Модификаторы в строительной технологии (стр. 2 )

Коровье молоко добавляли в воду при гашении извести. В молоке, как известно, наряду с казеином, белком и молочным сахаром содержится 3-3,5 % жира в виде прямой эмульсии "масло в воде". Жир молока состоит из глицеридов олеиновой, пальмитиновой и стеариновой кислот, по своей природе относящихся к гидрофобизаторам, что как показали опыты , позволило получить водостойкие растворы.

При установке Александрийской колонны в Санкт-Петербурге ее фундамент залили своеобразным по составу раствором, о котором русский архитектор писал: "Так как работы проводились зимою, то я велел смешать цемент с водкою и прибавить десятую часть мыла..." [7].

Для армирования, повышения прочности и долговечности известковых растворов применялись органические волокна. При этом ускорялась карбонизация извести по толщине конструктивного элемента вследствие выгнивания органического вещества. На территории Республики Казахстан при возведении мазаров для повышения их долговечности мастера в глиняную связку добавляли рубленный конский волос. По данным , часть штукатурного грунта под фресками Новгородского Софийского собора, построенного в середине XI века, состоит из извести с примесью мякины или вычесов льна.

Одним из убедительных примеров практического эффективного применения добавок является построенный в XIV веке Карлов мост через реку Влтаву в Праге. Для его сооружения был применен бетон на известковом вяжущем с добавкой куриных яиц, которые по своему составу являются прямой водной эмульсией олеина и других жиров, обеспечивающей гидрофобизирующие свойства искусственного камня. Карлов мост служит людям более пятисот лет, хотя сделан из воздушной извести, тогда как Венский мост в Рейхсбрюке, построенный из обычного цементного бетона и работавший почти в аналогичных с Карловым мостом эксплуатационных условиях, разрушился через несколько десятилетий.

С расширением знаний в области разработки и применения добавок возникла потребность создания бетонов повышенной прочности, быстротвердеющих, схватывающихся быстрее или медленнее, чем обычный, стойких к различным агрессивным воздействиям и т. д. Все это способствовало развитию и усовершенствованию добавок различного назначения.

Когда еще не была известна природа физико-химических процессов, происходящих при смешивании цемента с водой, она добавлялась к смеси интуитивно, в зависимости от навыков людей, укладывающих бетон. Иногда бетонное покрытие было прочным, но бывали случаи разрушения уложенного бетона. Долговечность бетона пытались повысить за счет использования оптимального количества цемента и воды. В дальнейшем было установлено, что для получения бетонов с требуемыми строительно-техническими свойствами следует знать закономерности регулирования параметров цементных систем на стадии взаимодействия цемента с водой. В связи с этим возникла необходимость изучения вопросов гидратации цемента, проектирования состава бетонной смеси, роли различных добавок в ней, разработки теории водоцементного отношения. Руководствуясь известными теоретическими положениями о твердении вяжущих и бетона, исследователи старались поддерживать как можно более низкое водоцементное отношение, чтобы достичь наибольших прочностей бетона, однако такой подход не всегда соответствовал технологическим требованиям. Добавление большего количества воды, чем требуется для гидратации цемента, приводит к снижению прочности бетона, усиленному его растрескиванию и ухудшению основных характеристик. Все это привело к необходимости разработки добавок, снижающих расход воды и позволяющих регулировать свойства цемента.

С 1850 года, т. е. с начала производства бетона на портландцементе, в него добавляли гипс для регулирования сроков схватывания. Использование добавок хлористого кальция как ускорителя или сахара как замедлителя относится к началу ХХ века - 1919-1920 годам.

В 30-х годах прошлого столетия наибольшее распространение в СССР и за рубежом имели добавки, представляющие собой нерастворимые в воде мыла жирных кислот. Так, например, под различными названиями (церазит, церолит и др.) поступали в продажу смеси олеинокислого кальция и олеинокислого алюминия с гидрооксидом кальция. Последний компонент обычно брали в избытке, чтобы облегчить равномерное распределение олеатов в процессе их введения в бетонную или растворную смесь. Существовали также препараты из битумов, восков и смол, применявшиеся в виде эмульсий при изготовлении бетонов и растворов. Иногда гидрофобизация бетонных изделий осуществлялась их последовательной пропиткой растворами мыла и алюминиевых квасцов в воде, раствором парафина в дихлорэтане или четыреххлористом углероде или другими составами. Изготовление подобных препаратов гидрофобного типа, предназначавшихся главным образом для предохранения бетонов от вредного действия воды и агрессивных растворов, носило преимущественно эмпирический характер [4].

