Модификаторы в строительной технологии (стр. 23 )

1 – с добавкой КОД-С (0,3%); 2 – то же, С-3ТС (2,8%); 3 – то же, КОМД-С (2,2%); 4 – то же, СП С-3 (0,7%); 5 – без добавки; 6 – с добавкой, С-3СА

Рисунок 18 – Зависимость подвижности бетонной смеси от времени ее транспортировки

Также исследовалось влияние дозировок и последовательности введения компонентов добавок на удобоукладываемость бетонной смеси.

Установлено, что при низких дозировках лучший результат имеет добавка КОД-С, которая при расходе 0,6% от массы цемента увеличивает подвижность бетонной смеси с 3 до 24 см, в то время как требуемая дозировка добавки С-3 для достижения той же подвижности составляет 1,0%, а добавок С-3ТС и С-3СА – 2,0%. Однако, если учитывать их влияние на прочность бетона, то наибольшая дозировка КОД-С не должна превышать 0,4%, а суперпластификатора С-3 – 0,8%. Передозировка добавок приводит к снижению прочности бетона на 13-15% и более. Добавка С-3ТС при дозировке до 3,3% от массы цемента не снижает прочности бетона.

1 – дозирование поочередно в порядке: ТСН+С-3+соапсток; 2 – то же, одновременно ТСН+С-3+соапсток; 3 – то же, С-3+соапсток; 4 – С-3СА

Рисунок 19 – Влияние последовательности введения компонентов добавки на подвижность бетонной смеси

Наилучшей подвижностью обладает бетонная смесь, в которую после пластификатора и гидрофобизатора дозируется порошкообразный ускоритель твердения (рисунок 19, кривая 3). Обратный порядок подачи компонентов приводит к снижению подвижности на 25-30% (рисунок 19, кривая 1), подвижности бетонной смеси при одновременном дозировании всех компонентов добавки, что наиболее технологично, занимает промежуточное положение.

Таким образом, удобоукладываемость бетонной смеси можно регулировать применением той или иной добавки. Большие возможности дают добавки, в состав которых помимо гидрофобизирующих ингредиентов ПАВ включены соли неорганических кислот. При этом подвижность цементных бетонов дополнительно увеличивается за счет эффекта синергизма, т. е. взаимоусиленного влияния ингредиентов, входящих в состав добавки.

4. 3. 4 Прочность, морозостойкость и водонепроницаемость бетона

Анализ результатов опытов по исследованию влияния гидрофобизирующих добавок на прочность, морозостойкость и водонепроницаемость бетона выявил, что гидрофобизирующие добавки повышают прочность, водонепроницаемость и морозостойкость бетона как при естественном твердении, так и после тепловой обработки (таблица 21).

Добавка ОМД повышает прочность бетона на 20% в сравнении с прочностью бетона с комплексной добавкой СДБ плюс ННХК без гидрофобизируещего ингредиента и на 66% в сравнении с прочностью контрольного состава без добавок. Гидрофобизирующая добавка позволяет получать равнопрочные бетоны при уменьшенном на 15-20% и более расходе цемента. Одновременно повышается водонепроницаемость бетона на 1-2 ступени и морозостойкость на 20% и более.

Результаты опытов показывают, что добавка ОМД оказывается более эффективной в сравнении с комплексной добавкой СДБ плюс ННХК для улучшения свойств бетона, в частности прочности, водонепроницаемости и морозостойкости (таблица 22). Мы объясняем этот факт синергирующим (усиливающим) действием ННХК на эмульсию ГПД (ингредиенты, входящие в состав ОМД), что по-видимому, связано с высаливающим действием солей.

Следует отметить, что при значительном снижении В/Ц – до 0,35 и ниже – морозостойкость бетона с добавками резко снижается: уже при 100 циклах наблюдается разрушение образцов. На факт снижения морозостойкости высокопрочных бетонов с низким В/Ц = 0,3 обращают внимание японские ученые (Хаттори и другие), и его следует учитывать при проектировании составов бетона для конструкции, работающих в условиях попеременного замораживания и оттаивания водонасыщенном состоянии.

