Модификаторы в строительной технологии (стр. 3 )

– увеличения удобоукладываемости бетонных смесей вплоть до самоуплотняющихся "литой" консистенции при номинальных расходах исходных материалов;

– сокращения расхода воды затворения более чем на 20 % и получения бетона повышенной прочности (до М600) или высокопрочного (М600 и выше) из удобоукладываемых бетонных смесей на основе рядовых портландцементов;

– снижения расхода цемента до 25 % при обеспечении заданной удобоукладываемости бетонной смеси и прочности бетона.

Такие эффекты могут комбинироваться для получения бетонной смеси и бетона с заданными свойствами.

Применение суперпластификаторов по сравнению с традиционными пластификаторами позволяет получить существенный экономический эффект: значительно снижаются энерго - и трудозатраты на формование, сокращаются энергозатраты на тепловую обработку, снижается материалоемкость конструкций в случае изготовления высокопрочных бетонов, повышается производительность труда.

Суперпластификаторы как добавки к бетону были запатентованы еще в 1935 году, однако широкое распространение и применение в технологии бетонных работ получили только в начале 60-х годов в Японии, а затем в ФРГ, Англии, США, Канаде и ряде других стран.

Суперпластификаторы представляют собой олигомерные композиции с различной молекулярной массой и согласно классификации, принятой в Великобритании могут быть разделены на три основные категории:

1) сульфированные меламиноформальдегидные смолы и комплексные добавки на их основе;

2) продукты конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида и комплексные добавки на их основе;

3) модифицированные (очищенные и практически не содержащие сахаров) лигносульфонаты и комплексные добавки на их основе.

Позднее в четвертую, менее распространенную группу, были выделены продукты конденсации оксикарбоновых кислот.

Наибольший интерес представляют суперпластификаторы первой и второй группы. Они практически не снижают поверхностного натяжения воды и не вызывают избыточного воздухововлечения, что также отличает их от обычных пластификаторов [11].

Все суперпластификаторы неограниченно растворимы в воде и не вызывают побочных явлений при образовании цементных гидратов. Они сильно повышают текучесть цементного теста и в отличие от известных пластификаторов практически не изменяют сроков схватывания и не вызывают расслоения смеси. Однако следует отметить, что указанные эффекты достигаются при оптимальных дозировках суперпластификаторов в зависимости от применяемых цементов, т. е. зависят от тонкости их помола, вещественного состава, прежде всего содержания С3А, гипса, щелочей.

Для придания бетонной смеси и бетону особых свойств суперпластификаторы применяют совместно с другими добавками. Так, ряд исследователей рекомендуют для получения легко перекачиваемой смеси для бесшовных полов применять сульфированную меламиноформальдегидную смолу в смеси с поливинилацетатной эмульсией, поливиниловым спиртом и сульфатом натрия. Для получения бетонов высокой прочности возможно применение сульфированной меламиноформальдегидной смолы в сочетании с хлоридами и бихроматами металлов, лигносульфонатами и водорастворимым крахмалом. С целью интенсификации процессов твердения бетона в его состав совместно с суперпластификаторами вводят различные ускорители твердения. Для увеличения жизнеспособности бетонных смесей с добавками суперпластификаторов предложены дополнительные добавки глюконата кальция, сахарозы, полифосфатов и гексаметафосфатов, винной кислоты или ее солей, тростникового сахара [11, 12].

Первая информация об эффекте суперпластификаторов в технологии бетонных работ в бывшем СССР появилась в 1976 г. В различных организациях были начаты исследования по разработке подобных добавок. С начала 1977 года во ВНИИЖелезобетоне, МХТИ им. , НИИЖБ и других институтах были разработаны суперпластификаторы, являющиеся сульфированными продуктами конденсации меламина: с формальдегидом – "10-03", АПС, НИЛ-10. Экспериментально было установлено, что их эффекты практически идентичны. Другая серия добавок на основе конденсации нафталинсульфокислот с формальдегидом была разработана ВНИИЖелезобетоном ("30-03") и НИИЖБ совместно с НИИОПиК (С-3). Эти добавки по своим основным эффектам не уступают лучшим зарубежным суперпластификаторам. C 1978 года было начато их промышленное производство. Применение СП позволило в несколько раз снизить трудоемкость формования, в ряде случаев полностью исключить вибрирование или заменить его на кратковременное встряхивание, на треть сократить расход энергии и до 25 % – расход цемента.

Суперпластификатор С-3 (разжижитель) относится к категории анионоактивных ПАВ и содержит смесь олигомеров и полимеров, а также непрореагировавшую соль b-нафталинсульфокислоты и сульфат натрия. Олигомеры и полимеры представляют собой соединенные метиленовыми мостиками нафталиновые ядра с регулярно расположенными функциональными сульфогруппами, обусловливающими растворимость вещества в воде [11].

Одним из перспективных технических приемов улучшения физико-технических свойств бетона с суперпластификатором является совмещение суперпластификаторов (СП) с гидрофобизирующими ингредиентами [9, 11].

, и другие исследователи отмечают, что несмотря на то, что имеются данные об улучшении морозостойкости бетона с суперпластификаторами, следует совмещать СП с гидрофобизирующими добавками. Данную рекомендацию они предлагают исходя из того, что гидрофобизатор в таком сочетании будет влиять на процессы массопереноса и льдообразования при длительной эксплуатации железобетонных конструкций, что значительно увеличит их морозо - и коррозиестойкость, улучшит ряд свойств, например адгезионную прочность бетона при торкретировании [5, 9].

Механизм действия суперпластификаторов, с позиций современных воззрений, большинство исследователей (, , и др.) связывает с адсорбцией моно - или полимолекулярных ПАВ на поверхности гидратных новообразований, коллоидно-химическими явлениями на границах раздела фаз в присутствии ПАВ, проявлением влияния дзета-потенциала.

Судя по обзорным статьям из зарубежных технических журналов Великобритании, Бельгии, Венгрии, Японии и других стран, применение суперпластификатора позволяет изготовлять бетонные смеси, которые почти полностью удовлетворяют строительно-технологическим требованиям.

Из зарубежных образцов таких добавок особого внимания заслуживает суперпластификатор "Melment L-10", выпускаемый в ФРГ компанией "Suddeutsche Kalkstickstoff-Werke". Применение этой добавки позволяет получать бетоны с высокими, технико-экономическими характеристиками. При этом существенно улучшается отделка поверхности бетона. Литой бетон с суперпластификатором не отделяет воду. Обычная дозировка составляет 1-2% от массы цемента. Несмотря на повышенную стоимость, литой бетон экономичен, т. к. его применение снижает трудозатраты на 30-90%: повышенная подвижность смеси обеспечивает разгрузку автобетоносмесителя за 5 мин. (вместо 20 мин.) и позволяет на укладке бетона заменить пять-шесть рабочих одним. Дополнительная экономия связана с ускорением оборачиваемости форм и повышением производительности оборудования. Обеспечивается максимальный прирост прочности бетона в первые трое суток твердения до 170-190%, сцепление бетона с арматурой за 28 суток возрастает на 160%. При введении в бетонную смесь 2-3% добавки "Melment L-10" бетон быстро достигает необходимых эксплуатационных свойств, таких как водонепроницаемость, высокое сопротивление химическим воздействиям, морозостойкость, стойкость против "размораживающей" соли и износостойкость.

В Бельгии разработан суперпластификатор "Тиксо", который по действию в бетонных смесях и отвердевшем бетоне практически не уступает другим известным суперпластификаторам мирового строительного рынка.

В Италии созданы суперпластификаторы, способствующие длительному сохранению подвижности (не менее 3 ч), что особенно важно для транспортирования бетонных смесей на большие расстояния.

Американские ученые разработали разжижитель "Ломар-Д" на основе высокомолекулярного конденсата сульфированного нафталина, значительно улучшающего удобоукладываемость бетона и не снижающего основные характеристики: прочность при сжатии, изгибе и растяжении, модуль упругости, коэффициент Пуассона.

Конити Хаттори в Японии создана добавка "Майти" на основе формальдегидных конденсатов, сульфонатов и нафталина. Эта добавка позволяет получать удобоукладываемые бетонные смеси с требуемыми физико-техническими характеристиками. Влияние суперпластификатора "Майти" на свойства бетона изучалось в течение 11 лет. Такое длительное исследование свойств бетона с добавкой суперпластификатора связано с тем, что высокопрочный материал, применяемый в конструкциях, рассчитан на большой срок службы (75 лет), поэтому недопустимо, чтобы компоненты, входящие в его состав, вступали в реакцию между собой, вызывали расширение или развитие усадки бетона и коррозировали арматуру. Было установлено, что добавка "Майти" не вызывает нежелательных побочных эффектов и может быть широко использована в производстве конструкций из высокопрочного бетона для морских сооружений, свай, пролетов мостов, элементов зданий повышенной этажности.

Заслуживает внимание работа немецкой фирмы "JSOLA BAUCHEMIE GmbH" по созданию эффективных добавок из стандартизированных компонентов, что позволило обеспечить высокое качество модификаторов, соответствующее требованиям международных стандартов IS0 9001:2000.

Исключительно высокая водопонижающая способность модификатора "ISOLA FM 86/8" обеспечивает высокую прочность бетона в раннем возрасте. Добавка применима в производстве сборного железобетона и при монолитном строительстве. "ISOLA FM 86/8" не изменяет цвет бетона, повышает качество поверхности изделий.

Следует отметить научно-практический подход фирмы ADING (Македония) к изготовлению и применению модификаторов, в основе которого лежит компаундирование уже готовых химических добавок с целью существенного улучшения физико-технических свойств цементных материалов и расширения области применения модифицированного бетона. Данный подход позволяет получать бетонные и железобетонные изделия и конструкции полифункционального назначения для строительства объектов широкого спектра эксплуатации. Фирма ADING производит добавки "Хидрофоб" для получения водонепроницаемого бетона и суперпластификатора "Суперфлуид". Свойства бетонной смеси и бетона могут значительно улучшаться, если добавки "Хидрофоб" и "Суперфлуид" применить в комплексе, что позволит бетонировать густоармированные конструкции и получать водонепроницаемый бетон с улучшенными свойствами - сопротивлением разрушающему действию агрессивных сред (сульфаты, кислоты, масла, нефть и т. п.). Особенно выгодно применять этот комплексный модификатор для инъекционных смесей. Исходя из изложенного, можно констатировать: