МОДИФИКАТОРЫ БЕТОНА: ЕЩЕ ПРОЧНЕЕ, ЕЩЕ ДОЛГОВЕЧНЕЙ

Разновидности добавок в бетон для улучшения его свойств

В двух предыдущих номерах журнала мы поместили статью о бетоне — материале, лежащем в основе строительных технологий, своего рода дайджест, скомпилированный из открытых источников, показавшимися нам наиболее информативными. Продолжая эту традицию, в номере нынешнем мы размещаем аналогичный материал по теме добавок для бетона.

К преимуществам бетона как базового строительного материала относятся его низкая стоимость, экологическая безопасность и высокая прочность. В то же время, все чаще в бетон вносят различные добавки (модификаторы), позволяющие получать какие-либо полезные свойства, нетипичные для классического трехкомпонентного бетона, состоящего из цемента, воды и заполняющих фракций. Таким способом можно повысить, к примеру, прочность материала после застывания или сделать его водонепроницаемым. Стоимость растворов при этом незначительно увеличивается, но темпы работы и качество – возрастают.

На сегодняшний день в современном мире производится порядка 800 различных добавок в бетон, каждая из них обладает определенными свойствами и конкретным назначением. В строительстве добавки в бетон делятся на следующие виды:

  • Противоморозные
  • Пластификаторы, суперпластификаторы
  • Гидроизоляционные
  • Воздухововлекающие
  • Армирующие
  • Замедлители схватывания
  • Ускорители твердения
  • Пигменты
  • Биоцидные добавки

Основные функции добавок

Каждая из них не только выполняет свою непосредственную функцию (противостоит холодам, придает пластичности, помогает быстро застывать, добавляет цвет), но и обеспечивает цементную или бетонную смесь рядом преимуществ — прежде всего, улучшая ее технические характеристики. Бетон становится антикоррозийным – арматура, применяющаяся для возведения монолитных конструкций, не проржавеет на протяжении долгих лет, а значит и всё здание или сооружение, построенное с её помощью, останется прочным даже через многие годы.

Противоморозные добавки в бетон

Противоморозные модификаторы бетона необходимы в монолитном строительстве, при изготовлении монолитных и сборных бетонных и железобетонных сооружений, а также в строительных и отделочных работах при кладке из кирпича и из камня, в наружных штукатурных работах в зимнее время и при минусовой температуре.

Противоморозные добавки обеспечивают твердение бетона и строительного раствора при отрицательной температуре окружающего воздуха и предотвращают замерзание бетона при транспортировании, укладке и уплотнении на строительных площадках. Кроме того, они придадут бетонной смеси, а значит и всей конструкции прочность, надежность. Они замедляют процесс твердения бетона, ускоряющийся в условиях низких температур.

Таким образом, искусственно создаются условия нормальной температуры внешней среды, когда с бетонной или цементной смесью можно работать в обычном режиме. Важно так же, чтобы присадка сделала смесь антикоррозийной. Но есть и противопоказания, при которых не рекомендуется применять пластифицирующую противоморозную добавку в бетон.

В частности, не применяют её во время дождя или при относительной влажности воздуха больше шестидесяти процентов; не используют противоморозную добавку и в том случае, если в заполнителе наличие реакционно-способного кремнезема превышает норму в 50 мг/моль из-за возможного возникновения дополнительных пор в бетоне. Не советуют применять такие модификаторы и в ЖБИ, в которых использовалась арматура из стали некоторых классов.

Противоморозные присадки дают возможность продолжать работу с бетоном даже при температуре 15 градусов ниже нуля. Однако стоит отметить, что применение добавок в той или иной мере модифицируют бетонные свойства, и такие изменения не всегда благотворны. В наше время существуют противоморозные модификаторы комплексного типа, компенсирующие негативные моменты своего использования.

Принцип действия противоморозной добавки в бетон

Данный модификатор предотвращает замерзание жидкости во время транспортировки и до момента схватывания. Это обеспечивает процесс гидратации – полного вступления в реакцию с цементным порошком. Все проводится в соответствии с технологией, и в итоге получается морозостойкий бетон. Во время заливки и до того момента, когда наберется прочность, также поддерживается особая температура, но уже не за счет присадки для бетона, а при помощи мешковины, пленки или тента (ими накрывается залитая поверхность) и прогреванием непосредственно самого бетона, если на улице минусовая температура. Если температура выше нуля, потребность в антифризных добавках отпадает сама собой.