Таблица 21 – Влияние гидрофобизирующих добавок на прочность цементных бетонов

Номер состава. Вид добавки, % от массы цемента	Прочность при сжатии, МПа
Нормальное твердение в возрасте	После тепловой обработки в возрасте
28 сут	1 год	4 ч	28 сут	1 год
а) Испытания в ЦСЛ треста "Южэнергостой"
1. Без добавки	24,3/100	43,0/100	15,7/100	22,0/100	41,7/100
2. 3,3% ОМД	39,8/135	45,1/105	26,1/166	29,6/135	43,1/100
3. 3,3% ОМД	24,1/100	37,8/88	16,0/100	23,4/106	33,9/81
4. 0,15% СДБ +1,5% ННХК	29,6/122	44,3/103	23,0/147	27,8/126	42,3/101
б) испытания в Карагандапромстройпроекте
5. Без добавки	29,0/100	20	20,2	27,3	39,9
6. 0,2% ГПД	36,5/125	-	24,4	32,0	-
7. 0,2% КОД-С	38,4/132	-	26,3	32,2	-
8. 2,2% КОМД-С	42,8/142	-	32,5	39,2	-
9. 2,6 С-ЗТС	46,2/160	-	34,8	41,4	48,5
10. 3% С-ЗТС	46,2/160	-	35,0	42,2	-
11. 0,6% ГС-З	38,8/133	-	32,8	40,1	46,9
Примечание: 1. В составе 3 расход цемента уменьшен на 15%. 2. В «знаменателе» указано относительное изменение прочности по отношению к составу бетона без добавки.

Таблица 22 – Морозостойкость и водонепроницаемость исследуемых бетонов

Вид добавки, % массы цемента	Водонепроница­емость, кгс/см2	Морозостойкость, количество циклов	Коэффициент морозостойкости
а. Испытания в ЦСЛ треста "Южэнергострой"
1. без добавки	5	200	0,75
2. 3,3% ОМД	10	200	1,09
3. 3,3% ОМД (при снижении расхода цемента на 20%)	8-10	300	1,00-1,06
4. 0,15% СДБ+1,5% ННХК	8	300	0,96-1,00
б) испытания в Карагандапромстройпроекте
5. без добавки	4-5	150	0,75
6. 0,2% ГПД	8	350	0,75
7. 0,2% КОД-С	8	420	0,75
8. 2,2% КОМД-С	9-10	430	0,75
9. 2,6 С-ЗТС	10-12	500	0,75
10. 3% С-ЗТС	10	480	0,75
11. 0,6% ГС-З	11	500	0,75
Примечание. Составы бетонов 4, 6, 7 и 8 приведены для сравнения эффективности разработанных добавок

4. 3. 5 Водопоглощение и капиллярный подсос

В работах и его учеников приведены результаты исследований по капиллярному всасыванию и водопоглощению образцов, содержащих гидрофобизирующие добавки (ГПД, КОД-С, КОМД-С, БЭ, БМД, ОМД). Эти добавки снижают капиллярное всасывание и водопоглощение на 15-30% и больше. Проведены исследования влияния гидрофобизирующей добавки С-3ТС на капиллярное всасывание и водопоглощение бетона при действии на него попеременного нагревания до 105ºС и охлаждения до температуры окружающей среды в возрасте 7; 30; 60 и 90 сут. Полученные результаты показывают (рисунок 20), что водопоглощение бетона, содержащего в качестве гидрофобизатора соапсток (кривые 2,3,4), снижается на 80% и более в сравнении с составом без добавок (кривая 1). Снижение водопоглощения у бетонов с добавкой С-3ТС можно объяснить процессом кольматации пор модифицированными продуктами гидратации. При этом увеличивается удельная гидрофобизированная поверхность, так как защемленный гидрофобизатор в структуре цементного камня (вне пор) образует гидрофобизированную поверхность, открывающуюся в результате гидратации вяжущего (процесс напоминает эффект ) [12].

1 – бетон без добавки; 2, 3, 4 – бетон с добавкой 2,8% С-3ТС (суперпластификатор С-3 + тиосульфат натрия + соапсток); 4 – то же, образцы подвергались 1 и 2 циклам попеременного высушивания и увлажнения.

Рисунок 20 – Кинетика водопоглощения бетона в зависимости от возраста

Такой характер водопоглощения можно связать с долговечностью гидрофобизированных бетонов.

По , на поверхности гидратирующегося вяжущего образуется сетка из алкильных молекул гидрофобизатора; при этом молекулы воды располагаются вдоль углеводородных цепей. При таком расположении гидрофобизирующих молекул подход молекул воды к цементной частице хотя и затруднен, но все же возможен, что позволяет цементу гидратироваться в течение длительного времени.

В основу поиска новых химических соединений, позволяющих эффективно гидрофобизировать цементные системы, была положена концепция подбора структуры молекул органических соединений. Наиболее подходящими и выгодно отличающимися от других веществ свойствами обладают, как показали опыты, бесциклические терпены. Одним из соединений этой группы является камфора. Поскольку молекула камфоры имеет не бензольное кольцо в структуре, а развернутую "корзину", способную хемосорбироваться на поверхность гидратирующего вяжущего через кетогруппу, создаются условия, предотвращающие диффундирование к поверхности вяжущего молекул воды, способствующие образованию воздушных подушек на границе раздела молекула камфоры – жидкость. Можно предположить, что именно эти свойства камфоры и ее соединений способствуют консервации не только органических веществ на защищаемой поверхности, но и различных пигментов. Это подтверждается высокой сохранностью раскрашенных фресок, найденных на Аппенинах и в Древней Индии, возраст которых достигает 400-500 лет и более, в состав которых одним из компонентов входила камфора [3, 5].