Модификаторы в строительной технологии (стр. 5 )

В ближайшей перспективе наиболее эффективными представляются модифицированные добавки в виде гранулированных порошков, в том числе в цветовом оформлении, которые решают проблему получения строительных материалов с требуемыми гарантированными характеристиками. Разработанные технологии и способы получения модификаторов позволят быстро внедрить эти полифункциональные добавки в производстве эффективных строительных материалов и существенно улучшить технико-экономические и экологические показатели предприятий строительной индустрии.

На качественно новую ступень переходит решение проблем технологии, состав, структуры и свойств бетона в случае применения цементов низкой водопотребности (ЦНВ) [20, 21, 22] в особенности гидрофобного цемента низкой водопотребности (ГЦНВ) [23].

Известно, что ГЦНВ, по сравнению с исходным цементом обладает повышенной в 2-2,5 раза гидравлической активностью (маркой). Резко увеличиваются морозо - и влагостойкость к химическим и климатическим факторам. Существенно повышаются показатели прочности (до 30%) и морозостойкости (в 2-3 раза) модифицированного мелкозернистого бетона на основе гидрофобного вяжущего низкой водопотребности в случае применения вибропрессования, например при формовании элементов мощения, особенно при изготовлении слоистых бетонных изделий [24].

Одним из эффективных в настоящее время признан полифункциональный модификатор бетона ПФМ-НЛК, разработанный НИИЖБом РФ. Этот модификатор представляет собой порошкообразный материал, состоящий из пластифицирующих и воздухововлекающих компонентов. Он является сильным разжижителем бетонной смеси, регулятором поровой структуры бетона. Обеспечивает оптимальное с точки зрения морозостойкости воздухововлечение в бетонную смесь (3-5%). При создании композиции ПФМ-НЛК учитывалось, что модификатор должен перевозиться на дальние расстояния в труднодоступные районы Крайнего Севера, выдерживать многократное замораживание и длительное хранение, обеспечивать высокую технологичность, т. е. возможность приготовления водных растворов по простейшей технологии, безопасность их передозировки при приготовлении бетонной смеси. Научно-исследовательские работы и опытно-производственные испытания показали, что применение модификатора ПФМ-НЛК снижает водопотребность бетонной смеси на 20-25%, обеспечивает воздухововлечение в бетонную смесь до 3-5%, повышает прочность бетона на 15-20%, гарантированно обеспечивает получение бетонов на местных заполнителях с маркой морозостойкости не ниже F400.

В настоящее время Внешнеэкономическая ассоциация "Полимод" при поддержке Министерства промышленности, науки и технологий Российской Федерации и при участии ряда российских и иностранных фирм реализует крупный международный проект "Карбоцепные суперпластификаторы", основной задачей которого является разработка, освоение производства и внедрение в практику строительства нового поколения высокоэффективных суперпластификаторов бетонных смесей. В ходе данного проекта уже получены и проходят всестороннюю апробацию несколько типов поликарбоксилатов, не уступающих по своим свойствам лучшим предложениям зарубежных фирм [24, 25, 26, 27].

Бетонами нового поколения для ускоренного строительства назвали специалисты НИИЖБа РФ разработанную ими цементно-песчаную смесь с модификатором на основе микрокремнезема, которая на данный момент предлагается в оптовой и розничной торговле под маркой ГИДРО-S II ПЛЮС. Высокодисперсные сферические частицы микрокремнезема заполняют пустоты между более грубыми цементными частицами, создавая множество равномерно распределенных по объему условно-замкнутых пор. Это позволяет получать высокопрочные бетоны с повышенными эксплуатационными свойствами и резко сократить сроки схватывания бетона. Если обычный бетон набирает 70% прочности только к 28 суткам, то бетон, получаемый из ГИДРО-S II ПЛЮС, набирает те же 70% прочности уже на седьмые сутки. Таким образом, создаются условия для скоростного строительства [28].

Научно-практический интерес представляют работы, посвященные методологическим аспектам современной технологии бетона.

Накопление и использование массивов знаний и информации в области бетоноведения к концу XX века резко интенсифицировало характер эволюционного развития технологии бетона. Из таких материалов, названных бетонами нового поколения, возведены уникальные сооружения: мосты, тоннели, высотные здания, резервуары, градирни и т. д. [29, 30, 31].

Составляющими новых бетонов служат известные компоненты: цементы, заполнители, высокоэффективные химические добавки, реакционноспособные или инертные минеральные дисперсные добавки, микроарматура.

Вопросами разработки композиций (составов) бетонов типа "High Performance Concrete" – высококачественных бетонов с высокими гарантированными физико-техническими свойствами – посвящено в последнее двадцатилетие много интересных и значительных в научно-практическом плане трудов [32, 33, 33, 34, 35, 36].

Возможности полимодифицирования физико-технических характеристик бетона и железобетона увеличивается в случае применения не только комплексных химических модификаторов, но и современных технологических приемов [9].

Анализ работ [32-39] показывает, что в бетоноведении к современным технологическим приемам получения бетонов относятся:

– перемешивание (гравитационное, принудительное, сложные способы совмещения компонентов бетона, например в интенсивном смесителе фирмы "Айрих", который работает по принципу "встречных потоков" в условиях вакуума или при атмосферном давлении в широком диапазоне температур;

– формование и уплотнение (вибрирование, прессование, центрифугирование, экструзия, вакуумирование );

– тепловая обработка (пропаривание, автоклавная обработка, электропрогрев различных видов и другие).

Практика показывает, что качество модифицирования, особенно в случае применения комплексных химических добавок подчиняется закону перехода количественных изменений в качественные.

Научно-технический интерес представляют понятия, которые ввел в связи с действием данного закона в области модифицирования:

– эффективность модификатора – степень максимального технического эффекта, который может быть достигнут при введении данного модификатора в бетон;

– критерий эффективности модификатора – требования, характеризующие необходимость достижения определенного уровня эффективности;

– активность модификатора – количество добавки, при котором достигается максимальный технический эффект.

Модификаторы делятся на высокоактивные, оптимальная дозировка которых составляет сотые и тысячные доли процента от массы цемента, умеренно активные с оптимальной дозировкой в десятые доли процента, и слабо активные, которые вводятся в количестве одного и более процентов. Предложенное деление условно и касается, в первую очередь, поверхностно-активных веществ, которые вводятся для изменения свойств бетонной смеси и бетона. Активность добавки можно оценивать и по его расходу для достижения определенной степени воздействия. При этом необходимо учитывать влияние на этот показатель вида цемента, состава бетона и других факторов;

– технологическая чувствительность – степень изменения достигаемого технического эффекта в зависимости от колебаний в показателях состава бетона и технологии его приготовления;

– стойкость модификатора к внешним воздействиям – требования к свойствам модификатора, которые ограничивают уровень различных внешних воздействий (климатических или каких-либо других) и соответствие которым исключает изменение качества модификатора;

– оптимальная дозировка модификатора – минимальное количество вещества, позволяющее получить максимальный (основной) технологический или технический эффект без снижения (или с допустимым уровнем снижения) других показателей качества бетонной смеси или бетона;

– чувствительность дозировки модификатора – минимальные отклонения в дозировке модификатора, выраженные в долях оптимальной дозировки, при которых наступает существенное изменение технических свойств бетонной смеси или бетона. Эта характеристика определяет требования к точности дозировки модификатора, по ней можно судить о степени опасности нарушения дозировки [1, 9]. В этих показателях прослеживается зависимость прочности от дозировок модификатора. Повышение дозировки модификатора сверх оптимальной, в том числе и гидрофобизирующего, приводит к снижению прочности бетона.

Приведенный научно-технический обзор показывает, что создание и применение новых модификаторов - один из реальных путей дальнейшего совершенствования технологии и свойств бетона и железобетона [40]. Каждое из направлений применения добавок интересно как с научной, так и технической стороны и требует своего дальнейшего исследования и совершенствования.

2 КЛАССИФИКАЦИЯ ДОБАВОК

Все добавки (природные или искусственные химические продукты) классифицируются [41] по механизму их действия и разделяются на четыре класса:

1-й – изменяющие растворимость минеральных вяжущих материалов и не вступающие с ними в химические реакции;

2-й – реагирующие с вяжущими с образованием труднорастворимых или малодиссоциированных комплексных соединений;

3-й – готовые центры кристаллизации ("затравки");

4-й – органические поверхностно-активные вещества (ПАВ), способные к адсорбции на поверхности твердой фазы.

В зависимости от назначения (основного эффекта действия) химические добавки для бетонов по ГОСТ 24211 подразделяются на следующие виды:

регулирующие свойства бетонных смесей:

а) пластифицирующие: I группы (суперпластификаторы), II группы (сильнопластифицирующие), III группы (среднепластифицирующие), IV группы (слабопластифицирующие);

б) стабилизирующие;

в) водоудерживающие;

г) улучшающие перекачиваемость;

д) регулирующие сохраняемость бетонных смесей: замедляющие схватывание и ускоряющие схватывание;

е) поризующие (для легких бетонов): воздухововлекающие, пенообразующие, газообразующие;

регулирующие твердение бетона:

а) замедляющие твердение;

б) ускоряющие твердение;

повышающие прочность и (или) коррозионную стойкость, морозостойкость бетона и железобетона, снижающие проницаемость бетона:

а) водоредуцирующие I, II, III и IV групп;