Одна из первых попыток не только найти рациональный способ гидрофобизации цементов и растворов, но вместе с тем, исходя из физико-химических представлений, дать такому способу научное обоснование, была сделана в 1934 году в ЦНИПСе. При этом исследовалось капиллярное натяжение воды в цементных порошках, гидрофобизированных каменноугольным пеком, изучались микроструктура и свойства отвердевших растворов, а также влияние добавок пека на пластичность растворных смесей. Было доказано, что одной из специфических особенностей гидрофобизованных строительных растворов, по сравнению с обычными, является пониженное капиллярное давление. В результате гидрофобизации растворов уменьшается их смачиваемость, гигроскопичность, водопроницаемость и повышается химическая стойкость. Были предложены способы, позволяющие вводить несмачивающиеся водой органические добавки в цементный клинкер при его помоле.

При разработке гидрофобного цемента , основываясь на разработках , обосновал принципиальное условие получения гидрофобного цемента, заключающееся в том, что следует применять не гидрофобные, а гидрофобизирующие добавки [4].

На задаче преодоления противоречий, заложенных в самой природе цемента, основан научный замысел профессора : изменить свойства цемента так, чтобы он стал менее гидрофилен и даже приобрел "водоотталкивающую" способность, но в то же время мог бы взаимодействовать с водой на тех стадиях применения, когда это практически нужно. Таким образом, возникла задача разработки качественно нового технологического пути изготовления цемента с тем, чтобы можно было в известной мере управлять его поведением по отношению к воде на всех этапах агрегатного состояния, начиная с операции помола цемента на заводе, далее в период его перевозки и хранения, затем в момент изготовления бетонных или растворных смесей и, наконец, во время службы материалов в строительных конструкциях.

Такой цемент, процессы взаимодействия которого с водой ограничены, но способность к нормальному гидравлическому твердению остается, был назван гидрофобным [3, 4, 8]. Понятие "гидрофобный" ("водоотталкивающий") относится не только к цементному порошку, но также к цементному тесту и цементному камню. Во всех этих случаях данный термин служит для обозначения способности цемента не воспринимать ("отталкивать") лишнюю, ненужную воду. В процессе хранения цемента указанная способность проявляется практически в полной мере, а на других производственных этапах – лишь в определенной степени.

Гидрофобный цемент получают введением специальных гидрофобизирующих добавок при помоле цементного клинкера, и только этой операцией производство гидрофобного цемента отличается от технологии обычных цементов (портландского, шлакопортландского). Получение гидрофобного цемента основано на образовании хемосорбционных пленок, возникающих на цементных зернах в результате взаимодействия с гидрофобизирующими добавками.

Как уже отмечалось, первым принципиальным условием получения гидрофобного цемента является применение не гидрофобных, а гидрофобизирующих добавок.

Важным шагом в химической технологии бетона явилась разработка , , и другими составов гидрофобизирующих добавок из гидрофобизатора и гидрофилизатора. Такие добавки оказывают универсальное действие на удобоукладываемость, т. е. они пластифицируют "тощие" и "жирные" бетонные смеси. Влияние компонентов гидрофобизирующей добавки (гидрофобизатор-гидрофилизатор) на физико-технические свойства в большинстве своем аддитивно. При этом, как отмечает , комплексные гидрофобно-пластифицирующие добавки представляют собой поверхностно-активные вещества (ПАВ) более высокой качественной категории, чем гидрофилизаторы и гидрофобизаторы, взятые в отдельности. Кроме того, применение таких добавок облегчает превращение гидрофобизирующего компонента в водоразбавляемую жидкость, которую удобно вводить с водой затворения при изготовлении строительных смесей.

Недостатком гидрофобно-пластифицирующих добавок с технологической точки зрения является замедление сроков схватывания и темпа роста прочности цементного камня.

В таких случаях в состав гидрофобно-пластифицирующих добавок включают вещества, позволяющие не только компенсировать нежелательные действия компонентов добавки, но и достичь, в результате взаимного усиления влияния нескольких ингредиентов (эффект синергизма), значительного улучшения физико-технических свойств цементных систем.

В качестве дополнительных компонентов к гидрофобизирующим добавкам наиболее распространены соли неорганических кислот: нитрит натрия (НН) нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК), сульфаты и карбонаты щелочных металлов, тиосульфат натрия и др. Гидрофобно-пластифицирующие добавки достаточно эффективны в случае применения их в комплексе с такими известными и хорошо зарекомендовавшими себя в технологии бетона веществами, как модифицированные технические лигно-сульфонаты (ЛСТМ-2, НИЛ-20) и водорастворимые полимеры силициловой кислоты с формальдегидом типа ВРП-1 [8, 9, 10].

Возможности химических добавок существенно возросли с появлением суперпластификаторов (СП). Суперпластификаторы представляют собой относительно новую категорию химических добавок, действующих на цементные системы как водопонизители высокой степени. Суперпластификаторы вводят в бетонную смесь для достижения следующих эффектов: