Основные виды важнейших химических добавок для бетона

Группа по эффекту действия	Сокращенное обозначение	Активные вещества (АВ), принцип действия (ПД) в бетонной смеси
Пластификатор	BV	АВ: в основном поверхностно-активные вещества (лигносульфона- ты, лигносульфонаты модифицированные и др.). ПД: молекулы ПАВ благодаря явлениям адсорбции образуют на поверхности частиц цемента коллоидные адсорбционные пленки гидр фильного характера, способствующие более полному смачиванию частиц водой и играющие роль своеобразной «смазки». Пластификаторы снижают водопотребность бетонной смеси и улучшают ее удобоукладываемость. При передозировке может возникать эффект замедления твердения и начала схватывания, а также водоотделения и возникновения воздушных пор
Суперпластификатор	FM	АВ: в основном, меламиновые смолы, конденсаты нафталин- сульфоновой кислоты, поликарбоксилаты, эфиры поликарбоксилата. Реже – гидроксикарбоновые кислоты и их соли. ПД: основан на электрическом распределении зарядов и поляризации молекулярных цепей, которые откладываются на частицах цемента и мелко- дисперсной минеральной фракции и приводят к отталкиванию (диспергированию) частиц. Добавляются стерические и трибологические свойства, которые усиливают пластификацию. При улучшенной удобоукладываемости бетонной смеси, которая сохраняется до часа, они значительно сокращают по- требность в воде затворения. Суперпластификаторы используются для производства самоуплотняющегося, высокопрочного и сверхвысокопрочного бетона
Гидрофобизаторы и кольмататоры (уплотняющие добавки)	DM	АВ: соли высших жирных кислот, например, стеараты кальция, цинка. ПД: снижают водопоглощение бетона при капиллярном подсосе за счет действия химикатов, заполняющих поры и способных к набуханию и/или обладающих гидрофобным действием (силикаты, фосфаты или силиконы, силаны). Они также обладают пластифицирующим действием и тем самым могут снижать водопотребность бетонной смеси
Воздухововлекающие добавки (микропенообразователи)	LP	АВ: мыла из природных смол, например, винзорезин (экстракт из сосны), алкилакриловые сульфонаты, лигносульфонаты, соли карбоксиловых соединений и протеиновые кислоты (ионные и неионные ПАВ). ПД: создание сферических, замкнутых и равномерно распределенных воздушных микропор для повышения морозостойкости
Замедлители	VZ	АВ: различают неорганические (пирофосфаты натрия, борная кислота, оксиды) и органические (сахароза, глюконат, лигносульфонат, аце- тон, лимонная кислота) замедлители. ПД: обволакивание зерен цемента труднорастворимой пленкой, которая затрудняет процесс гидратации/гидролиза и тем самым замедляет твердение бетона и продлевает время «жизнеспособности» бетонной смеси
Ускорители	BE	АВ: силикаты, алюминаты, карбонаты, формиаты, аморфные гидроксиды алюминия, сульфаты алюминия, хлориды (хлориднатрия). ПД: основан на действии составляющих добавки, которые, ускоряя ре- акции гидратации цемента, вызывают интенсификацию твердения бетона, хотя эти процессы не всегда идентичны
Вспомогательные вещества для дополнительного расширения	EH	АВ: порошок металлического алюминия (алюминиевая пудра). ПД: улучшение пластичности бетонной или растворной смеси. Использование этих добавок может снизить водопотребность и расслаиваемость смеси. Как правило, эти вещества вызывают небольшое набухание
Стабилизаторы	ST	АВ: полисахариды, эфир целлюлозы, оксид полиэтилена (UCR). ПД: стабилизация и повышение водоудерживающей способности бетонной смеси даже при очень пластичной консистенции. Снижает седиментацию и водоотделение
Вспомогательные средства для вторичной переработки промывочной воды	RH	АВ: замедлители (VZ). ПД: замедление твердения остатков бетона способствует вторичному использованию воды, получаемой при промывке смесителей
Вспомогательные средства для вторичной переработки остатков бетона	RB	АВ: замедлители (VZ). ПД: замедление в автобетоносмесителе до 7 часов. Использование остатков бетона возможно при дозагрузке свежего бетона
Восстановители хроматов	CR	АВ: восстановитель сульфата железа (II). ПД: восстановление хрома Сr (VI) до Сr (III) для снижения содержания хрома, вызывающего аллергические кожные реакции
Пенообразователи	SB	АВ: гидролизаты протеина, сульфонаты, лаурилсульфонаты, мыла, салонин. ПД: введение воздушных пор для производства пенобетона или бетона с пористой структурой цементного камня. Поры значительно круп- нее, чем в случае использования воздухововлекающих добавок (LP)

Кроме добавок, приведенных в табл. 5 для достижения определенных эффектов используют следующие вещества:

− газообразователи (алюминиевая пудра) для производства ячеистого бетона. В результате химической реакции препарированного алюминиевого порошка с гидроксидом кальция Ca(ОН)₂, образовавшегося в результате гидратации цемента, образуется водород, при этом возникают крупные сферические воздушные поры;

− пеногасители (дибутилфтолат, водорастворимые спирты, водо-нерастворимые сложные эфиры углекислоты или борной кислоты, силиконы, трибутилфосфаты) для удаления излишних пор;

− алифатические спирты (природные, восстановленные жирные кислоты) – могут быть добавлены в бетон для снижения образования трещин в результате слишком быстрого высыхания открытых бетонных поверхностей;

− противогрибковые, бактерицидные и инсектицидные добавки (галогенизированные полифенолом эмульсии диэльдрина, соединения меди);

− добавки для защиты арматуры от коррозии (нитрит натрия, нитрит калия, нитрит кальция), которые вызывают образование более выраженного пассивного слоя на поверхности арматуры и тем самым улучшают защиту от коррозии.

Принципы действия добавок разнообразны. Некоторые действуют по электрохимическому принципу, придавая водоотталкивающий или гидрофильный эффект, что обусловлено воздействием органических, в большинстве случаев, положительно заряженных ионов, другие оказывают химическое воздействие непосредственно на процесс гидратации. Добавки, оказывающие физико-химическое воздействие, гидрофилизируют, например, поверхность твердых компонентов, которые затем могут лучше смачиваться водой затворения.

Действие добавок для бетона зависит от их концентрации, вида цемента, содержания цемента, мелкозернистых частиц, воды, а также от режима перемешивания и температуры смеси. Поэтому для всех случаев применения добавок или их комбинаций в бетонной конструкции требуются испытания на пригодность и контроль изделий в процессе производства. Как видно из приведенной выше и других классификаций некоторые добавки обладают полифункциональным действием, например, одновременно пластифицирующим и воздухововлекающим, пластифицирующим и замедляющим эффектами и т. п. Применение разнообразных химических добавок и дисперсных минеральных компонентов в сочетании с соответствующим подбором состава бетона позволяет эффективно управлять его технологией на всех этапах и получать строительные композиты с за- данными структурой и свойствами.

Легко прогнозировать, что в ближайшем будущем будет происходить постепенное замещение обычных традиционных бетонов как трехкомпонентной системы (заполнители – цемент – вода) многокомпонентными, в которых дополнительные компоненты представ- лены указанными добавками или их комплексами, включающими порой несколько десятков индивидуальных химических добавок, активные минеральные компоненты различной дисперсности (от 200 до 2 500 м ² /кг) и, в ряде случаев, композиционные вяжущие вещества, в том числе вяжущие низкой водопотребности, расширяющие добавки (неорганические и органические), дисперсные волокнистые наполнители (углеволокно, стекловолокно, полипропиленовая и кевларовая фибра, асбест, растительные волокна и т. д.), а также другие специальные компоненты. Многокомпонентность бетонной смеси позволяет эффективно управлять структурообразованием на всех этапах технологии и получать материалы с самым различным комплексом свойств. Современные разработки в области производства бетона в настоящее время связаны с улучшением и совершенствованием традиционного бетона и в особенности получением его новых видов. Основу для инновационных решений в технологии производства бетона составляет целенаправленное применение активных и инертных наполнителей, а также высокоэффективных супер- и гиперпластификаторов. В качестве примеров новых видов бетона, открывающих новую эру, можно назвать самоуплотняющийся, ультравысокопрочный или сверхпрочный, а также самоуплотняющийся бетон.

