленность лучше подготовлена, а также учитывая необходимость: 61
резкого снижения трудоемкости производства, повышения качества изделий, сокращения производственного цикла и ускорения оборачиваемости форм. В свою очередь на заводах СП следует использовать, прежде всего, при изготовлении таких изделий, как напорные виброгидропрессованные трубы, в кассетной технологии, производстве объемных блоков, при стендовом изготовлении сложных и густоармированных конструкций и других аналогичных изделий и конструкций. Перспективным может быть применение СП для получения высокомарочных бетонов из цементов М400–500 и др. (табл. 2.13). Таблица 2.13 Рациональные области применения СП Наименование конструкций
Факторы, повышающие экономическую эффективность и технологии их изготовления: Напорные железобетонные тру- Сокращение интенсивности вибрации, увеличебы ние производительности труда при формовании, экономия труда, сырья, материалов, энергии. Конструкции из высокопрочных Освоение выпуска конструкций из высокопрочбетонов на рядовых цементах и ных бетонов. Экономия материалов. заполнителях Густоармированные изделия, Получение бетонов требуемых свойств при изготавливаемые по стендовой сокращении трудозатрат на формование изделий технологии и экономии электроэнергии Массовые типовые железобетон- Сокращение продолжительности формования и ные изделия, изготавливаемые увеличение оборачиваемости форм, и повышепо конвейерной и кассетно-кон- ние производительности конвейерных линий. вейерной технологии Объемные густоармированные Обеспечение требуемого качества поверхности конструкций, изготавливаемые изделий и сокращение трудозатрат, экономия по стендовой и агрегатноэлектрической энергии и цемента. поточной технологии Изделия из ячеистого автоклав- Улучшение теплотехнических свойств бетона, ного и безавтоклавного бетона сокращение времени ТВО, экономия электроэнергии и повышение производительности труда. Монолитные бетонные и желе- Снижение трудозатрат и энергии при бетонирозобе-тонные конструкции, в том вании, обеспечение качества бетона на рядовых числе возводимые с использова- материалах нием бетононасосов
Сравнивая в целом зарубежный и отечественный опыт изучения и применения СП, ясно просматриваются существенное различие в подходе к новой технологии. 62
За рубежом преобладает тенденция преимущественного применения новых добавок для ускорения и улучшения формования железобетонных конструкций и лишь в отдельных случаях делаются попытки решить две специфические задачи: • добиться изготовления изделий в короткие сроки твердения без применения тепловой обработки или с существенным сокращением ее продолжительности; • из цементов невысокой активности получать бетоны относительно высоких марок. Эти направления находят применение и в нашей стране. В целом, подводя итоги практического опыта использования СП в производстве сборного и монолитного железобетона, можно отметить, что их применение осуществляется в основном по следующим направлениям: • для снижения расхода цемента (на 20–25%); • для повышения производительности труда при формовании конструкций из смесей повышенной подвижности (на 60–90%); • для получения высокопрочных бетонов, в том числе и на рядовых материалах; • для получения бетонов с улучшенными физикомеханическими свойствами и долговечностью. Наряду с перечисленными выше положительными свойствами, многие СП обладают целым рядом существенных недостатков, ограничивающих в отдельных случаях их более широкое использование. Это, прежде всего их высокая стоимость, дефицитность и ограниченная сырьевая база. Кроме того, многие эффективные СП имеют срок пластифицирующего действия в пределах 30-40 минут, что затрудняет из использования, особенно в монолитном бетоне. Как правило, СП вводятся в бетонную смесь в количествах 0,5–1,0% от массы цемента, что при их сравнению высокой стоимости увеличивает себестоимость конечной продукции.
2.5. Технико-экономическая эффективность применения суперпластификаторов Целесообразность применения СП определяется достижением различных технологических и экономических показателей эффективности при производстве железобетонных изделий и конструкций, а также экономической эффективностью при их эксплуатации (табл. 2.14). 63
Производственный опыт применения суперпластификаторов С-3 при изготовлении широкой номенклатуры железобетонных конструкций, как при пропаривании, так и при естественном твердении показал перспективность использования их в железобетонных конструкциях: колонн, ригелей, ферм, балок, напорных и безнапорных труб из бетона марок 500 и 600 и объемных элементов лифтовых шахт и др. Например, при формовании колонн из бетонных смесей с добавкой С-3 время уплотнения сокращается в 3–4 раза, улучшаются санитарные условия труда, сокращаются расход энергии на укладку и уплотнение бетонной смеси. Прочность пропаренного бетона с добавкой С-3 после 28 сут выдержки в нормальных условиях увеличивалась на 23–27% к его прочности через 4ч после пропаривания. Эффективность СП зависит от минералогического и вещественного состава цемента, тонкости его помола, состава бетона, технологии изготовления конструкций, а также от дозировки СП. В табл.2.15 приведены показатели качества бетонных смесей и бетонов с добавками СП по сравнению с составами без добавок. Влияние добавок СП на снижение расхода цемента при использовании пластифицирующего эффекта в смесях равной подвижности приведено в табл. 2.16. Как видно из данных табл. 2.16, эффективность добавки СП с точки зрения снижения расхода цемента зависит от марки бетона, подвижности бетонной смеси и дозировки добавки. Чем выше марка бетона и удобоукладываемость бетонной смеси, тем выше экономия цемента. В свою очередь повышение марки бетона и удобоукладываемости бетонной смеси тесно связано с расходом цемента. Поэтому эффективность СП зависит от удельного расхода цемента в бетонной смеси. При этом, чем выше удельный расход цемента, тем выше эффективность добавки. Так же, как и в случае применения обычных ПАВ, эффективность СП зависит от содержания в цементе трехкальциевого алюмината, с увеличением содержания которого оптимальная дозировка добавки для обеспечения заданной экономии цемента увеличивается. Содержание активных минеральных добавок в цементе также влияет на снижение расхода цемента. Наилучшие результаты достигаются при использовании чисто клинкерных цементов. Эффективность редуцирующего действия СП зависит от вещественного и минералогического состава цемента. Наибольшее снижение водопотребности бетонных смесей (23– 29%) можно достичь на цементах среднеалюминатных клинкерных или 64
содержащих в своем составе минеральные добавки низкой гидравлической активности. Для получения такого эффекта требуется сравнительно небольшая дозировка СП (0,5–0,7%). При этом жесткость смесей снижается практически вдвое – от 40 до 14–17с. Несколько менее эффективны СП в бетонных смесях на высокоалюминатных, а также среднеалюминатных цементах, содержащих минеральные добавки повышенной активности. В данном случае применение дозировки СП от 0,7 до 0,9% по массе цемента позволяет снизить водосодержание на 22–24%. Таблица 2.14 Технологические, экономические и социальные показатели СП сборном железобетоне Наименование показателей
Значения показателей эффективности при В/Ц=сопs ОК=сопst t: 1. Сокращение времени и интенсивности вибрации. В отВ 3-5 раз в 1,3-1,5 дельных случаях отказ от вибрации раза 2. Сокращение продолжительности формирования изделий, 2,5-3 1,2-1,3 конструкции, сооружений 3.Экономия электроэнергии при приготовлении, транспорти- 2,5-3,5 1,1-1,3 ро-вании и укладке бетонной смеси 4. Снижение трудозатрат при изготовлении изделий 2-3 1,2-1,4 1,1-1,3 Увеличение срока службы вибраторов, форм, сокращение 1,2-2 затрат на их ремонт Снижение металлоемкости форм (при проектировании) 1,1-1,2 Улучшение поверхности изделий, уменьшение количества 1,1-1,3 1,05-1,15 пор при горизонтальном формовании Уменьшение операций по доделке готовых изделий 1,1-1,3 1,05-1,15 2-5 9.Сокращение режима ТВО, в том числе до передачи усилия обжатия арматуры на бетон Снижение температуры пропаривания, гр.С 10-15 15-25 11. Экономия пара,% 10-15 15-20 12.Увеличение оборачиваемости форм и коэффициента ис- 5-10 10-20 пользования оборудования,% 13 Увеличение производительности труда (выпуска продук- 10-30 30-50 ции),% 5-10 10-20 14. Сокращение парка форм,% 15-25 15.Экономия цемента % 3-5 1,3-1,5 16.Улучшение условий труда, снижение уровня шума и вибровоздействия, раз
65
Таблица 2.15 Показатели качества бетонных смесей и бетонов с добавками СП Свойства бетонных смесей и бетонов
Ориентировочные показатели качества бетонных смесей и бетонов с СП, % : Марок Марок М600- марок М200800 800 М 300-500 (мелкозернистый бетон) при осадке конуса 2-4 >20 2-4 2-4 15-20 1. Водоцементное отношение 80 100 75 80 100 2. Удобоукладываемость 70 20 70 70 25 3. Воздухосодержание 101 103 101 102 104 4. Предел прочности при сжатии 125 100 130 120 100 5. Коэффициент призменной проч- 105 95 100 100 95 ности 6. Прочность при осевом растяже105 100 105 105 100 нии 7. Прочность при растяжении при 105 100 105 105 100 изгибе 8. Начальный модуль упругости 100 95 100 100 100 9. Деформации усадки 100 110 110 100 105 10. Деформация ползучести 95 110 110 75 120 11. Водопоглощение 70 100 75 70 85 12. Морозостойкость 130 100 130 120 100 13. Стойкость в сульфатных средах ** ** ** 125 100
Примечание: 1. Показатели приведены для бетонов с оптимальной дозировкой суперпластификатора С-3. 2. За 100% приняты показатели качества для бетонов состава без добавки с ОК=2-4 см.
66
Таблица 2.16 Ориентировочные величины снижения расхода цемента в бетонах различных марок при использовании суперпластификатора С-3 Марка
ОК, см
М-200
2-4 4-5 12-14 22-24 2-4 4-5 12-14 22-24 2-4 4-5 12-14 22-24 2-4 4-5 12-14 2-4 4-5
М-300
М-400
М-500 М-600
Снижение расхода цемента (%) при введении С-3 в количестве,% 0,4 0,8 1,2 2-3 3-5 5-7 3-4 5-7 7-9 4-6 7-9 10-12 6-8 10-12 12-15 3-5 4-6 6-8 4-6 8-10 10-12 5-7 10-12 12-15 12-15 18-20 20-22 6-8 8-10 10-12 8-10 10-12 12-15 10-12 12-14 15-18 12-15 18-20 20-25 10-15 16-18 18-20 12-15 18-20 20-22 15-18 20-22 22-25 12-14 18-20 20-22 14-16 20-22 22-25
2.6. Определение эффективности пластифицирующих добавок Эффективность пластифицирующей добавки определяют по изменению подвижности бетонной смеси и прочности бетонных образцов после тепловой обработки и твердения в нормальных условиях. Для определения эффективности пластифицирующих добавок применяют средства испытания и вспомогательные устройства по ГОСТ 10180 и ГОСТ 10181.1. Приготавливают бетонные смеси контрольного и основных составов с одинаковым водоцементным отношением. Подвижность контрольного состава принимают 2–4 см. Для бетонных смесей определяют подвижность по ГОСТ 10181.1. Из бетонных смесей изготавливают образцы для определения прочно67
сти на сжатие. Образцы подвергают тепловой обработке (на два срока испытаний и/или оставляют твердеть в нормальных условиях на три срока испытаний). Образцы испытывают на сжатие по ГОСТ 10180, в том числе: – прошедшие тепловую обработку – через 4 ч после нее и в возрасте 28 сут; – твердевшие в нормальных условиях – в возрасте 3,7 и 28 сут. Эффективность пластифицирующей способности добавок оценивают по изменению удобоукладываемости бетонной смеси и прочности бетона основного состава по сравнению с бетонной смесью и бетоном контрольного состава в соответствии с требованиями ГОСТ 24211. Обработку результатов испытания прочности бетона на сжатие ведут по ГОСТ 10180. Список использованных источников 1.Ребиндер П. А. Физико-химическая механика дисперсных структур. М., «Наука», 1996.- С.3-16. 2.Taylor H. Proposed Structure for C– S–H Gel.//J. Amer. Ceramic Soc., V.69, 1986, p.464 – 467. 3.Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. М., Технопроект. 1998.- 768 с. 4.Каприелов С. С. Общие закономерности формирования структуры цементного камня и бетона с добавкой ультрадисперсных материалов//Бетон и железобетон. – 1995.- №4.– С.16– 20. 5.Mather B. Сoncret – Vear 2000, Revisited in 1995.//Adam Neville Symposium on Concrete Technology. Las Vegas USA, June 12, 1995, p.p. 1-9. 6.Jeknavorian A, Roberts L, Jardine L. Et al. Condensed Polyacrylic Acid-Aminated Polyether Polymers as Superplasticizers for Concrete. //Proceedings Fifth CANMET//ACI Int. Conference. Rome, Italy, 1997, SP 173 – 4. 7.Ohta A., Sugiyama T., Tanaka Y. Dluidizing Mechanism and Application of Polycfrboxylate-Besed Superplasticizers// Proceedings Fifth CANMET//ACI Int. Conference. Rome, Italy, 1997, SP 173 – 19. 8.Uchikawa H., Hanehara Sh. Influence of Characteristics of Sulfonic Acid-Based Admixture on Interactive Force Between Cement Particles and Fluidity of Cement Paste.//Proceedings Fifth CANMET//ACI Int. Conference. Rome, Italy, 1997, SP 173 9.Тимашев В.В. Влияние физической структуры цемента на его прочность// Цемент.- 1978.– №2. -С.6- 8. 68
10.Batrakov V., Kaprielov S. Dirability of Concretes Modified by Silicoorganic Copounds.//CANMET/ACI Int. Sump. On Advances in Concr. Technology. Las Vegas June 110155014, 1995, Supplementary papers, p. p. 609 – 624. 11.Malhotra V. V. Innovative Applications of Superplasticizers in Concrete – A Review.//CANMET/ACI Sypmosium on Advances in Concrete Science Techn., Rome, oct. – 7 – 10, 1997, Proceedings, p. p. 271–314 12.Каприелов С. С., Шейнфельд А. В., Батраков В. Г. Комплексный модификатор бетона марки МБ – 01// Бетон и железобетон. – 1997. – №5. – С. 38 – 41. 13.Батраков В.Г., Файнер М.Ш. Ресурсосберегающий эффект модификаторов бетона //Бетон и железобетон.- 1991- №3. -С.3-5. 14.Ратинов В. Б., Розенберг Т. И. Добавки в бетон.– М.: Стройиздат, 1975.– 207 с. 15.Дмитриев А. С., Никифоров А. П. Новое в использовании пластифицирующей добавки СДБ в монолитном бетоне // Новые методы исследования свойств бетонной смеси и бетона / Тр. НИИЖБ, 1977.– Вып. 29.– С. 113 – 118. 16.Малинина Л. А. Снижение энергетических затрат при производстве сборного железобетона за счет рационального выбора цементов, назначения эффективных режимов термообработки бетона и учета экзотермии // Тез. докл. Всесоюз. научно-практического семинара по экономии энергии при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий / Госстрой СССР.- М, 1984.- С. 53 – 58. 17.Цыганков И. И. Технико-экономический анализ способов производства сборного железобетона. – М.: Стройиздат, 1973.– l84 с. 18.Файнер М. Ш. Технико-экономическая оценка добавок к бетонам // Изв. вузов: Сер. Стр-во и архитектура. – 1983.– № 3.– С. 73 – 77. 19. Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. – М.:Стройиздат,1990.–396 с. 20.ТУ 5870-002-510077990-01 "Добавка для бетонов Семпласт". 21.ТУ 5870-001-510077990-01 "Добавка для бетонов Алпласт". 22. Несветаев Г.В., Налимова А.В. "Оценка эффективности суперпластификаторов применительно к отечественным цементам", Вторая международная конференция. Ростов-на-Дону, РГСУ, 2002г. 23. Пустовгар А.П. Эффективность применения современных суперпластификаторов в сухих строительных смесях. 4-я еждународная научно-техническая конференция "MixBULD", 2002г. 24. Рамачандран В.С., Фельдман Р.Ф.,. Коллепарди М. Добавки в бетон. Под редакцией А.С.Болдырева и В.Б.Ратинова Москва, Стройиздат, 1988г. 69
25.E-Mail: skt-standart@yаndex.ru. Интернет http://sktstandart.boom.ru 26.Паус.К.Ф., Ломаченко В.А., Селиванов Ю.А. А. с. 1047863 СССР//Б.И. 1983.№ 38 27.Физико-химия строительных материалов / под ред. Пауа К.Ф. Белгород: БТИСМ. 1983. С. 6-12. 28.Ломаченко В.А., Шаблицкий В.Н., Ломаченко Д.В. Оптимизация производства СБ-3 из отходов химической промышленности// Вестник БГТУ им. В.Г.Шухова. 2004. № 8 Ч. VI. C. 206-208 29.Каталог химических добавок для бетонов и растворов. М.: МАДИИ/ ГТУ. 2002. 10с. 30.Добролюбов Г., Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Прогнозирование долговечности бетона с добавками. М.: Стройиздат. 1983. С. 134. 31.Феднев Л.А., Ефимов С. Н., Шитиков Е.С. и др. Новые химические добавки для бетона на основе лигносульфонатов. Тезисы докладов Международного семинара «Перспективы и эффективность применения цементобетона в дорожном строительстве». 2002. М.: МАДИИ / ГТУ. С. 87-95. 32.Попко В.Н. Химические добавки для бетона. Учебное пособие. Казань. КИСИ, 1980. 33. Интернет: htt://www.polyplast-un.ru/contachs, e-mail:
[email protected]
70
3. Добавки, регулирующие скорость твердения бетона В производстве строительных изделий и конструкций из бетона и железобетона в ряде случаев возникает необходимость в интенсификации процессов твердения цементных композиций или их замедлению. Замедление схватывания и твердения цементных композиций необходимо при бетонировании массивных конструкций или сооружений, особенно в жаркое время, при отделке наружных стеновых панелей с применением метода обнажения декоративного крупного заполнителя и т.д. Для регулирования скорости твердения бетона в его состав с водой затворения вводят специальные добавки- ускорители или замедлители твердения. Эти добавки включены во вторую группу классификации по ГОСТ 24211-2003. Критерием, по которому те или иные добавки могут быть отнесены к группе ускорителей или замедлителей твердения бетона служит относительный прирост или падение прочности бетона в определенный промежуток времени. Так, критерий эффективности для ускорителей твердения определяет прирост прочности не менее чем на 20% через сутки нормального твердения, а для замедлителей – снижение прочности не менее чем на 30% при нормальном твердении в возрасте до 7 суток.
3.1. Добавки-замедлители схватывания и твердения В принципе все добавки поверхностно-активных веществ, вводимые в бетонную или растворную смесь в повышенных дозировках, наряду с пластификацией смесей приводят к замедлению их схватывания и снижению прочности бетона в первые часы и сутки твердения. Это обусловлено образованием адсорбционных пленок или оболочек из молекул ПАВ на поверхности частиц цемента, затрудняющих к ним доступ воды для нормальной гидратации. В результате происходит замедление процесса формирования структуры цементного камня (рис. 3.1) и соответственно кинетики набора прочности бетона. 71
Прочность, МПа
Кинетика изменения пластической прочности цементного теста нормальной густоты 6 5 4 3 2 1 0
1
2
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11
Время твердения, час 1-
Рис.3.1: , 2- б С
1-эталон; 2- ЛСТ, 0,5%
0,5%
Основными представителями добавок этой группы являются: – ЛИГНОСУЛЬФОНАТ ТЕХНИЧЕСКИЙ (ЛСТ) в дозировках более 0,3% от массы цемента обладает свойством замедлителя схватывания цемента и твердения бетона; – НИТРОЛТРИМЕТИЛФОСФОНОВАЯ КИСЛОТА (ТНФ), белый кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде. Поставляется в виде порошка или 40% вод-ного раствора в металлических емкостях. Применяется в количествах 0,02-0,15% от массы цемента с водой затворения. При передозировке добавки наблюдается снижение прочности раствора и бетона. Добавка обладает пластифицирующим действием и не вызывает коррозии стальной арматуры. – МЕЛАССА (КОРМОВАЯ САХАРНАЯ ПАТОКА – (КП), отход сахарной промышленности, представляет собой густую вязкую жидкость темно-коричневого цвета. Хорошо растворяется в воде. Поставляется в металлических емкостях, применяется в количестве 0,05–0,3% от массы цемента. Замедляет набор прочности бетона или раствора до 7 суток. Обладает пластифицирующим действием, но не рекомендуется в качестве добавки при производстве сборного 72
железобетона Лигносульфонат технический (ЛСТ) в дозировках более 0,3% от массы цемента обладает свойством замедлителя схватывания цемента и твердения бетона. – РЕЛАКСОЛ–ТЕМП 4– эффективный замедлитель схватывания предназначен для монолитного бетонирования в летнее время с целью улучшения технологических свойств бетонной смеси, увеличения времени сохраняемости ее свойств (подвижности, удобоукладываемости, однородности и т.д.) в процессе транспортировки и укладки, в том числе и для монолитного дорожного покрытия. Возможно использование этой добавки для производства массивных и особо ответственных конструкций. Добавка повышает однородность бетонной смеси, замедляет схватывание цемента, обладает сильным пластифицирующим действием. Увеличение времени потери подвижности бетонной смеси достигается до 3-х часов. Дозировка: от 1,0 до 3,0% от массы цемента по сухому веществу. Релаксол – Темп 4 – темно-коричневая жидкость или пастообразное вещество, плотность при 20°С – 1,22 ± 0,03 г/см3. содержание хлоридов менее 0,1%, рН 8–9. Температура при-менения: до +40°С. Поставляется в цистернах по 50–60 т и в полиэтиленовых бочках по 80 кг. Добавка хранится в оборудованных складских помещениях в закрытых резервуарах. Гарантийный срок хранения 1 год. Соответствует ДБН В.2.7-64-97, ДСТУ Б В.2.7-65-97 и европейским нормам EN 934-2. Производится по ТУ У В-2.7-19266746.001-96 (с изм. №1, 2) и ТУ 5870-02900369171-02 (Украина). Эффективность добавки зависит от минерального состава цемента и характеристик заполнителей. Оптимальные дозировки добавок определяются экспериментально на применяемых материалах. Релаксол – Темп 4 вводится с водой затворения при приготовлении бетонной смеси. Время перемешивания зависит от вида бетоносмесителя и достижения требуемой степени однородности смеси. При кристаллизации добавки раствор необходимо перемешать с одновременным барботированием. Добавка соответствует санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к строительным материалам, и является химически стабильным веществом (санитарные заключения Украины № 22/157 и России №77.01.03.587.П.20163.07.2). Входящие в состав добавки компоненты относятся к малоопасным веществам (4 класс опасности). Компания «Полипласт» производит и реализует замедлители схватывания под торговой маркой ЛИНАМИКС ХХХ. По своей сути 73
эти добавки являются комплексными, поэтому они более детально будут рассмотрены в разд. 5. Кроме перечисленных добавок, в качестве замедлителей схватывания могут применяться следующие добавки зарубежного производства: – RETARDAL TKP – добавка, замедляющая твердение бетона с одновременно сильным пластифицирующим действием. Удобна для товарного бетона и бетонирования при высоких летних температурах. Значительно повышает прочность бетона. – BC RETARDER -- замедлитель твердения в жидком виде, необходимый для получения "вымывного бетона". Используется как для негативного, так и позитивного методов. – BC LANOSAN 70 H 120 -- замедлитель твердения в виде пасты, необходимый для получения "вымывного бетона". Используется как для негативного, так и позитивного методов. – BC WASCHBETONLACK -- замедлитель твердения в виде лака, необходимый для получения "вымывного бетона". Используется для негативного метода. – BC VZ PAPIER -- замедлитель твердения в виде пропитанной раствором бумаги, необходимый для получения "вымывного бетона". – БИСИЛ РЕТАРДЕР-СХ – добавка, предназначенная для замедления начала схватывания бетона, и строительных растворов. Добавляется в воду затворения. – БИСИЛ ФС – не содержащая хлоридов добавка, ускоряющая процесс схватывания бетона и строительных растворов. Добавки серии «БИСИЛ» производятся испанским концерном «Доризо». Хорошие результаты в ряде случаев для замедления схватывания и твердения достигаются при применении кремнийорганических жидкостей, буры (тетраборат натрия), костного и мездрового клеев, крахмала, декстрина, тринатрийфосфата и ряда других добавок.
3.2. Добавки-ускорители схватывания цемента и твердения бетона Роль добавок-ускорителей схватывания цемента и твердения бетона заключается, в основном, в активизации процесса гидратации цемента, что приводит к ускоренному образованию субмикрокристаллических продуктов гидратации, обладающих высокой прочностью. Многие из добавок – ускорителей твердения в результате обменных реакций с гидроксидом кальция или с минералами цемента активно влияют на гидролиз трехкальциевого силиката, повышают содержание в жидкой 74
фазе цемента ионов кальция и гидроксила, что приводит к пересыщению системы этими ионами и ускоряет коагуляционное, а затем и кристаллизационное структурообразование гидратных новообразований. По характеру воздействия на цементное тесто различают добавки: • не вступающие в реакцию с компонентами цемента, но повышающие их растворимость и понижающие температуру замерзания воды; • активизирующие процессы гидратации цемента посредством диспергации его зерен, разрушения силикатных составляющих и повышения их растворимости в воде; • ускоряющие процессы гидратации цемента, вызываемые реакциями обмена, которые приводят к образованию гелей гидроксидов кальция и снижают температуру замерзания воды; • способствующие выделению тепла при гидратации цемента и понижающие температуру замерзания воды. Как правило, добавки-ускорители схватывания и твердения бетона представляют собой электролиты (соли, кислоты, основания), поэтому при растворении этих добавок в воде образуются сольваты – более или менее прочные соединения молекул добавок с водой. В результате химические и физические свойства воды меняются. Например, при растворении в воде хлорида кальция понижается температура замерзания воды тем значительнее, чем выше концентрация растворенной соли. Ускорители твердения при введении в бетонную смесь в количествах 0,5–3,0% от массы цемента интенсифицируют процессы гидратации и оказывают положительное влияние на формирование структуры цементного камня. За счет ускорения твердения бетона можно снизить расход цемента, пара, увеличить оборачиваемость форм. Такие добавки, как хлорид кальция, хлорид-нитрит-нитрат кальция, хлорид алюминия, сульфат натрия при естественном твердении бетона при положительной температуре увеличивают скорость набора прочности в 3–4 раза, что позволяет через 24 часа с момента окончания формования получать бетон с 50–60% отпускной прочностью. При применении этих и некоторых других ускорителей твердения бетонов, подвергаемых пропариванию, появляется возможность в 2 раза сократить продолжительность изотермического прогрева, либо на 20% сократить расход тепловой энергии, или на 10–15% сократить расход цемента. В табл. 3.1 приводятся основные виды добавок-ускорителей твердения бетона, которые нашли наибольшее применение в производ75
стве железобетонных конструкций. Оптимальные дозировки этих добавок находятся в пределах 1-3% от массы цемента и зависят от вида цемента, назначения конструкций, наличия арматуры, и ряда других условий. Как видно из данных табл. 3.1, введение добавок-ускорителей твердения повышает прочность бетона на 50-60%, что может быть использовано для снижения удельного расхода цемента или тепловой энергии при пропаривании. Таблица.3.1 Наиболее распространенные виды ускорителей твердения бетона Наименование добавок Сульфат натрия Нитрат натрия Хлорид кальция Нитрат кальция Нитрит-нитрат-сульфат натрия Нитрит-нитрат-хлорид кальция
Обозначение СН НН1 ХК НК ННСН ННХК
Стандарт на добавку ГОСТ 6318-68* ТУ 38-1-3-9-69 ГОСТ 828-68* ГОСТ 450-70 ГОСТ 4142-66 ТУ 38-10274-74 ТУ 6-18-157-73
Дозировка,% 1-2 1-3 1-5 1-3 1-3 1-3
Наиболее распространенной добавкой-ускорителем твердения является хлорид кальция. Его способность интенсифицировать процесс твердения бетона кроме адсорбционного взаимодействия с цементными зернами, объясняется способностью к образованию некоторых комплексных солей, в частности: оксихлорида и гидрохлоралюмината, а в присутствии гипса также гидросульфоалюминатов кальция. При этом гидроксид кальция связывается в нерастворимые соединения и происходит ускорение гидратации цемента. Положительным качеством хлористого кальция является способность оказывать ускоряющее действие во все сроки твердения и на все виды цементов, а также увеличивать конечную прочность бетона. Отрицательное свойство этой добавки – выделение хлор-ионов, вызывающих коррозию стальной арматуры. Этот недостаток может быть частично устранен при одновременном введении в бетоны ингибиторов коррозии стали типа нитрита натрия или нитрита кальция. Другие добавки этой группы обладают следующими особенностями. Хлорид натрия менее эффективен как ускоритель, но столь же опасен как стимулятор коррозии арматуры. Сульфат натрия ускоряет твердение только в начальные сроки. Нитрат кальция, нитрит-нитрат и 76
нитрит-нитрат-хлорид кальция дают увеличение прочности со временем и значительно повышают водонепроницаемость бетона, ионы натрия и калия могут вызывать коррозию бетона. Влияние хлорида кальция на прочность бетонов, приготовленных на различных цементах и подвергнутых тепловой обработке, приводится в работе [8]. Хлорид кальция как катализатор, ускоряет гидратацию C3S и C2S. Влияние его как при нормальном твердении, так и при пропаривании одинаково. Технология пропаривания с добавкой хлористого кальция изменяется. При оптимальном содержании добавки можно уменьшать наполовину время выдержки изделий. Оптимальная температура пропаривания бетонов на портландцементах понижается на 10–15°С. Максимальный эффект при использовании хлорида кальция достигается в бетонах полученных из жестких смесей, а также в бетонах при коротком режиме пропаривании. С увеличением удельной поверхности цемента (свыше 400 м2/кг) влияние хлорида кальция понижается. Оптимальное содержание хлорида кальция в бетоне на портландцементе находится в пределах от 0,6 до 1,0%. В работе [11] приводятся данные об исследовании добавкиускорителя ННХК при форсировании режимов тепловой обработки железобетонных изделий и конструкций по кассетной и прокатной технологии в условиях непродолжительной предварительной выдержки, высокой скорости подъема температуры и кратковременной изотермической выдержки. Для того чтобы такой процесс протекал без ухудшения структуры бетона и его физико-механических свойств добавка должна обеспечить прогрессивное ускорение роста прочности бетона (табл. 3.2). Добавка ННХК в изложенных выше условиях показала высокую эффективность. При форсированных режимах тепловой обработки улучшалась структура бетона и возрастала прочность изделий. Это достигается благодаря ускорению процессов растворения клинкерных минералов и формированию новообразований в кристаллический сросток. Применяя добавки-ускорители схватывания и твердения, следует учитывать, что они, уменьшая электрические заряды частиц цемента и, сокращая сроки их схватывания, ускоряют процессы гидратации и уплотняют структуру цементного камня в ранние сроки ее формирования. При этом эффективность добавок зависит от содержания в цементе трехкальциевого алюмината. Чем выше содержание трехкальциевого алюмината, тем сильнее проявляется уплотняющее действие добавок. При использовании высокоалюминатных цементов уплотняющее действие добавок не проявляется из-за быстрого схватывания цемента в их присутствии. 77
Таблица 3.2 Влияние добавки ННХК на свойства бетонов при ускоренных режимах тепловой обработки Время испыта- Режим термообраний, сут ботки 0,17 4 28 0,17 3 28 0.17 3 28
0,8 + 4,7 + 0,5
1 + 3,75 + 0,5
0,5 + 3 + 0,5
Прочность бетона при сжатии, кгс/см2, при концентрации ННКХ,% к массе цемента 0 2 3 218 222 213 291 353 377 372 466 480 264 310 300 З06 368 374 361 495 431 264 329 290 331 423 392 377 503 392
Наиболее эффективными добавками-ускорителями являются хлорид кальция (ХК) и хлорид алюминия (ХА), которые увеличивают прочность бетона или раствора независимо от содержания трехкальциевого алюмината в цементе. Такими же эффективными добавками являются сульфат натрия (СН) и нитрат кальция (НК), однако их эффективность зависит от минералогического состава цемента и тонкости его помола. Ускорители твердения, интенсифицируя процессы гидратации и оказывая положительное влияние на формирование структуры цементного камня, приводят к ускорению твердения бетона, выдерживаемого в естественных условиях, а также к увеличению прочности бетона сразу после тепловой обработки и в возрасте 28 суток последующего воздушно-влажного твердения. Это позволяет сократить сроки набора распалубочной прочности, уменьшить продолжительность тепловой обработки бетона на 10–20% при применении высокоалюминатных цементов. За счет увеличения темпов твердения бетона представляется возможность снизить расход цемента. В табл. 3.3 приведены данные для выбора некоторых добавок в зависимости от вида применяемого цемента. УСКОРИТЕЛЬ ТВЕРДЕНИЯ БЕТОНА "ПЛАСТИЛ-У" – добавка, которая согласно ГОСТ 24211-2003 относится к группе добавок ускоряющих твердение бетона и обеспечивает улучшение следующих характеристик: • увеличение прочности бетона на сжатие на 1 сутки от 80%; • увеличение водонепроницаемости на 3 ступени; 78
• достижение морозостойкости бетона свыше 300 циклов; • понижение воды затворения от 20%; • значительное улучшение формовочных свойств (удобоукладываемости, подвижности, нерасслаиваемости, жизнеспособности); • не вызывает коррозии арматуры железобетонных изделий. Добавка "Пластил-У" порошкообразная и вводится в бетонную или растворную смеси в количестве 2,0% от массы цемента непосредственно в смесь перед подачей воды, либо совместно с водой затворения. Упаковывается в бумажные мешки по 30 кг, возможна упаковка в "бигбэги" по 500 кг. Добавка сертифицирована Госстроем России (сертификат POCC RU. СЛ 10. С0000 7), имеет гигиеническое заключение Министерства здравоохранения РФ (№ 77.01.03.587.Т.25341). Таблица 3.3 Прочность пропаренного бетона с добавками ускорителей твердения Применяемый цемент
Добавки и их сочетания
Прочность бетона после про-паривания,% от R28, через 4 ч. 28 сут 50 100 60 105 60 110 55 110 55 105 50 100 65 110 65 115 60 115 55 110 50 100 70 110 70 125 65 120 60 115
Быстротвердеющий портБез добавки (эталон) ландцемент, высокоалюСН минатный портландцеХК мент (содержание С3А ХК+НН; ХК+ННК; ННХК более 10%) НН1; НК; ННСН Без добавки (эталон) Среднеалюминатный СН порт-ландцемент (содерХК жание С3А от 6 до 10%) ХК+НН; ХК+ННК; ННХК НН1; НК; ННСН Низкоалюминатный Без добавки (эталон) портландцемент (содерСН жание С3А менее 6%), ХК шлакопортланд-цемент, ХК+НН; ХК+ННК; ННХК пуццолановый портландНН1; НК; ННСН цемент Примечание: 1. Прочность пропаренного бетона дана в% от 28-суточной прочности бетона стандартного хранения 2. Приведенные в таблице данные получены при пропаривании тяжелого бетона до получения отпускной прочности, равной 50% проектной. В качестве ориентировочных их можно использовать для выбора добавок при пропаривании до получения других значений отпускной прочности, а также при применении других методов тепловой обработки бетона, в том числе бетона на пористых заполнителях и бетона, выдерживаемого в естественных условиях.
79
РЕЛАКСОЛ – ТЕМП 3. Предназначен для производства железобетонных изделий с целью улучшения технологических свойств бетонных смесей, ускорения твердения бетона без ТВО. Возможно использование добавки для производства дорожного бетона, товарных бетонных смесей различного назначения. Добавка интенсифицирует гидратацию цементов, способствует росту ранней прочности бетона и ускоряет твердение в начальные сроки. Не вызывает коррозии арматуры. Дозировка: от 0,8 до 2,0% от массы цемента по сухому веществу. Поставляется в цистернах в виде темно-коричневой жидкости или в виде пасты в полиэтиленовых бочках массой 80 кг. Плотность при 20°С: 1,22 ± 0, 03 г/см3, содержание хлоридов- менее 0,1%, рН 8–9, хорошо растворяется в воде. Добавка хранится в оборудованных складских помещениях в закрытых резервуарах. Гарантийный срок хранения 1 год. Производится по ТУ У В-2.719266746.001-96 (с изм. №1, 2) и ТУ 5870-029-00369171-02. Не рекомендуется смешивать данную добавку с другими добавками без согласования с производителем. Эффективность добавки зависит от минерального состава цемента и характеристик заполнителей. Оптимальные дозировки добавок определяются экспериментально на применяемых материалах. Релаксол – ТЕМП 3 вводится с водой затворения при приготовлении бетонной смеси. Время перемешивания зависит от вида бетоносмесителя и достижения требуемой степени однородности смеси. Перед применением добавки следует произвести корректировку состава бетона. При кристаллизации добавки раствор необходимо перемешать с одновременным барботированием. Добавка соответствует санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к строительным материалам, и является химически стабильным веществом (санитарные заключения Украины № 22/157, России №77.01.03.587.П.20163.07.2). Входящие в состав добавки компоненты относятся к малоопасным веществам (4 класс опасности). EKOSAL L – добавка, обеспечивающая быстрое и мгновенное схватывание и твердение бетонных смесей. Удобна для торкретбетона. Не употребляется для обычного бетонирования. BETODUR NA- добавка, обеспечивающая быстрое схватывание и твердение бетонных смесей c противоморозным действием. Не содержит хлоридов. Удобна для обычного бетона, железобетона и предварительно-напряженного конструкций. Повышает начальные и конечные значения прочности бетона. Применяется при производстве элементов заводского изготовления, а также при производстве товарных бетонов. 80
KAKODUR - высокоэффективный ускоритель, содержащий хлориды. Одновременно повышает морозоустойчивость бетона. Применяется только для неармированного бетона и бетонных конструкций заводского изготовления (плиты, боки и т.п.), значительно ускоряет процесс производства, особенно эффективен при производстве бетона в зимнее время.
3.3. Определение эффективности добавок, регулирующих скорость твердения бетона Эффективность добавки, регулирующей срок твердения бетона, определяют по изменению скорости увеличения прочности бетона основного состава по сравнению со скоростью увеличения прочности бетона контрольного состава. Для определения эффективности добавок, замедляющих или ускоряющих твердение бетона, применяют средства испытания и вспомогательные устройства по ГОСТ 10180 и ГОСТ 10181. Приготавливают бетонные смеси контрольного и основных составов с маркой по удобоукладываемости П1. Из бетонных смесей изготавливают образцы для испытания прочности на сжатие. Образцы бетонов с добавками хранят в нормальных условиях (на два срока испытания – для ускоряющих твердение и на четыре срока – для замедляющих твердение). Образцы бетонов испытывают на сжатие по ГОСТ 10180 в возрасте 1 и 28 сут. – для ускорителей твердения; в возрасте 1, 3, 7 и 28 сут. – для замедлителей твердения. При определении эффективности добавок, ускоряющих твердение, прирост прочности бетона основного состава ∆R вычисляют по формуле
∆R =
Rд − Rк ⋅ 100. Rк
(3.1 )
При определении эффективности добавок, замедляющих твердение, уменьшение прочности бетона основного состава ∆R вычисляют по формуле
∆R =
Rк − Rд ⋅ 100, Rк
(3.2) 81
где: Rд – прочность бетона основных составов, МПа; Rк - прочность бетона контрольного состава, МПа. Список использованных источников 1. ГОСТ 24211-2003. Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. 2. ГОСТ 30459-96. Добавки для бетонов. Методы определения эффективности. 3. Пособие по применению химических добавок при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий. М., Стройиздат, 1989, 39 с. 4. Вавржин Ф., Крчма Р. Химические добавки в строительстве. М., Стройиздат, 1964, (перевод с чешского). 5. Ребиндер П. А., Логинов Г. Н. Новые физико-химические пути в технологии строительных материалов. "Вестник академии наук СССР",1951, №10, стр. 47 – 54. 6. Нерс У. Р. Физико-химические пути в технологий строительных материалов. Генеральный доклад. Труды конференции РИЛЭМ. М.,Стройиздат, 1968, с.9 -18. 7. Ратинов В. Б., Розенберг Т. И., Добавки в бетон. М., Стройиздат, 1973. 8. Балаж Д. Влияние хлорида кальция на прочность пропаренных и автоклавированных бетонов. Труды конф. РИЛЭМ, М., Стройиздат, 1968, с. 318 – 323. 9. Грушко И. М., Свириденко Н. М., Живцов В. П. Комплексные химические добавки с использованием едкого натра.//Бетон и железобетон. 1978, №7, с. 26-28. 10. Лемехов В. Н., 3агайчук А. С., Дементьева А. И., Бабак А. Ф. Комплексные добавки в бетонных сборных конструкциях гидромелиоративных сооружений. "Бетон и железобетон".1976, №7, с.17-19. 11. Палиенко Н. И., Завойский А. К., Любимова К. А., Чумаков Ю. М., Ратинов Б. В. Применение добавок ННХК при форсировании режима тепловлажностной обработки бетонов. "Бетон и железобетон", 1976, №4,с.20 – 21. 12. Пособие по применению химических добавок в производстве сборного железобетона. -М.: НИИЖБ, 1991. -35с. 13. Руководство по применению химических добавок в бетоне. М.:Стройиздат,1985.-64с. 14. Афанасьев Н.Ф., Целуйко М.К. Добавки в бетоны и растворы. Киев: Будивельник, 1989.-127с. 15. Попко В.Н. Химические добавки для бетона. Учебное пособие. Казань. КИСИ, 1980. 82
3.4. Добавки, повышающие защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре К ним относятся нитриты щелочных и щелочноземельных металлов, хроматы и бихроматы калия или натрия, тетрабораты натрия или калия, бензоат натрия, фосфаты щелочных металлов и некоторые амины. На базе указанных добавок могут быть использоваться комплексные добавки, например сочетания нитрита натрия с бензоатом натрия, тетраборатом натрия, с ЛСТ и др. Как правило, эти добавки одновременно служат и регуляторами скорости твердения бетона. Некоторые из них (нитрит натрия, нитритнитрат кальция и др.) являются эффективными противоморозными добавками. По механизму их защитного действия на стальную арматуру различают пассиваторы и ингибиторы. Сущность механизма действия пассиваторов заключается в образовании на поверхности металла защитных пленок из оксидов или нерастворимых солей. Такими свойствами обладают нитриты, фосфаты, силикаты, хроматы, бихроматы и некоторые другие соединения. Следует, однако, заметить, что некоторые из перечисленных соединений, действуя в основном на анодный процесс, сокращают площадь анодных участков и в случае малой концентрации способствуют локализации коррозионного процесса в отдельных точках – питтингах. Следовательно, добавки –пассиваторы не всегда обеспечивают надежную защиту стали от коррозии. Добавки-ингибиторы обеспечивают надежную защиту стали от коррозии, особенно в бетоне с пониженной щелочностью среды. Они образуют на поверхности стали пленки с физической адсорбцией. К таким добавкам относятся амины, фосфорорганические соединения, ряд ПАВ катионактивного действия. Добавки, замедляющие коррозию, делятся на анодные, катодные и смешанные в зависимости от того, где они преимущественно воздействуют на реакцию коррозии – на анодных или катодных пластинах или на пластинах обоих типов. Анодные ингибиторы – это вещества, действие которых основано на их способности поглощать электроны. Они подавляют реакции, протекающие на аноде. Большинство добавок, относящихся к этой группе, эффективны только тогда, когда они присутствуют в достаточно высоких концентрациях. Требуемая концентрация часто определяется содержанием хлорида, воздействующего на сталь. Если используют83
ся недостаточные дозы добавок, то происходит коррозия, интенсивность которой локализовано, что вызывает сильную точечную коррозию. Катодные ингибиторы действуют либо путем замедления катодной реакции, либо путем выборочного осаждения на катодных пластинах. Вещества этой группы-сильные акцепторы протонов, и их действие в отличие от анодных ингибиторов является обычно косвенным. Смешанные ингибиторы могут одновременно действовать как на анодные, так и на катодные процессы. Смешанный ингибитор обычно более предпочтителен, так как его действие направлено на всеохватывающую поверхностную коррозию, возникающую из-за присутствия хлоридов. Использование смешанного ингибитора дает лучший эффект. Каждая группа ингибиторов может включать вещества, действие которых основано на одном из следующих механизмов: • образовании барьерных слоев; • окисление путем пассивации поверхности; • влиянии на окружающую среду, контактирующую с металлом. Ниже перечислены требования, которым должны удовлетворять отдельные химические вещества или их смеси для того, чтобы они могли выступать в качестве эффективных ингибиторов коррозии: • молекулы должны обладать сильно выраженными свойствами воспринимать или отдавать электроны, либо теми и другими; • растворимость должна быть такой, чтобы быстрое насыщение коррозирующей поверхности происходило без быстрого выщелачивания вещества; • эти вещества должны вызывать поляризацию соответствующих электродов при относительно малых значениях силы тока; • они должны быть совместимы с системой, для которой предназначено вещество, чтобы не вызывать нежелательных побочных эффектов; • добавки должны быть эффективными при тех значениях рН и температуры окружающей среды, при которых они используются. Химический состав. Из анодных ингибиторов наиболее широко применяют нитриты кальция или натрия, бензоат натрия и хромат натрия. Кроме того, считаются перспективными натриевые соли силикатов и фосфатов, двухлористое олово и гидразингидрат. В Северной Америке единственным запатентованным веществом является нитрит кальция. Большинство веществ использовалось при проведении специальных работ, где был возможен тщательный надзор, или в заводских смесях для заливки полов производственных помещений и приготовления растворов. 84
В качестве катодных ингибиторов обычно применяют основания (N-ОН), которые увеличивают значение рН среды и таким образом уменьшают растворимость соединений железа. Большая часть исследований была посвящена изучению анилина и его хлор-, алкил- и нитрозамещенных форм, а также меркаптобензотиазола. В общем случае молекулярная структура играет существенную роль в эффективности этих смесей. Увеличение общей электронной плотности и пространственное расположение групп с разветвленной цепью определяют степень хемосорбции на металле и, следовательно, их эффективность. Смешанные ингибиторы содержат молекулы, у которых распределение плотности электронов обусловливает притяжение ингибитора, как к анодным, так и к катодным площадкам. Эти молекулы могут иметь более одной ориентированной присоединенной группы, например NH и SH, и обычно характеризуются следующими особенностями: одна основная молекула может содержать структуры, общие для обеих ориентированных групп (аминотиофенол); соль образуется ориентированными группами акцепторов электронов и протонов из двух отдельных молекул. Смесь нитрита и нитрата кальция вместе с муравьино-кислым кальцием используется как для ускорения роста прочности, так и для замедления коррозии во время пропаривания. Кроме того, в условиях автоклавной обработки замедление коррозии обеспечивается комбинациями Na2SO4 или гипса и ацетата натрия. Нитрит кальция предлагается на рынке как не содержащий хлорида ускоритель твердения, а также как ингибиторов коррозии. При содержании твердых веществ в растворе 25–30% дозировка составляет 2–4% массы цемента. Несмотря на высокую стоимость обработки 1 м3 бетона, использование данного метода считается экономически целесообразным по сравнению с другими доступными методами предотвращения вредного действия хлоридов на сталь. Другим преимуществом нитрита кальция по сравнению с нитритом натрия является уменьшение выщелачивания и обесцвечивания, а также меньшая вероятность протекания реакции между примесями реакционноспособного кремнезема в заполнителе и щелочью. Нитрит натрия представляет собой мелкозернистый, свободно текущий порошок. Он эффективно применяется в отсутствие хлоридов, как в обычных, так и в пропариваемых бетонах в дозировке 1-2% массы цемента. В присутствии хлоридов доза должна превышать 2% для того, чтобы предотвращалось развитие активной точечной коррозии. Использование нитрита натрия ограничено из-за быстрого выщелачивания. 85
Хроматы натрия и калия используются в дозах 2–4%. Их влияние на процесс коррозии почти такое же, как у NaNО2, если не считать зеленого цвета, присущего хроматам. Бензоат натрия добавляется в бетонную смесь количестве 6– 8%. Двухлористое олово оказалось весьма перспективным при использовании в растворах в условиях пропаривания и в присутствии хлоридов. Добавка 2–3% замедляет коррозию и вызывает более ранний прирост прочности. Гидразингидрат исследовался в основном в лабораторных условиях. Используются также различные вещества на основе фосфатов, силикатов и натриевых солей моно- и дикарбоновой кислот. Катодные ингибиторы, состоящие из анилина и его хлоралкиловых и нитрозамещенных форм, а также аминоэтанольная группа используются в дозах 1–2% от массы цемента в присутствии 1–2% СаСl2. Неорганические вещества, такие как NаОН и др. обычно вводятся в дозах 2–4%. Смешанные ингибиторы используются в дозах 1–2%. В большинстве случаев ингибиторы коррозии стали – растворимые неорганические вещества, представляют собой порошки, которые можно вводить вместе с песком или водой затворения или после того, как завершен начальный цикл замеса. При добавлении в воду затворения порошок должен быть растворен, чтобы обеспечивалась необходимая концентрация до введения в смесь. Жидкие добавки, такие как нитрит кальция, могут быть введены в смесь с помощью имеющихся в настоящее время автоматических жидкостных смесителей. При использовании ингибиторов коррозии вместе с обычными добавками важно, чтобы они добавлялись отдельно, на различных этапах смешивания. Хранение и срок годности. Большинство растворимых неорганических солей, такие как NaNО2, и хромат калия, легко поглощают влагу. Следовательно, их нужно хранить в сухом прохладном месте. Нитрит натрия и хромат калия, а также другие вещества, на которые отрицательно действует влага, упаковывают в водонепроницаемые многослойные мешки. Срок годности обычно ограничен 6 мес. Нитрит кальция поступает на рынок в больших емкостях. Хотя раствор замерзает при температуре – 5оС, активность полностью восстанавливается после оттаивания и тщательного перемешивания. Особенности применения. Один из серьезных недостатков использования анодных ингибиторов состоит в том, что они эффективно 86
обеспечивают пассивацию, только когда присутствуют в высоких концентрациях. При низких концентрациях добавок или малом отношении дозы ингибитора к уровню хлоридов коррозия интенсивно локализуется, и ее действие становится значительным. При применении добавок ингибиторов, ускоряющих схватывание бетона, могут потребоваться комбинации добавок-замедлителей, особенно, когда температура окружающей среды и смеси превышает 35оС. Аналогичным образом при использовании ингибиторов, замедляющих сватывание бетонной смеси, могут добавляться ускорителя твердения для обеспечения заданного роста прочности бетона. Бетоны, содержащие нитриты щелочных металлов, хроматы и бензоаты, легко подвержены высолообразованию и могут образовывать белую пленку на поверхности затвердевшего бетона, если выдержка во влажном режиме используется в течение продолжительного времени. Защитные свойства бетона. Механизм реакции для большинства анодных ингибиторов по существу состоит в окислении растворимого оксида двухвалентного железа и образовании защитной пленки из гидроксида железа на поверхности стали. Постепенно из области действия коррозии исключаются новые участки поверхности стали, и процесс коррозии прекращается. Эффективное замедление обеспечивается только при достаточном количестве добавки, отвечающем необходимому для данной системы отношению ингибитор: хлорид. Если это отношение мало, то конкурирующие реакции восстановления защитной пленки ионом NО-2 и разрушительного действия хлоридов происходят одновременно, причем последняя реакция начинает преобладать. Коррозия интенсивно локализуется, и возникает опасная точечная коррозия. Катодные ингибиторы действуют либо путем замедления катодной реакции, либо путем селективного осаждения на катодных площадках, что вызывает увеличение электрического сопротивления и уменьшение диффузии продуктов восстановления к катоду. Продукты реакции при этом не связываются с металлом так же сильно, как продукты, полученные при применении анодных ингибиторов. Неорганические добавки, представляющие собой сильные основания, обычно увеличивают рН среды, вызывая уменьшение растворимости ионов железа. Поскольку молекулы смешанных ингибиторов содержат более одной ориентированной группы, ингибитор будет действовать индуктометрически с преобладанием свойств либо акцептора, либо донора электронов в зависимости от химической среды. 87
Удобоукладываемость – эта характеристика, определяемая значениями пластичности, улучшается при внесении большинства добавок (до 2%), состоящих из неорганических солей. При более высоких дозах добавок удобоукладываемость снижается, особенно если в смеси присутствует СаСl2. Органические ингибиторы, такие как бензоат натрия, как правило, не уменьшают удобоукладываемость. При использовании большинства неорганических добавок, в том числе нитритов натрия и кальция, наблюдается уменьшение начала и конца времени схватывания. Неорганические соли влияют на теплоту гидратации примерно так же, как ускорители. Затвердевшие бетон и раствор. Через 3 и 7 сут. наблюдается весьма незначительное изменение прочности при сжатии для бетонов и растворов, содержащих нитрит натрия и хромат калия. Через 28 суток прочность немного ниже, чем у бетонов и растворов без добавок. Более высокие дозы добавок вызывают существенное уменьшение прочности через 28 суток. Прочность бетонов и растворов, содержащих бензоат натрия в рекомендуемой дозе 6%, значительно снижается в любом возрасте. При повышении дозы происходит резкое снижение прочности. Добавление любой дозы органических ингибиторов обычно приводит к снижению пределов прочности, причем этот эффект возрастает с увеличением дозы. В противоположность этому нитрит кальция дает существенное увеличение прочности в раннем и более позднем возрасте. Значения предела прочности возрастают с увеличением дозы до 5%. Фосфат натрия и двухлористое олово в дозах 2–4% также увеличивают прочность. Предельное значение прочности при растяжении зависит от вида используемой добавки. Для нитрита и бензоата натрия предел прочности уменьшается с увеличением дозы, начиная с 2–4%. При введении хромата калия наблюдается небольшое изменение прочности по мере увеличения выше 2–6%. Нитрит кальция увеличивает предел прочности в любом возрасте с увеличением дозы до 5% как для обычного, так и для пропаренного бетона. Аналогичный эффект обнаружен и при применении двухлористого олова. Ингибиторы на основе солей натрия могут увеличивать защитный потенциал реакции заполнителя со щелочью, особенно если используются реакционноспособные заполнители. Некоторые ингибиторы коррозии влияют на сцепление стали с бетоном, вследствие слабого сопротивления цементного теста в контактной зоне. Это объясняется 88
двумя причинами: во-первых, сильной флокуляцией цементного теста, вызываемой растворителями (например, спиртом), в которых растворяется ингибитор, и, во-вторых, отсутствием непосредственного контакта между продуктами гидратации цемента и сталью из-за наличия на поверхности стали пленок, предотвращающих образование ржавчины. Хромат калия окрашивает бетон в светло-зеленый цвет, в то время как нитрит натрия и бензоат натрия способствует его обесцвечиванию. Факторы, влияющие на замедление коррозии. Растворимость добавки должна быть такой, чтобы на коррозирующих поверхностях имелось достаточное ее количество. Однако при сильной растворимости она легко выщелачивается из бетона. Нитрит натрия выщелачивается в течение двух лет, в то время как нитрит кальция, который растворим в меньшей степени, более эффективно замедляет коррозию. Многие добавки, являющиеся основаниями, быстро осаждаются в цементном растворе и, следовательно, теряют свою эффективность. Вследствие того, что ингибиторы используются в малых количествах, они, как правило, рассеяны по всему объему, а не концентрируются на границе бетона и стали. Недостаточная концентрация анодных ингибиторов приводит к ускоренной коррозии. Эффективность анодных ингибиторов непосредственно зависит от содержания хлорида в бетоне. При достаточно большом содержании хлорида их эффективность резко уменьшается, и для предотвращения вредного воздействия хлорида требуется введение большого количества ингибитора. Для каждого ингибитора существует критическая концентрация хлорида, ниже которой коррозия приостанавливается. Цементы, содержащие большее количество С3А, обеспечивают более высокую коррозионную стойкость; портландцементы обладают лучшими антикоррозийными свойствами по сравнению со шлакопортландцементом и пуццолановым цементом. При попеременном увлажнении и высушивании, особенно при повышенных температурах, интенсивность коррозии стали в бетоне возрастает. При таких условиях эффективность добавок-ингибиторов может уменьшаться. Эффективность органических катодных ингибиторов часто связана с их молекулярной структурой, которую определяют размер молекул, тип связей, длина углеродных цепочек, число боковых групп, пространственное расположение и комплексообразующая способность. Повышение температуры системы ведет к снижению эффективности ингибиторов вследствие уменьшения покрытия, обеспечиваемого ингибитором в условиях ускорения процессов коррозии. 89
Значение рН влияет на пороговую величину концентрации хлоридов, что сказывается на пассивации окисной пленки. Следовательно, эффективность ингибитора коррозии будет увеличиваться с увеличением рН водной фазы. Поэтому эффективность ингибиторов коррозии стали выше в бетонах на чисто клинкерных портландцементах, и ниже на шлакопортландцементах и пуццолановых цементах. Стандарты, технические нормы, критерии эффективности добавок- ингибиторов коррозии Выпуск ингибиторов коррозии в широких масштабах и их промышленное использование осуществляются сравнительно недавно, поэтому в настоящее время в США, Великобритании отсутствует какойлибо общенациональный стандарт. Российские стандарты допускают применение ингибиторов в противоморозных добавках. Для оценки этих добавок используются разнообразные методы испытаний, разработанные в процессе создания и развития технологии. В настоящее время при использовании процессов коррозии наиболее эффективным как в производственных, так и в лабораторных условиях по-прежнему остаются электрохимические методы измерений, наиболее широко распространены измерения электрического потенциала стали в разомкнутой цепи и поляризационные измерения стали в бетонах при наличии или отсутствии хлоридов. Измерения поляризации особенно эффективны при быстром отборе и оценке добавок. Результаты измерений электрического напряжения в бетонах, содержащих различные дозы добавок, можно графически представить как функцию времени при постоянных значениях плотности поляризационного тока на единицу площади электрода. Критерием эффективности добавки является резкое увеличение при малых значениях плотности тока, что указывает на пассивацию. Чем меньше плотность тока, при которой возникает резкое увеличение напряжения, тем более эффективным является ингибитор. Постепенное увеличение напряжения указывает на развитие процесса коррозии. Поляризационный метод можно также использовать для контроля качества различных замесов с целью обеспечения однородности добавки. В публикациях, перечисленных в работах [8–11], представлены описания методов оценки коррозии. При оценке ингибиторов коррозии нужно принимать во внимание следующие факторы: степень водорастворимости; совместимость с водоцементной фазой; требуемое количество ингибитора; степень потребления ингибитора; различные побочные эффекты, влияющие на процесс схватывания, прочность и долговечность. 90
Эффективность добавок, увеличивающих защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре, определяют по изменению плотности электрического тока и/или потенциала стали. Для определения эффективности добавок, повышающих защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре, применяют средства испытания и вспомогательные устройства по ГОСТ 310.4, ГОСТ 10180, ГОСТ 10181.1 и СТ СЭВ 4421. Изготавливают стальные стержни длиной 140 мм и диаметром 3–6 мм, которые обрабатывают в соответствии с требованиями СТ СЭВ 4421. Приготавливают бетонные смеси основных составов с применением комплексного модификатора, состоящего из хлорида кальция (3–5%) и добавки, повышающей защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре. Марка бетонной смеси по удобоукладываемости – П1. Из бетонной смеси готовят образцы-балочки, в которых по центральной оси располагают стальные стержни. Образцы подвергают тепловой обработке и/или оставляют твердеть в нормальных условиях. Образцы испытывают в возрасте 28 сут. С этой целью скалывают образец, оголяя с торца арматурный стержень на 2-4 см. Дальнейшие испытания и обработку результатов выполняют по СТ СЭВ 4421. Список использованных источников 1. ГОСТ 24211-2003. Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. 2. ГОСТ 30459-96. Добавки для бетонов. Методы определения эффективности. 3. Пособие по применению химических добавок при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий. М., Стройиздат, 1989, 39 с. 4. Вавржин Ф., Крчма Р. Химические добавки в строительстве. М., Стройиздат, 1964, (перевод с чешского). 5. Ратинов В. Б., Розенберг Т. И., Добавки в бетон. М., Стройиздат, 1973. 6. Пособие по применению химических добавок в производстве сборного железобетона. -М.: НИИЖБ, 1991. -35с. 7. Руководство по применению химических добавок в бетоне. М.:Стройиздат,1985.-64с. 8. СТ СЭВ 4421-83 Защита от коррозии в строительстве. Защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре. Электрохимический метод испытаний. 91
9. Алексеев С.Н. Коррозия и защита арматуры в бетоне. Москва, 1968г. 10. Фельдман, Р.Ф., Коллепарди М. и др. Добавки в бетон. Справочное пособие, Москва, 1988 11. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н. и др. Коррозия бетона и железобетона. Методы их защиты. М.: Стройиздат. 1980.-536с. 12. Попко В.Н. Химические добавки для бетона. Учебное пособие. Казань. КИСИ, 1980.
3.5. Противоморозные добавки В соответствии с классификацией по ГОСТ 24211-2003 противоморозные добавки отнесены в четвертую группу добавок, придающих бетону специальные свойства, в данном случае способность твердеть при отрицательной температуре. Роль этих добавок заключается в основном в активизации процесса гидратации цемента, вызывающей ускоренное образование гелей. В результате энергичных реакции обмена ускоренно выделяется свободная известь в раствор и повышается растворимость силикатных составляющих цемента, что приводит к образованию гелей гидроксидов металла и кальция. Одновременно ускоряется коагуляция появляющегося коллоидного раствора, при которой сближаются зерна цемента и частицы гидратных новообразований. При растворении любой противоморозной добавки происходит не простое распределение ее частиц (молекул или ионов) по всему объему воды, а химическое их взаимодействие с молекулами воды. В результате образуются сольваты (более или мене прочные соединения частиц растворенной добавки) с молекулами воды, что приводит к понижению температуры замерзания воды. Таким образом, к противоморозным добавкам относят химические соединения, понижающие температуру замерзания воды и не препятствующие процессу взаимодействия цемента с водой. Противоморозные добавки нашли широкое применение при возведении монолитных и сборно-монолитных бетонных и железобетонных конструкций и сооружений, монолитных частей сборномонолитных конструкций и сооружений, включая бетонирование в скользящей опалубке, для замоноличивания стыков сборных конструкций и при изготовлении сборных бетонных и железобетонных конструкций в условиях строительных площадок и полигонов при установившейся температуре наружного воздуха и грунта ниже +5 ºС и мини92
мальной суточной температуре ниже 0 вплоть до – 30ºС (температура бетона, при которой он с некоторыми противоморозными добавками, хотя и медленно, но систематически набирает прочность за счет гидратации цемента, составляет –25ºС). Введение противоморозных добавок в 1,2–1,4 раза экономичнее, чем способ паропрогрева и бетонирования с предшествующим ограждением сооружения и его утеплением изнутри и в 1,3–1,5 раза экономичнее электропрогрева и электрообогрева. Безобогревное зимнее бетонирование благодаря применению противоморозных добавок позволяет экономить тепло и электроэнергию при более гибкой технологии проведения работ. Противоморозные добавки представляют собой стабильные вещества, которые могут храниться как в твердом виде, так и в виде раствора неограниченно долго. Они выполняют свои функции, прежде всего за счет снижения ими температуры замерзания воды. Поэтому наиболее обоснованно и правильно назначать их дозировку к массе воды затворения, что особенно четко проявляется при изменении водоцементного отношения (В/Ц). Так, при постоянстве дозировки в расчете на массу цемента, бетонная смесь находится в тем более тяжелых условиях твердения при температуре ниже 0°С, чем выше ее В/Ц, чего не наблюдается при назначении добавок к воде затворения. Поэтому в отличие от дозировки органических поверхностно-активных веществ концентрация противоморозных добавок во всех таблицах дается в процентах к воде затворения. Это оказалось удобным и при приготовлении добавок, которые вводятся в виде водных растворов. При необходимости проведения технико-экономических сопоставлений с добавками другого назначения эту дозировку легко пересчитать на цемент; для среднестатистических данных можно принять, что водоцементное отношение равно 0,5. С учетом областей применения противоморозные добавки можно разделить на две группы: 1. Добавки, понижающие температуру замерзания жидкой фазы бетона и принадлежащие к числу либо слабых ускорителей, либо замедлителей схватывания и твердения цемента (нитрит натрия, хлорид натрия, слабые электролиты, вещества органического происхождения). 2. Добавки, совмещающие в себе способность к сильному ускорению процессов схватывания и твердения цементов с хорошими антифризными свойствами (поташ, хлорид кальция, нитрит натрия, нитрит – нитрат кальция, мочевина). 93
Кроме этих основных групп в отдельных случаях при зимнем бетонировании используют вещества со слабым антифризными свойствами, но относящиеся к сильным ускорителям твердения цемента, одновременно вызывающие сильное тепловыделение на ранней стадии твердения бетонной смеси и бетона. Эти добавки выбирают из числа тех, которые способствуют быстрому образованию плотной микрокапиллярной структуры цементного камня, например сульфаты трехвалентного железа и алюминия. Основная цель, преследуемая при введении противоморозных добавок, заключается в том, чтобы обеспечить в сжатые сроки достижение проектной прочности бетона независимо от температуры окружающего воздуха, поэтому цемент должен обладать высокой активностью. Рекомендуется применять портландцементы марок не ниже 400. Для бетонных смесей с наиболее популярными противоморозными добавками водоотделение и связанная с ним седиментация твердых частиц не характерны. К противоморозным добавкам, обеспечивающим твердение цементного теста при отрицательных температурах, относятся следующие, наиболее изученные и распространенные добавки: - ПОТАШ, (калий углекислый, карбонат калия) (П) – соль с сильно выраженными щелочными свойствами, выпускается в виде кристаллического порошка белого цвета. При хранении во влажных условиях возможно слеживание. При работе с кристаллическим порошком и его раствором следует остерегаться попадания его на кожу и в глаза. Поставляется в мешках или барабанах. Поташ относится ко второй группе. Максимальная концентрация раствора с учетом влажности заполнителя не должна превышать 30%. Бетонную смесь с противоморозными добавками, вводимыми с водой затворения, готовят на цементах проектной марки и соответствующих мелких и крупных заполнителях. Бетонные смеси с добавками поташа можно использовать при возведении в вертикальной скользящей опалубке внутренних стен жесткости (ядер) в крупнопанельных многоэтажных зданиях, приставных и внутренних стен монолитных и лифтовых кирпичных и каркасных зданиях и наружных стен многоэтажных зданий. - ХЛОРИД КАЛЬЦИЯ (ХК)- бесцветные хорошо растворимые в воде кристаллы, должен храниться в условиях исключающих увлажнение. - НИТРАТ КАЛЬЦИЯ (НК)- бесцветные хорошо растворимые в воде кристаллы, хранить следует в упакованном виде в вентилируемых, 94
закрытых, сухих и чистых складских помещениях, к которым предъявляются повышенные требования пожарной безопасности. Вместимость складов не более 1500 т. - НИТРИТ – НИТРАТ КАЛЬЦИЯ (ННК)- смесь нитрита кальция и нитрата кальция в отношении 1:1 по массе в виде 20%-го водного раствора или пасты. Токсичен. Разлагается в средах с рН>7. Не допускается смешивать с растворами лигнотульфонатов. - НИТРИТ-НИТРАТ ХЛОРИД КАЛЬЦИЯ (ННХК)- продукт, получаемый смешиванием ННК с хлоридом кальция в отношении 1:1 по массе. Водный раствор желтоватого цвета плотностью 1,1–1,3 г/см3. Токсичен. При работах должны соблюдаться все правила техники безопасности. Разлагается в кислых средах. Вызывает сильное раздражение кожного покрова. - ХЛОРИСТЫЙ НАТРИЙ (ХН) – кристаллический порошок белого цвета, растворимый в воде; должен храниться в условиях исключающих увлажнение. - СУЛЬФАТ НАТРИЯ (СН) -- поставляется в виде декагидрата, но может выпускаться в виде безводной соли – кристаллов белого цвета с желтым оттенком, трудно и ограниченно растворимых в воде. При хранении в открытом виде возможно выветривание кристаллов. – НИТРИТ НАТРИЯ (НН) – кристаллы белого цвета с желтоватым оттенком. Выпускается в виде 28%-го раствора по ГОСТ 19906-74. Технический нитрит натрия используется в качестве противоморозной добавки к бетонам в производстве строительных конструкций, ингибитора для защиты от атмосферной коррозии и для других целей в химической, металлургической, медицинской, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности. Технический нитрит натрия – ядовитое, пожароопасное вещество, является окислителем. Взаимодействие технического нитрита натрия с горючими веществами может сопровождаться взрывом. По степени воздействия на организм технический нитрит натрия относится к веществам 3-го класса опасности. Технический нитрит натрия упаковывают в ламинированные мешки или полиэтиленовые мешки-вкладыши, вложенные в бумажные или полипропиленовые мешки. Масса нетто продукта не более 50 кг. Не допускается совместная перевозка нитрита натрия с горючими веществами и продуктами питания. Может поставляться бочками или в цистернах. Технический нитрит натрия хранят в неотапливаемых, вентилируемых, закрытых, сухих и чистых складских помещениях в упаковке изготовителя. К складам предъявляются повышенные требования пожарной безопасности. Не допускается совместное хранение нитрита 95
натрия с другими веществами. Гарантийный срок хранения продукта – 6 месяцев со дня изготовления. Кристаллический продукт следует хранить в упакованном виде в вентилируемых, закрытых, сухих и чистых складских помещениях. К складам предъявляются повышенные требования пожарной безопасности. Ядовит, при попадании в организм человека вызывает тяжелые поражения, опасные для жизни. КАРБАМИД (МОЧЕВИНА), (М) – бесцветные хорошо растворимые в воде кристаллы. Продукт пожароопасный (tвсп = 182°С), поэтому хранить его следует в отдельных складах с несгораемыми стенами. Поставляется в полиэтиленовых мешках. Широко используется в сельском хозяйстве как азотное удобрение, а также как исходное сырье для производства карбамидных смол. В районах со сравнительно мягким климатом, где температура воздуха, как правило, не бывает ниже –10°С, можно достаточно успешно применять карбамид. Эта противоморозная добавка одновременно пластифицирует бетонную смесь и обеспечивает спокойный невысокий темп твердения бетона. Указанные свойства карбамида частично используются в комплексных добавках ННКМ и ННХКМ, представляющих собой смесь соответственно мочевины с нитрит-нитратом кальция и нитрит-нитрат-хлоридом кальция. – ФОРМИАТ НАТРИЯ ТЕХНИЧЕСКИЙ (ТУ 2432-01100203803-98) представляет собой формиат натрия с незначительной примесью пентаэритрита и его производных. Формиат натрия технический используется в качестве противоморозной и пластифицирующей добавки в производстве строительных конструкций, в кожевенной промышленности как агент в преддубильных операциях, как сырье в производстве муравьиной кислоты. Добавка используется для возведения монолитных бетонных и железобетонных конструкций при отрицательной температуре наружного воздуха от 0оС до –15оС. Технология приготовления бетонной смеси с добавлением формиата натрия отличается от обычной тем, что в процессе ее приготовления дополнительно вводится предварительно отдозированный раствор добавки. Формиат натрия обеспечивает быстрый набор прочности бетона. Обладает пластифицирующими свойствами; обеспечивает длительную жизнеспособность бетонной смеси. Расход добавки составляет 2–4% в пересчете на сухие вещества от массы цемента. Формиат натрия взрывобезопасен и не горюч, однако в местах хранения и работы с ним сле96
дует запрещать курение и применение открытого огня. По степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности, вызывает раздражение верхних дыхательных путей и слизистых оболочек. Упаковывают добавку в пяти-, шестислойные бумажные мешки с полиэтиленовые мешком-вкладышем по 25 кг, полипропиленовые мешки с полиэтиленовым мешком-вкладышем, а также в мягкие контейнеры типа МКР-1.0С. Формиат натрия- сырец хранят в сухих закрытых складских помещениях на поддонах. Не рекомендуется нарушение герметичности упаковки ввиду высокой гидрофильности. Гарантийный срок хранения продукта – 1 год со дня изготовления. Наряду с перечисленными выше основными видами индивидуальных противоморозных добавок широкое распространение получили комплексные добавки, основные виды которых рассмотрены ниже и в разд. 5.
3.5.1. Сочетания противоморозных добавок с добавками другого назначения Многие из противоморозных добавок относятся также к ускорителям твердения. Однако, поскольку их дозировка намного больше, цемент при введении этих добавок обладает излишне короткими сроками схватывания, что делает затруднительным укладку бетонной смеси, в особенности, если применяют поташ. В его присутствии не только очень сильно сокращаются сроки схватывания цемента и загустевания смеси, но и ухудшается структура цементного камня и снижается морозостойкость бетона. Поэтому в такие противоморозные добавки вводят замедлители схватывания и твердения: тетраборат натрия Na2B4O7 или органические поверхностно-активные вещества из категории лигносульфонатов; их дозировку подбирают экспериментально, исходя из вида цемента и концентрации противоморозной добавки. Тетраборат натрия может храниться неограниченно долго. Зимнее бетонирование с противоморозными добавками не исключает применения и других добавок из числа описанных ранее: газообразующих и воздухововлекающих, призванных повысить морозостойкость бетона, добавок, снижающих водопотребность (пластификаторов и суперпластификаторов). Дозировку воздухо- и газообразующих добавок подбирают экспериментально. Обычно она несколько выше, чем при их введении в бетон без противоморозных добавок. При выборе таких добавок нужно 97
следить за тем, чтобы не происходила их быстрая коагуляция, и при необходимости вводить добавки раздельно. При смешивании противоморозных добавок с воздухововлекающими для повышения точности дозировки последних их вводят в виде растворов с концентрацией до 3%. Для ускорения растворения противоморозных добавок можно пользоваться водой, подогретой до 40–80°С, а карбамида – только до 40 °С. Растворы добавок допускается применять только после того, как они полностью растворятся в воде. Примером комплексной противоморозной добавки может служить ПРОТИВОМОРОЗНАЯ ДОБАВКА "ЗИМНЯЯ – П- 3" -ТУ5870148-40854090-02. Добавка разработана НИИЖБ, г. Москва. Производитель: "СКТ-Стандарт", г. Новозыбков, Брянская обл. Санитарноэпидемиологическое заключение выдано Головным центром ГСЭН Федерального управления "Медбиоэкстрем" при Минздраве РФ, г. Москва. Сертификат соответствия Госстроя России выдан ОС "Железобетон", г. Москва. Добавка "Зимняя-П-3" используется при изготовлении монолитных и сборных бетонных и железобетонных конструкций промышленного и гражданского строительства. Добавка не влияет на защитные свойства бетона по отношению к арматуре и не вызывает ее коррозии, не образует высолов на поверхности бетона, не влияет отрицательно на процесс схватывания бетона (нет комкования и т.п.). Добавка обеспечивает твердение бетона или раствора в течение 28 суток при температуре –30оС с набором прочности 30% и более от нормируемой. Диапазон применения добавки: от 0оС до –30о С при этом – дозировка добавки по сухому веществу от массы цемента: от 3% до 8–11%. Выпускается в виде порошка в полиэтиленовых мешках по 20 кг. Рекомендуемая концентрация водных растворов 10–20%. Добавка относится по ГОСТ 12.1.007 к 4-му классу опасности -малоопасное вещество. Цена в 2003г. – 7000 руб. за тонну с НДС.
3.5.2. Основные свойства противоморозных добавок и особенности их выбора для железобетонных конструкций Вид противоморозной добавки назначается с учетом ожидаемой отрицательной температуры и данных по нарастанию прочности раствора и бетона (табл. 3.3. и 3.4.). 98
Таблица 3.3 Количество противоморозных химических добавок к кладочным растворам,% от массы цемента в растворе Противоморозные добавки
1 1. Нитрит натрия (НН) 2. Поташ (П) 3. Нитрит натрия + поташ (НН + П)
4. Комплексная добавка (НКМ) 5. Комплексная (НК + ПАЩ-1), (НН + ПАЩ-1) 6. Хлорид натрия + хлорид кальция (ХН + ХК) 7. ННХК + М (готовый продукт + мочевина)
Среднесуточ- Количество Ожидаемая прочность расная темпера- противомо- твора, % от марки при твертура наружно- розной додении на морозе, сут го воздуха, °С бавки,% 7 28 90 массы цемента 2 3 4 5 6 2–3 15 50 70 От 0 до –2 4–5 10 40 55 „ –3 „ –5 8 – 10 5 30 40 „ –6 „ –15 5 25 60 80 До –5 10 20 50 65 От –6 до –15 12 10 35 50 „ –16 „ –30 1,5 + 1,5 25 60 80 „ 0 „ –2 2,5 + 2,5 20 55 75 „ –3 „ –5 5+5 15 40 60 „ –6 „ –15 6+6 5 35 45 „ –16 „ –30 2–3 15 50 70 „ 0 „ –2 4–5 10 30 50 „ –3 „ –5 8 – 10 3 20 30 „ –6 „ –20 2 15 50 70 „ 0 „ –5 5–6 10 30 50 „ –6 „ –15 2 + 0,5 30 80 100 „ 0 „ –5 4+2 15 35 50 „ –6 „ –15 „ –3 „ –5 „ –6 „ –15 „ –16 „ –30
5 10 12
30 20 5
55 40 20
85 50 30
Примечания: 1. В таблице приведены величины ожидаемой прочности растворов марки М50 и выше, приготовленных на портландцементах. В случае применения добавки нитрита натрия в виде жидкого продукта ожидаемая прочность растворов принимается с коэффициентом 0,8. При приготовлении раствора на шлакопортландцементе следует принимать коэффициент 0,8 с добавкой нитрита натрия в виде жидкого продукта – 0,65. 2. В связи с различной скоростью твердения растворов с противоморозными добавками, приготовленных на цементах с разными минералогическими составами, данные табл. 3.3 об ожидаемой прочности 99
растворов необходимо предварительно уточнять пробными замесами и испытанием образцов раствора. 3. Число противоморозных добавок рекомендуется назначать исходя из среднесуточной температуры на предстоящую декаду по прогнозам метеослужбы. 4. В случае резкого замедления твердения растворов с противоморозными добавками при температуре ниже рекомендуемой табл. 3.3 допускается применять дополнительный обогрев конструкций путем установки в помещениях воздухонагревателей или других приборов до температуры не выше 40°С. Таблица 3.4 Нарастание прочности бетонов на портландцементах с противоморозными добавками Добавки и Температура Прочность,% от R28, при твердении бетона на морозе за период, сут. их сочета- твердения ния бетона, °С 7 14 28 90 НН -5 30 50 70 90 -10 20 35 55 70 -15 10 25 35 50 ХН+ХК -5 35 65 80 100 -10 25 35 45 70 -15 15 25 35 50 -20 10 15 20 40 НКМ; -5 30 50 70 90 НК+М -10 20 35 50 70 -15 15 25 35 60 -20 10 20 30 50 ННХК; -5 40 60 80 100 НН+ХК; -10 25 40 50 80 ННХК+М -15 20 35 45 70 -20 15 30 40 60 -25 10 15 25 40 П -5 50 65 75 100 -10 30 50 70 90 -15 25 40 65 80 -20 25 40 55 70 -25 20 30 50 60 Примечание: При использовании быстротвердеющих портландцементов приведенные в таблице величины следует умножать на коэффициент 1,2, а шлаковых и пуццолановых портландцементов – на 0,8. М- мочевина, П- поташ.
100
Добавки применяют в виде растворов рабочей или повышенной концентрации. При этом водные растворы применяют взамен воды затворения, которую уменьшают на количество водного раствора добавки. Количество противоморозных добавок для получения требуемого снижения температуры замерзания воды устанавливаются в зависимости от марки бетона или раствора, марки или активности цемента, подвижности бетонной или растворной смеси, предельной крупности и зернового состава заполнителей. При введении противоморозных добавок необходимо учитывать следующее: • концентрация раствора затворения бетонной или растворной смеси, содержащего добавки (с учетом влажности заполнителей), не должна превышать,%: 31-ХК, 30-П, 28-НН, 25- НКМ, ННХК, ННК и НК, 23-ХН, 20- НН и НН1; • содержание в бетонных или растворных смесях противоморозных добавок не должно превышать,% массы цемента: 3- ХН, 7- ХК, 10 – НН, 12 – ННХК и 15-П; • при необходимости применения только хлорида натрия и кальция сверх допустимого количества к ним следует добавлять ингибиторы коррозии стали; • если противоморозные добавки особенно ХК и П вызывают недопустимую скорость схватывания цементного теста, нужно дополнительно вводить добавки- замедлители схватывания цемента; • добавки НН и НКМ несколько улучшают удобоукладываемость бетонных и растворных смесей. Бетонные смеси с противоморозными добавками допускается применять для изготовления неармированных и армированных конструкций, изделий и деталей. Если бетон при расчетной отрицательной температуре набирает прочность при сжатии не менее 5МПа, к нему не предъявляются требования повышенной водопроницаемости и морозостойкости. При приготовлении бетонных смесей с противоморозными добавками следует учитывать, что: • бетонную смесь с добавкой хлорида или нитрата натрия рекомендуется применять с температурой 10–35°С, а с остальными добавками – 10–15°С; • температура бетона после укладки и уплотнения должна быть выше температуры замерзания водного раствора затворения не менее чем на 5°С; 101
• для приготовленных смесей могут применяться неподогретые материалы, но не содержащие включений льда, снега и смерзшихся комьев. При применении холодных заполнителей следует загружать сначала песок, щебень и рабочий водный раствор добавки, после их смешивания в течение 1,5–2 мин – цемент, после чего продолжать перемешивание еще 2,5–3 мин. Для обеспечения требуемого качества возводимых конструкций и сооружений из бетонных смесей, содержащих противоморозные добавки и твердеющих в условиях отрицательной температуры окружающей среды, следует учитывать требования нормативных документов на добавку (ГОСТ или ТУ). Бетонную смесь с противоморозной добавкой можно перевозить без утепления, но с обязательной защитой от атмосферных осадков и наледей. Доставленная к месту укладки бетонная смесь должна иметь заданную температуру и подвижность; при невозможности выполнения этих условий ее нужно утеплить. В зависимости от назначения, принятой технологии работ, концентрации и вида добавки температура бетонной смеси в момент ее укладки может измениться в широких пределах. Однако ее минимальная температура должна быть не менее чем на 5 градусов выше температуры начала замерзания водного раствора добавки. Укладку бетонной смеси с противоморозной добавкой следует ввести непрерывно. При наличии возможности поверхность бетона следует утеплять. При снегопадах и сильном ветре бетонирование производят в легких тепляках. При возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций во избежание потерь влаги, попадания осадков и образования высолов необходимо их открытую поверхность укрывать слоем гидроизоляционного материала сразу же по окончании бетонирования, а также обеспечить их утепление. При распалубовании конструкций их прочность должна составлять: • для предварительно напряженных конструкций – не менее 80% проектной; • для конструкций, сразу же подвергаемых циклическому замораживанию и оттаиванию – не менее 70% от проектной; Боковая опалубка, не несущая нагрузок, гидро- и теплоизоляция снимаются по достижении критической прочности. 102
3.5.3. Влияние противоморозных добавок на свойства бетонной смеси и бетона В зависимости от состава и вида цемента, температуры, состава и дозировки противоморозных добавок последние оказывают различное влияние на такие физические свойства бетонной смеси, как водоотделение и реологические характеристики, включая удобообрабатываемость. Приготовление, транспортирование и укладка бетонной смеси с противоморозными добавками. Бетонную смесь с противоморозными добавками, вводимыми с водой затворения, готовят на цементах проектной марки и соответствующих мелких и крупных заполнителях. Запрещается применять смерзшийся заполнитель; температура составляющих зависит от вида и дозировки добавки, условий транспортирования бетонной смеси и области ее применения. При укладке в стыки следует внести поправку на остывание бетонной смеси в зоне контакта конструкций. Если используются подогретые составляющие, то технология приготовления бетонной смеси не отличается от обычной (за исключением использования вместо воды водного раствора добавки). При выполнении работ с холодными материалами предпочтителен следующий порядок приготовления бетонной смеси: сначала заполнитель вводят в раствор добавки рабочей концентрации и после их перемешивания в течение 1,5–2 мин загружают цемент с последующим перемешиванием в течение 4–5 мин. Бетонную смесь с противоморозной добавкой можно перевозить без утепления, но с обязательной защитой от атмосферных осадков и наледей. Доставленная к месту укладки бетонная смесь должна иметь заданную температуру и подвижность; при невозможности выполнения этих условий ее нужно утеплить. В зависимости от назначения, принятой технологии работ, концентрации и вида добавки температура бетонной смеси в момент ее укладки может изменяться в широких пределах. Однако ее минимальная температура должна быть не менее чем на 5 градусов выше температуры начала замерзания водного раствора добавки. Укладку бетонной смеси с противоморозной добавкой следует вести непрерывно, а если это невозможно, то поверхность бетона нужно утеплять. При снегопадах и сильном ветре бетонирование производят в легких тепляках. Выдерживание бетонной смеси и бетона с противоморозными добавками и уход за ними. При возведении монолитных бетонных и железобетонных конструкций во избежание потерь влаги, попадания 103
осадков и образования высолов необходимо их открытую поверхность укрывать слоем гидроизоляционного материала сразу же по окончании бетонирования, а также обеспечить их утепление. При распалубливании конструкций их прочность должна составлять: для предварительно напряженных конструкций – не менее 80% проектной; для конструкций, сразу же подвергаемых циклическому замораживанию и оттаиванию,– не менее 70% проектной. Имеется опыт зимнего безобогревного бетонирования в вертикальной скользящей опалубке с введением в бетонную смесь противоморозных добавок – нитрита натрия и поташа ив горизонтальной скользящей опалубке с введением добавок НКМ и ННКМ. Эта технология в сочетании с применением противоморозных добавок позволяет механизировать работы и вести их непрерывно, что сокращает сроки строительства и снижает себестоимость стен в среднем на 20%. Бетонные смеси с добавками нитрита натрия и поташа можно использовать при возведении в вертикальной скользящей опалубке внутренних стен жесткости (ядер) в крупнопанельных многоэтажных зданиях, приставных и внутренних стен монолитных лифтовых и лестничных блоков в многоэтажных кирпичных и каркасных зданиях и наружных стен многоэтажных зданий. Бетонные смеси с добавками НКМ и ННКМ применяются при возведении в горизонтальной скользящей опалубке монолитных стен линейных сооружений. Специфика этой технологии требует получения плотного бетона, что ограничивает В/Ц значением 0,5–0,55. а подвижность бетонной смеси (по осадке конуса) – значением 60–80 мм. Заполнение опалубки бетонной смесью необходимо осуществлять постоянно, с хорошим уплотнением, каждый последующий слой следует укладывать до начала схватывания предыдущего. Первоначальное передвижение опалубки производят сразу же после ее заполнения бетонной смесью. При этом нижний слой бетона должен приобрести минимальную прочность 0,1–0,2 МПа для сохранения приданной ему формы. В дальнейшем передвижение опалубки осуществляют непрерывно со скоростью, определяемой сроками схватывания цемента и интенсивностью его твердения. Оптимальная скорость передвижения опалубки в каждом конкретном случае определяется лабораторией. Для бетонирования в вертикальной скользящей опалубке с добавками. Водоотделение и реологические свойства бетонной смеси. Для бетонных смесей с наиболее популярными противоморозными добавками водоотделение и связанная с ним седиментация твердых час104
тиц нехарактерны. Это объясняется тем, что, за редким исключением, такие добавки – сильные ускорители схватывания цемента. Кроме того, противоморозные добавки, вводимые в сравнительно больших дозировках, повышают вязкость жидкой фазы бетонной смеси; в этом же направлении действует и пониженная температура. Опасность водоотделения возрастает при использовании комплексных добавок, содержащих кроме противоморозных сильные замедлители схватывания и пластифицирующие добавки, а также при работе с нитритом натрия, карбамидом, аммиаком и некоторыми другими веществами, относящимися либо к слабым ускорителям, либо к замедлителям схватывания бетонной смеси. В этом случае принимают обычные меры по устранению водоотделения: изменяют состав бетонной смеси за счет увеличения количества песка, понижения его модуля крупности, введения высокодисперсных минеральных добавок и т. д. Применяемые в качестве противоморозных добавок соли кальция проявляют себя как слабые пластификаторы бетонной смеси, что позволяет при сохранении ее подвижности снизить водоцементное отношение на 3–5% по отношению к эталону – бетонной смеси без добавок. Аналогично ведут себя и смеси хлорида кальция с нитритом и хлоридом натрия. Большим пластифицирующим действием характеризуется карбамид; он же повышает подвижность бетонной смеси, если вводятся в состав таких комплексных противоморозных добавок, как НКМ, ННКМ и ННХКМ. Поскольку карбамид, кроме того, удлиняет сроки схватывания цемента, его пластифицирующий эффект, в том числе в комплексных добавках, проявляется более четко, чем в добавках – солях кальция, не содержащих карбамида (где повышение подвижности бетонной смеси, ощущаемое сразу после ее приготовления, часто не удается реализовывать из-за быстрого загустевания этой смеси). Другие соли сколько-нибудь пластифицирующими действиями не обладают. Поэтому их, как и перечисленные соли кальция, целесообразно сочетать с пластификаторами и суперпластификаторами. Так, имеется положительный опыт использования нитрита натрия с суперпластификаторами нафталинформальдегидного типа и поташа с лигносульфонатами, концентрацию которых при этом увеличивают в среднем до 0,3% (вместо 0,15% при их введении с ускорителями схватывания и твердения). В этом случае в первом приближении сохраняется пластифицирующее действие выбранных органических добавок. Сроки схватывания бетонной смеси. Как уже указывалось, такие распространенные противоморозные добавки, как хлорид кальция 105
и комплексные добавки на его основе, а также поташ и некоторые другие сильно сокращают сроки схватывания цемента, что нередко делает их применение затруднительным, особенно при необходимости транспортировать бетонную смесь на сравнительно длительные расстояния. Поэтому даже при низкой температуре воздуха их обычно применяют совместно с органическими или неорганическими замедлителями схватывания из числа указанных ранее. Нитрат кальция, НКМ И ННКМ незначительно ускоряют процессы схватывания бетонной смеси, а карбамид замедляет их. Нитрит натрия слабо изменяет сроки схватывания. Поташ, реагируя с гидроксидом кальция и C3А, вызывает изменение быстрое загустевание бетонной смеси, что ухудшает структуру цементного камня. Однако это компенсируется тем, что при протекании обменной реакции поташа с Са(ОН)2 смесь обогащается едким натром, имеющим эвтектическую точку – Т = 8оС. Поэтому применение поташа позволяет вести зимнее бетонирование при весьма низких температурах. Положительное влияние большинства противоморозных добавок на микроструктуру цементного камня, его поровую структуру и зону контакта с заполнителем проявляется в улучшении физико – механических показателей бетона. Нитрат кальция, НКМ и ННКМ незначительно ускоряют процессы схватывания бетонной смеси. Нитрит натрия слабо изменяет сроки схватывания цемента, а карбамид замедляет их. Часто противоморозные добавки – неорганические соли – вводят совместно с органическими поверхностно-активными веществами: замедлителями схватывания, пластифицирующими и воздухововлекающими добавками. При этом наблюдается в первом приближении независимость действия каждого компонента такой комплексной добавки на поровую структуру цементного камня (электролиты обычно снижают общее возду-хововлечение, обеспечиваемое добавкой типа абиетата натрия). При подобных сочетаниях добавок разных классов удается получить оптимальную с точки зрения механических показателей и морозостойкости поровую структуру цементного камня: развитую микропористость за счет электролита и высокое воздухововлечение с формированием равномерно распределенных сферических пор благодаря введению гидрофобизирующей добавки (типа абиетата натрия). Стенки таких пор образованы плотным, дисперсным и прочным цементным камнем, сформировавшимся в присутствии противоморозных добавок. Указанное перераспределение пор в область все более тонких происходит до повышения дозировки добавок до 20–25%. Дальнейший рост концентрации практически всех противоморозных добавок, в том числе 106
и поташа, приводит к ухудшению параметров поровой структуры цементного камня в бетоне. Прочность бетона. Положительное влияние большинства противоморозных добавок на микроструктуру цементного камня, его поровую структуру и зону контакта с заполнителем проявляется в улучшении физико-механических показателей бетона. Однако в связи с тем, что процессы гидратации цемента вскоре после укладки бетонной смеси в течение длительного срока протекания при пониженной или низкой температуре, бетон твердеет медленно, и улучшение его прочностных показателей выявляется через отдаленные промежутки времени, нередко после оттаивания. Такие противоморозные добавки как ННКХ, НКМ и смесь нитрита натрия с хлоридом кальция, повышают прочность бетона при сжатии, осевом растяжении и растяжении при изгибе, а также его ударную прочность по сравнению с бетоном нормально-влажного твердения без добавок Существенно, что при этом не ухудшаются или улучшаются коэффициенты, характеризующие отношение прочности бетона при растяжении к его прочности при сжатии. Важно также, что даже резкие переходы от низких температур от –20 до –30°С (вплоть до –50 °С) к температуре + 20 °С не вызывают в бетоне деструктивных процессов при условии, что такие переходы осуществляются после того, как бетон приобрел необходимую критическую прочность. Об этом свидетельствуют данные рис. 8.10, из которого следует, что кривые, отражающие рост прочности образцов после оттаивания, идут параллельно друг другу и через 28сут превышают прочность эталонных образцов. Введение противоморозных добавок в пониженных дозах, отвечающих их сочетанию с методом раннего замораживания бетона, не приводит также к снижению его прочности при сжатии и растяжении при замораживании до –30... –35° С. Сцепление арматуры с бетоном. Противоморозные добавки либо практически не изменяют сцепления арматуры с бетоном (поташ, нитрит натрия), либо несколько повышают его (на 10-20%).Особенно велика разница в значении сил сцепления арматуры с бетоном с противоморозными добавками с бетонами без добавок, подвергшимся замораживанию в раннем возрасте. В последнем случае в связи с деструктивными процессами сцепления арматуры с бетоном снижается на 5070%, тогда как противоморозные добавки исключают деструкцию и способствуют сохранению хорошего сцепления арматуры с бетоном. Деформативность бетона. Ведение большинства противоморозных добавок – солей кальция в случае твердения бетона при темпе107
ратуре выше 0ºС приводит к некоторому (на 5–10%) относительному увеличению деформаций усадки по сравнению с бетоном без добавки и с добавкой того же или близкого с, не выполняющей только функции ускорителя. Другие добавки меньше влияют на усадку. Особого внимания заслуживает добавка НКМ. В ее присутствии на ранней стадии твердения бетона наблюдается одноразовое расширение при оттаивании. Этот результат в условиях двух- и трехстороннего обжатия бетона можно использовать для повышения его непроницаемости. Однако этот же эффект вызывает необходимость в ограничении областей применения добавки НКМ или в ее осторожном использовании с учетом вызываемого одноразового расширения бетона. При температуре –10ºС в бетонах с противоморозными добавками, в том числе и с НКМ, протекают деформации усадки, однако их значение не превышает 0,3 мм/м, т.е. практически совпадает с усадкой для бетонов без добавок при температуре +10ºС. Ползучесть бетона в присутствии противоморозных добавок несущественна, в сравнении с действием таких же по составу добавок – ускорителей. Модуль упругости – достаточно структурно-чувствительный показатель бетона. Это подтверждается тем, что бетон с добавкой поташа, ухудшающего структуру цементного камня, имеет и более низкий модуль упругости, чем бетон с другими распространенными противоморозными добавками. Долговечность бетона. Противоморозные добавки по-разному влияют на долговечность бетона. В зависимости от внешней среды, химико-минералогического и вещественного состава цемента и вида заполнителя рекомендуют применять ту или иную противоморозную добавку либо ее сочетание с другими добавками: воздухововлекающими, газообразующими, пластифицирующими и суперпластификаторами. Противоморозные добавки по-разному влияют на сульфатостойкость бетона: соли кальция, вступающие с алюминатными фазами цемента и цементного камня в реакции присоединения с образованием двойных солей, снижают сульфатостойкость, а соли щелочных металлов (поташ, нитрит натрия), участвующие в реакциях обмена, повышают ее. Таким образом, влияние противоморозных добавок на сульфатостойкость бетона во многом противоположно их влиянию на его морозостойкость Пониженная сульфатостойкость бетона с добавками – солями кальция – объясняется тем, что эттрингит – наиболее труднораствори108
мое соединение в ряду двойных солей: гидросульфо-, гидрохлор-, гидронитро- и гидронитриалюминатов кальция; поэтому при наличии сульфат-ионов протекают реакции замещения анионов двойных солей с образованием эттрингита. При небольшой дозировке добавок – до 5% массы воды затворения – роль этих реакций в снижении сульфатостойкости невелика и часто перекрывается их положительным влиянием на структуру и прочность бетона, поэтому при концентрации сульфатов бетон с добавками ННК и ННХК по сульфатостойкости находится на уровне эталона – бетона без добавок. Однако с ростом концентрации таких солей, что характерно для противоморозных добавок, преобладает их отрицательное влияние на сульфатостойкость бетона. Поверхностно-активные вещества (пластификаторы, суперпластификаторы и воздухо-вовлекающие добавки) способствуют повышению сульфатостойкости бетона, однако в агрессивных сульфатных средах при концентрации сульфат-ионов более 5-10-3 кг/л их введение не дает гарантированной компенсации отрицательного воздействия кальциевых солей в больших дозировках (характерных для противоморозных добавок) на сульфато-стойкость бетона. Поэтому, если известно, что конструкция или сооружение будет эксплуатироваться в жидких сульфатных средах, то помимо применения сульфатостойкого цемента следует ограничить использование таких добавок или снизить их дозировку. Щелочная коррозия заполнителя в бетоне. При наличии в цементе выше 0,6% водорастворимых щелочных соединений (в пересчете на Na2O и К2О) или при введении в бетонную смесь соответствующих количеств добавок – солей щелочных металлов и слабых кислот – они взаимодействуют с аморфным реакционноспособным кремнеземистым заполнителем – опаловидным кремнеземом с образованием растворимых силикатов натрия и калия. Это приводит к разрушению бетона продуктами реакции по механизму щелочной коррозии. Поэтому противоморозные добавки, содержащие гидролизующиеся соли натрия и калия – нитрит натрия и особенно поташ, запрещается применять в тех случаях, когда возникает опасность такого разрушения бетона. Сочетание этих добавок с пластифицирующими, суперпластификаторами или с воздухововлекающими (либо газообразующими) хотя и несколько снижает скорость щелочной коррозии бетона, не решает этой проблемы, т. е. не снимает приведенных ограничений на применение нитрита натрия и поташа. В отличие от этого все указанные ранее соли кальция не вызывают щелочной коррозии бетона, так как образуют с аморфным кремне109
земом труднорастворимые гидросиликаты кальция, экранирующие зерна заполнителя защитной пленкой. Непроницаемость бетона. Введение большинства противоморозных добавок положительно влияет на поровую структуру цементного камня, в частности наблюдается смещение кривой распределения пор цементного камня в присутствии некоторых противоморозных добавок в область микрокапилляров и пор геля, повышение при этом влагоемкости и улучшение качества зоны контакта цементного камня с заполнителем обеспечивают большую непроницаемость бетона. Значение непроницаемости, оцениваемое методом продавливания воды, возрастает в среднем на 0,2 МПа, а в присутствии пластифицирующих добавок – в еще большей степени. Нитрит натрия уступает в этом отношении перечисленным добавкам, хотя тоже способствует некоторому повышению непроницаемости бетона. Поташ, ухудшая поровую структуру цементного камня, повышает проницаемость бетона, однако при его сочетании с пластифицирующими добавками, используемыми для снижения водоцементного отношения бетонной смеси и замедляющими сроки схватывания, обычно указанное негативное влияние в достаточной степени компенсируется. Стойкость бетона в морской воде. При строительстве морских сооружений следует учитывать, прежде всего, наличие в морской воде хлорид и сульфат-ионов. Первые могут вызывать коррозию арматуры, поэтому к ним относится все сказанное ранее в отношении влияния на этот процесс противоморозных добавок. Следовательно, для таких бетонов оптимальными следует считать добавки ингибирующего действия. Учитывая сказанное ранее о повышенной сульфатостойкости бетона с противоморозными добавками – солями натрия и калия, из нескольких добавок такого типа предпочтение отдают нитриту натрия, который совмещает в себе обе функции – ингибирующую и улучшающую сульфатостойкость бетона. Для предохранения этой добавки от вымывания рекомендуется ее применять в плотных бетонах, например с пластифицирующей добавкой или суперпластификатором. Стойкость бетона к действию антигололедных реагентов. Наиболее распространенными антигололедными реагентами являются хлориды натрия, кальция и реже магния. Поэтому к ним частично относится сказанное ранее о действии на бетон морской воды. Однако имеются и существенные отличия между ними, обусловленные как дозировкой антигололедных реагентов (нормы их нанесения на дорожные покрытия с пересчетом на концентрацию соли в растворе после плавления снежно-ледяных образований см. выше), так и условиями эксплуа110
тации дорог, которые часто хуже, чем условия эксплуатации морских сооружений. Наиболее сильное влияние антигололедные реагенты оказывают на морозостойкость бетона и на коррозию стальной арматуры. Поэтому при строительстве дорог с применением противоморозных добавок они должны помимо технологического эффекта, обладать также способностью повышать морозосолестойкость бетона и защищать стальную арматуру от коррозии. Коррозия арматуры. По своему влиянию на коррозию противоморозные добавки можно разделить на ингибирующие, не вызывающие коррозии арматуры, и стимулирующие этот процесс. Первая группа представлена нитритом натрия и нитрит-нитратом кальция, относящимися к ингибиторам коррозии анодного действия, наиболее эффективным в условиях коррозии арматуры с достаточной толщиной защитного слоя. Ко второй группе относятся поташ, нитрат кальция, мочевина и НКМ, к третьей – хлориды кальция и натрия. Именно поэтому использование сочетаний хлорида кальция с нитритом натрия или кальция позволяет с достаточной для практики полнотой затормозить коррозию арматуры в плотном бетоне при сохранении или даже усилении эффективности хлорида кальция в качестве противоморозной добавки. Эти данные, подтверждаемые результатами многочисленных экспериментальных исследований, привели к созданию комплексной добавки ННХК, в которой выдержано указанное соотношение (отношение нитрита кальция к нитрату кальция в ННК равно 1:1 по массе, такое же соотношение выполняется и между ННК и хлоридом кальция). При использовании добавок ННХК и ННХКМ не возникает опасений, что со временем защитное действие нитрита кальция в ней снизится. Это объясняется тем, что коэффициент диффузии и энергия активации диффузии у нитрита и хлорида кальция практически одинаковы. Следовательно, в случае вымывания добавки соотношение между этими компонентами останется неизменным. Поскольку, однако, хлорид кальция быстрее и с большей полнотой связывается в гидро-хлоралюминат кальция, чем нитрит кальция в гидронитрит-алюминат, фактически со временем это отношение изменяется в пользу ингибитора коррозии. Нет оснований опасаться также того, что нитрит кальция связывается в гидроксинитрит кальция, так как его растворимость при температуре –5°С составляет 15,88%, а при температуре +20°С – 28,71%. Столь высокая растворимость обеспечивает достаточную концентрацию нитрит-ионов в поровой жидкости бетона, чтобы надежно предохранить арматуру от коррозии под действием хлорида кальция. 111
В случаях, когда требуется защитить арматуру в бетоне от коррозии под действием агрессивных хлорид- или сульфат-ионов, проникающих в конструкцию или сооружение извне, например, в морских сооружениях и на дорогах при применении в качестве антигололедных реагентов хлористых солей, а также в условиях эксплуатации железобетона с трещинами рекомендуется применение ингибирующих противоморозных добавок. Нитрат кальция не вызывает коррозии стали. Кроме того, поскольку эта добавка, как и НКМ, уплотняет бетон, в ее присутствии можно не опасаться за сохранность ненапряженной арматуры. Однако при использовании в предварительно напряженном железобетоне термически упрочненных сталей, склонных к коррозионному растрескиванию, применение нитрата кальция запрещено, так как он усиливает коррозионный процесс. С учетом этого в настоящее время в России разработана термомеханически и термически упрочненная арматурная сталь, предназначенная для эксплуатации в присутствии нитратов. Поташ за счет высокой щелочности среды пассивирует стальную арматуру. Введение совместно с противоморозными добавками пластифицирующих, суперпластификаторов и воздухововлекающих добавок при неизменном водоцементном отношении практически не сказывается на коррозии арматуры, а при снижении водоцементного отношения снижает коррозию (при эксплуатации особо плотного бетона) вследствие увеличения омического сопротивления и затрудненного доступа к арматуре кислорода воздуха. Морозостойкость бетона. Как известно, существуют две основные гипотезы разрушения бетона при его циклическом замораживании во влажном состоянии и оттаивании: согласно первой, главная причина заключается в локальных растягивающих напряжениях, вызванных образующимся льдом (объем льда на 9% больше объема воды); согласно второй, пользующейся большим признанием,– в гидравлическом давлении поровой жидкости, отжимаемой этим льдом, причем к самым нежелательным относятся «переходные» поры с радиусом от 3 до 100 нм. Обе гипотезы не противоречат друг другу, так как в их основе первопричиной во всех случаях признается образование льда. В полном соответствии с изложенными теоретическими представлениями находится и практика эксплуатации бетонов с противоморозными добавками. Установлено, что противоморозные добавки – соли кальция, а также карбамид повышают морозостойкость и морозосо112
лестойкость бетона. Это их положительное влияние обусловлено улучшенной поровой структурой цементного камня и зоны его контакта с заполнителем, а также снижением льдистости бетона. Кроме того, лед, выделяющийся из весьма концентрированных растворов, обладает чешуйчатым строением и менее прочен, чем лед, кристаллизующийся из воды или сильно разбавленных растворов. В присутствии карбамида и других поверхностно-активных веществ наблюдается также их окклюзия выделяющимся льдом, что дополнительно снижает его механические показатели. Этим часто объясняется тот факт, что бетоны с комплексными добавками, содержащими мочевину (НКМ, ННКМ и ННХКМ), характеризуются более, высокой морозостойкостью, чем бетоны соответственно с нитратом кальция, ННК и ННХК. В результате введения перечисленных противоморозных добавок стойкость бетона в условиях попеременного замораживания и оттаивания в воде повышается в среднем в 1,5–2,5 раза, а в условиях попеременного замораживания в 5%-ном растворе хлорида натрия (или хлорида кальция) и оттаивания – в 5–7 раз. Более сильное повышение морозосолестойко-сти, чем морозостойкости бетона с указанными добавками, делает наиболее желательным их применение в дорожных бетонах, эксплуатируемых в зимнее время с антигололедными реагентами. Введение совместно с противоморозными также воздухововлекающих добавок дополнительно повышает морозо- и морозосолестойкость бетона в соответствии с их аддитивным действием на поровую структуру цементного камня. По той же причине благоприятной оказывается и комбинация противоморозных добавок с пластифицирующими или с суперпластификаторами при их использовании для снижения водоцементного отношения. Введение в бетон противоморозных добавок на основе солей кальция положительно влияет на морозостойкость бетона при его замораживании при температуре не только – 20, но и –50 и –60°С, а также при испытании образцов после их твердения по жестким режимам, в том числе с переходом от –30 до –20°C. При сочетании указанных противоморозных добавок с методом раннего замораживания (при этом концентрация добавок ниже) также наблюдается повышение морозостойкости бетона по сравнению с эталоном – бетоном нормальновлажного твердения без добавок. Преимущество в морозостойкости бетонов с противоморозными добавками на основе солей кальция перед бетонами без добавок постепенно уменьшается при их длительном хранении под водой и в условиях полного водонасыщения, что имеет существенное значение для гидротехнических бетонов. Через 1,5–2 года непре113
рывного хранения образцов в условиях полного насыщения водой их морозостойкость оказывается практически такой же, как и бетона без противоморозных добавок, тогда как при других режимах хранения последние значительно уступают по морозостойкости бетонам с противоморозными добавками на основе солей кальция. Важно, однако, что это связано не с понижением морозостойкости бетона с добавками, а, наоборот, со значительным повышением в этих условиях морозостойкости бетона без добавок. Основная причина нивелирования морозостойкости в этих условиях – частичное вымывание добавки, что следует учитывать при гидротехническом строительстве. В отличие от противоморозных добавок – солей кальция–добавка нитрита натрия мало изменяет морозостойкость бетона (несколько повышает ее), а поташ сильно снижает морозостойкость и морозосолестойкость бетона. И в этом случае причина понижения долговечности бетона обусловлена главным образом ухудшением его поровой структуры (увеличением объема переходных пор). Анализ приведенных данных свидетельствует о том, что из двух наиболее значимых факторов, определяющих морозостойкость бетона – характеристики его поровой структуры и льдистости, большее значение имеет первый. Этим и можно объяснить тот факт, что поташ, хотя и снижает льдистость бетона, тем не менее, ухудшает его морозо- и морозосолестойкость. По той же причине введение совместно с поташом замедлителей схватывания цемента, положительно влияющих на поровую структуру цементного камня, способствует повышению морозостойкости бетона. В этом же направлении влияют добавки лигносульфонатов и тем более комбинация поташа с воздухововлекающей добавкой. Однако для конструкций, к которым предъявляются высокие требования по морозостойкости, применение поташа даже с воздухововлекающими (а также газообразующими) добавками не рекомендуется. Высолообразование. Как известно, некоторые добавки, такие, как ускорители схватывания и твердения (соли натрия), склонны к образованию высолов в результате их миграции из объема в направлении испаряющей поверхности бетона и повышения их концентрации при испарении воды до выделения твердых частиц. Высолы появляются главным образом при введении в значительных дозах таких противоморозных добавок, как нитрит натрия, хлорид натрия и комплексные неорганические противоморозные добавки на их основе. При необходимости использования таких добавок для снижения высолообразования полезным оказалось введение совместно с ними добавок поверхностно-активных веществ типа лигносульфонатов. 114
Кроме того, на высолообразование можно влиять, изменяя условия тепломассопереноса, в частности укрывая поверхность бетона матами, полимерными пленками и т. д. При высоких требованиях к качеству и архитектурно-эстетическому внешнему виду конструкции эти мероприятия рекомендуется сочетать с применением в качестве противоморозных добавок солей кальция или калия. Кроме рассмотренных выше видов противоморозных добавок известны добавки на основе фильтрата технического пентаэритрита (ФТП), комплексные противоморозные добавки на основе пластификатора формиатно-спиртового (ПФС) и нитрата кальция (НК), а также пластификатора лигносульфонатного бисульфитного упаренного (ЛСБУ) и нитрата кальция и ряд других. Применение пластификатора СФС в качестве противоморозной добавки для бетона приведено в табл. 3.5. Таблица 3.5 Добавка
В/Ц
0,2% СДБ 6% ацетата натрия (АН) 6% формиата натрия (ФН) 6% нитрита натрия (НН) 3% АН+3% ФН 2% фильтрата технического пентаэритрита (ФТП) 2% стабилизатора формиатно-спиртового (СФС)
0,63 0,54 0,54 0,54 0,54 0,50 0,50
О.К. t, oC Прочность % R28 при сжатии, см МПа 4 20 -/19,0 100 4 -15 4,2/22,1 4 -15 4,4/23,2 4 4,1/21,6 -15 4 6,0/31,6 -15 12 -10 4,2/22,1 13
-10
0,4/-
2,1
Примечание. Перед чертой – 7, после черты – 28 сут. При изготовлении в зимнее время монолитных конструкций необходима незамерзающая бетонная смесь с замедленными сроками схватывания и прочностью бетона на вторые сутки не менее 60...70% марочной, что очень важно для создания следующего слоя монолита. В строительной практике при отрицательной температуре в бетонные смеси вводят различные противоморозные добавки, однако ни одна из них не обеспечивает на вторые сутки твердения в таких условиях требуемую прочность (табл. 3.4). Для повышения пластичности бетонных смесей с противоморозными добавками дополнительно добавляют эффективные пластифика115
торы и ускорители твердения, используют другие технологические приемы, что усложняет процесс приготовления смеси. Известна пластифицирующая добавка в бетонную смесь – маточный раствор отхода производства пентаэритрита, так называемый стабилизатор формиатно-спиртовой (СФС), соответствующий ТУ 84-1067– 85, обладающая полифункциональным действием. В лабораторных условиях установлено, что СФС снижает температуру замерзания водного раствора до –22°С при использовании 42%-ного маточного раствора. Бетонная смесь с такой добавкой не замерзает при температуре до – 10°С, пластична, сохраняет подвижность в течение 5...6 ч с начала затворения, однако медленно набирает прочность (см. табл. 3.5.5). Возможно, в связи с этим в литературе нет данных об использовании этой добавки в качестве противоморозной. В ее составе 5...10% сахаристых веществ в пересчете на глюкозу. Аналогичный отход, содержащий -формиат натрия и пентаэритрит, так называемый фильтрат технического пентаэритрита (ФТП), включает до 1% сахаристых веществ и обеспечивает твердение бетона при температуре до –15°С.
3.5.4. Ограничения при применений противоморозных добавок При применении любых химических добавок, особенно противоморозных и ускорителей твердения в обязательном порядке следует учитывать условия их применения, чтобы не принести вредного воздействия на арматуру, металлические закладные детали и т.д. (табл..6.1.). Противоморозные добавки по- разному влияют на сульфатостойкость бетона: соли кальция, вступающие с алюминатными фазами цемента и цементного камня в реакции присоединения с образованием двойных солей, снижают сульфатостойкость, а соли щелочных металлов (поташ), участвующие в реакциях обмена, повышают ее. Поташ за счет высокой щелочности среды пассивирует стальную арматуру, но сильно снижает морозостойкость и морозосолестойкость бетона. И в этом случае причина понижения долговечности бетона обусловлена главным образом ухудшением его поровой структуры (увеличением объема переходных пор). Не допускается применение поташа в бетонах на реакционно-способных заполнителях. Анализ приведенных данных свидетельствует о том, что из двух наиболее значимых факторов, определяющих морозостойкость бетона – 116
характеристики его поровой структуры и льдистости, большое значение имеет первый. Этим можно объяснить тот, факт, что поташ, хотя и снижает льдистость бетона, тем не менее, ухудшает его морозо – морозосолестойкость. По той же причине введение совместно с поташом замедлителей схватывания цемента, положительно влияющих на поровую структуру цементного камня, способствует повышению морозостойкости бетона. В этом же направлении влияют добавки лигносульфонатов и тем более комбинация поташа с воздухововлекающей добавкой. Однако для конструкций, к которым предъявляются высокие требования по морозостойкости, применение поташа даже с воздухововлекающими (а также газообразующими) добавками не рекомендуется.
3.5.5. Определение эффективности противоморозных добавок Эффективность противоморозной добавки определяют по набору прочности бетона, твердевшего при отрицательной температуре. Концентрацию раствора противоморозной добавки Aн ,%, рассчитывают по формуле
Aн =
(100− i ) Aк , 100− 0,01Aк i
(3.3)
где: Aк – концентрация водного раствора добавки, начало замерзания которого соответствует назначенной температуре испытания бетона,% (принимают исходя из диаграммы состояния водного раствора добавки по [1]; i - допускаемая расчетная льдистость бетона,% (принимают 45– 60% при температуре выдерживания бетона от минус 5 до минус 30°С соответственно). Приготавливают растворы добавки трех концентраций:
Aн , Aн+1 и Aн-1 %, которые определяют ареометром. Приготавливают бетонные смеси контрольного состава и основных составов с маркой по удобоукладываемости П1. Смеси основных +1
-1
составов затворяют растворами с концентрацией Aн , Aн и Aн . Из бетонных смесей изготавливают образцы на один срок испытания для контрольного и основного составов. Образцы контрольного состава хранят в нормальных условиях в течение 28 сут. 117
Образцы основного состава сразу после изготовления помещают в камеру с требуемой отрицательной температурой, изолируя их от окружающей среды полиэтиленовой пленкой, и хранят в течение 28 сут, затем оттаивают на воздухе в течение 3-4 ч при температуре окружающей среды (20±5)°С. Образцы контрольного и основного составов испытывают на сжатие по ГОСТ 10180. Для бетонных смесей с противоморозными добавками в обязательном порядке следует проводить испытание на сохраняемость по показателю удобоукладываемости, определяемой по ГОСТ 10181.1. Испытания проводят при той же температуре воздуха, при которой применяют противоморозную добавку. Для определения требуемых показателей качества бетонов, твердеющих на морозе, изготавливают соответствующие образцы в необходимом количестве, подвергают их испытанию, затем помещают в камеру нормального твердения на 28 сут, после чего проводят испытания. Для бетонов с противоморозными добавками в обязательном порядке следует проводить испытание на коррозионное воздействие добавок на бетон. Обработку результатов испытания бетона на прочность выполняют по ГОСТ 10180. Изменение прочности бетона ∆R ,%, после твердения при отрицательной температуре вычисляют по формуле
∆R =
Rд28 Rк28
28
где: Rд
⋅ 100,
(3.41 ) .
– прочность бетона основных составов после нахожде-
ния в морозильной камере в течение 28 сут и оттаивания на воздухе, 28
МПа; Rк - прочность бетона контрольного состава после твердения в нормальных условиях, МПа. При испытании коррозионного воздействия добавок на бетон отсутствие признаков разрушения образцов (растрескивание, выкрашивание ребер, шелушение) свидетельствует о возможности применения испытуемой добавки в оптимальном количестве в бетоне, изготавливаемом на данном цементе. Список используемых источников 1.Лемехов В.Н., Вандаловская Л.А., Молукалова Е.Л. и др. Пластификатор полуфункционального действия для бетона //Бетон и железобетон. – 1987. -4..– С. 23 – 24. 118
2. Шпынова Л.Г., Островский О.Л., Саницкий М.А. и др. Бетоны для строительных работ в зимних условиях. – Львов: Изд-во Вища школа, 1985.– 80 с. 3. Добавки в бетон» – под ред. Рамачандрана В.С., Москва, Стройиздат, 1988г. 4. Добавки в бетоны и растворы – Афанасьев Н.Ф., Целуйко М.К., Киев, «Будевельник»,1989г. 5. Романова Н. А., Лагойда А. В. бетон с противоморозной добавкой ФТП // Химические добавки для бетонов.– М.: НИИЖБ, 1987.– 96 с. 6. Руководство по применению бетонов с противоморозными добавками.– М.: Стройиздат, 1978. 7. Миронов С. А., Лагойда А. В. Бетоны, твердеющие на морозе.– М.: Стройиздат, 1974.-263 с. 8. Ратинов В. Б., Розенберг Т. И. Добавки в бетон.- М.: Стройиздат, 1973.-207 с. 9. ГОСТ 2411-2003. Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. 10. E-mail: skt-standart @ yandex.ru. Интернет: http:// skt-standart. boom.ru, http:// skt-standart. narod.ru/
119
4. Добавки-регуляторы структуры бетона. Виды добавок и особенности их применения Для придания бетону или раствору требуемой плотности вводят специальные добавки, которые регулируют пористость бетона. В свою очередь пористость бетона подразделяется на общую, капиллярную, контракционную и гелевую. Наибольшее влияние на прочность бетона оказывает общая пористость. Чем больше общая пористость бетона, тем ниже его прочность. Капиллярная пористость влияет на такие свойства бетона, как водопоглощение, капиллярное всасывание, сорбционное увлажнение, морозостойкость и стойкость бетона в агрессивных средах. С увеличением капиллярной пористости бетона, как правило, ухудшаются эксплуатационные свойства бетона, например, морозостойкость и стойкость бетона в агрессивных средах. Введение в состав бетона добавок регуляторов структуры позволяет направленно регулировать плотность бетона, увеличивая или уменьшая его пористость. К регуляторам структуры бетона относят добавки, обладающие пластифицирующе-воздухововлекающим, воздухововлекающим, гидрофобизирующим и порообразующими эффектами. К этой группе добавок относят также добавки уплотняющие структуру бетона за счет кольматации пор и капилляров. Уплотнение структуры бетона может достигаться также и за счет пониженной водопотребности бетонной смеси, которая достигается за счет применения водоредуцирующих добавок (СП и пластификаторы).
4.1. Пластифицирующе-воздухововлекающие добавки Действие добавок этой группы сводится к замедлению процесса гидратации цемента и, как следствие, к снижению структурномеханических свойств цементного теста в начальной стадии твердения. Это достигается благодаря способности добавок образовывать на поверхности цемента мономолекулярные гидрофобные пленки, резко 120
уменьшающие смачивание цементных зерен водой, что приводит к замедлению процесса гидратации цемента и сохранению исходной вязкости цементного теста в первый период гидратации. При введении добавок этой группы в состав бетонной смеси с водой затворения происходит вовлечение в бетонную смесь при ее перемешивании значительного количества воздуха, который, равномерно распределяясь в бетонной смеси, создает систему замкнутых воздушных пузырьков, тем самым увеличивают объем цементного теста, что приводит к увеличению пластичности бетонной смеси. Как правило, добавки этой группы обладают гидрофобным свойством. К числу наиболее распространенных добавок этой группы относятся нафтеновые кислоты, синтетические жирные кислоты и их соли. Гидрофобнопластифицирующие добавки состоят из гидрофобных радикалов и полярных гидрофильных групп. Гидрофобные радикалы не смачиваются водой и направлены в сторону, противоположную полярным группам, которые непосредственно адсорбируются на частицах цемента. Таким образом, адсорбируясь на поверхности частиц цемента и гидратных новообразований полярной группой, гидрофобные добавки разделяют частицы цемента своими углеродными радикалами, обладающими минимальным сцеплением друг с другом и тем самым пластифицируют бетонную смесь. Пластифицирующе-воздухововлекающие добавки особенно сильно воздействуют при виброуплотнении бетонных смесей, увеличивая их подвижность на 15–30%. Увеличивая объем цементного теста за счет вовлеченного воздуха, гидрофобно-пластифицирующие добавки наиболее эффективны как пластификаторы в бетонных смесях с невысоким расходом цемента (250–300 кг/м3). Характеристика наиболее представительных добавок пластифицирующе-воздухововлекающего типа: - СМОЛА ОМЫЛЕННАЯ ВОДОРАСТВОРИМАЯ (ВЛХК) (ТУ 81-05-34-73), продукт омыления щелочью обесфенольной растворимой смолы из сточных вод нефтехимического производства. Поставляется в виде 80% пасты в деревянных или металлических бочках, легко растворима в воде. Вводится в состав бетона в виде водного раствора 5–7% концентрации в количестве 0,1-0,25% от массы цемента. Сильно вовлекает воздух, поэтому возможно снижение прочности. Производится Ветлужским лесохимическим комбинатом. - ПЛАСТИФИКАТОР АДИПИНОВЫЙ (ПАЩ) представляет собой натриевые соли моно- и дикарбоновых кислот, циклогексанола и циклогексонона. Поставляется в виде водного раствора концентрацией 121
25–30% в металлических емкостях. Оптимальная дозировка добавки находится в пределах 0,15–0,5% от массы цемента в зависимости от содержания в цементе трехкальциевого алюмината. - ПОНИЗИТЕЛЬ ВЯЗКОСТИ ФЕНОЛЬНЫЙ ЛЕСОХИМИЧЕСКИЙ (ПФЛХ) представляет собой отход лесохимической промышленности и содержит в своем составе смолы, формалин, сульфит натрия и гидроксид натрия. Поставляется как в твердом виде, так и в виде 40% раствора в металлических емкостях. Применяется в количествах 0,1–0,15% от массы цемента. - НЕЙТРАЛИЗОВАННЫЙ ЧЕРНЫЙ КОНТАКТ (НЧК) – добавка на основе натриевых или кальциевых солей сульфокислот, хорошо растворима в воде. Поставляется в виде 40% раствора в металлических емкостях. Применяется в количествах 0,1–0,2% от массы цемента. Кроме перечисленных выше добавок к группе пластифицирующе-воздухововлекающего типа относятся: нейтрализованный черный контакт рафинированный (КЧНР), этилсиликонат натрия (ГКЖ-10), метилсиликонат натрия (ГКЖ-11), сульфатный щелок (ЧЩ), подмыльный щелок (ПМЩ) и другие. Помимо порообразования, воздухововлекающе-пластифицирующие добавки повышают воздухонепроницаемость и морозостойкость бетонов и растворов, снижают коррозию стали. Введение в состав строительных растворов таких добавок позволяет исключить или уменьшить расход извести в растворах, увеличить подвижность растворных смесей при их перекачивании растворонасосами (без увеличения расхода цемента) и получать легкие и литые растворы. Применение пластифицирующе-воздуховолекающих добавок эффективно в низкомарочных бетонах и растворах, когда Rц /Rб ≥ 3, Rц /Rр ≥ 8. В этом случае исключается необходимость введения в состав бетона или раствора извести, глины или других минеральных пластифицирующих добавок. Применение пластифицирующе-воздухововлекающих и воздухововлекающих добавок, как правило, приводит к снижению прочности бетона и раствора, а особенно при их твердении в условиях ТВО. Однако потеря прочности в значительной мере может компенсироваться В/Ц вследствие пластифицирующего эффекта добавок, применением добавок – ускорителей схватывания и твердения цементного теста, добавок, повышающих прочность бетонов и растворов при сжатии. Предварительное выдерживание перед ТВО бетона с этими добавками (около 3 ч) так же может частично может уменьшить потерю прочности бетона, вызываемую добавками. 122
4.2. Воздухововлекающие, газообразующие и гидрофобизующие добавки Воздухововлекающие добавки. Воздухововлекающие добавки принадлежат к тому классу химических соединений, который называют поверхностно-активными веществами (ПАВ). К ним относятся вещества, молекулы которых адсорбируются на границе воздух-вода или твердое тело-вода. В результате молекулы концентрируются на границе межфазовой, что обусловлено особенностями их строения, поскольку одна часть молекул полярна, другая не полярная, следовательно, им присуще двойственность свойств, обусловленная присутствием полярных ("головка") не полярных ("хвосты") функциональных групп. Последние состоят обычно из относительно длинного углеводородного радикала, содержащего более чем 8-10 углеродных атомов, что важно для поверхностной активности молекул. Воздухововлекающие добавки предназначены для вовлечения в бетонную смесь заданного объема воздуха и создания в затвердевшем бетоне системы замкнутых и равномерно распределенных по всему объему воздушных пор. Воздухововлечение – процесс образования в бетоне большого числа воздушных пузырьков, которые распределены в матрице из цементного камня, скрепляющего заполнитель. Хотя воздушные пузырьки распределены в объеме цементного камня, они остаются самостоятельной фазой. Для их образования в бетонную смесь вводят так называемые воздухововлекающие добавки. Этот класс добавок открыт случайно в конце 30-х годов, когда обнаружили, что дорожные плиты, изготовленные в штате Нью-Йорк на некоторых видах цемента, оказались менее морозостойкими, чем на других цементах. Анализ показал, что в последние при помоле ввели вещества, содержащие рыбий и животные жиры и стеарат кальция, обладающие воздухововлекающим действием. С этого времени воздухововлечение стало существенным фактором повышения морозостойкости бетона при его попеременном замораживании и оттаивании. Поскольку воздухововлекающие добавки оказались полезными и в некоторых других отношениях, их стали применять независимо от того, требовалось ли повысить долговечность бетона или эта задача не ставилась, за исключением тех случаев, когда возникала необходимость получить особо прочные бетоны. Воздухововлекающие добавки относятся к третьей группе классификации по ГОСТ 24211-2003. Действие этих добавок, например смолы нейтрализованной воздухововлекающей (СНВ), своеобразно. 123
Как известно, вода вследствие высокого поверхностного натяжения не способна пениться. Но когда в воду вводят СНВ, поверхностное натяжение воды существенно понижается (а эта добавка, в сущности, представляет собой техническое мыло) и возникает микропена, при этом большое количество мельчайших воздушных пузырьков заключено между тонкими слоями жидкости. Обычно, чтобы улучшить пластичность смеси, увеличивают количество цемента и воды. При введении добавок СНВ растворная или бетонная смесь вовлекает 6–8% воздуха и удерживает его. Таким образом, в бетонной смеси объем цементного теста увеличивается на 6-8%. Поскольку реологические и технологические свойства бетонной смеси в основном зависят от объема цементного теста и его вязкости, то в этом случае подвижность бетонной смеси увеличивается, при этом наиболее значительно в смесях с относительно малым расходом цемента (220-270 кг/м3). К тому же воздухововлекающие добавки образуют и ориентированные молекулярные слои, активные в смазочном отношении. При повышенном воздухововлечении возможно уменьшение плотности бетона, а так же снижение его прочности.
4.2.1. Виды воздухововлекающих добавок Применяемые на практике воздухововлекающие добавки по химической природе можно классифицировать следующим образом: 1. соли, получаемые из древесной смолы; 2. синтетические моющие вещества; 3. соли лигносульфоновых кислот; 4. соли нефтяных кислот; 5. соли, получаемые из протеинов; 6. соли органических сульфокислот. Наиболее широко используются вещества первой группы, известные под названием нейтрализованный винсол. Винсол – нерастворимый остаток процесса очистки и экстракции из него основного скипидара. Это смесь фенолов, кислот и других веществ. После нейтрализации едким натром становится водорастворимым и в таком виде поступает в продажу как воздухововлекающая добавка. Вторая группа добавок – алкиларилсульфонаты. Обычно их алкильные группы представляют собой нефтяные остатки, конденсированные с бензолом и затем сульфированные и нейтрализованные для получения растворимых солей – чаще всего натровых. Алкильные группы содержат 12 атомов углерода. 124
Третью группу сравнительно редко используют в качестве воздухововлекающей добавки из-за не высокой воздухововлекающей способности. Получают как попутный продукт целлюлозно-бумажного производства. Четвертая группа веществ – побочные продукты нефтеперерабатывающей промышленности, которые производят путем обработки серной кислотой нефтяных кислот с последующей нейтрализацией, как правило, едким натром. Если нейтрализацию осуществляют триэтаноламином, получают вещества седьмой группы. Пятую группу веществ вырабатывают из отходов животного происхождения, переведенных в соли. Это сравнительно слабые воздухововлекающие агенты, поэтому используют их редко. Шестую группу веществ получают из разных продуктов: отходов мыловарения и растительных масел. Обычно длина алкильных групп в таких ПАВ состоит из 12-20 атомов углерода. Кроме того, в эту группу входят и продукты переработки таллового масла, получаемого как полупродукт в целлюлозно-бумажной промышленности и состоящего частично из непредельных кислот и смол. Низкая стоимость веществ делает их перспективными для применения. Воздухововлекающие добавки вводят вместе с водой затворения. Если кроме них предусмотрены и другие добавки, то предпочтительно их раздельное введение, поскольку в ряде случаев в результате реакции между ними снижается эффект воздухововлечения. Долговечность большинства воздухововлекающих добавок не менее года; в процессе хранения они не меняют своих свойств, в том числе и при замораживании. Они не токсичны, поэтому не требуют специальных мер предосторожности, однако следует выполнять требования, предписанные производителями этих добавок. Воздухововлекающие добавки можно применять при использовании бетонов не только на портландцементе, однако при работе со смешанным цементом следует вводить большие дозы таких добавок для обеспечения требуемого воздухововлечения. Типичными представителями добавок этой группы являются: СМОЛА НЕЙТРАЛИЗОВАННАЯ ВОЗДУХОВОВЛЕКАЮЩАЯ (СНВ), представляющая собой абиетиновую смолу, омыленную каустической содой- продукт лесохимической промышленности, вводится в состав бетона в количествах 0,005–0,05% от массы цемента. Поставляется в виде твердого продукта в деревянных или металлических ем125
костях (бочки- порошок) по 50–250 л), бумажных мешках (монолитглыба). Производится Тихвинским Лесохимическим заводом (ТУ 13002870). Является одной из самых эффективных воздухововлекающих добавок для повышения морозостойкости бетона. Твердый продукт темно-коричневого цвета, медленно растворим в воде; малотоксичен; слабогорюч. Области рационального применения: монолитный и сборный бетон, железобетон с высокими требованиями по морозостойкости и коррозионной стойкости. Легкие бетоны. Применение СНВ решает задачи получения бетонов высокой морозостойкости для конструкций жилых и административных зданий, гидротехнических, транспортных и промышленных сооружений. Добавка СНВ в количестве до 0,1% от массы цемента в легких бетонах на пористых заполнителях сокращает расход цемента на 20– 30%. При укладке таких бетонов отпадает необходимость применения пригруза при вибрации; СНВ при использовании в тяжелых бетонах марок 100–200 существенно улучшает удобоукладываемость бетонной смеси и позволяет экономить цемент. Одновременно повышается морозостойкость бетона; СНВ в малых дозировках применяется для повышения морозостойкости тяжелых бетонов марок 200-500 в ответственных сооружениях. СНВ вводится в бетонную смесь в виде заранее приготовленного раствора, концентрация раствора, как правило, не должна превышать 2-5%. При применении в составе комплексных модификаторов СНВ, во избежание коагуляции, следует вводить отдельно от других добавок. При повышенных дозировках наблюдается понижение прочности бетона. Транспортировка осуществляется любым видом транспорта в соответствии с правилами перевозки грузов. Хранится в закрытых помещениях, исключающих увлажнение продукта. СИНТЕТИЧЕСКАЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНАЯ ДОБАВКА (СПД) – водный раствор смеси натриевых солей высших жирных кислот. Производится Ангарским нефтеперерабатывающим комбинатом. Поставляется в железнодорожных цистернах в виде 40% водного раствора. Дозировка в бетон от 0,005% до 0,025% от массы цемента в пересчете на сухое вещество. ОМЫЛЕННЫЙ ДРЕВЕСНЫЙ ПЕК (ЦНИИПС-1) – так же, как СНВ, является продуктом целлюлозно-бумажной промышленности и применяется в тех же дозировках. Производится Ветлужским Лесохимическим комбинатом в виде пастообразного продукта и поставляется в бумажных пакетах. Получают нейтрализацией жирных кислот древесного пека едким натром. 126
СМОЛА ДРЕВЕСНАЯ ОМЫЛЕННАЯ (СДО) – пастообразный продукт по химическому составу близкий к СНВ. Получают путем омыления древесной смолы щелочью. Поставляется в твердом виде в бумажных мешках, применяется в количествах 0,1–0,3% от массы цемента. В зависимости от требуемого объема вовлекаемого воздуха дозировка добавки может быть увеличена до 0,1–0,3%. При применении порошка или пастообразной добавки СДО вводят непосредственно в смеситель через дозатор, добавляют воду и перемешивают раствор. Для ускорения процесса растворения добавки применяют воду, прогретую до 50 гр. С. При применении жидкой добавки поставляемой в металлической таре, ее насосом перекачивают в дозатор, затем сливают в смеситель. Через тот же дозатор подают воду и перемешивают раствор. При применении твердой, трудно растворимой добавки типа СДО, поставляемой в бумажных пакетах, укладывают на металлическую решетку бака для растворения твердых добавок, куда подают горячую воду и под давлением 2–3 атм. Пар и воздух. Процесс добавки продолжается 20–30 мин., после чего раствор повышенной концентрации насосом перекачивают в дозатор, затем сливают в смеситель. Через тот же дозатор в смеситель добавляют требуемое количество воды и перемешивают раствор. Остатки бумажных пакетов задерживаются решеткой – фильтром, установленной на пути выхода раствора из бака. Перемешивание раствора в смесителе продолжается от 10 до 30 мин. Подготовленный раствор перекачивается насосом в промежуточный бак. Оттуда через дозатор он поступает в бетоносмеситель. Концентрация рабочего раствора добавки должна быть в пределах 2–5% для возможности более точного дозирования. Объем рабочего раствора добавки определяется из условий обеспечения работы в течение смены или суток. Зависимость плотности раствора от концентрации сухого вещества добавки СДО приведена в табл. 4.1. Таблица 4.1 {PRIVATE}Концентрация % Плотность г/см3
2 1,003
3
4
5
1,005 1,0065 1,008
7
10
1,012
1,017
Расходы добавки СДО для обеспечения объема вовлеченного в смесь воздуха от 5 до 15% составляет от 0,1 до 0,3 от массы цемента в зависимости от вида применяемого крупного и мелкого заполнителей и типа смесителя. Продолжительность перемешивания смеси с добавкой в смесителях типа с-951 должна быть не менее 3,5. 127
Продукция выпускается по ТУ 13-0281078-02-93. Гарантийный срок хранения 18 месяцев. Использование СДО в качестве воздухововлекающей и пластифицирующей добавки позволило: – снизить на 50–250 кг\м3 плотность бетона; - применять для приготовления легкого бетона заданной плотности крупный заполнитель повышенной плотности или обычный строительный песок (в место пористого); - уменьшить расход пористых песков, снизить водопотребность смеси, улучшить деформационные и теплофизические свойства; - при пониженном содержании мелкого заполнителя получить изделие со слитной однородной структурой, исключающей возможность коррозии арматуры и промочек под действием дождей; - улучшить удобоукладываемость бетонной смеси, сократить продолжительность формирования изделий, обеспечить уплотнение смеси, уменьшить ее расслоение при транспортировке и укладке формы; - улучшить тепло- и звукоизоляционные свойства бетона; - повысить морозостойкость бетонных изделий. СДО в настоящее время применяют более 500 предприятий строительной индустрии в крупных городах. Смола СДО вырабатывается в виде плава в бумажных мешках или в жидком виде (70–75%ный раствор СДО). Рабочая концентрация применения – 10%-ный раствор СДО (плотность 1017 кг\м3). Поставляется в бочках по 250 кг и в канистрах по 6,25 кг. Рекомендуется к применению при производстве тротуарной плитки (брусчатки) методом вибролитья. На 100 кг цемента 60–80 гр. Таблица 4.2 Показатели качества Наименование показателей Внешний вид Плотность 10% водного раствора кг/м 3 Пенообразующая способность, см 3 Массовая доля в-в не растворимых в воде,% 128
Норма Твердая монолитная масса черного цвета Не менее 1,017 Не менее 62 Не более 4
МЫЛОНАФТ –натриевые соли нерастворимых в воде органических кислот (ГОСТ 13302-87 «Кислоты нефтяные») производится Краснодарским нефтеперерабатывающим комбинатом в виде пасты с содержанием сухого вещества не менее 70%, поставляется в деревянных или металлических бочках. БИСИЛ ЦЕЛ – воздухововлекающая добавка, которая увеличивает содержание воздуха в бетоне, равномерно распределяя маленькие пузырьки воздуха в вяжущем веществе бетона. Производится испанским концерном «Доризо». Кроме перечисленных выше наиболее распространенных видов воздухововлекающих добавок применяются различные синтетические поверхностно-активные вещества неионогенного или анионактивного типа. В основе действия этого вида добавок лежит адсорбция органических молекул частицами цемента из водных растворов бетонных смесей. Растворные и бетонные смеси с воздухововлекающими добавками обладают повышенной водоудерживающей способностью и замедленной седиментацией, что свидетельствует об их стабилизирующем действии. Действие воздухововлекающих добавок состоит в основном в насыщении растворных и бетонных смесей микропузырьками воздуха, облегчающими взаимное перемещение заполнителей и выполняющих роль смазки. Достигается это благодаря тому, что добавки вводятся в состав бетонной смеси в виде щелочных мыл или образуют в бетонной смеси мыла за счет нейтрализации гидроксидом кальция. Воздухововлекающие добавки широко применяются для снижения средней плотности керамзитобетона в ограждающих конструкциях и для повышения морозостойкости тяжелого и легкого бетона. Пузырьки воздуха, вовлеченные молекулами добавки в бетонную смесь, придают ей связность и повышают ее однородность. При вибрации благодаря уменьшению трения за счет вовлеченного воздуха связность смеси уменьшается, а удобоукладываемость повышается. Вследствие этого смесь с добавкой по удобоукладываемости соответствует смеси без добавки, имеющей на 1-6 см большую осадку конуса. Объем вовлеченного воздуха зависит от типа и количества воздухововлекающей добавки, зернового состава заполнителей, расхода цемента и тонкости его помола, способа и продолжительности перемешивания. Практически воздух вовлекается растворной составляющей бетона и, прежде всего зернами песка размерами 0,3–1 мм. С уменьшением крупности песка объем вовлекаемого воздуха уменьшается. 129
Увеличение содержания воздуха в бетоне приводит к снижению его прочности. Однако при содержании вовлеченного воздуха не более 5% благодаря его пластифицирующему действию представляется снизить величину В/Ц и получить требуемую прочность бетона с сокращенным расходом цемента. Эффективность применения воздухововлекающих добавок для уменьшения расхода цемента повышается с увеличением В/Ц бетона, уменьшением расхода цемента и содержания трехкальциевого алюмината. Воздухововлекающие добавки, введенные в бетон в количествах 0,02–0,03% от массы цемента практически не замедляют гидратацию цемента. Поэтому бетоны с ВВД могут пропариваться по тем же режимам, что и бетоны без добавок. В связи с этим воздухововлекающие добавки по сравнению с пластифицирующе-воздухововлекающими эффективнее применять при коротких и умеренных режимах прогрева. Воздухововлекающие добавки повышают морозостойкость бетона не менее чем в 2–3 раза, несколько увеличивают прочность бетона при растяжении и повышают трещиностойкость конструкций. Применение воздухововлекающих добавок более эффективно в тощих бетонных смесях. Используя воздухововлекающие добавки (ВЛХК, СНВ и др.) в тяжелых и легких бетонах, следует учитывать, что микропузырьки воздуха уменьшают вязкость цементного теста, повышают однородность и удобоукладываемость бетонных смесей, вследствие чего они приобретает более высокую подвижность, чем смеси без добавок. Воздухововлечение в бетонные и растворные смеси в присутствии воздухововлекающих добавок, зависит от соотношения в них цемента и песка, его зернового состава; эффективность воздухововлечения снижается при изменении размера зерен песка против оптимального (около 0,5 мм) или при повышении расхода цемента в смесях. Количество удерживаемого в этих смесях воздуха увеличивается с ростом дисперсности эмульсии воздуха, достигаемой повышением содержания в них добавок. При обычном перемешивании бетонной смеси (без ВВД) происходит два основных процесса: первый – захват порций воздуха, который затем диспергируется на отдельные воздушные пузырьки, и второй, в котором участвуют зерна заполнителя, характеризуемый стабилизацией пузырьком воздуха. Воздухововлекающая добавка, увеличивает количество воздушных пузырьков по сравнению с бетонной смесью без добавок, способствует уменьшению их размеров и, что более важно, сохраняет их в бетоне до начала схватывания. Стабилизирующее 130
действие таких добавок обеспечивается адсорбцией их молекул на поверхности воздушных пузырьков. Молекулы ориентированы функциональными полярными группами в сторону воды, а неполярными – в сторону воздушных пузырьков. Последние, заряжаясь одноименно, отталкиваются друг от друга, что препятствует их слиянию. Таким образом, молекулы, ориентируясь на межфазных границах вода–пузырьки воздуха, создают слои толщиной в несколько молекул («частокол»), что также способствует стабилизации поризованной системы (согласно литературным данным, именно этот факт объясняет воздухововлекающее действие добавок ПАВ неионогенного типа). С другой стороны, адсорбируясь на границе раздела «воздух-жидкость», добавки, являясь ПАВ, уменьшают величину поверхностного натяжения, что сказывается на повышении термодинамической устойчивости воздушных пузырьков и снижает тенденцию к их слипанию. Кроме того, такое действие добавок облегчает диспергирование крупных воздушных включений, что обеспечивает большую сохранность поризованной структуры. Все это приводит к тому, что прочность пузырьков воздуха против механических воздействий возрастает. Другой путь стабилизации поризованных систем состоит в интенсивной адсорбции молекул ПАВ на частицах гидратных новообразований, которые заряжены положительно (из-за адсорбции кальций ионов). ВВД адсорбируются на этих заряженных частицах за счет сил электростатического воздействия, то есть отрицательно заряженными ионами анионактивных веществ, которые, как правило, отличаются эффективным воздухововлечением. В результате происходит гидрофобизация твердых частиц, которые фиксируются на воздушных пузырьках и «экранируют» их, препятствуя слиянию, то есть происходит «прилипание» пузырьков воздуха к частицам гидратированного цемента. Традиционные воздухововлекающие добавки (СДО, СНВ и др.) являются недостаточно эффективными, чтобы обеспечить высокую степень поризации бетонной смеси. В последнее время в нашей стране и за рубежом разработаны новые «супервоздухововлекающие» добавки. Это, например, АОС-1214, ТЭАС, Морпен (Россия), относящиеся к классу поверхностно-активных веществ (ПАВ), пеноконцентрат фирмы «Неопор» (Германия), полученный на основе протеинов. Результаты измерений показали, что в отличие от добавки АОС-1214, ТЭАС, Морпен, пеноконцентрат фирмы «Неопор» практически не снижает величину поверхностного натяжения, в то время как отечественные добавки относятся к разряду «сильных» ПАВ. Среди них наиболее эффективной является ТЭАС, под действием которой величина поверхностного на131
тяжения уменьшается при концентрации 0,25% до 35х103 Дж/м3. С другими изученными добавками близкое по значению поверхностное натяжение достигается при концентрации 0,5%. Перечисленные выше добавки значительно отличаются по интенсивности воздухововлечения. Сравнительная оценка эффективности добавок представлена в табл. 4.3. Как видим, наиболее эффективной по степени поризации цементно-водной смеси является добавка ТЭАС, она проявила себя и как наиболее «сильная» по уменьшению величин поверхностного натяжения. Дозировка этой добавки при получении поризованной цементной матрицы со средней плотностью 1000 кг/м3 в 7 раз меньше чем, например, дозировка добавки пеноконцентрата фирмы «Неопор», со средней плотностью 700 кг/м3 – в 4 раза меньше. Таблица.4.3 Сравнительная оценка эффективности некоторых воздухововлекающих добавок Средняя Дозировка добавки,% Предел прочности цементного плотность камня при сжатии в возрасте 28 поризовансуток, МПа, с добавками ной цемент- АОС- ТЭАС Морпен Пено- АОС- ТЭАС Морпен Пеноной матрицы, 1214 кон1214 конкг/м3 центрат центрат фирмы фирмы «Не«Неопор» опор» 1000 0,075 0,018 0,065 0,13 14,5 9,5 9,5 10,0 900 0,10 0,03 0,075 0,20 11,0 7,5 7,5 8,0 800 0,13 0,065 0,10 0,25 8,0 5,5 5,5 6,0 700 0,25 0,085 0,14 0,35 4,0 3,5 3,5 4,0 600 0,33 0,12 0,17 0,41 1,3 1,5 2,6 1,8
Прочностные показатели цементных матриц при этом оказываются практически одинаковыми. Таким образом, экспериментально установлено, что при выборе воздухововлекающих добавок для поризации цементных систем необходимо оценивать их способность снижать величину поверхностного натяжения, так как это непосредственно связано с величиной их дозировки, и тем более, если учитывать высокую стоимость этих химических соединений. 132
4.2.2. Влияние воздухововлекающих добавок на свойства бетонных смесей Воздухововлекающие добавки, вводимые в состав бетона в оптимальных количествах, не оказывают, сколько нибудь существенного влияния на степень гидратации цемента, ни на кинетику его тепловыделения. Даже если они изготовлены на основе веществ, способных замедлять процессы гидратации (например, на основе лигносульфонатов), то их содержание столь мало, что замедляющим действием можно пренебречь. Они также не влияют и на состав продуктов гидратации цемента. Единственный эффект, обеспечиваемый применением таких добавок, – вовлечение в бетонную смесь воздушных пузырьков. Воздухововлечение, повышая подвижность смеси, улучшает технологичность, ее легче транспортировать, укладывать и формовать без расслоения. Этот эффект вызван «подшипниковым» действием пузырьков воздуха, которых содержится около четверти миллиона в 1 см3 цементного теста. Реологические характеристики бетонной смеси можно измерить, например, используя такие параметры, как пластическая вязкость и др., однако пока еще имеется мало данных о влиянии на них воздуха. Удобоукладываемость в результате воздухововлечения улучшается для любых бетонных смесей, но особенно высок этот эффект при работе с жесткими смесями на природных легких заполнителях. Водоотделение и расслоение. Наличие в бетонной смеси воздуха уменьшает опасность водоотделения и расслоения. Отделение твердой фазы может приводить к образованию каналов, расположенных по вертикали и заполненных водой. В отдельных случаях отделившуюся воду удается вновь ввести в состав бетонной смеси при ее последующей укладке, в других – образуется затвердевшая корка и вода оказывается под этим затвердевшим бетоном в виде каверн, ослабляющих материал. Решение одной из важнейших проблем, связанных с водоотделением, – своевременное возвращение воды в бетонную смесь – облегчается с помощью воздухововлечения. Сегрегация (расслоение) – разделение твердых частиц бетонной смеси вследствие различия их гранулометрического состава – проявляется либо при транспортировании смеси, либо при уходе за нею. Воздухововлечение в бетонную смесь уменьшает опасность расслоения, хотя этот прием нельзя рассматривать как метод борьбы с расслоением. Детали механизма, ответственного за положительное влияние воздухововлечения на водоотделение и на расслоение смеси, еще недостаточно ясны. По-видимому, пузырьки воздуха, вовлеченные при 133
использовании ПАВ, улучшают когезионные свойства и гомогенизируют неустойчивые смеси. Кроме того, они повышают их жизнеспособность, уменьшая тенденцию к расслоению. Наконец, пузырьки воздуха, занимая примерно четвертую или пятую часть цементного теста в смеси, уменьшают ее расслоение и водоотделение, т.е. выполняют примерно те же функции, что и частицы песка. Однако в связи с тем, что адсорбционные пленки введенных ПАВ тормозят осушение пен, воздухововлечение играет большую роль, чем частицы песка. Влияние воздухововлечения на отделочные операции. Бетонные смеси, содержащие воздух благодаря введению добавок, обычно труднее поддаются отделке, так как они обладают большей «связностью» и меньше выделяют воды. Однако при использовании соответствующих приспособлений отделочные операции с такими составами не вызывают особых затруднений. Кроме того, следует принимать во внимание, что в связи с уменьшением опасности водоотделения проведение таких операций упрощается, а поверхности оказываются более долговечными. Воздухововлечение не влияет на сроки схватывания цементов в бетонной смеси. Действие пластифицирующе – воздухововлекающих добавок сводится к замедлению процесса гидратации затворенного водой цемента и, как следствие, к снижению интенсивности увеличения вязкости цементного теста в бетонных и растворных смесях в начальной стадии. Достигается это благодаря свойству добавок образовывать на поверхности зерен цемента тонкие (мономолекулярные) гидрофобные пленки, резко уменьшающие смачивание цементных зерен водой, что приводит к замедлению процесса их гидратации и, следовательно, к хранению на некоторое время начальной вязкости цементного теста. Помимо этого, в связи с некоторой пенообразующей способностью добавок этой группы, при перемешивании в бетонных и растворных смесях возникают мельчайшие пузырьки вовлеченного воздуха, повышающие подвижность смесей. Другой важный результат, достигаемый при введении воздухововлекающих добавок – сильное повышение морозостойкости бетона при его длительном замораживании. Воздухововлечение может изменяться от нескольких процентов до больших значений (в легких бетонах и пенобетонах, используемых в качестве теплоизоляционных материалов). Воздухововлекающие добавки принадлежат к тому классу химических соединений, который называют поверхностно-активными веществами (ПАВ). К ним относятся вещества, молекулы которых адсорби134
руются на границе воздух-вода или твердое тело-вода. В результате молекулы концентрируются на границе межфазовой, что обусловлено особенностями их строения, поскольку одна часть молекул полярна, другая не полярная, следовательно, им присуще двойственность свойств, обусловленная присутствием полярных («головка») не полярных («хвосты») функциональных групп. Последние состоят обычно из относительно длинного углеводородного радикала, содержащего более чем 8–10 углеродных атомов, что важно для поверхностной активности молекул. При повышенном воздухововлечении возможно уменьшение плотности бетона, а так же снижение его прочности. Пластифицирующе-воздухововлекающие добавки особенно сильно воздействуют при виброуплотнении бетонных смесей, увеличивая их подвижность на 15–30%. Используя пластифицирующе- воздухововлекающие и воздухововлекающие добавки в тяжелых и легких бетонах и строительных растворах, необходимо учитывать, что микропузырьки воздуха уменьшают их вязкость, повышают однородность и удобоукладываемость, вследствие чего смесь с этими добавками приобретает подвижность, эквивалентную смесям без добавок, имеющим 30–35% большую подвижность. Воздухововлечение в цементно-песчаные смеси, зависит от соотношения в них цемента и песка, его зернового состава; эффективность воздухововлечения снижается при изменении размера зерен песка против оптимального (около 0,5 мм) или при повышении расхода цемента в смесях. Количество удерживаемого в этих смесях воздуха увеличивается с ростом дисперсности эмульсии воздуха, достигаемой повышением содержания в них парообразующих добавок. Поэтому оптимальное количество добавки эмульгатора воздуха в зависимости от требуемого воздухововлечения должно назначаться с учетом зернового состава всей смеси (цемент + добавка). Список использованной литературы 1. Болдырев А.С., Ратинов В.Б. Добавки в бетон. Справочное пособие. М.: Стройиздат.-1988.- с 229-244. 2. Руководство по применению химических добавок в бетоне. М.:Стройиздат, 1985.- 64с. 3. Современные проблемы строительного материаловедения: материалы пятых академических чтений РААСН. Воронеж. гос. арх. – строит. акад., Воронеж, 1999.-672с 135
4. Хигерович М.И., Байер В.Е. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов. М.:Стройиздат.- 1979.-126с. 5. Попко В.Н. Химические добавки для бетона. Учебное пособие. Казань. КИСИ, 1980.
4.2.3. Газообразующие и гидрофобизующие добавки Особый интерес представляет применение в технологии бетона газообразующих добавок. Явление газообразования наблюдается при введении в бетонные смеси алюминиевой пудры и некоторых кремнийорганических соединений, например, кремнийорганической жидкости ГКЖ-94. В результате их взаимодействия с гидроксидом кальция выделяется водород. Пузырьки этого газа, равномерно распределенные в цементном тесте, обусловливают, кроме того, при использовании ГКЖ94, дополнительную гидрофобизацию пор и капилляров в цементном камне. Под воздействием этих процессов структура цементного камня становится более однородной и насыщенной замкнутыми микропорами, обусловливающими резкое повышение морозостойкости бетона. Эффект газовыделения зависит от количества введенной добавки, температуры твердения, содержания щелочи в цементе. Газовыделение замедляется при снижении температуры с +20 до +1оС примерно в 1,5 раза и увеличивается при повышении температуры до +40оС. Добавки этой группы обеспечивают дополнительное образование газа в количестве 1-2% в объеме бетона. Введение в состав бетона газообразующих добавок практически не сказывается на формовочных свойствах бетонной смеси, но существенно замедляет твердение бетона на ранних стадиях. Это приводит к необходимости увеличения продолжительности предварительного выдерживания отформованных изделий перед тепловой обработкой. Бетоны с газообразующими добавками, в частности с ГКЖ-94, обладают рядом положительных свойств. Повышается прочность бетона на растяжение, увеличивается стойкость к солям, попеременному увлажнению и высушиванию, повышается водонепроницаемость, морозостойкость и долговечность бетона в целом. Все кремнийорганические жидкости, в том числе и ГКЖ-94, обладают гидрофобными свойствами, поэтому они также относятся и к группе гидрофобизующих добавок. Гидрофобизирующие добавки. К ним относятся все кремнийорганические жидкости: ГКЖ-9, ГКЖ-11, ГКЖ-94, ГФ 113-63, ГФ 136-41, АМСР, этилсиликаты, мылонафт, олеиновая кислота и ее соли и др. 136
В. В. Ратинов и Т. И. Розенберг [4], как на одну из особенностей рассматриваемых добавок указывают на гидрофобизацию ими воздушных полостей в бетоне. При оптимальном воздухововлечении (до 3 – 4%), несмотря на появление значительного количества воздушных пузырьков, проницаемость бетона снижается, а морозостойкость возрастает, что объясняется образованием системы условно замкнутых воздушных полостей, а сопутствующий воздухововлечению пластифицирующий эффект проявляется сильнее в бетонных смесях, чем в цементном тесте. Применение гидрофобизирующих добавок позволяет несколько улучшить физико-механические свойства бетона и существенно повысить его долговечность. Последнее является результатом затруднения обмена между составляющими бетона и агрессивными для него веществами, находящимися в окружающей среде. При тепловлажностной обработке (пропаривании) бетон с добавками гидрофобизирующих поверхностно-активных веществ (например, мылонафта и абиетата натрия) приобретает более высокую прочность, чем бетон с теми же подвижностью и расходом цемента без добавок. Ряд гидрофобизующих добавок обладает способностью к пенообразованию, поэтому они относятся также и к группе воздухововлекающих или пластифицирующе-воздухововлекающих добавок. Например, мылонафт и олеат натрия, омыленная канифоль существенно понижают поверхностное натяжение на границе водный раствор-воздух, поэтому при введении их в бетонные смеси, оказывают на них пластифицирующее действие. Это позволяет снизить В/Ц при сохранении удобоукладываемости, равной удобоукладываемости бетонной смеси на обычном цементе, в пределах от 5–8% (в жирных смесях) до 15–20% (в тощих смесях). Вследствие этого повышается прочность бетона или представляется возможность снизить расход цемента. Пластифицирующий эффект несколько изменяется также в зависимости от минералогического состава цемента, а именно: он несколько выше у малоалюминатного и, наоборот, ниже у высокоалюминатного цемента. Механизм пластификации бетонных смесей в присутствии гидрофобных добавок, склонных к пенообразованию является следствием устойчивого вовлечения в бетонную смесь множества мельчайших пузырьков воздуха, делающих ее более подвижной и легкой, кроме того молекулы этих добавок обладают адсорбционно-смазочным эффектом. Содержащиеся в молекулах полярные группы – карбоксильная группа мыла или соответствующие ей кислоты – химически связываются с поверхностью частиц цемента, образуя на этой поверхности нераствори137
мое кальциевое мыло. Углеводные остатки молекулы мыла направлены при этом в окружающую среду, покрывая поверхность частицы своеобразной щетинкой или ворсом, препятствующим смачиванию ее водой. Помимо этого, в связи с некоторой пенообразующей способностью добавок этой группы, при перемешивании в бетонных и растворных смесях возникают мельчайшие пузырьки вовлеченного воздуха, повышающие подвижность смесей. Модификация бетонов кремнийорганическими соединениями, содержащими активные функциональные группы, позволит существенно улучшить комплекс свойств бетонов и, в первую очередь, их стойкость, особенно при эксплуатации в суровых климатических условиях Крайнего Севера и Дальнего Востока. Кремнийорганические соединения, представляющие интерес для использования в технологии бетона, можно условно разделить на две основные группы: водонерастворимые и водорастворимые соединения. Водонерастворимые соединения. В СССР, а затем и в России освоен выпуск кремнийорганических жидкостей гидрофобноструктурирующего действия типа алкилгидридсилоксанов с разным содержанием активного водорода и различными органическими радикалами и высокогидрофобизирующего действия типа полиорганоалкоксисилоксанов общей формулы, а также модификации алкоксисилоксанов в виде кремнийэпоксидных блок-сополимеров. Эти кремнийорганические соединения не выделяют вредных паров или газов, легко растворяются в органических растворителях (толуол, бензин, Уайт-спирит, четыреххлористый углерод, дихлорэтан), с водой не смешивается, но образуются эмульсии, в виде которых их вводили в растворные или бетонные смеси. В качестве эмульгатора рекомендованы препараты типа алкамона, сольвара, ОС-2, а также комплексный эмульгатор «алкамон+сольвар», используя которые оказалось возможным увеличить стабильность эмульсий более чем на год. К соединениям гидрофобно-структурирующего действия относятся алкил (арил) гидридсилсесквиоксаны, представляющие собой порошкообразную гидролизованную массу, нерастворимую в воде и в органических растворителях. Водорастворимые соединения. Усиление пластификации цементно-водных систем возрастает с повышением степени гидрофильности функционально-активных групп олигомера. Так, в ряду кремнийорганических соединений усиление пластифицирующих (диспергирующих) свойств имеет место при замене алкоксирадикала (в группировке Si–OR) и водорода (в группировке Si–H) на группу ONa, при этом оли138
гомеры – сильные гидрофобизаторы с относительно слабыми диспергирующими свойствами (неионогенные ПАВ типа алкоксисилоксанов, полигидросилоксанов, алкил (арил) гидридсесквиоксанов) переходят в соединения с повышенными пластифицирующими свойствами (анионактивные ПАВ типа силиконатов и алюмосиликонатов натрия). Усиление степени гидрофильности функционально-активных групп олигомеров обусловливают их повышенную диспергирующую способность. Наибольшее применение в строительстве нашли гидрофобизирующие кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 (этилсиликонат натрия), ГКЖ-11 (метилсиликонат натрия) в виде 30%-х водно-спиртовых растворов. ЭТИЛСИЛИКОНАТ НАТРИЯ – ГКЖ-10 (ТУ 6–02–696–76) – прозрачная жидкость от бледно-желтого до коричневого цвета плотностью 1,19 – 1,21 г/см3; смешивается с водой в любых соотношениях. Раздражающе действует на кожу вследствие сильнощелочной реакции. Предельная концентрация в воде 2 мг/л, пожаро- и взрывобезопасна. Производится Данковским химическим заводом (Липецкая обл.). МЕТИЛСИЛИКОНАТ НАТРИЯ – ГКЖ-11 (ТУ 6–02–696–76) – прозрачная жидкость от бледно-желтого до коричневого цвета плотностью 1,19–1,21 г/см3; смешивается с водой в любых соотношениях. Раздражающе действует на кожу вследствие сильнощелочной реакции. Предельная концентрация в воде 2 мг/л, пожаро- и взрывобезопасна. Производится Данковским химическим заводом (Липецкая обл.). ФЕНИЛЭТОКСИСИЛОКСИН – 113-63 (ФЭС-50) – прозрачная подвижная жидкость, нерастворимая в воде, образует эмульсию. Добавка невзрывоопасная. Производится добавка Усольским ПО «Химпром» Иркутской области и поставляется в виде 50%-ной эмульсии в герметичной таре из стекла или белой жести. АЛЮМОМЕТИЛСИЛИКОНАТ НАТРИЯ- АМСР – продукт взаимодействия металлического алюминия с метилсиликонатом натрия. Бесцветная или желтоватая жидкость, смешивающаяся с водой в любых соотношениях, нетоксична. Поставляется в виде 33% раствора. ГИДРОФОБИЗИРУЮЩАЯ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКАЯ ЖИДКОСТЬ ГКЖ 136-41 ( бывшая 136-157М) позволяет повысить морозостойкость в 3–5 раз, коррозионную стойкость в 1,5–2 раза по сравнению с бетонами и растворами без добавок, устранить появление влажных пятен, высолов, ржавчины, плесени, сократить расход цемента (вяжущего) и повысить прочность раствора на 30–40%, повысить стойкость к попеременному 139
увлажнению и высыханию, снизить капиллярный подсос, водопоглощение, водопроницаемость, повысить водостойкость, увеличить межремонтный период в 2–3 раза, сократить сроки высыхания цементных растворов на 20–50%, устранить гидроизоляционные покрытия в цементных стяжках. При использовании ГКЖ 136-41 для тяжелых бетонов и растворов расход добавки составляет 0,05–0,15% от массы цемента (в пересчете на продукт 100% концентрации) СЕРНОКИСЛЫЕ СОЛИ ПЕНАЗОЛИНОВ ССП – водный раствор от светло-желтого до светло-коричневого цвета, рН-7. Снижает поверхностное натяжение. Поставляется в виде порошка в мешках. Основным способом применения в бетонах кремнийорганических соединений типа алкилсиликонатов и алюмоалкилсиликонатов натрия является введение их в растворные или бетонные смеси с водой затворения. Определенный интерес представляет введение водорастворимых олигомеров при помоле цементного клинкера. Полученные в этом случае цементы обладают гидрофобными свойствами. Степень гидрофобности зависит от количества вводимого олигомера и тонкости помола цемента. В настоящее время бетоны, модифицированные кремнийорганическими олигомерами, широко применяются при возведении ответственных сооружений гидротехнического, промышленного и мелиоративного строительства. Внедрение гидротехнических бетонов высокой морозостойкости. Результаты производственных опытов по бетонированию блока плотины Красноярской ГЭС бетонной смесью с ГКЖ-94 показали, что бетоны, модифицированные ГКЖ-94, имеют стабильные показатели по морозостойкости при 1000 и более циклах замораживания и оттаивания. Впервые в практике строительства плотин внедрение бетонов высокой морозо- и кавитационной стойкости, модифицированных олигомером ГКЖ-94, в широких производственных масштабах было осуществлено на строительство Зейской ГЭС. Активность 50%-й эмульсии, соответствует паспортным данным пределами содержания активного водорода 0,6–0,8%. О высоком качестве эмульсии, приготовленной с помощью разработанного оборудования и по разработанной технологии, свидетельствуют статистические данные о дисперсности: среднее содержание частиц меньше 1 мк в приготовленной эмульсии не опускалось ниже 78,8% при требованиях рекомендации к этой характеристике не менее 70%. Высокая степень дисперсности способствует длительному сохранению эмульсии без видимых нарушений и стабильным результатам по активности 5%-й концентрации эмульсии, вводимой в бетонные смеси. 140
Бетонные смеси, модифицированные ГКЖ-94, значительно дольше сохраняют подвижность по сравнению со смесями, приготовленными на СДБ. Еще в большей степени действие ГКЖ-94 сказывается на улучшение удобоукладываемости бетонных смесей, что особенно важно при производстве бетонных работ на гидротехнических стройках. Введение ГКЖ-94 практически исключает водоотделение в бетонной смеси, что положительно сказывается на повышении однородности, водонепроницаемости и долговечности бетона. Проведенные сравнительные исследования по уменьшению тепловыделения бетона, модифицированного ГКЖ-94 и СДБ в средней части блоков плотины показали, что при одинаковых условиях и одинаковых по конфигурации и размеру блоков подъем температуры в бетоне с СДБ идет интенсивнее, чем в бетоне с ГКЖ-94. Оценка сравнительной однородности бетонов с СДБ+СНВ и ГКЖ-94 производилась по показателям вариации прочности производственных бетонов, которые были получены в результате статистической обработки данных систематического контроля прочности бетонов одной и той же марки, постоянного состава, приготовленного на одном из бетонных заводов строительства. Полученные результаты контроля прочности бетона класса В30 (марки М 400), F=400 с ГКЖ-94 и комплексным модификатором СДБ+СНВ показывают, что средние прочности бетонов с ГКЖ-94 превышают средние прочности бетонов с СДБ+СНВ на 2–5 МПа, что хорошо согласуется с данными по общему содержанию воздуха. По-видимому, более низкие средние прочности бетонов с комплексным модификатором в сравнении со средней прочностью бетонов с ГКЖ-94 вызваны повышенным содержанием воздуха. Большие колебания содержания воздуха в бетонах приводят к большему коэффициенту вариации прочности этих бетонов. Особенно четко эта зависимость наблюдается на бетонах раннего возраста. Так, если коэффициенты вариации прочности бетонов с комплексным модификатором в возрасте 28 сут оставляют 0,18–0,21, то для таких же бетонов с ГКЖ-94 эти коэффициенты находятся в пределах 0,12–0,18. В целом рассмотрение полученных данных приводит к выводу, что статистические характеристики прочности бетонов с ГКЖ-94 более стабильны, чем характеристики бетонов с СДБ + СНВ, на основании чего можно заключить, что однородность бетонов, модифицированных ГКЖ-94, выше. Величина дисперсии прочности бетона с СДБ+СНВ равна 27,9 МПа, а величина дисперсии прочности для бетонов с ГКЖ94 составляет 12,3 МПа. 141
Оценка морозостойкости бетона производилась по результатам испытания контрольных образцов и кернов, выбуренных из тела плотины Зейской ГЭС. Результаты испытаний контрольных образцов свидетельствуют о том, что максимальные потери прочности после 500 циклов замораживания и оттаивания по стандартной методике не превышали 11% при средней потере прочности 5%. Аналогичные результаты получены по измерению скоростей распространения упругих волн. Среднее значение прочности кернов, не подвергавшихся испытаниям, практически не отличается от среднего значения приведенной кубиковой прочности образцов кернов, подвергавшихся замораживанию, и составляет 42,4 МПа. Коэффициент морозостойкости контрольных образцов (КF = 0,95) оказался немного ниже, чем коэффициент для кернов (КF = 0,97). По данным измерения скорости распространения упругих волн в бетоне кернов также не было обнаружено нарушения сплошности бетона, подвергавшегося замораживанию. Из рассмотрения полученных данных также видно, что в производственных бетонах с ГКЖ-94 преобладает доля пор более мелких размеров по отношению к доли пор таких же в бетонах с СНВ+СДБ. Так, доля пор фракции 0–50 мкм для контрольных образцов и кернов бетонов с ГКЖ-94 составляет 32–37%, тогда как относительное содержание этих пор в бетонах с СНВ+СДБ – 26–27%. В настоящее время принято считать, что наиболее эффективными модификаторами гидрофобизирующего типа являются олигомеры типа полифенилэтокси- и полифенилпропоксисилоксанов. Отечественной химической промышленностью освоен выпуск соединений вида фенилэтокси-силоксанов (ФЭС) трех марок: 113-63 (ФЭС-50), ФЭС-66 и 113-65 (ФЭС-80). Наиболее эффективными являются олигомеры типа ФЭС-50 и ФЭС-66. Применение КОС в практике ремонтно-восстановительных работ. В процессе строительства и эксплуатации промышленных, транспортных, энергетических и других сооружений в результате действия силовых воздействий, а не редко и вследствие низкого качества работ, в железобетонных конструкциях образуются раковины глубиной более 50 мм и сколы с обнажением арматуры, трещины, внутренние неплотности, а также изломы элементов сооружений. Традиционные методы ремонта, заключающиеся в заделке дефектных участков бетоном и раствором, а также нанесение слоя торкрет бетона зачастую не решают поставленной задачи. В настоящее время разработаны новые возможности использования кремнийорганических соединений в качестве модификаторов со142
ставов и, прежде всего, инъекционных растворов, предназначенных для ремонта, восстановления эксплуатационной надежности бетона, повышение его водонепроницаемости. Так, для надежности склеивания свежеуложенного бетона или торкрета с основанием рекомендуется после очистки поверхности разрушенного бетона и удаления с арматуры ржавчины двухразовая обработка специальным составом, где КОС типа алкилсиликоната щелочных металлов применяется как модификатор гидрофобно-пластифицирующего действия и как промотор адгезии старого бетона к новому. Наиболее сложный и частый случай – фильтрация жидкостей даже при незначительных напорах через железобетон, имеющий трещины шириной до 0,1–2 мм. Традиционными являются устройство дренажа, глубинное водопонижение и т.п. После высушивания бетона производится гидроизоляция. Введение КОС снижает усадку инъекционного раствора при полимеризации, оказывает пластифицирующее действие и одновременно ускоряет процесс отверждения смолы в среде водонасыщенного бетона. Применение КОС в производстве реставрационных работ. Традиционные отделочные и отделочно-конструкционные материалы в связи с повышением агрессивности атмосферных агентов (влаги, осадков, паров, газов, пыли) в промышленных районах находятся в тяжелых условиях эксплуатации. В практике реставрационных работ внедрение современных отделочных и конструкционных материалов затруднено по следующим причинам: 1. Стремление реставраторов восстановить первоначальный вид отделки, относящийся к определенному историческому периоду, обязывает их использовать строительные материалы, соответствующие уровню технологии данного периода. 2. Специальные требования, предъявляемые к материалам для реставрации (паропроницаемость, совместимость со старыми материалами, сохранение цвета и фактуры и т.д.). В практике реставрационных работ широкое распространение получил эфир ортокремневой кислоты, который используется в качестве связующего в пропиточных и в докомпоновочных штукатурных составах. Для докомпоновки утраченных частей и фрагментов архитектурного декора, эксплуатирующегося в атмосферных условиях, разработаны шпатлевочные составы на связующем кремнийоргсиликате (представляющем смесь жидкого натриевого стекла с этилсиликатом – 32 в 143
соотношении 1:1 по массе). Наполнителем в докомпоновочных составах служит фракционированная крошка и мука реставрируемого камня (кирпич, известняк и т.д.). Докомпоновочный состав наносится на предварительно очищенную и укрепленную тем же связующим поверхность камня. Для восполнения утрат декоративных штукатурок используются шпатлевочные составы на белом цементе с суперпластификаторами, в которые КОС вводят в количестве 0,15% по массе цемента с целью придания гидрофобности и солестойкости докомпоновочным составам. Наполнителем служит крошка реставрируемого камня или кварцевый песок. При ремонте облицовок высотных зданий, выполненных из керамических крупноразмерных плит Г-образной формы, используют декоративные бетонные смеси, состоящие из белого цемента, песка, извести-пушонки, кремнийорганического модификатора типа силиконата натрия, вводимого в количестве 0,2% по массе цемента с целью повышения водо- и морозостойкости состава, и пигмента. За рубежом гидрофобная защита КОС применяется также для повышения атмосферостойкости материалов фасадов уникальных общественных зданий, скульптур, памятников истории и культуры. Так, мраморные фасады Миланского собора обработаны силиконами. В Германии все фасады зданий из мрамора, известняка и кирпича обрабатывают кремнийорганическими смолами. В Чехии стены зданий, украшенные штукатуркой-сграффито (цветной с рисунком) защищены гидрофобизаторами на основе КОС. В Польше для защиты кирпичных зданий применяют силиконовые жидкости. В Великобритании стены обрабатывают силиконовым каучуком в органическом растворителе в качестве водоотталкивающего покрытия. Помимо порообразования, газообразующие и воздухововлекающие добавки повышают воздухонепроницаемость и морозостойкость бетонов и растворов, снижают коррозию стали. Применение воздухововлекающих добавок эффективно в низкомарочных бетонах и растворах, когда Rц /Rб ≥3, Rц /Rр ≥ 8. В этом случае исключается необходимость введения в состав бетона или раствора извести, глины или других минеральных пластифицирующих добавок. Применение пластифицирующих-воздухововлекающих и воздухововлекающих добавок, как правило, приводит к снижению прочности бетона и раствора, а особенно при их твердении в условиях ТВО. Однако потеря прочности в значительной мере может компенсироваться В/Ц вследствие пластифицирующего эффекта добавок, применением добавок – ускорителей схватывания и твердения цементного теста, добавок, повышающих прочность бетонов и растворов при сжатии. 144
Предварительное выдерживание перед ТВО бетона с этими добавками (около 3 ч) так же может частично может уменьшить потерю прочности бетона, вызываемую добавками.
4.3. Определение эффективности газообразующих, гидрофобизирующих и воздухововлекающих добавок Эффективность газообразующей и воздухововлекающей добавки определяют по увеличению морозостойкости бетона основного состава по сравнению с бетоном контрольного состава при нормированном содержании воздуха в бетонной смеси основного состава. Для определения эффективности газообразующих и воздухововлекающих добавок применяют средства испытания и вспомогательные устройства по ГОСТ 10060.0 – ГОСТ 10060.4, ГОСТ 10180, ГОСТ 10181.1 и ГОСТ 10181.3. Для определения эффективности газообразующих и воздухововлекающих добавок приготавливают бетонные смеси контрольного и основных составов с маркой по удобоукладываемости П1. Для бетонных смесей определяют пористость по ГОСТ 10181.3: – для бетонных смесей контрольного состава и с воздухововлекающей добавкой – непосредственно после их приготовления; – для бетонных смесей с газообразующей добавкой – через 1 ч после ее приготовления. До определения пористости бетонные смеси с газообразующими добавками должны находиться в покое, укрытые влажной тканью или полиэтиленовой пленкой. Определяют дозировки добавок, обеспечивающих в уплотненной бетонной смеси объем выделившегося газа 1,5-3,5% (для газообразующих добавок) или воздухосодержание 2-5% (для воздухововлекающих добавок). Из бетонных смесей, отвечающих требованиям ГОСТ 7473-94, изготавливают образцы бетона по ГОСТ 10060.0 – ГОСТ 10060.4 для испытания на морозостойкость. Образцы бетона подвергают тепловой обработке и/или оставляют твердеть в нормальных условиях. Бетон контрольного и основного составов испытывают на морозостойкость по ГОСТ 10060 в возрасте 28 сут. Расчет объема вовлеченного воздуха (для воздухововлекающих добавок) или суммарного количества выделившегося газа и вовлечен145
ного воздуха (для газообразующих добавок) в бетонных смесях выполняют по ГОСТ 10181.3. Объем выделившегося газа ∆V (для газообразующих добавок),%, определяют по формуле
∆ V = V д − Vк ,
(4.6)
где: Vд – суммарное количество выделившегося газа и вовлеченного воздуха в бетонных смесях основных составов,%; Vк - количество вовлеченного воздуха в бетонной смеси контрольного состава,%. Результаты испытания бетонов на морозостойкость обрабатывают по ГОСТ 10060, а также определяют коэффициент морозостойкости (отношение прочности бетона до установки на испытание к прочности бетона после испытания на морозостойкость). Количественная оценка эффективности добавок – по ГОСТ 24211. Эффективность гидрофобизирующей добавки определяют по степени уменьшения водопоглощения бетона. Для определения эффективности гидрофобизирующих добавок применяют средства испытания и вспомогательные устройства по ГОСТ 10180, ГОСТ 10181.1 и ГОСТ 12730.3. Приготавливают бетонные смеси контрольного и основных составов с маркой по подвижности П1. Из бетонных смесей изготавливают бетонные образцы для испытания на водопоглощение. Изготовленные с добавкой образцы должны твердеть по следующему режиму: 2-3 сут. на воздухе при комнатной температуре с последующим хранением в течение 26-25 сут. в камере нормального твердения. Образцы контрольного состава твердеют в камере нормального твердения в течение 28 сут.
4.4. Определение эффективности воздухововлекающих и пенообразующих добавок для легкого бетона Эффективность воздухововлекающей и пенообразующей добавки оценивают по потере вовлеченного воздуха при сохранении прочности бетона с добавкой. 3
Расчетную плотность бетонной смеси ρ , кг/м , определяют по формуле 146
ρ = ПЦ + 1,1ρк + П + 160,
(4. 7) 3
где: Ц и П – расчетные расходы цемента и песка, кг/м ;
ρк – насыпная плотность крупного пористого заполнителя, 3
кг/м ; 160 – ориентировочный суммарный расход воды и добавки (пе3
ны), кг/м . Техническую пену из пенообразующей добавки приготавливают с помощью центробежного насоса, оборудованного приемной воронкой на входном отверстии и шлангом подачи пены – на выходном. Рабочую концентрацию пенообразователя и скорость подачи его в насос устанавливают из необходимости получения технической пены с кратностью от 4 до 10. Концентрацию рабочего раствора воздухововлекающей добавки назначают исходя из требований нормативно-технической документации на применение добавки. Плотность водного раствора добавки контролируют с помощью ареометра. Расход воды на замес и дозировку добавки устанавливают исходя из условий получения легкобетонной смеси слитной структуры с подвижностью 1-2 см, определенной по ГОСТ 10181.1, и плотностью менее 3
расчетной на 50-100 кг/м , определенной по ГОСТ 10181.2. Приготавливают легкобетонную смесь основного состава объемом 20 л в лабораторном смесителе принудительного действия при следующей последовательности загрузки компонентов и продолжительности их перемешивания. Вначале в предварительно увлажненный смеситель загружают пористый заполнитель, цемент, песок и 80-90% воды с учетом воды, содержащейся в растворе воздухововлекающей добавки (или в технической пене), и после 30 с. перемешивания вводят минимальную порцию рабочего раствора воздухововлекающей добавки (или технической пены). Через 60 с. работы смесителя определяют плотность бетонной смеси. При наличии неслитной (крупнопористой), или отсутствии поризованной структуры, или при плотности большей, чем расчетная, добавляют вторую порцию воздухововлекающей добавки (или технической пены). В случае меньшей подвижности смеси доливают воду. Повторное перемешивание продолжают 60 с. с последующей проверкой структуры и плотности смеси. Подобные операции повторяют два-три 147
раза до получения слитной структуры смеси и плотности на 50–100 3
кг/м меньше расчетной. Общая продолжительность приготовления смеси в процессе испытания добавки должна составлять не более 180– 200 с. В случае если после введения в смеситель первой или очередной порции воздухововлекающей добавки (или технической пены) плотность смеси при слитной структуре будет значительно меньше расчетной, испытание проводят повторно при уменьшенных расходах добавки. Если при введении очередной порции воздухововлекающей добавки (или пены) наблюдается тенденция к увеличению слитности структуры и уменьшению плотности, но требуемый эффект не достигается, то эксперимент повторяют при увеличенных расходах добавки (или пены). Приготовленную бетонную смесь выгружают на увлажненный противень. Из части смеси по ГОСТ 10180 формуют два куба с ребром 150 мм. Продолжительность уплотнения смеси – 10-15 с. Определяют плотность бетонной смеси и подсчитывают фактические расходы материалов по ГОСТ 27006. По ГОСТ 10181.3 определяют объем вовлеченного воздуха. Вторую часть приготовленной смеси выдерживают в течение 30 мин в противне в виде усеченного конуса с диаметром основания и высотой около 20 см. Затем из этой смеси формуют два куба с ребром 150 мм, определяя плотность бетонной смеси по ГОСТ 10181.2. Одновременно приготавливают бетонную смесь контрольного состава по 3.9б. Из нее изготавливают два куба с ребром 150 мм. Образцы бетона контрольного и основного составов после изготовления подвергают тепловой обработке, через 4 ч после нее определяют среднюю плотность бетона по ГОСТ 12730.1 и его прочность на сжатие по ГОСТ 10180. Потери вовлеченного воздуха ∆V в бетонной смеси,%, вычисляют по формуле
∆V =
(ρ2 − ρ1)(100 − V ) ⋅ 100, ρV
(4. 8)
где: ρ1 и ρ2 – первоначальная плотность уплотненной бетонной смеси и через 30 мин после приготовления, кг/м ; V – объем вовлеченного воздуха в уплотненной бетонной смеси сразу после приготовления,%. 3
148
Показатели прочности бетонов на сжатие с добавкой и без нее сопоставляют при равных средних плотностях бетонов.
4.4.1. Определение эффективности газообразующих добавок для легкого бетона Эффективность газообразующей добавки определяют по объему выделившегося газа при достижении расчетной средней плотности без уменьшения прочности бетона. 3
Расчетную плотность бетонной смеси ρ , кг/м , определяют по формуле
ρ = Ц + К + П + В,
(4.9)
где: Ц – расход цемента, принимаемый для стандартного соста3
3
ва равным 300 кг/м ; К – расход крупного заполнителя, кг/м , принимаемый для стандартного состава равным 0,8 ρк , здесь: ρк – на3
сыпная плотность крупного заполнителя, кг/м ; П – расход мелкого 3
заполнителя, кг/м , принимаемый для стандартного состава равным 0,3
ρп , здесь ρп – насыпная плотность мелкого заполнителя, кг/м 3 ; В – 3
расход воды, ориентировочно принимаемый равным 180-200 л/м . Расход воды и дозировку добавки устанавливают исходя из условия получения бетонной смеси поризованной структуры, после завершения процесса газовыделения, плотностью, соответствующей расчетной. Приготавливают легкобетонную смесь основного состава объемом не менее 8 л в лабораторном смесителе принудительного действия при следующей последовательности загрузки компонентов и продолжительности их перемешивания. Вначале в предварительно увлажненный смеситель загружают пористый заполнитель, цемент и 60-70% воды, нагретой до 80°С. После 30 с. перемешивания вводят минимальную порцию добавки и затем остальное количество воды. Общая продолжительность приготовления смеси 150-180 с. Приготовленную бетонную смесь с температурой 30-40°С выгружают на увлажненный противень. Из нее формуют два контрольных куба с ребром 150 мм. Легкобетонную смесь в каждую форму дозируют 149
по массе исходя из необходимости получения бетона с расчетной плотностью. Отформованные образцы оставляют в помещении и в течение 5-30 мин наблюдают за процессом газовыделения и вспучивания легкобетонной смеси до момента полного заполнения ею всего объема формы. После завершения газовыделения образцы подвергают повторному вибрированию в течение 10-15 с. с целью завершения процесса вспучивания и совмещения легкобетонной смеси вровень с верхней кромкой формы. Если после окончания повторного вибрирования вспученная легкобетонная смесь имеет "горбушку", ее утапливают. Если в течение 30 мин смесь не поднялась до верхней кромки формы, замес бракуют и повторно готовят легкобетонную смесь с увеличенной порцией добавки. При недостаточной удобоукладываемости смеси готовят новый замес с большим расходом воды. Если в отформованных образцах "горбушку" не удается осадить, повторно готовят легкобетонную смесь с уменьшенной порцией газообразующей добавки. После достижения расчетной плотности бетонной смеси рассчи3
тывают фактический расход материалов на 1 м бетона и определяют расчетный объем выделившегося газа. Изготовленные образцы, а также образцы контрольного состава, изготовленные с учетом требований 3.9г, подвергают тепловой обработке и определяют прочность бетона на сжатие по ГОСТ 10180 (через 4 ч после тепловой обработки) и его среднюю плотность в сухом состоянии по ГОСТ 12730.1. Фактический расход материалов рассчитывают по ГОСТ 27006. Объем газа в бетонной смеси рассчитывают по ГОСТ 10181.3. Результаты испытания прочности бетонов на сжатие обрабатывают по ГОСТ 10180. Прочность бетона должна отвечать требованиям ГОСТ 25820 для легкого бетона полученной средней плотности, которая должна соответствовать расчетной с отклонением не более 50 3
кг/м, при фактических показателях насыпной плотности использованных пористых заполнителей. Список использованных источников 1. ГОСТ 24211-2003. Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. 150
2. ГОСТ 30459-96. Добавки для бетонов. Методы определения эффективности. 3. Ратинов В. Б., Розенберг Т. И., Добавки в бетон. М., Стройиздат, 1973. 4. Пособие по применению химических добавок в производстве сборного железобетона. -М.: НИИЖБ, 1991. -35с. 5. Руководство по применению химических добавок в бетоне. М.:Стройиздат,1985.-64с. 6. Андреева А.Б. Пластифицирующие и гидрофобизирующие добавки в бетонах и растворах. М.: Высшая школа,1988.-53с. 7. Афанасьев Н.Ф.,Целуйко М.К. Добавки в бетоны и растворы. Киев: Будивельник, 1989.-127с. 8. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. М.: Стройиздат, 1990.-С.10-58. 9. Харитонов Н.П., Иванов Ю.А., Глушкова Н.Е. Кремнийорганические соединения и материалы для повышения долговечности бетона. Л., Наука, 1982.-187с.
4.5. Добавки для уплотнения структуры бетона. Виды добавок, их основное назначение Увеличение плотности бетонов и растворов, долговечности изделий достигается применением минеральных и водорастворимых добавок. Тонкодисперсные минеральные вещества, содержащие активный кремнезем (в аморфном состоянии), не только заполняют поры в бетоне или растворе, но и химически взаимодействуя с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидратации цементов, образуют дополнительные соединения двухкальциевого силиката. В конечном счете, это приводит к повышению плотности цементного камня, росту его прочности при сжатии и улучшению других характеристик. В качестве добавок – уплотнителей бетонов и растворов следует применять тонкомолотые и тонкодисперсные минеральные добавки из сырьевых материалов, обладающих гидравлической активностью: доменные гранулированные шлаки, золы и шлаки ТЭС, кремнеземистая опоковидная порода, трепел и др., данные о которых и их физические характеристики приведены в гл.6. Действие этих добавок сводится в основном к кольматации в бетоне или растворе капилляров и других неплотностей сечением более 1 мкм, через которые мигрирует влага, а 151
также к улучшению структуры, повышению плотности цементного камня и приданию бетону и раствору водоотталкивающих (гидрофобных) свойств. К водорастворимым добавкам – уплотнителям бетонов и растворов относятся следующие вещества: ПОЛИАМИННАЯ СМОЛА С-89 – прозрачная темная однородная жидкость с зеленоватым оттенком. Содержание связанного хлористого водорода 15,5…18,5%. Концентрация смолы в водном растворе 29…45%. Устойчива к разведению водой при отношении 1:100. Рекомендуемые дозировки – 0,6–1,5%. Не рекомендуется использовать сланцевый цемент. Производится Охтинским комбинатом НПО «Пластполимер» и поставляется в виде водного раствора в бутылях по цене. Должна соответствовать ТУ 6-05-1224-76. С-89 – прозрачная темная однородная жидкость с зеленоватым отливом. Содержание связанного хлористого водорода 15,5–18,5%. Концентрация смолы в водном растворе 29,45%. Устойчива к разведению водой при соотношении 1:100. АЛИФОТИЧЕСКАЯ ЭПОКСИДНАЯ СМОЛА ДЭГ-1 – однородная жидкость желтого цвета плотностью 1,155 г/м3 бетона. Молекулярная масса – 240–260. Содержание эпоксидных групп 21, гидроксильных – 4,5%. Производится ПО «Химпром» (Башкирия) и поставляется во флягах. Должна соответствовать ТУ 6-05-18-23-77. АЛИФАТИЧЕСКАЯ ЭПОКСИДНАЯ СМОЛА ТЭГ-1 – Однородная жидкость желтого цвета, плотность 1,155 г/см3, молекулярная масса 300–320. Содержание эпоксидных групп 21%, гидроксильных групп – 4,5%. Бетоны с водорастворимыми смолами ДЭГ-1,ТЭГ-1 и С-89 твердеют в воздушно-влажных, влажных и водных условиях. Они способствуют некоторому увеличению прочности бетона и пластифицируют бетонные смеси, в некоторых случаях снижают усадку и ползучесть бетона, повышают плотность, водонепроницаемость, морозостойкость и трещиностойкость. СУЛЬФАТ АММОНИЯ- СА производится в безводном виде и в виде гидрата. Бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде, малотоксичны. Кристаллогидрат при хранении на открытом воздухе легко выветривается, безводный продукт гигроскопичен. Порошок пожаро- и взрывобезопасен. Цена 70…90 р./т, стоимость 0,2…0,7 р. на 1м3 бетона. БИТУМНАЯ ЭМУЛЬСИЯ- БЭ – эмульсия I рода, состав: битум марки БН-III 56...57%. ЛСТ – 5%, вида 45%. Рекомендуемые дозировки – 5–10% эмульсии от массы цемента. СУЛЬФАТ АЛЮМИНИЯ- СА, производится в безводном виде и в виде гидрата Al2(SO4)318H2O. Бесцветные кристаллы, хорошо раство152
римые в воде. Кристаллогидрат при хранении на открытом воздухе легко выветривается. СУЛЬФАТ ЖЕЛЕЗА -СЖ, производится в виде кристаллогидрата Fe2(SO4)3.9Н2О. Вещество желтоватого цвета, хорошо растворимое в воде. Продукт не гигроскопичен, пожаровзрывобезопасен, малотоксичен. ХЛОРИД ЖЕЛЕЗА- ХЖ, продукт состава FеСl3•6Н2О, краснокоричневого цвета, хорошо растворимый в воде, сильно гигроскопичен. Пожаровзрывобезопасен, малотоксичен. НИТРАТ ЖЕЛЕЗА -НЖ, вещество состава Fe(NO3)3 9Н2О, бледно-фиолетового цвета, хорошо растворимое в воде. В сухом виде при нагревании разлагается с выделением кислорода, пожароопасно, не подлежит совместному хранению с горючими материалами. НИТРАТ КАЛЬЦИЯ-НК выпускается в виде Ca(NO3)2 или тетрагидрата Ca(NO3)2 4H2O. Бесцветные, хорошо растворимые в воде кристаллы. Следует хранить в упакованном виде в вентилируемых, закрытых, сухих складских помещениях. К водонерастворимым добавкам, которые кольматируют поры в бетоне, относят: трепел и диатомит, кремнеземистая опоковидкая порода, глина; церезит Ц – водная суспензия из нерастворимых смесей олеиновой кислоты и извести в насыщенном известковом растворе; готовый товарный продукт такого состава,%: известь – 20, олеиновая кислота – 7,8, нашатырный спирт – 0,5, охра сухая – 0,2 (для подкраски), сернокислый алюминии – 5, вода – 66,5; Уплотняющие добавки НК, СА, С-89, НЖ, ДЭГ-1, ТЭГ-1; СЖ, НК при содержании в бетонной или растворной смеси в количестве 0,5...1% массы цемента обеспечивают наилучшую водонепроницаемость бетона и повышение прочности цементно-песчаного раствора на 20%; добавка НК в бетон приводит к интенсификации процессов гидратации цементных минералов и увеличению объема гелеобразных масс, которые закупоривают капиллярные и седиментационные поры и каналы [21]. Кроме того, присутствие в жидкой фазе электролита приводит к уплотнению адсорбционных пленок воды и понижению их подвижности. При ТВО бетона добавка НК не повышает его водонепроницаемости. Список использованной литературы 1.ГОСТ 24211-2003. Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. 153
2.ГОСТ 30459-96. Добавки для бетонов. Методы определения эффективности. 3.Пособие по применению химических добавок при производстве сборных железобетонных конструкций и изделий. М., Стройиздат, 1989.- 39 с. 4.Вавржин Ф., Крчма Р. Химические добавки в строительстве. М., Стройиздат.- 1964.
154
5. Комплексные добавки различного назначения. Виды добавок и особенности их применения Применение комплексных химических добавок обусловлено стремлением максимально использовать положительные и устранить отрицательные свойства индивидуальных добавок, главным образом ПАВ и ускорителей твердения. Правильно сочетая типы и количественные соотношения добавок можно направленно регулировать структуру и, соответственно, физико-механические свойства цементного камня и бетона. Основными преимуществами комплексных добавок перед индивидуальными являются: • полифункциональность действия, т.е. способность одновременно вызывать несколько эффектов (например: увеличивать подвижность смесей, ускорять твердение и ингибировать стальную арматуру); • способность усилить какой-либо эффект по принципу аддитивности (например, воздухововлечение, снижение водопотребности смеси и т.д.); • возможность нейтрализации нежелательных последствий отдельных добавок, входящих в композицию (например, нейтрализация тормозящего действия ПАВ на гидратацию цемента одновременным введением добавки ускорителя твердения и т.п.); • способность выравнивать общий эффект воздействия добавок на цементы различного состава; • предупреждать или сокращать деструктивные процессы и ускорять твердение бетона при тепловой обработке изделий. В настоящее время сложились и успешно развиваются четыре основных направления модификации бетона комплексными добавками. Первое направление предусматривает применение ПАВ, главным образом, пластифицирующего действия и электролитов – ускорителей твердения. Широкое распространение получили комплексы на основе технических лигносульфонатов (ССБ, СДБ, ЛСТ) или СП с хлоридом кальция, сульфатом натрия, нитритом и нитратом натрия или 155
кальция и др. При таком сочетании добавок электролиты устраняют замедление твердения, вызванное ПАВ, и формируют более плотную структуру цементного камня вследствие образования кристаллизационного каркаса, преимущественно из двойных солей гидратов и их последующего обрастания высокодисперсными гидросиликатами кальция. В свою очередь, ПАВ, снижая водоцементное отношение в бетонной смеси, благоприятно влияют на формирование кристаллизационного каркаса в присутствии электролитов. Такое сочетание добавок позволяет формировать структуру смешанного типа с условно замкнутыми порами в более плотном и менее проницаемом цементном камне, что в конечном итоге приводит к снижению расхода цемента на 10–12%, либо к сокращению продолжительности тепловой обработки на 15–20%. Комплексные добавки этой группы повышают морозостойкость бетона и его водонепроницаемость в результате формирования более плотной структуры с пониженным содержанием капиллярных пор. Среди комплексных добавок первого направления наибольшее распространение получила комплексная добавка на базе ЛСТ и сульфата натрия (СН). Оптимальные результаты были получены при введении в бетонные смеси технических лигносульфонатов (ЛСТ) – 0,2% в сочетании с сульфатом натрия (СН) – 0,5%. Применение данной комплексной добавки позволяет снизить расход цемента на 7–15%, или сократить время тепловой обработки на 3 ч. Второе направление основано на применении добавок пластифицирующего типа в сочетании с регуляторами структуры, главным образом микрогазообразующего действия. Большее производственное значение получили комплексы на основе лигносульфонатов (ССБ, СДБ, ЛСТ) с СНВ или ГКЖ-94. Эти комплексы широко используются при строительстве ответственных сооружений транспортного и гидротехнического строительства. С помощью лигносульфонатов снижается водопотребность бетонной смеси, а с помощью СНВ или ГКЖ-94 достигается поризация бетона с дополнительной гидрофобизацией поверхности капилляров и пор. При этом следует подчеркнуть, что добавки СНВ и ГКЖ-94 образуют систему замкнутых пор, резко уменьшая количество сообщающихся капилляров. Поэтому, комплексные добавки этой группы существенно повышают морозостойкость бетона, его водонепроницаемость и стойкость в агрессивных средах. Еще больший техникоэкономический эффект достигается при использовании в составе комплексов добавок СП, например, С-3. Третье направление применения комплексных добавок включает в себя добавки пластифицирующего действия в сочетании с мик156
рогазообразователями и ускорителями твердения бетона. Использование комплексов на основе ЛСТ, С-3, сульфата натрия и ГКЖ-94 обеспечивает высокую скорость твердения бетона с одновременным повышением морозостойкости и коррозионной стойкости железобетонных конструкций. Четвертое направление предусматривает использование комплексных электролитов, в том числе солей азотной и азотистой кислот, защищающих стальную арматуру от коррозии в сочетании с эффективными ускорителями твердения бетона, например, хлоридами, а также для обеспечения твердения бетона при отрицательных температурах Использование комплексных добавок этой группы приводит к снижению расхода цемента на 10%, или сокращает время тепловой обработки на 20-30%. Наиболее распространенные виды комплексных добавок согласно «Руководства по применению химических добавок к бетону » [3] приведены в табл. 5.1. Таблица 5.1 Комплексные химические добавки к бетону Комплексные добавки на основе:
Условное сокращенное обозначение комплексных добавок 1. Пластифицирующих и воздухововлекающих *СДБ+СНВ; СДБ+СПД; добавок ПАЩ-1+СНВ; ПАЩ-1+ СПД *СДБ+ГКЖ-94 2.Пластифицирующих и микрогазообразующих добавок СДБ+ПГЭН 3. Пластифицирующих добавок и ускорителей *СДБ+СН; СДБ+НН; СДБ + НК; твердения СДБ+ХК;СДБ+ННСН;СДБ+НН ХК 4. Пластифицирующе-воздухововлекающих доГКЖ-10+НК; ГКЖ-11+НК; бавок и ускорителей твердения НЧК+СН; НЧК+ННСН; КЧНР+СН; КЧНР+ННСН; 5. Воздухововлекающих добавок и ускорителей СНВ+СН; СНВ+НК; твердения СНВ+ННХК; СПД+СН; СПД+НК; СПД+ННХК 6. Микрогазообразующих добавок и ускорителей ГКЖ-94+НК; твердения ПГЭН+НК 7. Ускорителей твердения и ингибиторов корроХК+НН; ХК+ННК; зии стали ХК+ННСН Примечание. 1. В настоящее время в место СДБ используется добавка ЛСТ. 2. Полное наименование добавок приводится в соответствующих разделах Пособия.
157
Типичным представителем комплексной добавки четвертого направления является смесь нитрита, нитрата и хлорида кальция. Результаты влияния добавки ННХК на свойства бетона приведены в табл. 5.2. Таблица 5.2 Влияние добавки ННХК на свойства бетонов при ускоренных режимах тепловой обработки Время испы- Режим термо- Прочность бетона при сжатии, МПа, при концентратаний, сут обработки ции ННКХ,% к массе цемента 0 2 3 0,17 0,8 + 4,7 + 0,5 21,8 22,2 21,3 4 29,1 35,3 37,7 28 37,2 46,6 48,0 31,0 30,0 0,17 1 + 3,75 + 0,5 26,4 З0,6 36,8 37,4 3 36,1 49,5 43,1 28 0.17 0,5 + 3 + 0,5 26,4 32,9 29,0 3 33,1 42,3 39,2 28 37,7 50,3 39,2
Исследованная добавка ННХК в изложенных выше условиях показала высокую эффективность. При форсированных режимах тепловой обработки улучшалась структура бетона и возрастала прочность изделий. Эффект ускорения твердения достигнут за счет ускорения процессов растворения клинкерных минералов и более быстрого формирования новообразований в кристаллический сросток. Ввиду наличия большого количества публикаций по добавкам к бетону, в том числе и монографических работ, мы рассмотрим принципиальные вопросы модифицирующего действия комплексных добавок на бетоны на ограниченном количестве преимущественно новых и не получивших еще широкой известности композиций. Комплексные добавки для бетонов сборных конструкций гидромелиоративных сооружений на основе лигносульфонатов и нитратов кальция и аммония были исследованы в институте УкрНИИ гидротехники и мелиорации. Исследования показали, что комплексная добавка в составе 0,15–0,3% СДБ и 0,5–1,5% нитрата кальция или нитрата аммония обеспечивают уменьшение начального водосодержания и расхода цемента в бетонах марок 300–100 на 8–10%. При этом сохраняется заданная удобоукладываемость бетонной смеси и физико-механические свойства пропаренного бетона без увеличения продолжительности тепловлажностной обработки. Одновременно по158
вышается водонепроницаемость бетона на 1–2 ступени. С точки зрения механизма действия комплексных добавок для рассмотренных композиций характерно устранение тормозящего действия ЛСТ на гидратацию цемента вторыми компонентами – нитратами кальция и аммония. В работе [31] приводятся данные об исследовании добавкиускорителя ННХК при форсировании режимов тепловой обработки железобетонных изделий и конструкций по кассетной и прокатной технологии в условиях непродолжительной предварительной выдержки, высокой скорости подъема температуры и кратковременной изотермической выдержки. Для того чтобы такой процесс протекал без ухудшения структуры бетона и его физико-механических свойств добавка должна обеспечить прогрессивное ускорение роста прочности бетона. Результаты этих опытов приведены в табл. 5.2. При форсированных режимах тепловой обработки улучшалась структура бетона и возрастала прочность изделий. Указатели эффект достигнут благодаря ускорению процессов растворения клинкерных минералов и формированию новообразований в кристаллический сросток. Введение хлористого кальция вместе с пластифицирующими добавками приводит к изменению характера температурных кривых. Резко сокращается индукционный период, увеличивается скорость подъема температуры и максимальная температура; спад температуры происходит значительно быстрее. Таким образом, введение комбинированных добавок увеличивает тепловыделение теста, а значит и скорость гидратации. Одновременно было установлено, что комплексные добавки снижают количество пор в цементном камне примерно на 4% в сравнении с количеством пор цементного камня с единичными добавками. Результаты испытаний комплексных добавок в бетонах показали, что в равнопрочных бетонах оно обеспечивает снижение расхода цемента от 6 до 24% в зависимости от вида добавок, расхода цемента, вида песка и условий твердения. Относительный эффект выше при меньших расходах цемента (ниже 340 кг/м3), применении жестких и полужестких смесей и природных песков, а также при пропаривании. Наиболее целесообразно применять исследованные комплексные добавки при производстве сборных железобетонных изделий. Повышение прочности бетона в присутствии комплексной добавки достигается за счет снижения В/Ц на 8–12%. В результате расход цемента для достижения бетона заданной прочности снижается на 10– 15%. Если в составе комплексных добавок обычный пластификатор заменить на суперпластификатор, то появляется возможность использо159
вания литых бетонных смесей для конструкций, подвергаемых тепловой обработке по коротким режимам без снижения прочности бетона (табл. 5.3). Таблица 5.3 Влияние комплексной добавки на основе С-3 на подвижность бетонной смеси и прочность пропаренного бетона Содержание добавок,% С-3 ННХК
0,5 0 0,5
1 1
В/Ц
ОК, см
0,52 0,52 0,52 0,52
8,5 12 8 25
Средняя плот- Прочность при сжатии, ность МПа, бетона, кг/м куб. после пропаривания через 4 часа 28 суток 2380 24 31 2330 21 29 2380 25 33 2320 23 30
Комплексные добавки для защиты стальной арматуры от коррозии применяются, как правило, в бетонах с пониженными защитными свойствами по отношению к стали (например, в арболите, гипсобетоне и его модификациях), а также при введении значительного количества активных заполнителей, когда щелочность жидкой фазы снижается до критического значения концентрации водородных ионов (рН меньше 11,8), обязательным является применение ингибиторов коррозии арматуры в сочетании с другими видами добавок. Хороший эффект дает применение комплексных добавок типа ингибитор + пластификатор. Совместное введение в бетон добавок этих групп позволяет снизить проницаемость защитного слоя бетона и обеспечить надежную защиту арматуры в бетоне от воздействия агрессивных веществ. Применение большинство комплексных добавок вызывает незначительное увеличение капитальных затрат, связанных с оборудованием узла приготовления химических добавок. В месте с тем эти затраты многократно окупаются за счет сокращения затрат на последующий ремонт и восстановления строительных конструкций в период их эксплуатации. Наиболее распространенны комплексные добавки на основе лигносульфонатов в сочетании с нитритом натрия, нитрит-нитратом кальция, нитрит-нитрат-сульфатом натрия. Эти добавки защищают стальную арматуру от коррозии в слабо – и среднеагрессивных средах с относительной влажностью воздуха до 60%, в том числе и при содержащих хлор и хлорид водорода. Добавки вводят с водой затворения в количе160
ствах: ЛСТ и его модификации 0,1–0,5%; ННК 3–4%; нитрит натрия 1– 2% от массы цемента. Другие виды комплексных добавок. На Украине разработаны и широко применяются комплексные добавки под названием «РЕЛАКСОЛ». Добавки «РЕЛАКСОЛ» являются комплексными многокомпонентными продуктами и производятся из химических реагентов, являющимися отходами промышленности. Научно-техническое отделение 000 «Будиндустрия ЛТД» постоянно совершенствует производство и состав химических добавок, осуществляет текущий контроль за технологией и качеством готовой продукции. Производство добавок серии «РЕЛАКСОЛ» сертифицировано в соответствии с требованиями государственных стандартов Украины. Добавка РЕЛАКСОЛ–6.1 обеспечивает ускоренное твердение бетона в условиях повышенной инсоляции и низкой влажности, при температурах до –20°С в условиях «тепляка». Позволяет регулировать конструкционные и технологические свойства в заданных пределах. Добавка РЕЛАКСОЛ – ТЕМП 1- ПЛАСТИФИКАТОР. Предназначена для производства железобетонных изделий с целью улучшения технологических свойств бетонных смесей, ускорения твердения бетона и сокращения времени изотермической выдержки в условиях ТВО, монолитного бетонирования при положительных температурах. Возможно использование для производства дорожного бетона, легких бетонов железобетона (ТВО при 40°С и без ТВО) Таблица 5.4 Показатели применения добавки РЕЛАКСОЛ-6.1 № 1 2
3 4 5 6 7
Показатели
Единица Значения измерения показателей Дозировка: допустимая – рекомендуемая % от массы цемента 1,0-2,0 Пластификация при рекомендуемой дозисм 10-22 ровке и начальной осадке конуса (ОК) 3-4 см Расход цемента при рекомендуемой дози- %от контрольного 80-100 ровке и равной подвижности образца %от контрольного 75-80 Снижение водопотребности растворных смесей образца Прочность бетона на сжатие в 1-3 сут % от марочной 60-70 прочности 55-65 Величина тепловыделения при гидратации %от контрольного цемента образца Воздухововлечение % 4-6
161
Добавка увеличивает подвижность бетонной смеси с П1 до П2, интенсифицирует гидратацию, ускоряет твердение бетона. Дозировка от 0,8 до 2,0% от массы цемента по сухому веществу. Добавка поставляется в цистернах по 50–60 т в виде темно-коричневой жидкости плотностью при 20°С: 1,22 ± 0, 03 г/см3. Производится по ТУ У В-2.719266746.001-96 (с изм. № 1, 2) и ТУ 5870-029-00369171-02. Эффективность добавки зависит от минерального состава цемента и характеристик заполнителей. Оптимальные дозировки добавок определяются экспериментально на применяемых материалах. РЕЛАКСОЛ–ТЕМП 2 (пластификатор + ускоритель твердения). Предназначен для производства: – железобетонных изделий с целью улучшения технологических свойств бетонных смесей, ускорения твердения бетона и сокращения времени изотермической выдержки в условиях ТВО; – товарных бетонных смесей с удобоукладываемостью до П3. Возможно использование для производства дорожного бетона, ячеистых бетонов, железобетона (ТВО и без ТВО). Увеличивает подвижность с П1 до П3, интенсифицирует гидратацию цементов, способствует росту ранней прочности бетона. Дозировка: от 0,8 до 2,0% от массы цемента по сухому веществу. Поставляется в цистернах по 50–60 т в виде темно-коричневой жидкости плотностью при 20°С: 1,22 ± 0, 03 г/см3. Эффективность добавки зависит от минерального состава цемента и характеристик заполнителей. Оптимальные дозировки добавок определяются экспериментально на применяемых материалах. Релаксол – ТЕМП 2 вводится с водой затворения при приготовлении бетонной смеси. Время перемешивания зависит от вида бетоносмесителя и достижения требуемой степени однородности смеси. Перед применением добавки произвести корректировку состава бетона. При кристаллизации добавки раствор необходимо перемешать с одновременным барботированием. РЕЛАКСОЛ–ЛИДЕР. Комплексная добавка с комбинированным ускоряющим и противоморозным эффектом предназначена для: • монолитного бетонирования в летних условиях, и в условиях пониженных температур, с целью увеличения подвижности бетонной смеси, ускорения твердения бетона и повышения его прочности; • производства железобетонных изделий в условиях безпропарочной технологии. Возможно использование для производства товарного бетона в зимних условиях. Комплекная добавка повышает однородность и удобоукладываемость, снижает водопотребность и расслаиваемость бетонной смеси, 162
повышает показатели ранней и конечной прочности, снижает усадку, ползучесть и трещинообразование, способствует повышению долговечности бетона. Дозировка: от 1,0 до 3,0% от массы цемента по сухому веществу. Темно-коричневая жидкость или пастообразное вещество. Хорошо растворяется в воде. Поставляется в цистернах по 50–60 т или в полиэтиленовых бочках по 80 кг. Добавка хранится в оборудованных складских помещениях в закрытых резервуарах. Гарантийный срок хранения 1 год. Производится по ТУ У В-2.7-19266746.001-96 (с изм. №1, 2) и ТУ 5870-029-00369171-02. Эффективность добавки зависит от минерального состава цемента и характеристик заполнителей. Оптимальные дозировки добавок определяются экспериментально на применяемых материалах. РЕЛАКСОЛ-НОРМА. Комплексная добавка с сильным пластифицирующим эффектом предназначена для: • производства монолитного бетона, в летних условиях, с целью регулирования подвижности бетонной смеси и удобоукладываемости при транспортировании бетонных смесей на значительные расстояния; • производства массивных конструкций; • производства монолитного дорожного покрытия. Добавка повышает однородность бетонной смеси, способствует водоредуцированию при равной удобоукладываемости или улучшает удобоукладываемость при неизменном водоцементном отношении без расслоения и водоотделения бетонной смеси, повышает прочность бетона, снижает усадку и ползучесть. Дозировка: от 1,0 до 2,5% от массы цемента по сухому веществу. Поставляется в виде темно-коричневой жидкости в цистернах по 50-60 т, или в виде пасты в полиэтиленовых бочках по 80 кг. Эффективность добавки зависит от минерального состава цемента и характеристик заполнителей. Оптимальные дозировки добавок определяются экспериментально на применяемых материалах. РЕЛАМИКС СП-2 – пластифицирующая добавка, относящаяся к классу суперпластификаторов и ускорителей набора прочности. Является комплексным продуктом, состоящим из натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот различной молекулярной массы с добавлением комплекса, ускоряющего набор прочности. Суперпластификатор и ускоритель набора прочности РЕЛАМИКС СП-2 применяется в производстве напорных железобетонных труб, сборных конструкций из высокопрочного бетона В20 и выше; при изготовлении на стендах густоармированных конструкций (типа ферм, балок, колонн, пролетных строений мостов), плит и панелей в кассетах, на поточно-агрегатных и конвейерных линиях; при возведении ответственных конструкций мо163
нолитных сооружений с повышенной степенью армирования и сложной конфигурацией. Применение добавки позволяет: • увеличить подвижность бетонной смеси от П1 до П5 с одновременным увеличением прочности бетона в первые трое суток нормального твердения на 20-45%; • при водоредуцировании (снижение расхода воды на 20%) в равноподвижных смесях (с ОК = 1–3 см) увеличить прочность бетона впервые трое суток нормального твердения на 40–50%; • получить бетон отпускной прочности через 50 часов после начала твердения без применения ТВО; • обеспечить набор прочности с более высокими значениями, увеличить конечные прочностные характеристики бетона на 25–40%; • получить бетоны с повышенной влагонепроницаемосгью, трещиностойкостью, морозостойкостью (350 циклов); • снизить расход цемента в равноподвижных смесях на 15–20%; • снизить энергетические затраты (при вибрации, ТВО) в 1,5–2 раза, а в ряде случаев и полностью отказаться от дополнительных энергозатрат; • получать бетонные смеси, укладываемые без вибрации. Комплексная добавка "Реламикс» в дозировке до 1.5% от массы цемента может применяться без ограничений: в железобетонных конструкциях армированных стержневой горячекатаной арматурой классов А-1 – А-V, арматурной проволокой классов Вр-I и Вр-II, стержневой упрочненной вытяжкой арматурой класса А-ТТТВ и стержневой термомеханически упрочненной арматурой класса А5ООС; в предварительно напряженных железобетонных конструкциях армированных арматурной сталью классов Ат-IIIС, Ат-IУ, Ат-IУС и Ат-У, в предназначенных для эксплуатации в неагрессивных средах. Для преднапряженных железобетонных конструкций, содержащих до 1.5% добавки «Реламикс» предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах, следует применять стержневую термомеханически упрочненную арматуру классов Ат-IУК и Ат-УК. Добавку «Реламикс не рекомендуется применять при наличии в заполнителе включений реакционно-способного кремнезема более 50мг/моль (т. к. возможны дополнительные поры в бетоне или растворе), а также в конструкциях и транспортных сооружениях использующих постоянный электрический ток. Добавка «Реламикс» по своему химическому составу представляет смесь неорганических (политианидов) и органических (полинафталинметиленсульфонатов) солей натрия. 164
Добавка «Реламикс» коррозионное действие не оказывает, максимальное допустимое содержание хлоридов в ней составляет 0.3%. Комплексная добавка «Реламикс» по показателям качества должна удовлетворять требованиям ТУ 5870-002-14153664-04 в сухой и жидкой форме: в виде водорастворимого порошка коричневого цвета или водного раствора темно-коричневого цвета, имеющего концентрацию не менее 32%. Относится к З классу опасности по ГОСТ 12.1.007. При хранении не выделяет вредных веществ или паров. Санитарно эпидемиологическое заключение 77.01.03.587.П.1 1006.05.4 Для приготовления бетона с комплексной добавкой «Реламикс» рекомендуется применять цементы и портландцементы, соответствующие ГОСТ 10178. При введении добавки в количестве 0,6 + 1,5% от массы цемента, возможно, получить при водоредуцировании (снижение расхода воды на 15-20%) в равноподвижных смесях увеличение прочности бетона в первые трое суток нормального твердения достигает 40-50%, а в возрасте 28 суток прирост прочности составляет 20%. Помимо ускорения твердения добавка позволяет: • повысить проектную марку бетона на 15–25%; • на 7–15% снизить расход цемента при сохранении марочной прочности; • получить подвижность бетонной смеси от П1 до П5, с одновременным увеличением прочности бетона в первые двое суток нормального твердения на 15–20%. Добавка «Реламикс» уплотняет структуру бетона и обеспечивает повышение его морозостойкости и водонепроницаемости, обладает ингибирующими свойствами по отношению к арматуре. Более наглядно эффективность добавки "Реламикс» в бетоне представлена в табл. 5.5. Таблица 5.5 № Показатели качества бетонных п/п. смесей и бетонов с добавкой 1 Марка по удобоукладываемости 2 Прочность при сжатии при нормальном твердении при В/Ц=const 3 Прочность при сжатии при нормальном твердении при ОК=const
Изменение показателей по сравнению с контрольным составом без добавки Увеличение от П1 до П5 Увеличение в% не менее в возрасте: 1 сут 3 сут 7 сут 28 сут 15 20 15 5 Увеличение в% не менее в возрасте: 1 сут 3 сут 7 сут 28 сут 50 50 40 20
165
Таблица 5.6 Дозировка Рас- Осадка добавки,% ход конуса, от массы воды, см цемента л 185 3 0,6 185 21 1,0 171 21 0,6 164 3 1,0 148 3
Прочность бетона, МПа, в возрасте: 3 сут 7 сут 28 сут 1 сут
12 14,4 15,6 16,8 22,2
25 31,2 36,2 40 45
42,1 46,3 50,5 58,9 67,4
57,1 60,1 62,8 68,5 74,2
Для наглядного представления эффективности комплексной добавки «Реламикс» в табл. 5.6 представлено влияние процентного содержания добавки «Реламикс» на удобоукладываемость бетонной смеси и темпы твердения бетона в нормальных условиях с расходом цемента «ПЦ 500 Д0» – 350 кг/м3. В табл. 5.7 даны сравнительные показатели долговечности (морозостойкость и водонепроницаемости) суперпластификатора С-З и комплексной добавки. Таблица 5.7 Наименование Дозировка Снижение Снижение добавки добавки,% от В/Ц,% расхода массы цеменцемента,% та 1.Подвижные бетонные смеси С-3 0,6 12-15 5-10 РЕЛАМИКС 0,6 12-15 10-15 2.Высокоподвижные смеси С-3 0,6 4-6 5-10 РЕЛАМИКС 0,6 4-6 10-15 3. Литые смеси С-3 0,6 РЕЛАМИКС 0,6 10-15
166
Показатели долговечности F W
500 300 ›500 ›500
12 8 16 12
300 200 500 400
8 6 10 8
200 300 200
6 8 6
ФОРТ УП-2 –Ускоритель твердения с пластифицирующим эффектом по ТУ 5870-001-13453677-2004. Применение ускорителя твердения с пластифицирующим эффектом позволяет сократить время тепловой обработки, либо вовсе отказаться от нее. Используя эту добавку можно сэкономить до 98% энергозатрат, отключив котельную и сократив время на достижение распалубочной и отпускной прочности изделий.Основные свойства (по ГОСТ 24211-0З): -ускорение твердения – до 70% прочности бетонных изделий через 1 сутки; -пластификация смеси, увеличение подвиж-ности бетонной смеси (от П 1 до П З); -водопоглощение бетона- 1,7-1,9% (табл. 5.8). Таблица 5.8 Образцы бетона без добавки С добавкойУП-2
1сут 12,9 20,6
Прочность на сжатие, МПа: 3 сут. 28 сут. ТВО 26,8 33,3 25,1 43,2 52,0 45,7
Дозировка 0,5 – 0,7% от массы цемента. Дополнительные свойства: воздухововлекающее действие. Эффективность применения добавки: – при температуре выше +15.°С возможен полный отказ от тепловой обработки изделий; – при ТВО изделий возможно значительное сокращение цикла изотермии (до 2-х часов) и снижение температуры прогрева до + 40°С; – уменьшение расхода цемента до 15%, без снижения качества изделия; – повышение морозостойкости и водонепроницаемости изделий на 1–1,5 марки (ступени), за счет снижения расхода воды; – повышение конечной прочности до 130–150% от нормируемой. Область применения: бетон, тротуарная плитка, товарный бетон, монолитное домостроение, железобетонные изделия (кроме преднапряженных). При изготовлении тротуарной плитки и малых архитектурных форм, производимых методом литья и вибролитья, позволяет снижать водоцементное соотношение без потери подвижности, с увеличением конечной прочности изделий. При этом ускоряется оборачиваемость форм. 167
Экономическую эффективность применения (вариант полного отказа от ТО) с учетом транспортных расходов на доставку можно рассчитать по следующей формуле: (5.1) где: n – кратность экономии; z – стоимость газа (пара) на 1 м3 железобетона (руб/м3); Х – стоимость добавки на 1 м3 железобетона (руб./ м3); Т – транспортные расходы; m – количество перевозимой добавки в кг. ФОРТ УП-2ПБ- ускоритель твердения с пластифицирующим эффектом по ТУ 5870-001-13453677-2004 (г. Новозыбков Брянской области). Дозировка 0,5-1% от массы цемента. Дополнительные свойства: воздухововлекающее действие. Применение в пенобетонных смесях дает следующие эффекты: а) при температуре воздуха на производстве +I0°С и выше: – обеспечивает ускорение схватывания и твердения; - дает более полную реакцию цемента, что позволяет значительно уменьшить усадку пенобетона; - контактируя с низкократной пеной, стабилизирует и бронирует ее; - повышает удобоукладываемость и уменьшает расслаиваемость пенобетонной смеси; - снижает водопотребность пенобетонной смеси на 10% и повышает конечную прочность; - при введении в пенобетонную смесь по методу сухой минерализации, дает дополнительный нагрев смеси; - снижает сроки нахождения пенобетона в форме и сокращает суммарный период значительной усадки; б) при высоких (более +20°С) температурах позволяет прореагировать цементу до испарения воды из раствора, что понижает вероятность растрескивания. Применение ускорителя твердения с пластифицирующим эффектом позволит существенно сократить время тепловой обработки, либо вовсе отказаться от ТО, при температуре внутри производственных помещений + 100 С и выше. Используя Форт УП-2(ПБ), Вы сэкономите до 98% энергозатрат, а также сможете увеличить оборачиваемость кассетных форм при производстве пенобетонных блоков. Рабочий раствор добавки 10% концентрации не замерзает до – 60С. Сухой модификатор можно хранить при отрицательной температуре. 168
ФОРТ УП (2ПБ) прошел испытания и успешно применяется на ряде предприятий по производству пенобетона со следующими неорганическими пенообразователями: ПБ-2000. ПБ-ЛЮКС, Пеностром. Ареком 4, ПО-ПБ1, Пионер. Область применения помимо пенобетона, включает в себя любую продукцию, где в качестве вяжущего используется цемент – тротуарная плитка, бетонные и железобетонные изделия (кроме преднапряженных), товарный бетон, монолитное домостроение. Стоимость 9900руб/т. ФОРТ УП-4 -ускоритель и пластификатор для всех железобетонных изделий по ТУ 5745-002-13453677-2004 (разработано НИИЖБ). Основные свойства (ГОСТ 24211-2003): увеличивает подвижность бетонной смеси (от П1 до П4), ускоряет твердение, оказывает воздухововлекающее действие, повышает сульфатостойкость бетона. Дозировка – 0,5–2,5% от массы цемента. Является одним из самых эффективных ускорителей для предприятий, использующих тепловую обработку. При введении в качестве пластификатора обеспечивает получение высокоподвижных (ОК 12-16 см) и литых (ОК › I6 см) смесей (табл. 5.9). Таблица 5.9 Образцы бетона без добавки с добавкой УП-4
1 сутки 8,1 9,8
Прочность на сжатие, МПа: 28 с ТВО сутки 37,1 25,1 42,6 35,5
Применение в бетонных смесях дает следующие эффекты: - повышение прочности в раннем возрасте на 20% без тепловой обработки (ТО); - сокращение сроков тепловой обработки на 20–40% и снижение температуры режимов ТО; - уменьшение водосодержания бетонной смеси и расхода цемента на 10-15%; - повышение водонепроницаемости и морозостойкости на 1–1,5 ступеней; – повышение конечной прочности изделий на 10–15%; – получение бетонных смесей повышенной подвижности и сокращение времени интенсивности виброуплотнения при формовании бетона; 169
– увеличение срока службы вибрационного оборудования и оборачиваемости форм. Не содержит компонентов, вызывающих коррозию арматуры. Применяется без ограничений во всех видах железобетонных изделий. Область применения: все виды железобетонных изделий, в том числе железобетонные изделия с преднапряженным армированием, закладными деталями и прочие бетонные изделия. Выпускается в порошкообразном виде, упаковка – полипропиленовые мешки с полиэтиленовым вкладышем по 20 кг. Стоимость 12000 руб./т. ФОРТ УП-2М- Высокоэффективный пластификатор и ускоритель твердения по ТУ 5870-001-13453677-2004. Представляет собой новый состав комплексного модификатора, полученного путем дозированного смешивания эффективного ускорителя твердения бетона с пластифицирующим эффектом УП-2 и суперпластификатора. Оптимальный состав компонентов подобран на основе исследований и рекомендаций ученых- бетоноведов, а также экспериментальных данных практики применения аналогичных составов на предприятиях стройиндустрии России. Предлагаемая добавка отличается от ускорителя твердения Форт УП-2 наличием в составе комплекса оптимального количества суперпластификатора. Это позволяет при проведении работ экономить 60–70% от цены суперпластификатора без снижения подвижности и качества смеси, при этом достигается прочность изделий, как при введении дорогого суперпластификатора. Дозировка 0,5–1% от массы цемента. Цена-18500руб/т. Технологические преимущества: – увеличение подвижности бетонной смеси от П 1 до П 4; - снижение эффекта замедления твердения; - повышение конечной прочности бетона на 30-40%; - улучшение структуры бетона; - значительное повышение морозостойкости и водонепроницаемости изделий (на 2-2,5 ступени). Экономические преимущества: – в случае замены С-З на УП-2М при одинаковых дозировках и эффективности, затраты на составляющую себестоимости бетона по добавкам сокращаются на 60-70%; - возможность экономии цемента до 20% без снижения конечных характеристик бетона или замена высокомарочных цементов на низко марочные; 170
- снижение энерго- и трудозатрат на укладку бетона и пропаривания изделий на 20-35%. Область применения добавки: бетон, тротуарная плитка, товарный бетон, монолитное домостроение, железобетонные изделия. Класс опасности – четвертый (малоопасные вещества). ФОРТ УП-3- комплексная добавка для бетонирования в зимних условиях с эффектом пластификации по ТУ 5870–001–13453677-2004, является многокомпонентным сбалансированным комплексом, который применяется для производства всех видов работ методом зимнего бетонирования. В связи с наличием в составе пластифицирующего компонента. Форт УП-З заметно улучшает пластичность бетонной смеси, что позволяет транспортировать растворы и бетонные смеси на расстояние более 50 км и уложить в опалубку для последующего твердения. Обеспечивает нормативный набор прочности бетонов, при производстве работ в зимних условиях и при производстве сборных бетонных и железобетонных конструкций и строительных растворов различного назначения согласно ГОСТ 24211-2003. Применение добавки позволяет: – увеличить подвижность бетонных смесей при отрицательных температурах; – повысить морозостойкость и улучшить структуру бетона; – уменьшить водопроницаемость бетона; – повысить защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре. При положительных температурах: может быть использован как ускоритель-пластификатор в обычных дозировках (от 0,5 до 1,5%). Дозировка добавки в% от массы цемента в зависимости от температуры: - при 0-5оС 1,5–2%; - при –5–10оС 2–4%; - при –10–15оС 4–6%; - при –15–20°С 6–8% При приготовлении и применении бетонов и растворов с добавкой непосредственно на объектах строительства, возможно снижение вышеуказанных дозировок на 1–2%. Стоимость добавки-10500руб/т. В состав входит пассивный ингибитор коррозии. Свойства: Хорошо растворима, негорюча. Не рекомендуется применять в преднапряженных изделиях. Необходимо хранить в упакованном виде. Выпускается в порошкообразном виде. Упаковка – поли171
пропиленовые мешки с полиэтиленовым вкладышем по 20 кг. Класс опасности – третий (умеренно опасные вещества). ФОРТ УП-5 Ускоритель для зимнего бетонирования с пластифицирующим эффектом по ТУ 5745-003-13453677-2004 (разработано НИИЖБ), является многокомпонентным сбалансированным комплексом, который применяется для производства всех видов зимнего бетонирования. В отличие от добавок на основе хлоридов и поташа, заметно пластифицирует бетонную смесь, что позволяет транспортировать бетонные смеси и растворы на расстояние более 50 км и уложить в теплую опалубку для последующего твердения. Обеспечивает нормативный набор прочности бетонов, при производстве работ в зимних условиях. Используется при возведении монолитных и сборно-монолитных сооружений, при производстве сборных бетонных и железобетонных конструкций и строительных растворов различного назначения. является универсальной добавкой в цементные растворы для всех видов кладочных работ. Отсутствие в ее составе хлоридов, позволяет использовать ее без ограничений, в том числе и при строительстве жилых зданий. Не содержит поташа, что позволяет использовать ее при строительстве зданий из силикатных материалов и выполнять без ограничений внутристеновые электромонтажные работы. За счет наличия противоморозных компонентов, позволяет вести кладочные работы при наружной температуре от 0 до –15°С. Обладая значительным пластифицирующим и стабилизирующим эффектом, позволяет использовать кладочные растворы при ведении строительства в условиях сухого и жаркого климата до +40°С. При выполнении кладочных работ в нормальных условиях (до +25°С) обеспечивает экономию воды и цемента до 10%, без снижения качества растворов. Применение добавки позволяет: – увеличить подвижность бетонных смесей при отрицательных температурах; – повысить морозостойкость и улучшить структуру бетона; – уменьшить водопроницаемость бетона. Не содержит компонентов, вызывающих коррозию арматуры. Дозировка добавки в% от массы цемента в зависимости от температуры: – при 0–5°С 3–4%; – при – 5–10°С 5–6%; – при – 10–15°С 7–10% При приготовлении и применении бетонов и растворов с добавкой непосредственно на объектах строительства, возможно снижение вышеуказанных дозировок на 1-2%. 172
При положительных температурах: УП-5 может быть использован как ускоритель-пластификатор (дозировка 0,7–1,5% при t от +15°С и выше). Свойства: негигроскопична, хорошо растворима, негоряча, содержит окислитель. Необходимо хранить в упакованном виде. Класс опасности – третий (умеренно опасные вещества). В Днепропетровском филиале НИИСПа накоплен большой опыт применения пластифицирующей добавки – плава дикарбоновых кислот фракции С2-С6 (ПДК), представляющей собой кубовые остатки испарителя «Самбай» технологической линии производства адипиновой кислоты. Выпуск ПДК налажен на ПО «Азот» и регламентирован ТУ 603-20-70-82. Добавка ПДК и комплексы на ее основе (ПДК+ЛСТ, ПДКО, ПДКО+ЛСТ) опробованы на различных цементах по минералогическому и вещественному составу [3, 4]. Оказывая пластифицирующее действие на цементные системы, ПДК понижает расслаиваемость бетоно-растворных смесей, повышает показатель водоудерживающей способности, прочностные характеристики тяжелого бетона, однако несколько замедляет сроки схватывания шлако- и портландцементов без снижения их активности [1, 2]. Добавка ПДК представляет собой смесь низкомолекулярных органических кислот. Такие поверхностно-активные вещества понижают поверхностное натяжение на границе «жидкость – воздух» на 25...30% по отношению к поверхностному натяжению дистиллированной воды при 20 °С и межфазную энергию на границе «твердая фаза – жидкость». Введение добавки ПДК не изменяет разового состава продуктов гидратации. Результаты исследований влияния добавки на процессы гидратации портландцемента и структурообразование цементного камня показали, что, при введении добавок ПДК с водой затворения за счет дефлокулирующего (диспергирующего) эффекта и увеличения смачивания цементных частиц достигается эффект пластификации последних и увеличение действующей поверхности для гидратации, что и предопределяет повышение степени гидратации, формирование более плотной мелкокристаллической структуры и улучшение физикомеханических и эксплуатационных характеристик. Дополнительным фактором повышения последних является образование комплексов в ходе реакций слабых органических кислот с гидрооксидом кальция. Так, прочность при сжатии образцов тяжелого бетона с добавкой 0,4...1% ПДК из равноподвижных бетонных смесей (О. К.=2...4 см) возрастает на 10...15% в возрасте 7 сут и на 15...20% в возрасте 28 сут нормального твердения. Результаты получены при использовании среднеалюминатного портландцемента марки 400. 173
При введении в качестве добавки в бетонную смесь щелочных солей плава дикарбоновых кислот (ПДКО) протекание в системе обменных химических реакций менее вероятно, поскольку они образованы путем взаимодействия слабых органических кислот и. сильного основания. ПДКО при введении в цементные системы вместе с водой затворения находятся в жидкой фазе, обратимо адсорбируясь на поверхности гидратных фаз и цементных частиц, и обусловливают более высокий пластифицирующий эффект (табл. 5. 10). Таблица 5.10 Добавка
Количество добавки% массы цемента
Подвижность, Ок, см
3 ПДК 0,4 6 ПДК 0,6 8 ПДК 1,0 10 ПДК0 0,4 7 ПДК0 0,6 10 ПДК0 1,0 13 Примечание. Класс бетона В15; В/Ц=0,67.
Прочность бетона при сжатии,% нормального твердения 100 115 120 118 119 125 120
Как ПДК, так и щелочные соли (ПДКО) относятся к низкомолекулярным анионактивным поверхностно-активным веществам, обладающим сходным гидрофилизующим действием на цементные системы, поэтому недостаточно сохраняют пластические свойства бетонных смесей во времени. Достигаемая при этом подвижность бетонных смесей теряется на 50% первоначального значения через 1–1,5 ч. В связи с этим поиск нетрадиционных эффективных пластификаторов, создание полифункциональных добавок с широкими масштабами их применения в стройиндустрии диктовался, с одной стороны, выбором недефицитных дешевых компонентов, с другой теоретическими основами составления композиций с максимальным эффектом в технологическом цикле производства бетона и железобетона. Первые могут быть представлены плавом дикарбоновых кислот и его солями, относящимися к доступным, недефицитным низкомолекулярным поверхностно-активным веществам высокой поверхностной активности. Вторым компонентом могут служить технические лигносульфаты, относящиеся к высокомолекулярным поверхностно-ак174
тивным веществам низкой поверхностной активности и являющимся крупнотоннажным отходом целлюлозно-бумажной промышленности. Если первые являются хорошими диспергаторами и смачивателями, то последние обладают, в первую очередь, стабилизирующим действием, необратимо адсорбируясь на поверхности гидратных фаз и цементных частиц. Поверхностно-активные вещества замедляют зародышеобразование цементных паст, цементного камня и бетона, влияют на устойчивость гидратных фаз во времени, на морфологию образующихся кристаллогидратов и дисперсность новообразований, образуют молекулярные комплексы. Исследования показывают эффективность применения комплексных добавок, содержащих ПДК+ ЛСТ, ПДКО+ЛСТ в технологии тяжелых бетонов. При оптимальной дозировке добавок достигается увеличение подвижности бетонных смесей в 5–6 раз с одновременным повышением прочности бетона на 5–20%, а в равноподвижных бетонных смесях прирост прочности по сравнению с бетонами без добавок достигает 30–50%. Эксплуатационные характеристики тяжелых бетонов с такими добавками превосходят данные характеристики бетонов без добавок. Бетоны с комплексными добавками можно эффективно использовать в производстве сборного железобетона при их тепловлажностной обработке, а также в монолитном строительстве при известных способах подачи бетонных смесей, включая бетононасосную технику, со снижением стоимости бетона, трудозатрат и энергоресурсов. В последние годы разработаны и широко используются Центральных регионах России {PRIVATE} добавки "ПЛАСТИЛ" и "ПЛАСТИЛ-У". Это сложные порошкообразные добавки, применяемые для увеличения водонепроницаемости, морозостойкости и прочности бетонов, цементных растворов и сухих смесей. В их состав входят поверхностно-активные вещества, минеральные добавки и компоненты. Область применения: бетоны для фундаментов; выполнение отмостки дорожек; кладочные и штукатурные растворы; железобетонные конструкции; изготовление тротуарной плитки; изготовление сухих смесей; монолитное домостроение; возведение колодцев, бассейнов, водоотводов. Добавка "ПЛАСТИЛ" относится к водоредуцирующим добавкам I группы (ГОСТ 24211-2003) и обеспечивает улучшение целого ряда характеристик: увеличение водонепроницаемости на 3 ступени; увеличение прочности бетона на сжатие от 25%; достижение морозостойко175
сти бетона свыше 300 циклов; понижение воды затворения от 20%; значительное улучшение формовочных свойств (удобоукладываемости, подвижности, нерасслаеваемости, жизнеспособности); не вызывает коррозии арматуры железобетонных изделий; снижение количества цемента 10–15%. Добавка "ПластиЛ" порошкообразная и вводится в смесь бетона или раствора в количестве 1,5% от массы цемента, либо непосредственно в смесь перед подачей воды, либо совместно с водой затворения. Добавка "ПЛАСТИЛ-У" относится к группе добавок ускоряющих твердение бетона (ГОСТ 24211-2003) и обеспечивает улучшение целого ряда характеристик: увеличение прочности бетона на сжатие на 1 сутки от 80%; увеличение водонепроницаемости на 3 ступени; достижение морозостойкости бетона свыше 300 циклов; понижение воды затворения от 20%; значительное улучшение формовочных свойств (удобоукладываемости, подвижности, нерасслаеваемости, жизнеспособности); не вызывает коррозии арматуры железобетонных изделий. Добавка "ПластиЛ-У" порошкообразная и вводится в смесь бетона или раствора в количестве 2,0% от массы цемента, либо непосредственно в смесь перед подачей воды, либо совместно с водой затворения. Добавки "ПластиЛ" и "ПластиЛ-У" упаковывается в бумажные мешки по 30 кг. Возможна упаковка в "биг-бэги" по 500 кг. Добавка хранится в крытых, сухих помещениях при температуре не выше +45°С., допускает перемещение любым средством транспорта. Срок хранения – 12 месяцев со дня изготовления. Добавки "ПластиЛ" и "ПластиЛ-У" сертифицирована ГОССТРОЕМ России (сертификат РОСС RU.СЛ10.С00007), имеют гигиеническое заключение Министерства здравоохранения РФ (77.01.03.587.Т.25341). Добавки гигиенически безопасны и не оказывают раздражающего эффекта на кожные покровы. Относятся к материалам первого класса по содержанию радиоактивных веществ и могут, применяется во всех видах строительных работ. {PRIVATE}ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МОДИФИКАТОР БЕТОНА ПФМ НЛК по ТУ 2493-010-04786546-2001 предназначен для использования в качестве добавки к тяжелому бетону с целью получения бетонов высокой морозостойкости из высокоподвижных, вплоть до литых, бетонных смесей, применяемых для изготовления сборных и монолитных железобетонных конструкций, зданий и сооружений различного назначения, включая промышленные, гражданские, гидротехнические, мостовые, дорожные и аэродромные. 176
Модификатор ПФМ-НЛК – продукт, представляющий собой комплексную добавку на основе пластифицирующих и воздухововлекающего и гидрофобизирующего компонентов согласно ГОСТ 24211. ПФМ НЛК содержит в своем составе суперпластификатор С-3 (ТУ 6-36-0204229-625), лигносульфонаты технические (ЛСТ по ТУ 130281036-05) и жидкость кремнийорганическую ГКЖ-11(ТУ 6-02-696). Применяется для получения бетонов высокой морозостойкости из высокоподвижных бетонных смесей. Расход добавки составляет 0,2– 0,7% в пересчете на сухие вещества от массы цемента. Порошкообразный полифункциональный модификатор бетона (далее модификатор) ПФМ-НЛК представляет собой комплексную добавку на основе пластифицирующих и воздухововлекающего агентов, применяется в строительстве для получения бетонов высокой морозостойкости из высокоподвижных, вплоть до литых, бетонных смесей. Применение модификатора ПФМ-НЛК позволяет: • получить бетоны с повышенной влагонепроницаемостью, трещиностойкостью, морозостойкостью выше 350 циклов, (при соответствующем подборе состава бетонной смеси и дозировки добавки возможно получение бетонов марки F=600 по морозостойкости); • увеличить подвижность бетонной смеси от П1 до П5; снизить водопотребление при затворении вяжущего вещества на 15–25%; • увеличить конечные прочностные характеристики до 50%; • регулировать сроки схватывания, изменяя количество вводимой добавки; • в 1,5–1,6 раз увеличить сцепление бетона с закладной арматурой и металлоизделиями с одновременным ингибированием поверхности металла; • экономить (заменять дешевыми заполнителями) на 20% вяжущее (цемент); • получить «литые» бетоны с повышенной влагонепроницаемостью, трещиностойкостью, морозостойкостью; • при изготовлении бетонной смеси снизить энергетические затраты (при вибрации, ТВО) на 30–50%. Модификатор ПФМ-НЛК обеспечивает нормируемое воздухововлечение в бетоне. Выступает как замедлитель срока схватывания. При этом дальнейший набор прочности в бетоне происходит более быстро. Применение ПФМ-НЛК позволяет снизить энергетические затраты (при вибрации, ТВО) на 30–50%, а в ряде случаев и полностью отказаться от дополнительных энергозатрат. Модификатор ПФМ-НЛК добавляется в бетонные растворы в количестве 0,6–0,8% сухого вещества по отношению к массе цемента. 177
Жидкий модификатор ПФМ-НЛК (содержание влаги не более 68%) транспортируется наливом в собственных цистернах изготовителя по 60 т. Сухой модификатор ПФМ-НЛК упаковывается в мешки полипропиленовые с полиэтиленовым вкладышем по 40 кг или мягкие контейнеры МКР по 650 кг, транспортируется автотранспортом на самовывоз, железнодорожными вагонами, полувагонами с нормой загрузки 40 т.; 20, 5, 3-тонными железнодорожными контейнерами. Хранение модификатора ПФМ-НЛК в закрытых проветриваемых складских помещениях в упаковке изготовителя на поддонах. Гарантийный срок хранения модификатора ПФМ-НЛК сухого один год, жидкого – шесть месяцев со дня изготовления. Модификатор ПФМ-НЛК добавляется в бетонные растворы в количестве 0,3–0,7% сухого вещества по отношению к массе цемента. Введение модификатора в состав бетонной смеси можно производить одновременно со всем количеством воды затворения. Модификатор 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. Таблица 5.11 Сравнительная таблица свойств бетона без добавки и с добавкой ПФМ-НЛК Свойства бетонной смеси Состав бетонной смеси, кг/м3 Ц П Щ Во-да Добав- В/Ц ОК (см) ОК (см) Плот- V,% ка,% от у бетоно на ность, возсмеси- формо- кг/м3 духа массы теля вочцемента ном посту 583 356 1234 220 0,22 6,0 3,0 2395 1,5 522 416 1232 190 0,7 0,25 4,5 2,5 2363 3,5 474 471 1261 171 0,7 0,27 5,5 3,5 2377 4,8
Показатели бетона Rсж после ТВО МПа
27,3 36,6 31,7
Rсж через 1сутки после ТВО, МПа 43,0 47,5 40,0
Марка по морозо стойкости F300 F400 F400
Требования безопасности, условия и срок хранения. Модификатор ПФМ-НЛК является веществом умеренно опасным, присвоен 3 класс опасности по ГОСТ 12.1.007. При работе с ПФМ-НЛК необходимо применять средства индивидуальной защиты (спецодежда, спецобувь, защитные очки, рукавицы, респиратор «Лепесток»). Модифика178
тор хранят в закрытых, проветриваемых складских помещениях в условиях, предупреждающих увлажнение продукта. Гарантийный срок хранения модификатора ПФМ-НЛК в сухом виде один год со дня изготовления. ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КОМПЛЕКСНАЯ ДОБАВКА "ЭКСТРА". Добавка "Экстра" обладает многофункциональным действием и предназначена для повышения прочности более чем на 50%, морозостойкости, водонепроницаемости и удобоукладываемости бетонов. В состав добавки для бетона входит суперпластификатор, поэтому при производстве можно исключить применение других пластификаторов. Добавку к бетону «Экстра» применяется при строительстве мостовых конструкций, автомобильных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов, тоннелей, гидротехнических сооружений, в ответственных конструкциях многоэтажных зданий, при изготовлении высокопрочных мелкоштучных изделий: цементно-песчаной черепицы, тротуарной плитки. "ИР-1"- Комплексная добавка для повышения долговечности бетонов и растворов (ОАО "Авдеевский коксохимический завод") – многокомпонентный материал, включает в свой состав микрокремнезем, минеральный носитель и пластифицирующий компонент. Найденное экспериментальным путем оптимальное соотношение массовых долей названных составляющих комплексной химической добавки благодаря мощным синергетическим эффектам обеспечит бетонам и растворам высокую сульфатостойкость. Особенностью применения комплексной химической добавки является получение положительных сильных дополнительных эффектов – повышение плотности структуры бетонов и растворов, сопровождаемое существенным повышением морозостойкости, водонепроницаемости, прочности. СЕМПЛАСТ-КРИО -противоморозная добавка для бетонных и растворных смесей. Используется для предотвращения морозных повреждений при бетонировании в зимних условиях. Обладает слабым пластифицирующим и водоредуцирующим действием, не содержит хлоридов. Обладает защитным действием по отношению к стальной арматуре. Добавка Семпласт-Крио выпускается по ТУ 5870-00358985443-02 "Добавка для бетонов "Семпласт-Крио"", утвержденным Госстроем России. Семпласт-Крио – добавка, представляющая собой смесь неорганических электролитов, низкомолекулярных полиспиртов и солей гидроксикарбоновых кислот, темно-коричневая жидкость; не содержит едких и вредных веществ; 3 класс безопасности по ГОСТ 12.1-007; не 179
проявляет агрессивности по отношению к арматуре; не замерзает до температуры – 25о С. Техническая эффективность. Обеспечивает при твердении при отрицательных температурах достижение не менее 30% прочности по сравнению с эталоном; водоредуцирующая способность – до 10%; повышает подвижность бетонных смесей от 2-4 до 5-8 см без снижения прочности в регламентируемые сроки твердения; не снижает жизнеспособность бетонных смесей. Дозировка и способ применения. Семпласт-Крио вводят в бетонную (растворную) смесь в зависимости от температуры окружающей среды и условий твердения бетона на стройплощадке в дозировках: до -5оС 1-2%, от -5оС до -10о С 2-4%, от -10о С до -15о С 4-6%. КРИОПЛАСТ СП 15-1. Суперпластификатор с противоморозным эффектом. Представляет собой смесь натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот различной молекулярной массы с добавлением противоморозного комплекса на основе формиата натрия. В зависимости от требований по подбору состава суперпластификатор с противоморозным эффектом КРИОПЛАСТ СП I5-1 добавляется в бетонные и растворные смеси в виде водного раствора рабочей концентрации в количестве 1-2,5% сухого вещества от массы цемента. Дозировка добавки КРИОПЛАСТ СП 15-1 существенно зависит от температуры окружающего воздуха. Суперпластификатор с противоморозным эффектом КРИОПЛАСТ СП 15-1 производится в сухой и жидкой форме: в виде водорастворимого порошка коричневого цвета или водного раствора темно-коричневого цвета, имеющего концентрацию не менее 32%. Температура окружающего воздуха,оС -5 -10 -15
Дозировка добавки,% 1 1,5 2,5
КОМПЛЕКСНАЯ ПРОТИВОМОРОЗНАЯ ДОБАВКА ПМД-1,2. Белый кристалличес- кий порошок белого цвета, хорошо растворимый в воде. Возможна поставка в виде готовых растворов. Предназначена для снижения температуры замерзания и интенфикации процесса твердения цементных растворов и бетонов в зимнее время в условиях стройплощадки. ПМД-2 не вызывает коррозии стальной арматуры. Применение добавки. Готовятся рабочие растворы и вводятся в бетонную /растворную смесь с водой затворения. Для ускорения растворения добавок, воду рекомендуется подогревать до 40-90°С.
180
Таблица 5.12 {PRIVATE}Температура Количество сухой доКоличество сухой добавки бетона, °С бавки ПМД-1,% от масПМД-2,% от массы цемента сы цемента 0...-5 3-5 3-5 -5...-10 6-7 6-9
Не допускается добавления излишней воды, водоцементное отношение не должно превышать 0.65. Рекомендуется использовать быстротвердеющие цементы, содержащие не более 20% минеральных добавок. В заполнителе не должны содержаться снег, лед и смерзшиеся комья. Ориентировочная стоимость ПМД-1 – 1,5 у.е./кг ПМД-2 – 2 у.е./кг. {PRIVATE}ДОБАВКА "БЕНОТЕХ ПМП-1" (ТУ5870-00156025130-01) относится к добавкам многофункционального назначения – противоморозная, пластифицирующая и/или водоредуцирующая и ускоритель твердения. "Бенотех ПМП-1" позволяет проводить строительные работы с бетонами и растворами до –25°С, выщелачивание отсутствует, коррозия арматуры не происходит. Расход добавки составляет 1–5% в пересчете на сухие вещества от массы цемента. Добавка Бенотех ПМП-1 может применяться при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций, а также в строительных растворах. КОМПЛЕКСНАЯ ПЛАСТИФИЦИРУЮЩАЯ ДОБАВКА С-3М15 производится на базе суперпластификатора С-3 с добавлением формиата натрия, что обеспечивает противоморозный эффект. Добавка С3М-15 выпускается в жидком виде темно-коричневого цвета концентрацией 34-36%. Добавка С-3М-15 выпускается в виде раствора с концентрацией не менее 30% и предназначена для введения в бетонные смеси, твердеющие при отрицательных температурах (до минус 15oС). Применение противоморозной добавки С-3М-15 позволяет: работать с бетонами и растворами при среднесуточной температуре до – 15oС; обеспечивать нормативный набор прочности по ГОСТ24211-2003 п.3.1; улучшить пластичность бетонных смесей при пониженных температурах. Дозировка добавки зависит от температуры окружающего воздуха. При температуре до –5оС – 1%, до –10оС – 1,5%, до –15оС – 2–2,5% от массы цемента. При использовании добавки С-3М-15 практически не образуется высолов на лицевых поверхностях изделий. Отличается более низкой дозировкой по сравнению с другими противоморозными добавками. Не 181
содержит едких и вредных веществ, содержание хлорид-ионов не более 0,1%. Добавка С-3М-15 вводится в бетонную (растворную) смесь с водой затворения. Подвижность смесей при указанных дозировках противоморозной добавки соответствует осадке конуса не ниже П-3. С увеличением дозировки соответственно увеличивается и осадка конуса. Ориентировочный срок выдерживания бетона марки 300 до набора им 30% прочности от проектной при температуре не ниже минус 15oС достигается за 28 суток. В табл. 5.13 приведена кинетика твердения бетона классов по прочности на сжатие В35-В40 при различных дозировках добавки, различной температуре твердения бетона, в раз личном возрасте. Для других классов бетонов массу вводимой добавки следует уточнять экспериментально. Таблица 5.13 Средняя расчетная Дозировка добав- Прочность бетона в% от проектной в возтемпература бето- ки,% от массы расте: на цемента 3 сут 7 сут 28 сут -5оС 1 8-12 15-22 30-35 -10оС 1,5 5-10 15-20 30-35 -15оС 2 5-7 15-17 27-33
Ограничения по применению те же, что и для применения таких противоморозных добавок, как нитрит натрия, формиат натрия: в предварительно напряженных конструкциях; в конструкциях, подвергающихся динамическим нагрузкам; в конструкциях, расположенных в зоне переменного уровня воды и незащищенных гидроизоляцией; в железобетонных конструкциях, находящихся на расстоянии не менее 100 м от источников высокого напряжения; в бетонах на заполнителях, содержащих примеси реакционно-способного кремнезема. Добавка " ЛИГНОПАН Б-1" (ТУ 2601-002-20127879-96) – пластификатор на основе фракционированных лигносульфонатов, неорганических солей, простых эфиров целлюлозы и сополимеров акрилового ряда. Сополимеры акрилового ряда и простые эфиры целлюлозы связывают свободную воду и значительно уменьшают растворо- и водоотделение. Темно-коричневая жидкость с содержанием сухого вещества не менее 30%, либо бежевый порошок, хорошо растворимый в воде. Используется в производстве товарного бетона и строительных растворов. Позволяет повысить подвижность бетонной смеси с П1 до П4, снизить водопотребность на 15–20%, производить укладку бетонных смесей по маловибрационной и без вибрационной технологии. При производстве 182
товарных бетонов с осадкой конуса с 16–18см. в условиях нормального твердения расход добавки "Лигнопан Б-1" составляет 0,25–0,3% (в пересчете на сухое вещество) от массы цемента. При необходимости замедления сроков схватывания бетона (раствора) до 6-8 часов, расход добавки можно увеличить до 0,4–0,42% от массы цемента без ущерба для качества бетона. Дальнейшее увеличение расхода добавки приводит к резкому падению прочности бетона. В целом же стандартное применение добавки "Лигнопан Б-1" позволяет получить экономию цемента до 20% при неизменных физикомеханических свойствах бетона, или повысить прочность бетона на 30– 40%; улучшить показатели водонепроницаемости на две ступени и морозостойкости на одну ступень. Выпускается по ТУ 2601-002-2012787996 2-х модификаций, в жидком (готовом к применению 30% растворе плотностью 1,14 ±0,02) и сухом товарном виде. Добавка "Лигнопан Б-1" совместима со всеми существующими добавками, при условии, если их вводить отдельно. Таблица 5.14 Результаты промышленных испытаний жидкой добавки "ЛИГНОПАН Б-1" в бетонных (растворных) смесях {PRI VA TE} №П 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Состав бетона на, кг на 1 м3 Цемент 320 320 390 390 460 460 410 370 360 320
Песок 770 770 700 700 630 630 672 650 665 695
Щебень 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1031 1135 1135 1145
Вода 224 180 215 169 229 180 265 185 180 155
ОК, см.
Б-1 нет 2.8 нет 3.3 нет 4 нет 2,5 3, 5 3.4
15 17 15 16 15 16 14 18 22 20
Плот- Прочность на сжатие ность кг/см кг/см3 через 1 3 сут 7 сут 28 сут сут 2368 97 - 217 2387 - 123 - 322 2375 - 142 - 322 2390 - 239 - 542 2382 - 178 - 379 2385 - 303 - 551 - 170 200 290 - 167 240 325 - 184 268 353 - 142 230 310
Эффект через 28 суток*
+R% 48.4 68, 3 45.4 12 22 6.8
-Ц,% 9.7 12, 2 21.9
*Примечание: +R- увеличение прочности бетона,%; -Ц-сокращение расхода цемента,%. Добавка не вызывает коррозии металлов, не дает высолов. Во всех случаях сохраняемость подвижности бетонной смеси составляет 110-140 минут. Добавка не горюча, взрывобезопасна, не токсична и не выделяет вредных продуктов, опасных для здоровья человека (затвердевший бетон и раствор также не выделяют вредных веществ). 183
ЛИГНОПАН Б-2 (ТУ 2601-002-20127879-96)- пластификатор – ускоритель твердения. Выпускается 2-х модификаций, в жидком (готовом к применению 30% растворе плотностью 1,14±0,02) и сухом товарном виде. Добавка "Лигнопан Б-2" совместима со всеми существующими добавками, при условии, если их вводить отдельно. Используется в производстве сборного железобетона, пенобетонов, для монолитного домостроения (снятие скользящей опалубки через 12–14 часов с последующей нагрузкой), тротуарной плитки и т.д. Использование добавки "Лигнопан Б-2" позволяет снизить содержание воды в бетоне (растворе) на 15–20%, получить на вторые сутки промежуточную прочность 70–85% от марочной в условиях нормального твердения, или снизить расход пара на 30–40% при термовлажной обработке, снизить водоотделение бетонной смеси до 0%, повысить марку водонепроницаемости на 1 ступень. Добавка не вызывает коррозии металлов, не дает высолов, не горюча, не взрывоопасна, не токсична и не выделяет вредных продуктов, опасных для здоровья человека (затвердевший бетон и раствор также не выделяют вредных веществ). Таблица 5.15 Результаты промышленных испытаний жидкой добавки "ЛИГНОПАН Б-2" в бетонных смесях {PRI VAT E}№ 1 2 3 4
Состав бетона, кг/ м3 Це- Песок Щемент бень 370 800 1000 370 800 1000 400 736 1000 400 736 1000
Осадка Прочность на сжатие (МПа) конуса, через: Вода Добавка см. 1 сутки 2 суток 28 суток 187 146 190 148
нет 7.4 нет 8.0
3 4 5 5
8,8 16,1 9,4 16,6
13,5 25,5 18,6 31,9
32,3 42,7 34,6 44,0
После ТВО
23,2 34,4 28,8 68,3
ЛИГНОПАН Б-3 (ТУ 2601-002-20127879-96). Комплексная добавка – пластификатор для товарного и сборного железобетона, содержащая те же компоненты, что и "Лигнопан Б-1" но в другом соотношении. Используется в производстве товарного и сборного железобетона для повышения подвижности бетонной смеси с П1 до П3, снижение водопотребности на 12–16%. Применяется как для бетонов нормального твердения, так и при тепловлажностной обработке (ТВО). В условиях ТВО расход добавки составляет 0,17–0,2% (на сухое вещество) от массы цемента. 184
При производстве товарных бетонов (осадка конуса 14-16см) расход добавки составляет 0,3–0,35% от массы цемента. (Дальнейшее увеличение расхода добавки приводит к резкому падению прочности бетона). В основном добавка "Лигнопан-Б3" используется в производстве сборного железобетона в условиях нормального твердения и ТВО. Выпускается в 2-х модификаций, в жидком (готовом к применению 30% растворе плотностью 1,14 ±0,02) и сухом товарном виде. Добавка "Лигнопан Б-3" совместима со всеми существующими добавками, при условии, если их вводить отдельно. "ЛИГНОПАН Б-4" (ТУ 5870-002-49938321-98)- противоморозно – пластифицирующая добавка (до –18 С), позволяет проводить бетонирование при отрицательных температурах, снизить расход воды затворения на 5–10% при равно-подвижных смесях с набором прочности 30% и более от прочности в возрасте 28 суток нормального твердения. Выпускается 2-х модификаций, в жидком (готовом к применению 40% растворе плотностью 1,25) и сухом товарном виде. Добавка не вызывает коррозии металлов, не дает высолов. Добавка не горюча, не взрывоопасна, не токсична и не выделяет вредных продуктов, опасных для здоровья человека (затвердевший бетон и раствор также не выделяют вредных веществ). Также является ускорителем твердения – повышение прочности бетона на 20% и более в возрасте 1 суток по сравнению с прочностью контрольного бетона. Таблица 5.16 Расход добавки {PRIVATE}При температуре воздуха, t°C до Добавка (литры) на 100 кг цемента
-5,0°
-10,0°
-18,0°
4,0
6,0
8,0
Таблица 5.17 Нарастание прочности бетона и строительного раствора с добавкой "ЛИГНОПАН Б-4", приготовленного на портландцементе {PRIVATE}Расчетная Прочность бетона и строительного раствора,% от проектt, твердения бетона и ной, при твердении на морозе за период времени (сутки). строитель-ного рас7 14 28 90 твора, оС 0 35 50 75 100 -5 25 35 60 90 -10 15 25 45 70 -15 5 15 35 50
185
Расход добавки составляет 4–8 литра (40% раствор) на 100 кг цемента. Добавки семейства "Лигнопан Б" (ТУ 2601-002-20127879-96), состоят из неорганических солей, типа сульфатов и карбонатов, фракционированных лигносульфатов, простых эфиров целлюлозы и сополимеров акрилового ряда. ЛИГНОПАН используется в производстве бетонов, строительных цементных растворов, в самовыравнивающихся смесях, составах для производства керамической и тротуарной плитки для улучшения таких свойств, как текучесть, удобоукладываемость, прочность, нераслаиваемость. При введение добавки "Лигнопан Б": • сокращается расход цемента на 20–35% при сохранении требуемой подвижности и прочности бетона; • сокращается водопотребление на 15-25% при сохранении подвижности бетонной смеси 90–150 минут; • увеличивается прочность бетона на 15–40%; • морозостойкость бетонов повышается на одну ступень; • повышается марка водонепроницаемости на две ступени. «БИО-НМ» – комплексная минерально-химическая добавка применяется для бетонов с высокими требованиями по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости в промышленном и гражданском строительстве (сборные строительные, тонкостенные и густоармированные конструкции, не пылящие стяжки, наливные самовыравнивающиеся полы, бордюрный камень, брусчатка и тд.) Добавка увеличивает подвижность бетона (с П1 до П5); ускоряет его твердение; повышает водонепроницаемость бетона от W 4-6 до W-16; морозостойкость бетона – 1000 циклов. Расход добавки составляет 1,5-2,5% от массы цемента. КМХ (ТУ 5870-003-49938321-98) – комплексная минеральнохимическая добавка, по основному эффекту действия, снижающая проницаемость бетонов и растворов и повышающая их стойкость при эксплуатации в агрессивных средах. Добавку "КМХ" рекомендуется применять для бетонов с высокими требованиями по морозостойкости, прочности и водонепроницаемости: 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: увеличение прочности бетона на 180-200%, которое происходит за счет уплотнения структуры и 186
наличия аморфного кремнезема и пластифицирующих добавок; повышение водонепроницаемости бетона на 4–7 ступеней за счет уплотняющего эффекта действия добавки при этом достигается снижение расхода воды более 30–35%; увеличение подвижности бетонной смеси увеличивается от П1 (2–4 см) до П5 (20–25 см). Повышение морозостойкости бетона обеспечивается введением в состав добавки специальных компонентов, способствующих вовлечению мелкодисперсного воздуха. Получены бетоны с морозостойкостью 800–900 циклов. Добавка "КМХ" – экологически безопасна, не токсична и не выделяет вредных продуктов, опасных для здоровья человека, пожаровзрывобезопасна, выпускается в сухом виде, сочетается со всеми видами других добавок, при применении в производстве бетонов и растворов. Таблица 5.18 Результаты испытаний добавки "КМХ" в бетонных смесях {PRIVATE}Состав бетона (кг на 1 куб. м. смеси ) Цемент Песок Щебень Вода 450 660 1000 225,5 450 660 1000 150,0 450 660 1000 149,0
Добавка 13,5(3%) 22,5(5%)
О.К 19 19 22
Ц/В 2,0 3,0 3,2
Предел прочности при сжатии, МПа 3 сут. 7 сут 28 сут. 16,2 23,5 36,3 32,6 57,7 71,8 15,6 49,9 74,7
Добавка не снижает защитных свойств бетона по отношению к стальной арматуре, что позволяет использовать ее при изготовлении железобетонных изделий. Во всех случаях сохраняемость подвижности бетонной смеси составляет 80–110 минут. На предприятии "СКТ-Стандарт" (г. Новозыбков, Брянская обл.) производится целая серия очень эффективных комплексных добавок: Зимняя П-3 противоморозного действия, (см. раздел 5), УниверсалП-2, Универсал П-3, Универсал П-4, Хидетал –П-5, Хидетал –П-6, ЛГМ-П-1, Хидетал –П-7. “УНИВЕРСАЛ-П-2” (ТУ 5870-119-46854090-01) – ускорительпластификатор-ингибитор. Обладает воздухововлекающим эффектом, относится к сильнопластифицирующим добавкам II группы. За 24-36 часов обеспечивает набор прочности бетона до 50–70% от нормируемой в зависимости от качества цемента. Выпускается в виде порошка в бумажных мешках по 20кг. цена 8952 руб./тан с НДС (2003г). Дозировка 0,5 – 0,6%от массы цемента (≈ 2,5 кг/м з бетона). 187
Добавка позволяет: -уменьшить время пропарки минимум в 2 раза в зимний период (на заводах время изотермии не более 2-х часов). Режим пропарки: подъем и изотермия при Т = 30–50о С; -повысить удобоукладываемость и уменьшить расслаиваемость бетонной смеси; -повысить морозостойкость и водонепроницаемость бетонных изделий на 2–3 марки; -сэкономить цемент до 20%. "УНИВЕРСАЛ -П-4" (ТУ 5870-156-46854090-03)-ускорительпластификатор. Обладает воздухововлекающим эффектом, относится к сильнопластифицирующим добавкам I группы. Выпускается в виде порошка в бумажных мешках по 20кг. Дозировка 0,5–0,6%от массы цемента, цена 13200 руб./тн. с НДС (2003 г.). «ХИДЕТАЛ-П-5». Обладает сильным пластифицирующим эффектом и может быть отнесена к группе суперпластификаторов. Содержит в своем составе ускоритель твердения, суперпластификатор и воздухововлекающую добавку. Обеспечивает набор прочности бетона за 24 часа от 65 до 75% марочной и 100% на третьи сутки при дозировке 0,5–0,7% от массы цемента. Добавка повышает удобоукладываемость бетонной смеси от П1 до П5 без снижения прочности бетона во все сроки, позволяет снизить энергозатраты на 98%, уменьшить временя пропарки минимум в 2 раза, снизить температуру изотермии до 50°С, экономить цемента до 20%, повысить морозостойкости на 1–2 марки; уменьшить расслоение бетонной смеси, время виброуплотнения изделий и снизить водопотребности бетонной смеси на 20–23%. Выпускается в виде порошка. «ХИДЕТАЛ-П-6». Комплексная добавка предназначена для бетонов с высокими требованиями по морозостойкости и водонепроницаемости (бетоны для дорожного строительства). По величине пластифицирующего эффекта может быть отнесена к пластификаторам III группы (повышает подвижность бетонной смеси с П1 до П3 без снижения прочности бетона). Одновременно повышает морозостойкость с F150 до F300, а водонепроницаемость с W8 до W18. Дозировка 0,2–0,4% от массы цемента (≈1 кг на м3 бетона). Вводится в бетоносмеситель в сухом виде. «ХИДЕТАЛ-П-7» -комплексная добавка, включает в себя ускоритель твердения, пластификатор. По величине пластифицирующего эффекта может быть отнесена к пластификаторам III группы (повышение подвижности бетонной смеси с П1 до П3 без снижения прочности бетона, снижение водопотребности бетонной смеси на 12%). 188
Добавка обеспечивает быстрый набор прочности в нормальных условиях (за 24 часа от 65 до 75% прочности от нормируемой, на 2-е сутки 100% прочности от нормируемой), снижает энергозатраты при уплотнении бетонной смеси и твердении бетонов на 98% (сокращает продолжительность пропаривания минимум в 2 раза, снижает температуру пропаривания до 50-80оС, сокращает продолжительность виброуплотнения). Экономия цемента до 20%, обеспечивается повышение прочности на 20–30%, а морозостойкости на 1–2 марки. Выпускается в виде порошка. «ЛМГ-П-1» – комплексная добавка для бетонов. Содержит ускоритель, пластификатор и воздухововлекающих компонент. По величине пластифицирующего эффекта может быть отнесена к пластификаторам II группы (повышение подвижности бетонной смеси с П1 до П4 без снижения прочности бетона). Добавка обеспечивает быстрый набор прочности в нормальных условиях (за 24 часа от 50 до 60% прочности от нормируемой), снижает энергозатраты при уплотнении бетонной смеси и твердении бетонов на 98% (сокращает продолжительность пропаривания минимум в 2 раза, снижает температуру пропаривания до 50оС, сокращает продолжительность виброуплотнения). Экономия цемента до 20%, повышение морозостойкости на 1-2 марки. Дозировка добавки: 0,5-0,6% от массы цемента (≈2,5 кг на 1 м3 бетона). Выпускается в виде порошка. ОАО «Полипласт» производит конплексные добавки под торговой маркой ЛИНАМИКС (Линамикс (ТУ 5870-007-58042865-05), Линамикс СП-90 (ТУ 5870-007-58042865-05), Линамикс П-120 (ТУ 5870-00758042865-05), Линамикс СП-120 (ТУ 5870-007-58042865-05). Основным компонентом добавок этой серии служит полинафталинметиленсульфонат натрия с добавлением замещенной фосфоновой кислоты, гидроксилсодержащих соединений, органических оксикислот и некоторых других веществ. По классификации ГОСТ 24211 добавки этой серии относится к видам: • регулирующие сохраняемость подвижности (все добавки данной торговой марки). • пластифицирующие-водоредуцирующие – сильнопластифицирующие (Линамикс, Линамикс П-120); • пластифицирующие-водоредуцирующие – суперпластифицирующие (Линамикс СП-90, Линамикс СП-120 ). Дозировка добавок зависит от назначения бетонной смеси, содержания в цементе трехкальциевого алюмината, активных минераль189
ных добавок и дисперсности цемента и находится в пределах: 0,3–0,5% – Линамикс; 0,4–0,6% – Линамикс П-120; 0,6–0,8% – Линамикс СП-120; 0,6–1,0% – Линамикс СП-120. Комплексные добавки марки «Линамикс» предназначены: • для получения пластичных бетонных смесей с повышенной сохраняемостью удобоукладываемости и формуемости без снижения прочности в возрасте 7–28 суток и показателей долговечности бетона (при неизменном водоцементном отношении); • для повышения физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетона (при сокращении расхода воды и неизменной удобоукладываемости); • для повышения удобоукладываемости и сохраняемости бетонных смесей и повышения физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетонов (при одновременном снижении водоцементного отношения и повышении удобоукладываемости); • для снижения расхода цемента без снижения удобоукладываемости и уменьшения сохраняемости бетонной смеси, физикомеханических показателей и строительно-технических свойств бетона (при снижении водосодержания бетонной смеси). Комплексные добавки марок «Линамикс » рекомендуется применять: • при возведении всех видов монолитных конструкций из тяжелого и мелкозернистого бетонов, а также бетона на пористых заполнителях при продолжительном транспортировании бетонной смеси; • при возведении массивных монолитных конструкций, при необходимости снижения или замедления тепловыделения при твердении бетона; • при возведении монолитных конструкций при необходимости сокращения количества швов бетонирования. Пластифицированные бетонные смеси с повышенной удобоукладываемостью рекомендуется применять в густоармированных конструкциях, тонкостенных конструкциях, конструкциях сложной конфигурации и т.п. Бетонные смеси со сниженным водоцементным отношением (водоредуцированные) рекомендуется применять для возведения монолитных конструкций и изготовления сборных железобетонных конструкций, к которым предъявляются высокие требования по прочности, водонепроницаемости, морозостойкости, сопротивлению коррозионным воздействиям и др. Комплексные добавки «Линамикс СП-90» и «Линамикс СП-120» изготавливается двух типов: с обычным (ненормируемым) воздуховов190
лечением и с пониженным (нормируемым) воздухововлечением – тип «ВП», в форме порошка (микрогранул) и в форме водного раствора. Добавки серии «Линамикс » не являются коррозионно-активным компонентом бетона, не влияют на защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре и не вызывают ее коррозии. Разновидности комплексных добавок «Линамикс СП-90» и «Линамикс СП-120», содержащие тиосульфат и роданид натрия, могут применяться в предварительно напряженных железобетонных конструкциях, армированных термомеханически упрочненной арматурой, предназначенных для эксплуатации в неагрессивных средах. Для преднапряженных конструкций, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах, следует применять термомеханически упрочненную арматуру классов Ат-IVК и Ат-VК. Разновидности добавок «Линамикс СП-90» и «Линамикс СП120», содержащие тиосульфат и роданид натрия, не допускается применять для железобетонных и бетонных конструкций и изделий при наличии в заполнителе реакционноспособного кремнезема, а также предназначенных для электрифицированного транспорта и промышленных предприятий, потребляющих постоянный ток. Добавки серии «Линамикс» в форме порошка упаковывается в мешки тканевые полипропиленовые с полиэтиленовым вкладышем массой 25 кг, контейнеры мягкие специализированные массой 500–700 кг. Добавки в форме раствора заливают в железнодорожные цистерны, автоцистерны, пластиковые и металлические емкости. Транспортирование – любым видом транспорта в соответствии с действующими правилами. В зимнее время добавки в форме раствора перед сливом и применением должны быть подогреты и перемешаны до полного растворения осадка. Хранение в упаковке изготовителя или закрытых емкостях на закрытых складах любого типа. Гарантийный срок хранения – 12 месяцев с даты изготовления. Для повышения водонепроницаемости бетона, особенно в конструкциях безрулонной кровли, положительно зарекомендовала комплексная добавка ЭМУЛЬБИТ. Добавка существенно повышает водонепроницаемость и долговечность бетона. Однако приготовление эмульбита –весьма сложный и трудоемкий процесс, что затрудняет его широкое использование на ДСК и заводах ЖБИ. В настоящее время разработан способ получения холодноприготовленной эмульсии с устранением горячих процессов. Это значительно упрощает способ получения эмульсии, обеспечивает ее большую однородность во времени. 191
Новые холодноприготовленные битумные эмульсии являются комплексными добавками, так как в качестве эмульгаторов используются распространенные пластифицирующие добавки и суперпластификаторы. В бетонных смесях, приготовленных с новыми добавками, проявляются как свойства пластифицирующих добавок, так и битумной эмульсии, что позволяет повышать долговечность бетона в большей степени, чем при использовании эмульбита. Разработанные комплексные добавки на основе холодноприготовленных битумных эмульсий: ХБЛ, ХБВ, ХБС, содержащие растворенный битум и с эмульгаторами ЛСТ, ВРП и С-3, а также ХБГЛ, ХБГВ и ХБГС, состоящие из битумной мастики и тех же эмульгаторов, позволили получить бетоны класса В22,5 повышенной долговечности. Бетоны этого класса без добавки имеют марки по морозостойкости не более F 200 и по водонепроницаемости W4. Бетоны с добавками ЛСТ, С-3, СДО и их комплексами имеют термоморозостойкость 60+(250–300). Бетоны с комплексными добавками на основе холодоприготовленных битумных эмульсий имеют высокие характеристики для бетона класса В 22,5 (табл. 5.19). Таблица 5.19 Количество Добавки, % -* 0,15ЛСТ 0,015СДО 0,7 С-3 1,5эмульбит
В/Ц О.К. Предел прочности Марка по водо- Термоморозостойсм при сжатии, МПа непроницаемости кость, циклы 0,43 3 36,3 W6 60+50 0,43 1 38,6 W6 60+75 0.43 1 37,2 W8 60+250 31,7 W8 60+250 0,43 1 0,42 5 38,4 W8 60+250 60+350** 0,43 3 36,1 W10
* Ударная технология. ** Испытания были прекращены, хотя образцы не имели потери прочности. Эти данные показывают, что применение в бетонах новых комплексных добавок на основе холодноприготовленных битумных эмульсий позволяет получить бетоны с высокой долговечностью, термоморозостойкостью 60+500 циклов, водонепроницаемостью и низким водопоглощением. Эта добавка состоит из мельчайших капелек битума, которые осаждаются на стенках пор и капилляров бетона, образуя гидрофобные покрытия и кольматируя их. В результате требуется значительный на192
пор воды для проникания ее даже через самые большие капилляры в бетоне. Причем чем белее однородна и стабильна эмульсия и меньше частицы битума в ней, тем больше эффект от ее использования. Добавка битумной эмульсии в 1,5 раза снижает испарение воды из бетона, что особенно важно в условиях сухого климата, так как это уменьшает усадочные напряжения и сокращает образование трещин, резко увеличивая долговечность конструкций. Таблица 5.20 Вид добавки ХБЛ ХБГЛ ХБВ ХБГВ ХБС ХБГС
Прочность, МПа 30,0 30,8 32,0 31,1 33,5 33,3
Марка по водонепроницаемости W12 W10 W12 W10 W12 W10
Водопоглощение, % 3,6 3,8 3,55 3,75 3,6 3,8
ПВК – Полиметаллический водный концентрат – стабилизированный, очищенный ТУ 2601-001-0580404163-98 (Республика Беларусь). ПВК – Ускоряющая твердение добавка для бетонов с дополнительным противоморозным и пластифицирующим эффектом. Прозрачная жидкость светло-желтого цвета, без запаха, при хранении не выделяет вредных газов и паров, нетоксична, пожаро и взрывобезопасна. ПВК предназначена для применения в качестве ускорителя твердения и противоморозной добавки 1 группы при производстве широкого спектра бетонных и железобетонных конструкций и строительных растворов, приготовленных на основе портландцементного клинкера. Эффективна для снижения энергозатрат при тепловой обработке бетона, повышения темпа роста прочности, для твердения (набора прочности) бетона и строительных растворов при отрицательной температуре, и предотвращения замерзания бетонной смеси при транспортировании, укладке и уплотнении на объектах строительства. ПВК содержит ряд макрокомпонентов: кальций, магний, марганец, калий и др., и микрокомпонентов: железо, молибден, йод и др., которые являются эффективными катализаторами процесса гидратации цемента и твердения бетона, а также ингибиторами коррозии металлов. 193
Особенность добавки состоит в том, что после ее введения прочность суточного бетона в нормальных условиях увеличивается, в зависимости от вида цемента и состава бетона, на 30–120%, то есть почти вдвое. Кроме того, бетонные смеси, модифицированные ПВК, продолжают твердеть и при отрицательных (до -20 С) температурах. ПВК добавляется в бетонную или растворную смесь только на стадии приготовления в стационарных бетоно-растворных установках. Добавка ПВК вводится через дозирующее устройство вместе с водой затворения. Как противоморозная добавка применяется в количестве 1,5–3% водного раствора ПВК от массы цемента (1,26 кг = 1л), или 0,3–1% безводного ПВК (по сухому остатку). Для ускорения твердения применяют в количестве 0,7–1,5% водного раствора ПВК от массы цемента (1,26 кг = 1л), или 0,2–0,5% безводного ПВК (по сухому остатку). Применение ПВК как ускорителя позволяет производить бетонные изделия по беспропарочной технологии при температуре в производственных помещениях от +10oС и выше, а при температуре ниже 10оС – сократить расход тепла на тепловую обработку изделий не менее, чем в 2,5 раза; при производстве тротуарной плитки и малых архитектурных форм, изготавливаемых методом литья и вибролитья, позволяет снижать водоцементное соотношение без потери подвижности и увеличивать скорость оборачиваемости форм. При приготовлении бетонных смесей марки П-3 и выше ПВК оказывает пластифицирующее действие, что позволяет снизить количество воды затворения не менее чем на 5 кг/м.куб. Применение ПВК обеспечивает: • прочность бетона: распалубочную – в суточном возрасте, отпускную – в двухсуточном, проектную – в 28-ми суточном; • повышает морозостойкость и морозосолестойкость бетонов, за счет улучшения поровой структуры цементного камня; • повышает жизнеспособность бетонной смеси. Комплексная добавка ПВК по основному эффекту действия относится к добавкам, ускоряющим твердение, по дополнительному эффекту является противоморозной добавкой I группы. Введение добавки повышает защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре. Список использованных источников 1. Пухальский Г. В., Никифоров А. П. Бетоны с комплексными добавками из отходов химической промышленности // Бетон и железобетон.- 1984.-№ 1.-С. 27-28. 194
2. Пухальский Г.В., Никифоров А.П., Носенко Т.Ф. Бетоны на активизированных низкомарочных шлакопортландцементах // Бетон и железобетон.- 1987.- № 2.-С. 11-12. 3. Правила применения ПДК (плава дикарбоновых кислот) в качестве добавки в бетон: ВСН- 67 УССР 439-84 МСП М тяжелой индустрии УССР.- Киев: НИИСП, 1984.- 26 с. 4. Применение химических добавок в тяжелых бетонах и строительных растворах: РСН 345-87 / Госстрой УССР.- Киев: НИИСП, 1988.- 82 с. 5. Попко В.Н. Химические добавки для бетона. Учебное пособие. Казань. КИСИ, 1980. 6. Шевкунов А.И., Дмитриев А.С. Повышение долговечности бетона путем применения комплексных добавок.// Бетон и железобетон.-1991.-№12. С.23-24. 7. ТУ 5870-003-49938321-98. Добавка "КМХ". 8. ТУ 5870-002-49938321-98. "Лигнопан Б-4". 9. ТУ 2601-002-20127879-96."Лигнопан Б-3". 10. ТУ 2601-002-20127879-96 «Добавка "Лигнопан Б-2". 11. ТУ 2601-002-20127879-96, «.Добавка " Лигнопан-Б1". 12. Шевкунов А.И., Дмитриев А.С. Повышение долговечности бетона путем применения комплексных добавок. //Бетон и железобетон.-1991.- №12.С.23-24. 13. Дмитриев А.С., Шевченко А.В. Бетон поверхностной гидроизоляции для безрулонной кровли // Бетон и железобетон. – 1988.- № 1. С. 39-40. 14. Ломаченко В.А., Шаблицкий В.Н., Ломаченко Д.В. Оптимизация производства СБ-3 из отходов химической промышленности// Вестник БГТУ им. В.Г.Шухова. 2004. № 8 Ч. VI. C. 206-208 15. Феднев Л.А., Ефимов С. Н., Шитиков Е.С. и др. Новые химические добавки для бетона на основе лигносульфонатов. Тезисы докладов Международного семинара «Перспективы и эффективность применения цементобетона в дорожном строительстве». 2002. М.: МАДИИ / ГТУ. С. 87-95. 16. В.А. Ломаченко., М.М. Косухин., С.М. Ломаченко., В.Н. Шаблицкий. Действие суперпластификатора СБ – 3 на бетонные смеси и бетоны // Сстроительные материалы.-2005.- №6.-С. 34-38. 17. Шитиков Е.С, Алебастров Л.И., Гордеева Е.В, Зайцев П.А. Особенности применения комплексов химических добавок для производства бетонных смесей и бетонов различного назначения.// Строительные материалы.-2005.-№6.- С.34-38. 18. E-Mail: skt-standart@yаndex.ru. Интернет http://sktstandart.boom.ru, http://skt-standart.narod.ru. 19. E-Mail:
[email protected]. Интернет http:www. polyplast-un.ru/
195
6. Выбор вида добавок и назначение их дозировок Выбор вида добавок для изготовления бетона и железобетонных конструкций должен производиться с учетом основных положений «Руководства по применению химических добавок в бетоне», где систематизированы все наиболее известные и достаточно хорошо изученные химические добавки. Выбор вида и назначение оптимальной дозировки суперпластификаторов следует производить в соответствии с «Рекомендациями по применению добавок СП в производстве сборного и монолитного железобетона», а также технических условий на конкретные виды суперпластификаторов. Выбор добавок в бетон для достижения заданного технического или экономического эффекта должен производиться с учетом их влияния на основные свойства бетонной смеси и бетона в зависимости от условий технологии, вида и количества применяемого цемента, а также условий эксплуатации железобетонных конструкций (табл. 6.1). При выборе добавки целесообразно также исходить из того, что как правило, добавки одного класса, вводимые в состав бетона в оптимальных количествах, имеют близкий технический эффект, но удельные затраты, связанные с их применением, существенно различаются. Так, удельные затраты при применении добавки СНВ в 8 раз выше, чем добавки ЦНИИПС-1, СПД, ВЛХК, в 3 раза больше, чем в случае применения мылонафта или ЛСТ. Удельные затраты при применении суперпластификатора в 5–6 раз выше, чем в случае применения комплексных добавок на основе ЛСТ и ускорителя твердения. Оптимальное содержание добавок зависит от вида и удельного содержания цемента, наличия в нем минеральных добавок, исходной подвижности бетонной смеси. Для ориентировочного определения дозировок наиболее изученных и широко применяемых добавок можно использовать данные табл. 6.2 и 6.3 для тяжелого бетона и табл. 6.5 для легкого бетона. Для сокращения времени тепловой обработки, а также для ускорения твердения бетона в естественных условиях рекомендуется использовать добавки -ускорители твердения и ряд комплексных добавок.
196
При выборе ускорителей твердения следует учитывать, что сульфаты натрия и калия, нитрат кальция и нитрит-нитрат кальция наиболее эффективны в бетонах, приготовленных на основе низко- и среднеалюминатных цементов, а хлориды натрия, калия, кальция, комплексные добавки, сочетающие хлориды калия, натрия и кальция с нитратами и нитритами кальция или натрия – на высокоалюминатных цементах. Для экономии цемента в бетонах целесообразно вводить СП, пластифицирующие, пластифицирующе-воздухововлекающие, воздухововлекающие добавки, ускорители твердения и комплексные добавки. Хорошие результаты по экономии цемента достигаются при использовании комплексных добавок. В ряде случаев величина экономии цемента при их использовании не ниже, чем при использовании СП, которые, как правило, значительно дороже комплексных добавок. Следует иметь в виду, что эффективность пластифицирующих, пластифицирующе-воздухововлекающих добавок увеличивается, а воздухововлекающих и ускорителей твердения уменьшается с увеличением удельного расхода цемента и подвижности бетонной смеси. Для бетонов, к которым предъявляются повышенные требования по долговечности, независимо от величины эффекта по экономии цемента следует вводить воздухововлекающие, пластифицирующе-воздухововлекающие добавки, в том числе и в комплексе с ускорителями твердения или с гидрофобизующими добавками При изготовлении сборных железобетонных конструкций следует учитывать, что практически все органические добавки, кроме некоторых видов СП, замедляют начальные процессы структурообразования, поэтому их применение возможно только при условии, что продолжительность пропаривания будет не менее 13–14 часов для бетонов на портландцементах и 14–16 часов для бетонов на шлакопортландцементах и пуццолановых цементах. При невозможности получения бетона с требуемыми по проекту физико-механическими свойствами целесообразно вводить: • для повышения прочности бетона – добавки СП, лигносульфонаты, в том числе модифицированные, а также ускорители твердения или комплексные добавки; • для повышения плотности бетона и его непроницаемости – добавки СП, лигносульфонатов, мылонафта, СНВ, СПД, ВЛХК, нитрат кальция и комплексы на его основе с лигносульфонатами (ЛСТ, СДБ, ЛСТ-1, ЛСТ-2, ЛСТ-М и др.) и суперпластификаторами, а также эмульбит;
197
• для повышения морозостойкости – воздухововлекающие и микрогазообразующие добавки: СНВ, СПД, СДО, мылонафта, ВЛХК, ГКЖ-10, ГКЖ-11, ГКЖ-94. Однако наилучшие результаты достигаются при использовании комплексных добавок, сочетающих воздухововлекающие (СНВ, СПД, мылонафт, ВЛХК) добавки с пластификаторами (лигносульфонаты) или суперпластификаторами (С-3 и др.) и микрогазообразующими добавками гидрофобного типа (ГКЖ-11, ГКЖ-94 и др.). Неплохие результаты достигаются и при сочетании пластификаторов с воздухововлекающими добавками, кремнийорганических жидкостей (ГКЖ-11, ГКЖ-94) с нитратом кальция.. В качестве воздухововлекающего компонента могут быть использованы смолы: нейтрализованная воздухововлекающая СНВ по ТУ 81-05-75-74, воздухововлекающая по ТУ 13-0281078-216-89, древесная омыленная СДО по ТУ 1305-02-83, клей талловый пековый КТП по ОСТ 13-145-82; комплексная добавка, состоящая из ЩСНК и компонентов: СНВ или СДО или СПД, а также целый ряд новых комплексных добавок, приведенных в разделе 5; Для получения бетонной смеси с требуемыми реологическими свойствами в ее состав следует вводить: • для замедления схватывания – добавки лигносульфонатов в повышенных дозировках, кремнийорганические жидкости, комплекные добавки серии «Линамикс» и другие замедлители схватывания и твердения; • для повышения связности (нерасслаиваемости) – добавки мылонафта или ВЛХК, ассоциативные загустители для бетона типа Starvis VP 1-895 II F (основа- поликарбоксилат), Mecellose FMC 60150 (Samsung Fine Chemicals)- низко вязкий эфир целлюлозы (метилгидроксипропилцеллюлоза).комлексные добавки, содержащие воздухововлекающий компонент и регулятор вязкости; эфиры целлюлозы ( МЦ, КМЦ и др.); • для уменьшения жесткости бетонной смеси – воздухововлекающие добавки типа СНВ, СПД, ЦНИИПС-1; • для получения литых бетонных смесей – добавки СП, комплексные добавки на основе либо суперпластификаторов, либо лигносульфонатов с ускорителями твердения; • для ускорения схватывания бетонной смеси – добавки ускорителей твердения, как индивидуальные, так и комплексные; • для повышения удобоукладываемости бетонной смеси или снижения расхода цемента- технические лигносульфонаты ЛСТ по ОСТ 13-183-83 с изм. № 1; модифицированные технические лигносуль198
фонаты ЛСТМ-2 по ТУ 13-0281036-16-90; суперпластификатор С-3 по ТУ 6-36-0204229-625-90, другие суперпластификаторы, а также комплексные добавки на основе лигносульфонатов или суперпластификаторов; Для повышения водонепроницаемости бетона: добавки пластификаторов, суперпластификаторов, уплотняющие структуру бетона добавки (жидкое стекло, хлорид железа, и др.), а также мылонафт, асидол, асидол-мылонафт по стандартам на нефтяные кислоты, ацетоноформальдегидную смолу АЦФ-3 по ТУ 59-02-039-57-83, эмульбит, комплексные добавки на базе лигносульфонатов или суперластификатов и специальных компонентов для обеспечения уплотнения бетона; Для обеспечения твердения бетона при отрицательных температурах (противоморозные): нитрит натрия по ГОСТ 19906-74*; мочевина, формиат натрия и др., а также комплексные добавки, состоящие из нитрита натрия и суперпластификатора С-3; комплексные добавки, состоящие из поташа по ГОСТ 10690-73* и технических лигносульфонатов ЛСТ (ЛСТМ), комплексные добавки на основе мочевины, формиата натрия, нитрит-нитрата кальция и других добавок, разрешенных к применению для этих целей. Для обеспечения эффективного твердения бетона в условиях тепловой обработки при использовании цементов с коэффициентом эффективности при пропаривании менее 0,62, а также шлакопортландцемента, целесообразно введение суперпластификаторов СМФ, пластификаторов ПФС и УПБ. Для рассматриваемых условий добавка СМФ более эффективна, чем С-3. Применение С-З, 10-30, а также С-3+УПБ, 10-03+УПБ в оптимальном соотношении целесообразно во всех случаях. Для условий тепловой обработки бетона эффективно использование также комплексных модификаторов, включающих ПАВ + ускоритель твердения. Наибольший эффект достигается, например при сочетаниях ЛСТ+СН, УПБ+НК или ННК, ФС+ НДК, ПФС+ Н К. Введение лигносульфонатов в бетоны, подвергаемые тепловой обработке, наиболее эффективно при использовании цементов 1 группы эффективности при пропаривании, а также при определении класса бетона в длительные сроки (28 сут. и более). Для получения расширяющихся составов на основе портландцементов, в них вводят различные расширяющиеся добавки, например: • добавки, выделяющие в щелочной среде газы (перекись водорода+гипохлорид, порошкообразные алюминий, цинк, магний, а также кремнийорганические жидкости ГКЖ-94, ГКЖ-94М и ПГЭН; гидразин (в присутствии активаторов выделяет азот); 199
• комплексные добавки, увеличивающие свой объем от взаимодействия друг с другом и практически не вступающие в химическое взаимодействий с минералами цементного клинкера (железные опилки в смеси с хлористыми солями); • добавки, увеличивающие свой объем и способные вступать в химическое взаимодействие с минералами цементного клинкера в присутствии влаги (не гашеная известь); • добавки, вступающие в прямое взаимодействие с минералами цементного клинкера с образованием эттрингита (гипс; сульфат алюминия и другие сульфаты и сульфоалюминаты). • Назначение дозировок известных и широко применяемых добавок можно производить для тяжелого бетона по данным табл. 6.2, для легкого бетона по табл. 6.3. Назначение дозировок СП – по табл. 2.1, 2.6, а ускорителей схватывания – по табл. 3.1. Дозировки новых добавок, в том числе комплексных назначают по техническим условиям на конкретную добавку и рекомендациям по применению этих добавок с обязательным учетом наличия технических условий и гигиенических сертификатов. Пригодность данных добавок к применению в бетонных и железобетонных конструкциях определяется по результатам испытаний в бетоне по методикам ГОСТ 30459-96 и обязательно с учетом вида конструкций, используемых материалов для их изготовления и условий эксплуатации, приведенных в табл. 6.1. Таблица 6.1 Область применения бетонов с химическими добавками
Область применения
Добавки и их сочетания ХК; С НК; ХК+Н ННХК НН; П ХН Н ННК; Н; ; ХК+ НН1; + НКМ; КХ+ ННК; ННС НК+М ННС ННХК Н ХК Н +М
1. В предварительно-напряженных конструкциях и стыках (каналах) сборно-монолитных и сборных конструкций (кроме случаев, указанных в поз. 2) 2. В предварительно-напряженных конструкциях армированных сталью классов Ат-IV, Ат-V, Ат-VI, А-IV, А-V
200
+
(+)
-
-
+
СДБ;ПАЩ-1; М1; ВЛКХ; ГКЖ; НЧК; КЧНР; СНВ; СПД; ЦНИПС-1; ПГЭН +
+
-
-
-
-
-
+
Область применения
Добавки и их сочетания ХК; С НК; ХК+Н ННХК НН; П ХН Н ННК; Н; ; ХК+ НН1; НКМ; КХ+ ННК; ННС + НК+М ННС ННХК Н ХК Н +М
СДБ;ПАЩ-1; М1; ВЛКХ; ГКЖ; НЧК; КЧНР; СНВ; СПД; ЦНИПС-1; ПГЭН
3.В железобетонных конструкциях с ненапрягаемой рабочей арматурой + + (+) + + + + + диаметром, мм: - + + а) более 5 + + (+) (+) + б) 5 и менее 4. В конструкциях, а также в стыках без напрягаемой арматуры сборномонолитных и сборных конструкций, имеющих выпуски арматуры или за+ + - + + + кладные детали: + - + а) без специальной защиты стали (+) + - (+) б) с цинковыми покрытиями в) с алюминиевыми покрытиями + г) с комбинированными покрытиями + + (+) + (+) (+) + (щелочестойкими лакокрасочными или другими щелочестойкими защитными слоями по металлическому подслою) 5. В железобетонных конструкциях, предназначенных для эксплуатации: а) в воде и агрессивных растворах +* + +* + + + + + б) в неагрессивной газовой среде при от+ носительной влажности воздуха до 60% (+) + + + + + + - + + в) в агрессивной газовой среде + + (+) (+) + г) в воде и при относительной влажности воздуха более 60% в том случае, -** + + + если заполнитель имеет включения реакционноспособного кремнезема - + + д.) в зонах действия блуждающих по+ + + стоянных токов от посторонних источников 6.В железобетонных конструкциях элек- - + трифицированного транспорта и промышленных предприятий, потребляющих постоянный электрический ток. * Допускается, за исключением ХК и НК в сульфатных средах. ** Не допускается, за исключением ХК в бетонных конструкциях. Примечания: 1. Возможность применения добавок в случаях, перечисленных в поз. 1-4 настоящей таблицы, должна уточняться в соответствии с требованиями поз. 5. 2.При применении добавок по поз. 5«а» и «в» следует учитывать требования СНиП 2-03-85 «Защита строительных конструкций от коррозии» в части плотности и толщины защитнoгo слоя бетона и защиты конструкций химически стойкими антикоррозийными покрытиями. 3.Конструкции, периодически увлажняющиеся водой, конденсатом или технологическими жидкостями при относительной влажности воздуха менее 60%, приравниваются к эксплуатируемым при относительной влажности воздуха более 60%. 4. По поз. 5«в» в газовой среде, содержащей хлор и хлористый водород, ускорители твердения и противоморозные добавки допускаются при наличии специального обоснования. 5.Для комплексных добавок действительны те же ограничения, что и для входящих в их состав добавок. 6.При выборе добавки для уменьшения расхода цемента следует руководствоваться осредненными данными по экономии цемента, достигаемой за счет введения добавок, приведенными в табл. 6.2. 7.Выбор добавок для повышения долговечности бетона следует производить по табл. 1.1. 8. Целесообразность применения той или иной добавки, в том числе и сочетания двух или более индивидуальных добавок должна определяться требуемым техническим эффектом и экономическими показателями.
201
Таблица 6.2 Рекомендуемое количество химических добавок для бетонов в зависимости от вида применяемого цемента Применяемый Количество добавок в расчете на сухое вещество,% от массы цемента цемент СДБ; ПАЩ- М1;ВЛХК; СНВ; СПД; ГКЖ-94; СН; НН1; НК; ННСН; ГКЖ-10; ЦНИПС-1 ПГЭН ХК ННХК 1; ГКЖ-11; НЧК;КЧНР Портландце0,15-0,25 0,1-0,2 0,01-0,02 0,05-0,1 0,5-1 1-2 мент; быстротвердеющий портландцемент Сульфатостой0,1-0,2 0,05-0,15 0,01-0,02 0,05-0,1 0,5-1 1-2 кий портландцемент Пластифициро- Не вводятся 0,05-0,15 0,005-0,015 0,05-0,08 0,5-1 1-2 ванный портландцемент Гидрофобный 0,1-0,2 Не вводят- 0,05-0,08 0,5-1 1-2,5 портландцемент ся Шлакопорт0,2-0,3 0,1-0,2 0,005-0,02 0,04-0,06 1-1,5 1,5-2,5 ландцемент Примечание:1. Приведенные в таблице количества добавок принимаются и для комплексных добавок 2. Не отмеченные в табл. 6.2 дозировки других видов добавок, приведены в тексте Пособия.
Таблица 6.3 Ориентировочный расход некоторых поверхностно-активных добавок в плотных легких бетонах в зависимости от расхода цемента Добавки
ГКЖ-94 ГКЖ-10 и ГКЖ-11 ЛСТ Мылонафт СНВ ЦНИПС-1
202
Расход добавки в% от массы цемента при его расходе в кг/м3 150-200 201-300 более 300 0,14 –0,1 0,09–0,05 0,3 – 0,16 0,15 –0,11 0,1 –0,05 0,3 – 0,26 0,25 –0,21 0,2 –0,15 0,5 – 0,3 0,25 –0,1 0,05–0,04 0,025–0,02 0,019–0,01 0,06 – 0,04 0,03 –0,01 -
7. Подбор состава бетона с химическими добавками Особенности подбора состава бетона с химическими добавками заключаются в корректировке исходного состава бетона без добавок для получения требуемых показателей качества бетонной смеси или бетона. Как правило, корректировка состава бетона с добавками производится по результатам экспериментальной проверки показателей свойств бетонной смеси и бетона. Существует определенная специфика подбора состава бетона с химическими добавками в зависимости от типа добавки и назначения бетона. При применении пластифицирующих, пластифицирующевоздухововлекающих или воздухововлекающих добавок с целью сокращения расхода цемента корректировку состава бетона производят следующим образом: • вначале производится пересчет исходного состава бетона при уменьшенном расходе цемента, но при неизменной доле песка в общей смеси заполнителей для тяжелого бетона и при неизменной средней плотности для конструкционного легкого бетона, • из рассчитанных составов бетонных смесей с уменьшенными расходами цемента приго-тавливаются замесы с добавками, количество которых назначается в соответствии с «Руководством по применению химических добавок в бетоны». Ориентировочные границы оптимальных дозировок добавок различного назначения приведены в табл. 2.1, 2.6, 3.1, 6.2, 6.3. • формуются образцы, которые затем пропариваются или выдерживаются в естественных условиях и испытываются на прочность при сжатии. По результатам испытаний устанавливается оптимальный состав с минимальным расходом цемента. Область оптимальной дозировки добавки выбирают следующим образом. Изготавливают бетонные смеси и бетоны с дозировками, равными граничным значениям, указанным в табл. 6.2, 6.3, 7.1 и с 2-4 промежуточными дозировками. По значению критериев эффективности (по ГОСТ 24211) определяют область оптимальной дозировки добавки. Для уточнения оптимальной дозировки повторно изготовляют бетонную смесь с 2–4 дозировками добавки, отличающимися друг от друга на 20–30%. 203
Оптимальная дозировка добавки – это минимальное количество добавки, при введении которой в состав бетона достигается максимальный эффект действия по критериям эффективности в соответствии с ГОСТ 24211. При подборе состава бетона с пластифицирующими, пластифицирующе-воздухововлекающими, воздухововлекающими, гидрофобизующими и комплексными на их основе добавками, жесткость бетонной смеси с добавкой должна соответствовать жесткости бетонной смеси без добавки. Подвижность бетонной смеси с добавкой следует назначать по данным табл. 7.2 исходя из требуемой для производства подвижности бетонной смеси без добавки. Таблица 7.1 Вид добавки (по ГОСТ 24211) Пластифицирующая, групп: I II – IV Стабилизирующая и водоудерживающая водорастворимая полимерная Улучшающая перекачиваемость Замедляющая схватывание и твердение Воздухововлекающая, пенообразующая (для легкобетонных смесей) Ускоряющая схватывание и твердение Водоредуцирующая, групп: I II – IV Кольматирующая поры: - неорганическая соль - смола на основе битума Газообразующая Воздухововлекающая (для повышения стойкости бетона) Повышающая защитные свойства по отношению к стальной арматуре Противоморозная Гидрофобизирующая I- III групп
Ориентировочноезначение оп-тимальной дозировки,%, массы цемента (в пересчете на сухое вещество 0,3-1,5 0,005-1,0 0,005-0,2 0,01-0,2 0,02-0,3 0,05-0,4 0,5-2,5 0,3-1,5 0,005-1,0 1,0-3,0 3,0-10,0 0,01-0,1 0,005-0,35 2,0-2,5 3,0-15,0* 0,2-2,0
* Значение дозировки зависит от температуры окружающей среды и находится в обратно пропорциональной зависимости от нее. 204
Таблица 7.2 Подвижность бетонной смеси (во время укладки) Бетонная Бетонная смесь с добавкой с осадкой конуса: смесь без ЛСТ;ПАЩ-1; ЛСТ+ ГКЖ- М1; ВЛХК; ГКЖ-10; ГКЖ-11; добавки 94; ЛСТ+ПГЭН; ЛСТ+СН; НЧК; КЧНР; ЛСТ+СНВ; с осад- ЛСТ+НН1; ЛСТ+НК; ЛСТ ЛСТ+СПД; ПАЩ-1+СНВ; ПАЩкой ко- +ХК; ЛСТ+ННСН; ЛСТ+ 1+СПД; СНВ+СН; СНВ+НК; нуса, см ННХК; ГКЖ-10 + НК; СНВ+ННХК; СПД+СН; ГКЖ-11+ НК; НЧК + СН; СПД+НК; СПД+ННХК КЧНР+ННСН 0-1 0-1 0-1 1-3 1-2 1-2 3-6 3-5 2-5 6-8 5-7 4-6 8-10 7-9 6-8 10-12 9-11 8-10 12-14 11-13 10-12
СНВ; СПД; ЦНИПС-1
0-4 0-2 2-4 3-5 4-6 5-7 6-8
Пример подбора состава бетона с пластифицирующей добавкой Исходные данные: Требуется подобрать состав бетона с добавкой ЛСТ при условии, что расход материалов на 1 м 3 бетона марки 400 без добавки составляет: – среднеалюминатного портландцемента марки 500 – 425 кг, – песка средней крупности – 625 кг, – щебня фракции 5–20 мм – 1159 кг, – воды – 191 л для достижения подвижности бетонной смеси 4 см по осадке стандартного конуса. Требуемая прочность бетона через 4 часа после тепловой обработки по режиму 2+ 3+ 6+ 2 составляет 28 МПа. Решение задачи Как отмечалось выше, в случае применения среднеалюминатного цемента при введении добавки ЛСТ расход цемента можно сократить на 8%. При этом количество добавки должно находиться в пределах 0, 15-0, 25% от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Определяем долю песка в исходной смеси без добавки: г=б25/1159=0, 35. Долю песка в составе бетона с добавкой и величину В/Ц оставляем неизменными. Тогда расход материалов при уменьшенном на 8% расходе цемента составит: -цемента... 425 – 425 х 0,08 = 391кг, -воды..........391х 0,45=176 л, -песка........625+ (34 + 15) х 0,35 = 642 кг, (425-391=34 кг за счет цемента; 191–176 =15 кг за счет воды;) 205
-щебня.....1159 + (34 + 15) х 0,б5 = 1191 кг; где 0,65 доля щебня в смеси заполнителей (1 – 35 = 0,65) -ЛСТ (сухого)......391х0.0015=0,59 кг В 1 литре 5% раствора ЛСТ, применяемого в качестве добавки сухого вещества содержится 0,051 кг. Для введения в бетон требуемого количества ЛСТ в виде 5% раствора плотностью 1,021 г/см куб. потребуется: 0,59/0,051 = 11,5 л С учетом воды, содержащейся в 5% растворе добавки количество воды затворения бетонной смеси составит: 176 – (11,5 х 1,021– 0,59) = 164,8 л Аналогичным образом производятся расчеты составов бетона с дозировками добавки 0,2 и 0,25%. Результаты расчетов сводятся в табл. 7.3. Таблица 7.3 Расчетные составы бетона с добавкой ЛСТ № Колсоста- во ва ЛСТ, % 1 2 0,15 3 0,2 4 0,25
Расход материалов, кг/м куб. Щ В 5% р-р добавки ЛСТ
Ц
П
425 391 391 391
625 642 642 642
1159 1191 1191 1191
191 164,8 161,1 157,4
11,5 15,3 19,1
В/Ц
Уменьшение расхода цемента,% 8 8 8
0,45 0,45 0,45
Из рассчитанных составов бетона приготавливают лабораторные замесы, причем за счет корректировки воды затворения добиваются получения смесей одинаковой подвижности, в данном случае 3–4 см. Затем формуют контрольные образцы, которые пропаривают по принятому режиму и испытывают на прочность при сжатии. Допустим, что по результатам лабораторных испытаний свойства бетонных смесей и прочность бетона имели показатели, которые приведены в табл. 7.4. Таблица 7.4 Показатели бетонных смесей и бетона с добавкой ЛСТ № состава 1 2 3 4
206
Фактические показатели бетонной смеси Ср. плотность ОК, В/Ц кг/м3 см 2400 4 0,45 2400 3 0,47 2390 3 0,45 2385 3 0,43
Прочность бетона после пропаривания Через 4 часа МПа % от R28 28,0 70 25,2 63 27,6 69 24,0 60
Через 28 суток МПа % от R28 40,5 101 36,0 90 39,6 99 36,8 92
По данным табл. 7.4 можно сделать вывод, что для производства следует принять состав 3. Для этого состава определяют фактический расход материалов в связи с изменением средней плотности бетонной смеси и увеличением объема ее выхода за счет некоторого объема вовлеченного воздуха. Тогда расход материалов для принятого состава бетона будет равен: цемента.....................391х2400/2390=389 кг песка.........................642х2400/2390=638 кг щебня.......................1191х2400/2390=1188 кг воды.........................161,1х2400/2390=160 л ЛСТ, 5% раствора..15,3х2400/2390=15,2 л. Пример подбора состава литого бетона с суперпластификатором Требуется подобрать состав тяжелого бетона марки 400 с добавкой суперпластификатора С-3. Материалы те же, что и в примере подбора состава бетона с добавкой ЛСТ. Исходная бетонная смесь без добавки имела подвижность 2–4 см. Требуется получить смесь подвижностью 22–24 см. Прочность бетона сразу после пропаривания по режиму 2+3+6+2 должна составить 28 МПа, т.е. 70% от марочной. Решение задачи В соответствии с ГОСТ 27006-86 подбирают состав бетона без добавки, который после экспериментальной проверки и уточнения имеет следующий состав: цемента...392кг; песка......650кг, щебня....1155кг; воды......200л. Водоцементное соотношение составляет 0,51. Доля песка в смеси заполнителей г=0,3б. Приготавливают лабораторный замес бетонной смеси данного состава без добавки и с добавкой суперпластификатора в количестве 0,5 и 0,6% от массы цемента. При этом величины В/Ц и г оставляют постоянными. Замеряют осадку конуса бетонной смеси во всех составах. Допустим, что в составе без добавки осадка конуса составила 3 см, в смеси с добавкой 0,5% С-3 ОК=18 см и с добавкой 0,6% С-3 ОК = 24 см. Оказалось, что в составе с добавкой С-3 в количестве 0,6% наблюдается расслоение бетонной смеси и заметное водоотделение. Считаем, что эта смесь не пригодна для изготовления бетона. Тогда дополнительно приготовим еще два состава смеси с содержанием добавки 0,6 и 0,7%, но расход воды уменьшим до достижения величины осадки конуса, равной 22 см. Из полученных смесей изготавливаются контрольные образцы, которые пропариваются по заданному режиму и испытывают затем на 207
прочность при сжатии. По результатам испытания оказалось, что прочность бетона без добавки составила 29 МПа, с добавкой 0,6% С-3 -26 МПа, а с добавкой С-3 в количестве 0,7% – 29,5 МПа. Следовательно, оптимальное содержание добавки С-3 для обеспечения требуемой подвижности бетонной смеси и прочности бетона составляет 0,7% от массы цемента. Фактический расход материалов в связи с возможным изменением средней плотности бетонной смеси, а также расход воды с учетом водного раствора добавки определяется так же, как и в предыдущем примере. Пример подбора состава бетона с ускорителем твердения (для сокращения режима тепловой обработки) Исходные данные Требуется подобрать оптимальное количество добавки сульфата натрия для сокращения продолжительности режима тепловой обработки бетона марки 200 и его состав, обеспечивающий прочность после пропаривания не менее 14 МПа. Исходный состав бетона данной марки, подобранный в соответствии с ГОСТ 27006-86, оказался следующим: цемента – 310 кг; песка – 620 кг; щебня – 1315 кг, воды – 155 л. Пропаривание изделий из бетона без добавки производится по режиму: 2+3+6+3 ч при температуре изотермической выдержки 80 оС. Решение задачи. Как отмечалось выше, оптимальное содержание добавки сульфата натрия в бетонной смеси находится в пределах 1–2% от массы цемента. Определяем прирост прочности бетона с содержанием добавки 1, 1,5 и 2,0% от массы цемента. Для этого рассчитываем сначала количество сухой добавки для обеспечения заданной концентрации в бетонной смеси: -при содержании добавки 1% от массы цемента количество соли составит: 310х0,01=3,1кг. Сульфат натрия вводится в бетонную смесь, как правило, в виде водного раствора 10% концентрации, плотностью 1,092 г/см куб. Следовательно, для введения в бетон 3,1 кг соли в виде 10% раствора на 1 м 3 смеси его потребуется: 3,1/0,1092=28,4 л. В данном количестве водного раствора соли воды содержится: 1,092х28,4-3,1=27,9 л. Таким образом, количество воды затворения с учетом водного раствора добавки для приготовления 1 м 3 бетонной смеси составит: 15527,9=127,1 л. Аналогичные расчеты производятся и при введении добавки в количествах 1,5 и 2,0% от массы цемента. 208
Далее приготавливаются лабораторные замесы бетонных смесей без добавки и с указанными количествами ускорителя твердения, формуются контрольные образцы, которые пропариваются по принятому режиму и испытываются на прочность сразу после пропаривания и в возрасте 28 суток. Результаты испытаний сводят в табл. 7.5. Таблица 7.5 Составы смесей и результаты испытания бетона № Кол-во соста суль-ва фата натрия 1 2 3 4
1 1,5 2
Расход Расход воды, раствора л добавки, л 155 127,1 113,1 99,1
28,4 42,6 56,8
Прочность образцов после пропаривания через 4 часа в возрасте 28 суток МПа % от марки МПа % от марки бетона бетона 14 14,2 15,4 14,8
70 71 77 74
20,2 20,4 21,2 20,8
101 102 106 104
В табл. 7.5 не приведены расходы цемента, песка и щебня, так как они в этом случае не изменяются и соответствуют расходам состава без добавки. По результатам испытаний образцов, приведенных в табл. 7.5, видно, что наибольшее повышение прочности бетона происходит при содержании добавки 1,5% от массы цемента. Ориентировочная продолжительность пропаривания бетона с оптимальным содержанием ускорителя твердения находится по формуле: Вд=В-аВ(Кд-К), (7.1) где: Вд – продолжительность режима ТВО, включая и предварительную выдержку; В – то же, бетона без добавки; Rд – прочность бетона с добавкой в регламентированный срок после ТВО в% от R28, R. – то же, бетона без добавки; а – коэффициент, принимаемый равным 0,02, 0,03 или 0,04 при прочности бетона после ТВО, соответственно, 50, 70 и 85% от марочной прочности. Вд=14-0,03х14 (77-70)=11 ч. (7.2) Для проверки этого положения приготавливают бетонные образцы с оптимальным количеством добавки, которые пропаривают по режимам 2+3+3+3 и 2+2+4+3 ч. Допустим, что прочность бетона сразу же после пропаривания по первому режиму составила 13,3 МПа, а по второму режиму – 14,5 МПа. Следовательно, второй режим обеспечивает получение бетона заданной прочности, равной прочности бетона без добавки. Таким образом, сокращение продолжительности ТВО бетона за счет введения данного ускорителя твердения составляет: 14-11=3ч. 209
7.1. Особенности подбора состава легкого бетона с химическими добавками Состав плотного легкого бетона с поверхностно-активными добавками подбирается теми же методами, что и бетона без добавок. При этом для определения эффективности добавок приготовляют дополнительные замесы с добавками и без них с целью установления их расхода и эффективности (например, возможность снижения расхода воды, цемента и песка, уменьшения значения В/Ц, повышения морозостойкости и т. п.) Ориентировочный расход некоторых поверхностно-активных добавок для плотных легких бетонов приводится в табл. 6.3. Полный перечень всех видов добавок приведен в ГОСТ 24211-2003 или в “Руководстве по применению химических добавок”.
7.2. Оценка эффективности добавок в производственных условиях Добавки должны обеспечивать приготовление бетонных смесей и бетонов с показателями качества, соответствующими требованиям проектной и нормативной документации на данные виды изделий и конструкций. Испытания следует проводить в лаборатории предприятия на его материалах, составах бетонов применительно к конкретной технологии изготовления изделий и конструкций при соблюдении следующих требований: – подготовка материалов и их дозирование; – способ перемешивания бетонных смесей по возможности должен соответствовать способу, применяемому на производстве, особенно для добавок воздухововлекающего действия; – в случае оценки влияния добавки на показатели качества бетонных смесей и бетонов, определяющих критерий ее эффективности по ГОСТ 24211, последовательность проведения испытаний; – для бетонов с добавками, содержащими водорастворимые соли щелочных металлов в количестве более 0,3% от массы цемента (в пересчете на Na2O ), следует определять высолообразование. Второй этап оценки эффективности добавок проводят непосредственно на производстве при соблюдении следующих требований: – точность дозирования всех составляющих по ГОСТ 7473; 210
– при необходимости осуществляют корректировку составов бетонов с добавкой, в том числе ее оптимальной дозировки; – эффективность добавки оценивают по исследуемым показателям качества бетонных смесей и (или) бетонов. Рабочий состав бетона с добавкой, ее оптимальную дозировку следует уточнять при изменении на предприятии качества материалов, партии добавки, технологического процесса изготовления бетонных и железобетонных изделий и конструкций. С целью получения количественных зависимостей и экономии опытов при оценке комбинированного эффекта от применения добавки используют метод математического планирования эксперимента. По результатам планированного эксперимента устанавливают необходимые зависимости свойств бетонной смеси и бетона от дозировки добавки, параметров состава, расхода материалов и других технологических факторов, способных повлиять на эффективность действия добавки. Указанные зависимости используют в дальнейшем для корректировки оптимальной дозировки добавки и оценки ее эффективности. Планирование эксперимента, построение количественных зависимостей и их анализ, в том числе с применением ЭВМ, проводят в соответствии с методическими пособиями и рекомендациями научноисследовательских институтов, утвержденными в установленном порядке.
211
8. Технология приготовления химических добавок. Технологические схемы и оборудование
В настоящее время на заводах сборного железобетона, а также в монолитном строительстве широко применяются различные химические добавки. Однако процессы приема, хранения приготовления и дозирования химических добавок в большинстве случаев примитивны, так как используются устаревшие средства автоматизации и механизации. Почти на каждом заводе имеется свое, отличное от других то или иное техническое и проектное решение по применению добавок в производстве бетонных смесей. Это связано с наличием широкой номенклатуры химических добавок и специфических особенностей производства железобетонных изделий и широкого использования побочных продуктов химических и других отраслей промышленности, а также отсутствием единых современных автоматизированных линий по приему, хранению, приготовлению и дозированию многокомпонентных химических добавок. Технологический процесс приготовления химических добавок включает в себя такие операции, как прием добавок, их хранение, растворение и приготовление растворов рабочих концентраций, и, наконец, дозирование рабочих растворов добавок в бетоносмесители. Компоненты химических добавок могут поставляться на заводы ЖБИ и растворные узлы строительных площадок, как в жидком, так и в твердом виде. Поэтому их прием и первичное хранение принципиально отличаются. Жидкие добавки или жидкие компоненты комплексных добавок поставляются на заводы в автомобильных или железнодорожных цистернах, из которых перекачиваются при помощи центробежных насосов в стационарные сливные резервуары. В холодное время года для разгрузки цистерн предусмотрен их подогрев глухим паром при помощи переносного подогревателя, опускаемого внутрь цистерны краном-укосиной с ручной лебедкой. В ряде проектов сливные резервуары расположены ниже нулевой отметки, поэтому цистерны разгружаются самотеком. Из сливного ре212
зервуара добавка подается в резервуар для хранения при помощи центробежного насоса. Резервуар для хранения жидкой добавки устанавливают, как правило, в отделении для хранения добавок. Добавки следует хранить в условиях, исключающих попадание в них посторонних веществ и атмосферных осадков. Водные растворы добавок должны храниться в закрытой таре, порошкообразные и кристаллические продукты – в условиях, исключающих увлажнение. Добавки, подвергающиеся замораживанию, должны после оттаивания сохранять свой основной положительный эффект и не приводить к ухудшению свойств бетонной смеси и бетона. Добавки для бетона поставляют партиями. За партию принимают объем или массу одновременно поставляемого однородного по качеству продукта, полученного за одну или несколько технологических операций и сопровождаемого одним документом о качестве. Документ о качестве добавки должен содержать следующие данные: – наименование предприятия-изготовителя и его товарный знак; – наименование продукта; – дату изготовления; – номер партии; -массу брутто и нетто (объем); – результаты испытаний по соответствующему государственному стандарту или ТУ; – вид тары и число упаковочных единиц в партии; – знак опасности по ГОСТ 19433 (в случае необходимости); – правила загрузки и разгрузки добавок, в том числе их оттаивание при поставке в зимнее время (в случае необходимости). Порошкообразные добавки, например сульфат натрия, поступают на завод в мешках, разгружаются электрической талью, укладываются на самоходные тележки или электрокары и доставляются на склад порошкообразных добавок, либо непосредственно в отделение приготовления рабочих растворов добавок. Помещения для хранения жидких и порошкообразных добавок должны быть оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией (рис. 8.1). Растворение добавок и последующее разбавление до получения удобной для дозирования концентрации производится в специальных баках емкостью от 3 до 6 м3 (рис. 8.2). Баки следует оборудовать регистрами для подогрева раствора, пропеллерными мешалками для ускорения растворения добавок, замкнутой системой трубопровода с центробежным насосом для перемешивания и усреднения раствора перед его подачей в расходные емкости. Баки для растворения порошкообраз213
ных добавок оборудуются специальными сеточными контейнерами для того, чтобы избежать попадание нерастворенных продуктов, осадков и твердых предметов в насос и трубопроводы.
Рис. 8.1. Склад химических добавок: 1-центробежный насос; 2-вентиляционный стояк; 3-вытяжная вентиляция; 4-цисцерна для хранения жидкой добавки; 5-приямок; 6паропровод; 7-трубопровод для слива нерастворимых остатков Растворение порошкообразных добавок происходит следующим образом. Порошок из мешков засыпают в сетчатый контейнер бака для растворения добавки, закрывают люки и подают воду до требуемого уровня при включенной пропеллерной мешалке. Далее включают обогрев бака и центробежный насос для циркуляции раствора. Жидкость при этом начинает циркулировать по кольцу, проходит через сопла и направляется на отбойную выгнутую пластинку, приобретая при этом круговую траекторию, что совместно с воздействием пропеллерной мешалки, обеспечивает интенсивное перемешивание жидкости и растворение твердых добавок. 214
После растворения добавок, первичный раствор имеет концентрацию 10–15%. Для обеспечения требуемой точности дозирования добавок в бетонную смесь, исходный раствор целесообразно разбавить водой до 5% концентрации. Разбавление исходных растворов добавок до рабочей концентрации осуществляется, как правило, в баках большей емкости, по сравнению с баками, где происходит растворение добавок. Схема приготовительного резервуара (бака) для растворения порошкообразных добавок
Рис.8.2: 1 – резервуар; 2- сеточный конвейер; 3- отбойная вогнутая пластина; 4-сопло трубопровода; 5-люк; 6- верхний указатель уровня; 7- электродвигатель; 8- крышка резервуара; 9 -трубопровод; 10, 11, 19 и 20 вентили;12- замкнутый трубопровод; 13- центробежный насос; 14трубопровод для слива нерастворимых остатков; 15- паропровод; 16очистная сетка; 17- лопасть мешалки; 18- датчик плотности раствора; 21-трубопровод для подачи воды. 215
Схема растворения порошкообразных добавок фирмы "ЕгеЬпг Но1еЦпд" (Швейцария)
Рис. 8.3: 1–бункер с весовым устройством для порошкообразных добавок; 2-бак первичного растворения; 3, 6, 8, 10, 21, 25 – клапаны; 4,5 -трубопроводы; 7, 26, 28 – электрические цепи; 9 – трубопровод возврата раствора- 11 – прибор для определения плотности раствора; 12 – трубопровод готового раствора; 13 – очистное устройство; 14 – перфорированные решетки; 15 – бак вторичного растворения; 16 – насос; 77, 19 – отбойные пластины; 18 – трубопровод обратной подачи; 20 – трубопровод сброса пароконденсата; 22 – полость для пароразогрева; 23 – датчик температуры; 24 – паропровод; 27 – датчик регулирования положения клапана паропровода. Эти баки также оборудованы пропеллерной мешалкой и замкнутой системой принудительной циркуляции жидкости. Обогрев жидкости в этих баках не производится. 216
На рис. 8.3 представлена схема для растворения порошкообразных материалов, разработанная в Швейцарии. Процесс растворения и контроля концентрации конечного продукта осуществляется следующим образом. Добавка в виде порошка и вода подаются в первичный резервуар растворения. С целью интенсификации процесса растворения корпус резервуара обогревается паром, а для поддержания заданной температуры внутри резервуара смонтирован датчик температуры, связанный с клапаном паропровода. Из первого резервуара раствор поступает в резервуар вторичного растворения и, пройдя очистное устройство по трубопроводу обратной подачи, нагнетается в первый резервуар. При этом конец трубопровода обратной подачи выполнен в виде сопла, а жидкость направляется на отбойную пластину с двумя симметрично вогнутыми участками, в результате чего приобретает круговое движение. Концентрация раствора контролируется автоматическим плотномером, связанным электрически с клапаном подачи воды и с весовым устройством подачи порошка добавки. Приготовление рабочих растворов добавок, поступающих на завод в виде концентрированных водных растворов, осуществляется также, как и в случае приготовления рабочих растворов из твердых добавок. Дозирование рабочих растворов химических добавок осуществляется при помощи дозаторов различного типа. Управление дозировками добавки осуществляется автоматически. Существенным недостатком этого типа дозаторов является подача в дозатор концентрированных растворов добавок, что приводит к снижению точности дозирования. Для дозирования водных растворов химических добавок для многомарочной технологии бетона разработаны весовые дозаторы, состоящие из весовой емкости, подвешенной на рычагах, четырех впускных и одного выпускного затворов, циферблатного указателя с круговой шкалой. Например, в системе "АККА-ВЕТОН предусмотрены две модификации дозаторов, рассчитанных на наибольшую дозу до6авки 15 и 30кг применительно к смесителям с объемом готового замеса 330-500 и 8001000 л., соответственно. При необходимости дозирования большей массы добавки используют имеющийся дозатор воды, которым сначала дозируют воду, а затем требуемое количество водного раствор добавки. ЗАО «345 Механический завод» разработал тензометрические дозаторы дискретного действия серии ДВТ-ХХХ (табл. 8.1), которые предназначены для дозирования воды, химических добавок и других жидкостей с истинной плотностью около 1000 кг/м3. 217
Таблица 8.1 Технические характеристики дозаторов Наименование обозначения Пределы дозирования, кг: наибольший наименьший Предел допускаемых отклонений массы дозы от номинальных значений,% Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Масса, кг
ДВТ-15
Тип дозатора ДВТ-30 ДВТ-140
ДВТ-300
15 3 ±1
30 3 ±1
14 14 ±1
300 30 ±1
300 348 1370 28
300 348 1470 31
608 708 1193 83
720 820 1458 112
Дозатор состоит из весовой емкости, затвора с пневмоприводом, крепежной серьги (или крюков), тензодатчика, блока управления и питателя. Дозаторы этой серии имеют четыре модификации, отличающиеся наибольшим пределом дозирования, наименьшим пределом дозирования, производительностью и габаритными размерами. Таблица 8.2 Технические характеристики объемных дозаторов Параметры ДОП-6-12У4 ДОП-25-12У4 ДОП -45-12У4 Пределы дозирования, л 0,8-6 6-25 16-45 Цена деления, л 0,05 0,2 0,5 Погрешность дозирования,% 2 Давление воды в сети, МПа 0,07 Продолжительность дозирования, с 40 Напряжение в сети, В 220 220 220 Размеры, мм длина 268 516 585 ширина 465 высота 1164 1729 1729 Масса, кг 120 180 190
Дозатор (рис. 8.4) представляет собой замкнутую цилиндрическую емкость с помешенным ней поплавком с постоянным магнитом. Снаружи дозатора предусмотрены впускной и сливной клапаны, а внутри имеются 14 геркеновых датчиков: верхнего и нижнего уровней 218
и 12 промежуточных, положение которых можно менять в зависимости от требуемой дозы добавки. Дозатор добавок
Рис. 8.4: 1-дозатор; 2-впускной клапан; 3-фильтр; 4-выпускной клапан; 5-выпускной клапан. Устройство для автоматического дозирования жидкости фирмы «Koal Industri Poljvat Getrenke Futpmaten»
Рис. 8.5: 1- бак с готовым раствором; 2-воздухопровод;3- плита мембраны; 4, 11, 12-клапаны; 5- мембраны; 6-стержень мембраны; 7- фотоэлемент; 8- пульт управления; 9-реле времени; 10-выпускной трубопровод; 13-трубопровод подачи готового раствора. 219
Дозатор приводится в действие следующим образом: на пульте управления набирается шифр требуемой дозы. При подаче добавки в емкость дозатора поплавок поднимается вверх и, дойдя до заданного уровня, замыкает электрическую цепь, давая команду на закрытие впускного клапана. После набора доза сливается, причем цикл заканчивается после полного слива добавки из емкости, о чем сигнализирует датчик нижнего уровня. На Ростокинском заводе ЖБИ применяют объемный дозатор, представляющий собой емкость с электродами, погруженными на различную глубину (рис. 8.4). В зависимости от требуемой порции добавки на замес бетонной смеси на один из электродов подается напряжение 12 в. По мере поступления добавки ее уровень в дозаторе поднимается и замыкает электрическую цепь, выдавая команду исполнительному механизму на закрытие клапана и прекращения подачи раствора добавки. На рис. 8.5 приведено устройство для автоматического дозирования заданного количества жидкости, разработанное в ФРГ. В резервуар подается готовый раствор, затем сосуд герметизируется. По сигналу командного аппарата открывается клапан воздухопровода, и сжатый воздух наполняет объем «А» резервуара. Одновременно сжатый воздух воздействует на эластичную мембрану, в нижней части которой укреплен стержень, расположенный в зоне фотоэлемента. Как только под действием заданного давления мембрана прогибается, стержень перекрывает воздухопровод и открывается выпускной клапан. По мере уменьшения давления сжатого воздуха мембрана распрямляется, стержень поднимается, освобождая путь световому потоку. Затем процесс повторяется в колебательном режиме. Во Франции (рис. 8.6) предложена схема дозирования, содержащая линию подачи раствора добавки заданной концентрации, центробежный насос, бак с опущенными в него электродами, линию подачи дозы добавки в смеситель и задатчик доз, смонтированный на пульте управления. Принцип действия дозатора аналогичен принципу действия дозатора Ростокинского завода. Погрешность дозирования ±2%. Дозатор обеспечивает выдачу 18 различных доз без переналадки. При другом способе дозирования (рис. 8.6а) объем заданной дозы устанавливается по шкале, связанной с поплавком, находящимся в мерном сосуде. Схемой предусмотрен слив добавки из напорного бака при достижении ею заданного уровня в мерном сосуде. После поворота трехходового крана раствор добавки сливается в смеситель. При маломарочной технологии задатчик на шкале перемещается вручную, а с помощью электропривода -при многомарочной технологии. 220
Для одновременного дозирования нескольких добавок предложена схема (рис. 8.6 б), при которой на каждую добавку предусмотрен свой насос-дозатор. Количество каждой поступающей добавки определяется с помощью реле времени. Схема достаточно проста, погрешность дозирования ± 5%.Фирмой также разработана схема, в которой дозатором служит насос плунжерного типа (рис. 8.6 в). Схема предусматривает два способа подачи добавки в смеситель: непосредственно из насоса плунжерного типа и через дозатор для жидкости путем последовательного дозирования первоначально воды, а затем добавки. Заданная доза устанавливается на пульте управления путем регулирования реле времени на заданную продолжительность подачи добавки. Принципиальная схема объемных дозаторов добавок фирмы «Сhtysto А. Rоbеrt,» (Франция)
Рис. 8.6: а – бак с поплавком; б – одновременное дозирование трех видов добавок; в-с плунжерным насосом; 1 – расходный бак; 2 – трубопроводы; 3 – насос; 4 – обратный клапан; 5 – смеситель; 6 шкала; 7 – поплавок; 8 – мерный бак; 9 – трехходовой кран; 10 – напорный бак; 11 – сливная труба; 12 – фильтр; 13 – пульт управления; 14 – плунжерный насос; 15 – дозатор воды 221
8.1. Основные технологические схемы приема, приготовления рабочих растворов и дозирования добавок В данном разделе будут рассмотрены основные технологические схемы линии по приему, хранению, подаче, приготовлению химических добавок, применяемые на заводах ЖБИ. Простая и надежная схема приготовления и дозирования добавок разработана КТБ "СТРОИИНДУСТРИИ" (рис. 8.7). В состав линии входят: приготовительный бак (П), расходный бак (Р), буферный бак (Б), объемный дозатор и система трубопроводов с центробежными насосами. Приготовительный бак предназначен для из жидких и пастообразных исходных продуктов. Он оснащен загрузочными корзинами (3), мешалкой (4), нагревателями (2), счетчиками воды, термометром, датчиком уровня, фильтрами и трубопроводами. Бак для накопления технологического запаса рабочих растворов добавок имеет емкость в два раза большую, чем емкость бака (П) и обеспечивает постоянное давление на входе дозатора. Технологическая схема приготовления и дозирования добавок КТБ "СТРОИИНДУСТРИИ»
Рис. 8.7: 1 – приготовительный бак; 2 – труба для подачи пара; 3 – емкость для загрузки сухой добавки; 4 – мешалка; 5 – нормально открытый клапан; 6 – фильтры; 7 – насосы; 8 – расходный бак; 9 – промежуточный бак; 10 – дозатор; 11 и 12 – впускной и сливной клапаны; 13 – обратный клапан; 14 – обратная линия 222
Для перекачивания раствора добавок, и предупреждения выпадения осадков в схеме предусмотрена оборотная линия, по которой добавка может быть перекачена из одного бака в другой. Отдозированная добавка поступает в двухфракционный дозатор воды. Система автоматики в данной технологической линии достаточно проста и вписывается в общую систему автоматизации бетоносмесительного узла. Для приготовления и дозирования жидких добавок может быть использована схема, включающая только два бака – приготовительный и расходный. Отдозированная добавка сливается в двухфракционный дозатор воды и вместе с ней поступает в смеситель. Слив добавки из приготовительного и расходного баков осуществляется по обратной линии. Для предупреждения переполнения приготовительного бака предусмотрен поплавковый клапан, а для ускорения растворения добавки мешалка. Такая схема разработана Ростокинским заводом ЖБК (Москва) (рис. 8.9). Дозатор представляет собой емкость с электродами, погруженными на различную глубину. В зависимости от требуемой порции добавки на замес на один из электродов подается напряжение до 12 В. По мере поступления добавки ее уровень в дозаторе поднимается. Водный раствор добавки, являющийся хорошим проводником, дойдя до электрода, находящегося под напряжением, замыкает электрическую цепь, выдавая команду исполнительному механизму на закрытие клапана и прекращение подачи добавки. Отдозированная добавка сливается в двухфракционный дозатор воды и вместе с последней поступает в смеситель. Слив добавки из приготовительного и расходного баков осуществляется по обратной линии. Для предупреждения переполнения приготовительного бака предусмотрен поплавковый клапан, а для ускорения растворения добавки – мешалка. В проекте, разработанном ВНИИжелезобетоном, предусмотрены две линии: для жидких добавок, например для СП и порошкообразных (твердых) добавок, например для ускорителя твердения- сульфата натрия. Данная схема позволяет использовать комплексные добавки, причем блочная компоновка технологического оборудования дает возможность использовать большое количество добавок. Во всех отделениях и резервуарах применено единое унифицированное оборудование (рис. 8.10.). В соответствии с этой схемой жидкие добавки доставляются на завод железнодорожным транспортом в виде раствора 20-З0% концентрации и разгружаются самотеком в стационарный резервуар вместимостью 5 м3. Во всех отделениях и резервуарах установки применено единое унифицированное оборудование. 223
Схема приготовления и дозирования добавок, разработанная Ростокинским заводом ЖБИ Главмосстроя
Рис.8.9: 1 – бак для хранения добавок; 2 – фильтр; 3 – насос; 4 – нормально открытый клапан; 5 – мешалка; 6 – поплавок; 7 – приготовительный бак; 8 – расходный бак; 9 – обратный клапан; 10 – дозатор добавки; 11 – дозатор воды; 12 – обратная линия В холодное время предусмотрен подогрев цистерны глухим паром при помощи переносного подогревателя, опускаемого внутрь цистерны краном-укосиной с ручной лебедкой. Из сливного резервуара жидкие добавки подаются насосом в резервуар (1) для хранения вместимостью 50 м3 (рис. 8.10). В зависимости от принятой технологии могут быть приняты три-четыре таких резервуара. Из последнего резервуара добавка насосом подается в приготовительный бак (6) вместимостью 6 м3, где достигается требуемая концентрация добавки. Приготовительный резервуар оборудован лопастной мешалкой, указателем уровня и устройством для измерения концентрации раствора – концентратором. Приготовленная добавка 5% концентрации насосом закачивается в расходные баки вместимостью 2-3 м3, оборудованные верхним и нижним указателями уровней и плотномером. 224
Схема оборудования для приема, переработки и дозирования химических добавок, разработанного НИИЖелезобетоном
Рис. 8.10: І- трубопровод подачи жидкой добавки; II- промывочный трубопровод; III- водопровод; 1V- электроклапан; V- линия слива нерастворимых осадков; VI – фильтр; VІІ- насос; 1- бак для слива жидких добавок из цистерны; 2- железнодорожная цистерна; 3- кран; 4 -переносной пароразогреватель; 5- бак для хранения добавок; 6- бак для приготовления рабочего раствора добавок; 7-бетоносмеситель; 8-весовой дозатор добавки; 9-дозатор воды типа АВДЖ; 10 – расходный бак; 11кран; 12-краны; 13-самоходная тележка; 14- бак для растворения добавок; 15 – бак для приготовления добавок. 225
Дозирование добавки осуществляется или специальным дозатором или дозатором воды путем последовательного взвешивания. Порошкообразные добавки, например сульфат натрия, поступают на завод в мешках, разгружаются электроталью и доставляются самоходными тележками в отделение для хранения добавок. После растаривания продукт пересыпается в бадью, взвешивается и направляется в приготовительный резервуар (14) вместимостью 6м3, где растворяется и разбавляется водой до 10-15% концентрации. В резервуаре смонтированы лопастная мешалка, глухие регистры для подогрева жидкости до 80 градусов в течение З0 минут, трубопроводы сжатого воздуха для барботажа, указатели верхнего и нижнего уровней и плотномер. Нижняя часть резервуара оборудована трубопроводом с вентилем для слива отходов. В верхней части устанавливаются два съемных сетчатых контейнера. Растворение порошкообразной добавки происходит следующим образом. Добавку подают в сетчатый контейнер, после чего люки закрывают, в бак подают воду до положения, при котором срабатывает верхний указатель уровня. Одновременно с заполнением резервуара водой включают лопастную мешалку и по регистрам подают пар, при этом автоматически перекрываются вентиль 10, открываются вентили 11, 19, 20 и включается центробежный насос. Жидкость при этом начинает циркулировать по кольцу, проходит через сопла и направляется на отбойную вогнутую пластину, приобретая при этом круговую траекторию. Таким образом, жидкость, находящаяся под воздействием лопастной мешалки и круговой траектории циркуляции, интенсивно смешивается с добавкой. После приготовления первичного раствора добавки с концентрацией 10 -15%, жидкость подается в бак вместимостью 10 м3, где разбавляется водой до 5% рабочей концентрации. Необходимость двойного приготовления добавки вызвана требованиями равномерного распределения добавки в воде. В установке возможно приготовление комплексных добавок, как каждой отдельно, так и нескольких одновременно. Для устранения коррозии трубопроводов и баков в системе предусмотрена их промывка, причем промывная жидкость используется для приготовления новых порций добавок или через дозатор воды подается в бетоносмеситель. Техническая характеристика оборудования линии ВНИИжелезобетона Годовой выпуск, тыс. м................. 90 Число рабочих в смену.........................2 226
Запас добавок на расчетное время работы, ч..... 8–10 Установленная мощность токоприемников, кВт.34 Масса технологического оборудования, т.......38 Схема приготовления комплексной добавки ЛСТ+СН
Рис. 8.11: 1-бак для растворения сульфата натрия, оборудованный мешалкой и регистрами для подогрева воды; 2- бак для приготовления рабочего раствора; 3- центробежный насос;4-расходная емкость рабочего раствора сульфата натрия; 5- расходная емкость рабочего раствора ЛСТ; 6,7- дозаторы АДЖ; 8-бак для растворения ЛСТ; 9- бак для приготовления рабочего раствора ЛСТ; 10- вентиль. Принципиальная технологическая схема приготовления комплексной добавки (ЛСТ+ сульфат натрия) приведена на рис. 8.11. Сульфат натрия (СН) загружается в бак для растворения (1), оборудованный пропеллерной мешалкой и паровыми регистрами для подогрева воды до температуры 50-60 оС. Растворение СН осуществляется в течение 25–30 мин при непрерывном перемешивании. Для интенсификации процесса растворения используют центробежный насос (3). Готовый раствор насосом (3) перекачивается в бак (2) для приготовле227
ния рабочего раствора концентрацией 10–12%, откуда раствор по необходимости закачивается в расходный бак (4), находящийся около бетоносмесителя. Подача рабочего раствора сульфата натрия в бетоносмеситель осуществляется через дозатор жидкости (6). ЛСТ в твердом виде подается в бак для растворения (8). После растворения концентрированный раствор ЛСТ закачивается в бак для приготовления рабочего раствора (9) с концентрацией 10–15%, откуда при помощи центробежного насоса (3) подается в расходный бак (5). В состав установки для приема, переработки и хранения добавок, разработанной Южгипронисельстроем (рис. 8.12), входят три емкости для растворов различных добавок (воздухововлекающей, пластифицирующей и ускорителя твердения), сборная и расходная емкость. Под каждой из емкостей, за исключением последней, смонтированы центробежные насосы, являющиеся одновременно дозаторами. Под расходной емкостью установлен автоматический двухфракционный дозатор жидкости, из которого раствор комплексной добавки вместе с водой поступает в смеситель. Схема приготовления и дозирования добавок, разработанная Южгипронисельстроем
Рис. 8.12: 1 -бак для воздухововлекающей добавки; 2- то же, для пластификатора; 3 -то же для ускорителя твердения; 4- сборная емкость; 5- расходная емкость; 6 -насос; 7- мешалка; 8 – винтовой питатель; 9двухфракционный дозатор жидкости. 228
На рис. 8.13 представлена схема приготовления комплексной химической добавки –нитрит-нитрат-хлорид-кальция (ННХК), применяемая на заводе ЖБИ №7 г. Москвы. Достоинством этой схемы является механизация процесс-сов и надежность работы оборудования. К числу недос-татков следует отнести непос-редственную подачу неразбавленного концентрата добавки в автоматический дозатор воды, а также применение малопроизводительного насоса для разг-рузки железнодорожных плат-форм и подачи концентрата в приемные емкости. Непосредственная подача концентрата в автоматический дозатор приводит к увеличению погрешности дозирования добавки. Технологическая схема приготовления добавки ННХК
Рис. 8.13: 1 – железнодорожная цистерна; 2, 5, 8- насосы; З- приемный резервуар; 4 – вентиль; 6 – вертикальный резервуар; 7 – трубопровод для подачи сжатого воздуха; 9 – расходный бак; 10- электропневматический клапан; 11 – весовой дозатор типа АВДЖ,- 12- сливной трубопровод На Полюстровском заводе ДСК-2 Главленинградстроя использована схема для непрерывного производства бетонной смеси, представленная на рис. 8.14. Доставленный на завод сульфат натрия в мешках разгружается на площадке для его хранения. Мешки тельфером подаются на решетку бака вместимостью 40 мЗ. Порошкообразный концентрат растворяется в баке с горячей водой (60–80°С) в течение 4-5 ч до 12-15% концентрации водного раствора. Приготовленный таким образом раствор насосом по229
дается в расходный бак вместимостью 3м3, где разбавляется водой до 3% концентрации и в таком виде поступает в автоматический дозатор воды. Плотность раствора замеряется ареометром. Недостатком приведенной схемы является отсутствие вытяжной вентиляции для удаления образующихся испарений и ручной контроль плотности раствора.. Схема приготовления добавок на Полюстровском заводе строительных конструкций
Рис. 8.14: 1- автомашина с добавками, затаренными в мешки; 2- склад для хранения добавок, затаренных в мешки; 3- электрическая таль; 4- приготовления первичного раствора добавок; 5- трубопровод аварийного слива; 6- расходный бак; 7- указатель уровня; 8- электромагнитный клапан; 9- дозатор весовой типа АВДЖ; 10- трубопровод для подачи сжатого воздуха; 11- задвижка; 12- насос; 13- манометр; вентили; 16трубопровод для слива нерастворимых осадков; 17-паропровод. На рис. 8.15 приведена технологическая схема приготовления комплексной гидрофобно-пластифицирующей добавки ГПД. Добавка ГПД получается в результате акустического (ультразвукового) способа эмульгирования кубовых остатков синтетических жирных кислот (КОСЖК) и ЛСТ в воде. Водоразбавляемую эмульсию КОСЖК +ЛСТ изготовляют по следующей схеме, представленной на рис. 8.15. Концентрат ЛСТ электротельфером подают в емкость, где с помощью конденсирующегося 230
острого пара его растворяют до 30–50%-ной концентрации. Температуру раствора поддерживают на уровне 80–90° С. Растворяющаяся ЛСТ, через систему фильтрующих сеток поступает в цилиндрическую емкость. Если исполь-зуется готовый водный раствор ЛСТ, то указанная операция исключается. Кубовые остатки СЖК, поданные в металлических бочках на наклонные направляющие, по достижении температуры размягчения, равной 40-50оС, постепенно вытекают в емкость, где находятся паровые регистры, поднимающие температуру массы до 80– 90°С. Затем компоненты добавки через дозаторы сливают в ультразвуковой акустический диспергатор АД-8. Принципиальная технологическая схема приготовления комплексной ГПД
Рис. 8.15: 1–емкость для приемки и хранения КОСЖК; 2 – емкость для подогрева КОСЖК; З-дозатор КОСЖК; 4 – диспергатор АД8;5- емкость готовой продукции с механическим лопастным побудителем для разведения добавки; 6– дозатор ЛСТ; 7–емкость для подогрева ЛСТ; 8– емкость для приемки и хранения ЛСТ Диспергатор работает следующим образом. Вихревой центробежный насос подает компоненты добавки в рабочую емкость через всасывающий патрубок и нагнетающий трубопровод, на конце которого укреплен гидродинамический акустический излучатель. Основная деталь излучателя – стальная пластина (нож), изготовленная из рессорной стали и термически обработанная. Проходя через сопло, жидкость создает на обеих сторонах пластины завихрения, которые заставляют ко231
лебаться пластину ультразвуковой частотой. Эти колебания передаются в окружающую излучатель жидкость, в которой под действием ультразвуковых волн происходит процесс эмульгирования. Пройдя через гидродинамический излучатель, жидкость вновь поступает в рабочую емкость, продолжая движение по замкнутому контуру. Процесс эмульгирования длится 5–7 мин. Объем порции готовой эмульсии в диспергаторе равен 350 л. Оптимальными, как показал производственный опыт, можно считать следующие параметры процесса приготовления добавки КГПД: соотношение между компонентами 1:1 (по массе): температура их разогрева 80–90°С; расстояние между щелью сопла и пластиной 0,8–1 мм; давление в системе диспергатора 0,45– 0,6 МПа; температура в процессе эмульгирования 80–85° С. Приготовленная эмульсия после остывания имеет пастообразный вид. Полученный концентрат комплексной добавки может быть высушен и путем помола превращен в порошок. Для транспортирования ГПД в вакуум-цистернах концентрат добавки до остывания перекачивают из диспергатора в накопительную емкость, где разбавляют водой в соотношении 1: 1 (по объему). При производстве добавки нет отходов, сточных вод и выбросов в атмосферу. Вода после промывки диспергатора может употребляться для разведения добавки до консистенции, при которой ее удобно транспортировать. Технологическая схема приготовления водных растворов химических добавок из сухих порошков (например, добавки С-3), приведена на рис. 8.16. Водные растворы добавок из сухих продуктов готовят следующим образом. Добавки из бункера (1) поступают элеватором (3) в бункер (8), под которым подвешен дозатор (7). Доза добавки по распредели-тельному желобу (6) поступает в смесители (10) с обогревающимися паром стенками, снабженные вертикальными лопастными мешалками, при-водящимися во вращение электродвигателем (4) через редуктор (5). Пар поступает в кожух смесителя через штуцеры (2), а конденсат вытекает через штуцеры (11); вода в смесители поступает через водомер (9); водные растворы поступают в насос (12), которым и подаются к месту применения.
232
Рис. 8.16 Для подготовки и дозирования добавок применительно к бетономесительным установкам непрерывного действия производительностью 30 и 60 мЗ/ч создана технологическая линия, схема которой приведена на рис. 8.17. Поступающие на завод добавки складируются и растворяются по схемам, приведенным выше. Растворенная добавка центробежным насосом закачивается в бак (1) для хранения водного раствора требуемой концентрации. Далее водный раствор добавки насосом (13) закачивается в промежуточный бак (4), оборудованный верхним (6) и нижним (5) указателями уровней; по достижении раствором добавки одного из них насос включается или выключается. 233
Схема приготовления и дозирования добавок на заводах непрерывного действия
Рис. 8.17: 1- бак для хранения добавок; 2- обратная линия; З- нормально открытый клапан; 4 – промежуточный бак; 5, 6 – нижний и верхний указатели уровней; 7- трубо-проводы,; 8-дозатор; 9-нормально откры-тый клапан; 10 – датчик (расходомер); 11 – распылители; 12- смеситель; 13- насос; 14- фильтр Из промежуточного бака (4) добавка самотеком поступает в дозатор (8), уровень раствора добавки в котором всегда постоянен. Затем раствор добавки, пройдя через распылитель (11), посту-пает в двухвальный смеситель непре-рывного действия (12). Для обеспечения циркуляции и предупреждения выпаде-ния осадков предусмотрена обратная линия (2).Так как процесс приготовления смеси непрерывный, то и добавка подается в смеситель также непрерывно. Наличие верхнего указателя уровня обеспечивает постоянство подпора. Расход добавки в этом случае при постоянном уровне ее в дозаторе (8) зависит от величины проходного сечения при прочих равных условиях. На рис. 8.18 показана схема непрерывного ввода воздухововлекающей добавки СДО (смола древесная омыленная), примененная на Востряковском заводе ЖБИ ДСК-3 Главмосстроя. Преимущество ее 234
заключается в простоте конструкции, надежности в обслуживании и эксплуатации, а также в применении эффективной вытяжной вентиляции для удаления вредных веществ. В приготовительном баке растворяется пастообразный концентрат добавки при температуре 60–80°С в течение 3–4 ч до 10% концентрации водного раствора. Схема дозирования добавок, разработанная Востряковским заводом г.Москва
Рис. 8.18: 1-кран-балка; 2-бак для приготовления первичного раствора; 3вытяжная вентиляция; 4-вентилятор; 5-трубопровод горячей воды; 6,19-указатели уровней; 7-расходный бак; 8-дозатор (расходомер); 9бетоносмеситель непрерывного действия; 10 – пробковый кран; 11насос; 12- бак для приготовления рабочего раствора; 13- трубопровод сжатого воздуха; 14- трубопровод для аварийного слива; 15- трубопровод для подачи добавок; 16-трубопровод для слива нерастворимых осадков; 17-паропровод; 18- предохранительная решетка Затем жидкость самотеком поступает в бак приготовления готового рабочего раствора (3–4% концентрации). Для интенсификации процесса растворения в смесительный бак введены трубки для подачи сжатого воздуха. Плотность раствора измеряется ручным аэрометром. Недостатком приведенной схемы является невысокая степень точности дозирования, зависящая от уровня раствора добавки в баке. Колебания в погрешности дозирования происходят синхронно с колебаниями уровня жидкости. Для приготовления комплексной добавки, когда один компонент поступает в виде водного раствора высокой концентации (до 50%), а 235
второй компо-нент в твердом виде, может быть использована простая технологическая линия приема, хранения и приготовления химических добавок, состоящая из узла приема и хранения жидкого пластификатора, отделения приготовления комплексной добавки со складом хранения сухой добавки, расходной емкости на БСУ, (см. рис. 8.19).
Рис.8.19: 1 – бак на 1,26 м3 (15% ЛСТ); 2 – смеситель АЗМ-0,8 (20% ЛСТ+10%СН); 3 – два бака по 1,26 мЗ (1% ЛСТ+5%СН); 4 _ два бака по 2,5 м3 (1%ЛСТ+5%СН); 5, 6, 7 – насосы; 8 – бак на 30 мЗ (50%ЛСТ); 9 – расходная емкость на 1,5 м3; 10 – дозатор АВДЖ; 11– бетоносмеситель Узел приема и хранения пластификатора включает в себя насос подачи добавки из вагонов-цистерн, три бака объемом 30м3 каждый для хранения пластификатора с барботажным устройством для перемешивания добавки сжатым воздухом и паровые регистры для поддержания температуры, обеспечивающей разогрев добавки до жидкого состояния и разгрузку ее через нижний слив емкости. Отделение приготовления комплексной химической добавки со складом хранения сухой добавки находится в отдельно стоящем здании размером 6x24 м, большую площадь которого занимает склад сульфата-натрия (СН). Для приготовления двухкомпонентной добавки на основе пластификатора и ускорителя твердения служит смеситель АЗМ-0,8 который снабжен паровой рубашкой, мешалкой и шнеком для загрузки сухих компонентов в емкость. Для удаления нерастворимых включений дополнительно к смесителю изготовлен отстойник. Дозирование компонентов производится по мерному стеклу, установленному на корпусе 236
смесителя. Приготовление растворов добавок пластификатора, ускорителя твердения, а также рабочего раствора комплексной добавки производится в двух баках по 1,26 м3 и в двух – по 2,5 м3. Каждая пара баков является сообщающимися сосудами; в них установлены паровые регистры, барботажное устройство. На внешней стороне каждой пары накопительных емкостей имеются мерные стекла для дозировки и контроля уровня рабочего раствора добавки. Приготовление и перелив раствора из одной емкости в другую осуществляется самотеком. Расходная емкость на БСУ объемом 5 м3 снабжена датчиками уровня. Для исключения перелива добавки имеется обратная труба, подведенная к накопительным бакам в приготовительном отделении.
8.2. Основные требования к установкам для приготовления химических добавок Изложенное выше позволяет кратко сформулировать основные требования, предъявляемые при проектировании или выборе схем приготовления добавок, сущность которых заключается в следующем: – каждая добавка должна иметь автономную трассу от узла приема до отделения приготовления рабочего раствора; – по всей трассе и в резервуарах необходимо предусматривать средства по отделению и удалению нерастворимых осадков; – все трубопроводы, расположенные вне отапливаемого помещения, должны иметь тепловую изоляцию; – для защиты стали трубопроводов, дозаторов, баков необходимо вводить ингибиторы коррозии или применять коррозионно-стойкие материалы, или производить ими футеровку внутренних поверхностей; – установка для приема, переработки и дозирования добавок должна располагаться по возможности ближе к бетоносмесительному отделению; – вместимость резервуаров целесообразно определять исходя из сменного запаса раствора добавок; – для обеспечения необходимой точности дозирования добавок целесообразно иметь минимальную их концентрацию готового раствора; – необходимо оснастить установки автоматическими плотномерам, учитывающими плотность водного раствора добавки от ее температуры; – отделение химических добавок должно иметь эффективную вытяжную вентиляцию; 237
– установка должна обеспечить эффективную промывку внутренних полостей, исключая попадание растворов добавок в канализацию; – емкости для перевозки и хранения хлоридов кальция и натрия должны быть защищены от коррозии лакокрасочными или битумными покрытиями; – многие добавки – как индивидуальные, так и комплексные – требуют принятия особых мер предосторожности, при работе с ними необходимо позаботиться о защите от прямого попадания их на слизистые оболочки глаз и носоглотки, о работе в резиновых перчатках и обуви, о мытье рук, а для нитрита натрия и карбамида – также о предохранении складских помещений от пожара. Учет отмеченных выше основных требований при проектировании или выборе существующих технологических схем приготовления добавок позволяет улучшить санитарно- гигиенические условия труда обслуживающего персонала и исключить загрязнение окружающей среды. При проектировании складских зданий и помещений для хранения химических добавок, а также узлов приготовления их водных растворов и бетонов с химическими добавками должно быть обращено внимание на соблюдение требований норм проектирования в части санитарной, взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности. Конструкции складов для хранения нитрата натрия и нитрата кальция следует выполнять из несгораемых материалов. Расстояния между зданиями и сооружениями, в том числе и складами, должны приниматься в зависимости от установленных категорий производств и степени огнестойкости зданий по главе СНиП ІІ -89-80∗ Генеральные планы промышленных предприятий. Категории производств по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности устанавливаются в соответствии с СНиП 21-01-97 Противопожарная безопасность зданий и сооружений.
8.3. Порядок входного контроля качества химических добавок При организации входного контроля качества химических добавок на предприятиях строительной индустрии руководствуются, прежде всего, ГОСТ 242111-2003, где изложены технические требования ко всем разрешенным к применению химическим добавкам, ГОСТ или ТУ на конкретные виды добавок, где определяются конкретные техниче238
ские показатели специальных свойств добавок и методика их определения, и, наконец, ГОСТ 30459-96, где приводится порядок определения и методика эффективности химических добавок. Отбор проб добавок В соответствии с ГОСТ 24211-2003 для отбора проб химических добавок применяют сосуды, приспособления и пробоотборники по ГОСТ 6732.2, изготовленные из материалов, устойчивых к действию добавок (стекло, пластмассы, нержавеющая сталь, латунь и др. материалы). Отобранные в выборку упаковочные единицы (мешки, бочки, цистерны и т.п.) предварительно должны быть очищены от загрязнений. Пробы следует отбирать в условиях, не влияющих на свойства продукта и исключающих возможность изменения состава пробы, с учетом требований стандартов на данную продукцию. Пробы отбирают по следующей схеме: – от упаковочных единиц, выбранных для контроля, отбирают точечные пробы; – из точечных проб составляют объединенную пробу; – от объединенной пробы отбирают среднюю пробу. Точечные пробы сыпучих добавок (порошкообразных, гранулированных и т.п.) отбирают из любых точек массы продукта по всей толщине слоя при помощи металлического щупа, трубок, ковшей и механических пробоотборников. Пробы слежавшихся при хранении или транспортировании добавок измельчают. Точечные пробы пастообразных добавок отбирают из любых точек массы продукта по всей толщине слоя при помощи металлического щупа или трубок. Точечные пробы жидких добавок (жидкости, растворы, суспензии) отбирают после тщательного перемешивания при помощи стеклянных трубок с оттянутыми концами, стеклянных или металлических пипеток, погружных кружек или банок и специальных банок с крышками или колпачками для взятия проб из любых слоев продукта. Погружные кружки или банки должны иметь ручки достаточной длины для опускания на дно любой емкости. Пробы жидких добавок из цистерн отбирают из верхнего, среднего и нижнего слоев по одной пробе в соотношении по объему 2:3:2. До239
пускаются другие соотношения в соответствии с нормативной документацией. Все отобранные точечные пробы соединяют вместе, тщательно перемешивают и получают объединенную пробу. Из объединенной пробы методом квартования (для сыпучих продуктов) или отбора (для жидких и пастообразных продуктов) получают среднюю пробу. Масса средней пробы должна быть достаточной для трехкратного определения всех нормируемых показателей качества добавки. Из хранилищ у изготовителя пробы отбирают от каждой загружаемой в него технологической партии или равномерно из потока. Пробы жидких продуктов из цистерн и хранилищ допускается брать во время слива (в начале, середине и конце). Среднюю пробу помещают в чистую сухую стеклянную или полиэтиленовую банку или бутылку и плотно закрывают. Среднюю пробу порошкообразных или твердых продуктов допускается помещать в полиэтиленовый пакет. На сосуды и пакеты со средней пробой наклеивают или надежно прикрепляют этикетки с указанием: – наименования добавки и предприятия-изготовителя; – номера партии; – даты отбора проб; - фамилии лица, производившего отбор. Список использованных источников 1.ГОСТ 24211-2003. Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. 2.ГОСТ 30459-96. Добавки для бетонов. Методы определения эффективности 3.Королев К.М. Механизация приготовления и укладки бетонной смеси. –М.: Стройиздат, 1986.-136 с. 4.Пособие по применению химических добавок в производстве сборного железобетона. -М.: НИИЖБ, 1991 5.Андреева А.Б. Пластифицирующие и гидрофобизирующие добавки в бетонах и растворах. М.: Высшая школа,1988.-53с. 6.Афанасьев Н.Ф., Целуйко М.К. Добавки в бетоны и растворы. Киев: Будивельник, 1989.-127с. 7.Королев К.М. Механизация приготовления и укладки бетонной смеси.-М.:Стройиздат, 1986.-136с. 240
9. Охрана труда и техника безопасности при работе с химическими добавками При работе с химическими добавками необходимо строго соблюдать правила безопасности, установленные соответствующими нормативными документами в строительстве, рекомендациями и руководствами про применению конкретных видов добавок, технологическими картами на производство бетонной (растворной) смеси, отдельных видов изделий и конструкций, а также утвержденными инструкциями по охране труда и технике безопасности при работе с конкретной химической добавкой. В помещения, где хранятся добавки, производится их растворение, запрещается курение, прием пищи, вести работы с открытым огнем. При работе с добавками в обязательном порядке рабочие должны пройти специальный инструктаж, иметь индивидуальные средства защиты (очки, резиновые перчатки, резиновые сапоги, специальную одежду). К работе с добавками не допускаются лица моложе 18 лет При транспортировании, хранении и работе с химическими добавками, особенно с противоморозными, должны соблюдаться следующие требования безопасности. Кристаллический нитрит натрия опасен в пожарном отношении, так как способен поддерживать огонь или вызывать воспламенение горючих веществ, в некоторых случаях даже при трении или ударе. Температура разложения соли равна 310 °С. Нитрит натрия может вызвать горение при взаимодействии с такими органическими материалами, как дерево, хлопок, солома. Смеси его с солями аммония или цианидами могут взрываться. Совместное хранение кристаллического нитрита натрия с легковоспламеняющимися газами и жидкостями, органическими веществами, горючими материалами, веществами на спиртовой основе, радиоактивными веществами, а также едкими, коррозионно- агрессивными и взрывчатыми веществами воспрещается. Для предотвращения пожаров на складе необходимо категорически запрещать курение. Конструкции склада, периодически увлажняющиеся водой, конденсатом или технологическими жидкостями, приравниваются к эксплуатируемым при относительной влажности воздуха более 60%. 241
Склад должен быть обеспечен противопожарным водопроводом и противопожарными средствами. Жидкий нитрит натрия представляет собой непожароопасное вещество. Мочевина является пожароопасным продуктом, имеет температуру вспышки 182°С и должна храниться в отдельных складах с несгораемыми стенами не ниже 1-й степени огнестойкости. Средства тушения – химическая и воздушно-механическая пена, водяной пар, азот, углекислота. Сказанное относится и к смесям мочевины с нитратами и нитритами (НКМ). Неопасными в пожарном отношении являются П, ХК, ХН, ННК и ННХК. Запрещается принимать пищу в помещениях, где хранятся добавки или приготавливаются их водные растворы. Необходимо остерегаться попадания добавок, особенно НН, ННК и ННХК, в пищу и на кожу. В отделениях приготовления растворов добавок и бетонной смеси необходимо предусматривать приточно-вытяжную вентиляцию, а при необходимости – местные отсосы. Приточно-вытяжная вентиляция в отделениях приготовления растворов добавок при работе с НН, ННК, П, НК и НКМ должна обеспечивать 10–15-кратный воздухообмен. Лаборатории, устанавливающие концентрацию (плотность) растворов добавок, необходимо оборудовать вытяжными шкафами. Перед допуском к работе рабочие должны пройти инструктаж по технике безопасности при работе с добавками. Их знания должны быть проверены. К работе с добавками могут допускаться рабочие, прошедшие медицинское освидетельствование и обученные безопасным методам работы с химикатами, причем к работе с НН, ННК, П, НК и НКМ можно допускать только лиц не моложе 18 лет. Не следует допускать к работе по приготовлению растворов указанных добавок лиц с повреждением кожного покрова (ссадины, ожоги, царапины, раздражения), поражением век и глаз. Рабочие, занятые приготовлением растворов добавок, должны работать в спецодежде из водоотталкивающей ткани, в очках, утепленных резиновых сапогах и перчатках. Нитрит натрия и ННК ядовиты. Попадание их в организм человека (при приеме внутрь в виде кристаллов или растворов соли) влечет за собой тяжелые поражения (расширение кровеносных сосудов, образование в крови метагемоглобина), опасные для жизни. С целью предотвращения случаев отравления склады для хранения кристаллического нитрита натрия нужно размещать в отдельно 242
стоящих зданиях, а концентрированного жидкого нитрата натрия и ННК – на отгороженных площадках; вход в эти помещения или на территорию посторонним должен быть воспрещен. На емкостях, предназначенных для приготовления, хранения и переноски водных растворов нитрита натрия, ННК, ННХК и ННХКМ, а также для хранения и переноски кристаллического нитрита натрия, следует помещать предупредительные надписи. Приготовлять растворы нитрита натрия можно только в специально выделенных для этой цели помещениях, вход в эти помещения посторонним должен быть запрещен. Кристаллический нитрит натрия следует растворять в закрытых, механизированных установках с минимальным числом работающих, процесс загрузки соли необходимо максимально механизировать и герметизировать. Подача водных растворов нитрита натрия и ННК в расходные емкости и бетоносмесители должна производиться по трубопроводам, перенос растворов соли вручную на строительную площадку можно допускать, в крайнем случае, в наполненных не более чем на высоты в закрывающихся бачках. К работам с нитритом натрия и ННК, в том числе к погрузочно-разгрузочным и вспомогательным (обслуживание оборудования, помещений и т. п.), а также к работам по приготовлению, транспортированию и укладке бетонной смеси следует допускать только лиц, прошедших специальный инструктаж. Нельзя допускать слив растворов нитрита натрия, ННК, ННХК, ННКМ и ННХКМ в водоемы санитарнобытового пользования. Нитрит натрия и ННК в водных растворах с кислой средой разлагаются с выделением газообразных продуктов, в том числе отравляющих газов N0 и NO2. Предельно допустимая концентрация оксидов азота в пересчете на NO2 в рабочей зоне составляет 5 мг/м3. К разложению нитрита натрия и ННК может привести смешивание водных его растворов с кислотами, а также с солями, имеющими кислую реакцию. В целях охраны окружающей среды должны предусматриваться мероприятия, обеспечивающие содержание вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест в соответствии с п#M12291 5200177редельно допустимыми концентрациями (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест, утвержденных в установленном порядке. Список использованных источников 1. ГОСТ 24211-2003. Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. 243
2. Пособие по применению химических добавок в производстве сборного железобетона. -М.: НИИЖБ, 1991. -35с. 3. Руководство по применению химических добавок в бетоне. М.:Стройиздат,1985.-64с. 4. Рекомендации по применению добавок суперпластификаторов в производстве сборного и монолитного железобетона. М.: НИИЖБ, 1987.-90с. 5. СНиП 11-01-95"Инструкции о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений",
Изотов Владимир Сергеевич Соколова Юлия Андреевна ХИМИЧЕСКИЕ ДОБАВКИ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ БЕТОНА
Монография
Подписано в печать 10.12.2006 Формат 60х90/16. Усл. печ. л. 15,25. Тираж 1 000 экз. Заказ № 809 Издательство «Палеотип» Лицензия ИД №05916 от 28 сентября 2001 г. 125167, Москва, Ленинградский пр., д. 54а, оф. 43 Е-mal:
[email protected] Отпечатано в Производственно-издательском комбинате ВИНИТИ, 140010, г. Люберцы Московской обл., Октябрьский пр-т, 403 Тел.: 554-21-86
244