Вместе с тем многокомпонентность системы повышает одно- временно требования к дозированию материалов и перемешиванию бетонной смеси, так как часто требуется вводить модификатор (часто не один, а несколько) в очень небольших количествах и перемешивать высокодисперсные порошки (цемент плюс наполнитель) до получения однородной массы, что может быть обеспечено только за счет применения соответствующего оборудования.

Значительно упростить технологию и сделать общедоступным применение многокомпонентных бетонов и растворов возможно за счет использования предварительно приготовленных сухих смесей. Производство сухих смесей легко организовать в различных регионах на модульных быстромонтируемых заводах с использованием местных сырьевых ресурсов и в соответствии с номенклатурой, определяемой конкретными потребностями строительного комплекса.

В ближайшие годы следует ожидать резкого увеличения производства сухих смесей, тем более что эта отрасль промышленности строительных материалов во многом ориентирована на возможности среднего и мелкого бизнеса.

Подбор состава бетона

Подбор состава бетона следует производить в соответствии с требованиями ГОСТ 27006 с целью получения бетона в конструкциях с прочностью и другими показателями качества, установленными государственными стандартами, техническими условиями или проектной документацией на эти конструкции, при минимальном расходе цемента или другого вяжущего.

Подбор состава бетона включает в себя определение номинального состава, расчет и корректировку рабочего состава, расчет и передачу в производство рабочих дозировок.

Подбор номинального состава бетона производят при организации производства новых видов конструкций, изменении нормируемых показателей качества бетона или бетонной смеси, технологии производства, поставщиков, вида или марок применяемых материалов, а также при разработке и пересмотре производственных норм расхода материалов.

Рабочие составы бетона назначают при переходе на новый номинальный состав и далее при поступлении новых партий материалов тех же видов и марок, которые принимались при подборе номинального состава, с учетом их фактического качества. При назначении рабочих составов их проверяют в лабораторных или производственных условиях.

В дальнейшем по результатам операционного контроля качества материалов данных партий и получаемой из них бетонной смеси, а также приемочного контроля качества бетона производят корректировку рабочих составов.

Рабочую дозировку назначают по рабочему составу бетонной смеси с учетом объема приготовляемого замеса.

Задание на подбор состава бетона

Задание на подбор состава бетона должно быть составлено для конструкций конкретной номенклатуры, изготовляемых из бетона одного вида и качества по определенной технологии.

Задание должно содержать:

- нормируемые показатели качества бетона в соответствии с техническими требованиями стандартов, технических условий или проектной документации на конструкции конкретных видов, для которых предназначен бетон;

- показатели качества бетонной смеси, длительность и режимы твердения бетона и другие условия производства, принимаемые по технологической документации, разработанной в соответствии с действующими стандартами, нормами и правилами;

- показатели однородности прочности бетона всех видов и плотности легких и ячеистых бетонов, а также соответствующий им средний уровень прочности и плотности, планируемые на предстоящий период;

- ограничения по составу бетона и применению материалов для его приготовления, установленные нормативно-технической и технологической документацией.

Состав бетона следует подбирать исходя из среднего уровня прочности, а для легкого и ячеистого – и плотности бетона.

Значения среднего уровня прочности и плотности для подбора состава бетона принимают по ГОСТ 18105 и ГОСТ 27005 с учетом фактической однородности бетона и планируемых мероприятий по ее повышению.

Для случаев, когда отсутствуют данные о фактической однородности бетона, средний уровень прочности при подборе его состава принимают равным требуемой прочности по ГОСТ 18105 для бетона данного класса при коэффициенте вариации, равном 13,5% для тяжелого и легкого бетонов, 14% - для плотного силикатного бетона и 17% - для ячеистого, а также бетона массивных гидротехнических конструкций. Средний уровень плотности в этих случаях принимают равным марке бетона по плотности.