Домешивание антифризных добавок в цемент допускается с отметки в -5 градусов по Цельсию. Однако если бетон морозоустойчив и замешивается горячей водой, и при этом место замеса и необходимая строительная площадка находятся недалеко друг от друга, можно обойтись и без домесов. При транспортировке такой бетон не остывает до минимальной температуры.

Прогревание бетона

Чтобы прогреть бетон, строительные бригады применяют воздушные пушки, строительные фены, работающие по принципы нагона потока теплого воздуха под накрытую бетонную поверхность. Что касается бюджетных вариантов, то прогреть бетон можно при помощи сварочного аппарата и обычной проволоки. Ее нагревают и оставляют в бетоне после того как он схватился. При разовом применении, используют аппараты для сварки.

Срочное бетонирование в сильные морозы

В соответствии требований ГОСТа 24211-91, применение противоморозных добавок (ПМД) рекомендуется при температуре от -15 до -10 градусов по Цельсию. Но как показывается практика, добавив ПМД, с бетоном можно работать и при более низких температурах. Однако чем ниже температурные условия, тем медленнее продвигается строительная работа, связанная с бетонированием.

Пластификаторы/суперпластификаторы для бетона

Пластификатор, а вернее, его более продвинутый наследник – суперпластификатор – самая распространенная на сегодня добавка, использующаяся при приготовлении бетонных смесей. В целом, химические добавки, способствующие уменьшению водосодержания наиболее востребованы. Есть очень много плюсов от их применения, а именно: повышается текучесть смеси без добавления лишней воды, она становится более пластичной, экономится цемент, повышается плотность, водонепроницаемость, морозостойкость и т.д.

В технологии производства бетонных растворов есть парадоксальное противоречие. Чтобы сделать бетон или ЖБИ прочней и долговечней, необходимо по максимуму сократить количество воды затворения (снизить водоцементное отношение). В идеале, желательно оставить лишь то количество воды, которое необходимо для полноценного процесса гидратации цемента. На практике это не совсем реально по причине невозможности качественной укладки получившейся так называемой жёсткой смеси. Для того чтобы она получилась более-менее подвижной, вводится количество воды значительно большее, чем нужно для гидратации. А лишняя вода снижает расчётную прочность смеси. Что же делать, если нужна жидкая (литая) смесь, когда для её укладки в опалубку используется бетононасос?

Вот здесь и приходят на помощь специальные модификаторы бетона – пластификаторы, которые начали применять ещё с сороковых годов прошлого столетия. На сегодняшний день, применяется в основном их новая версия, так называемые суперпластификаторы. Они появились в СССР ещё в начале восьмидесятых.

Пластификаторы имеют следующие неоспоримые преимущества:

  • Экономия цемента. Для получения равнопрочного бетона одинаковой подвижности на один куб раствора можно расходовать на 15% меньше цемента. Достигается этот результат за счёт снижения количества воды затворения. Но для сохранения необходимой подвижности производители обязательно вводят в бетон суперпластификаторы или пластификаторы н. Таким образом одновременно снижается водоцементное отношение и при этом не снижается подвижность
  • Без ущерба для прочности будущих ЖБИ повышается подвижность смеси. Это особенно актуально для монолитного строительства, где вовсю применяются бетононасосы и автобетононасосы, требующие для нормальной работы бетон п4-п5 (осадка конуса от 16 см)
  • Увеличение окончательных прочностных характеристик до 25%
  • Благодаря улучшенной удобоукладываемости отпадает необходимость вибрирования свежеуложенного бетона
  • Появляется возможность без особых проблем заливать густоармированные конструкции: колонны, узкие опалубки стен и так далее
  • Возможно получение составов повышенной плотности (высокая непроницаемость), что положительно сказывается на водонепроницаемости ЖБИ
  • Повышение морозостойкости и трещиностойкости
  • Снижается усадка твердеющего бетона или ЖБИ
  • Появляется возможность получать высокопрочные ЖБИ и бетоны, с показателями прочности на сжатие свыше 100МПа. К примеру: бетонный образец марки м-350 (B25) 28-суточного возраста обладает прочностью на сжатие всего лишь 25 МПа. То есть – в четыре раза меньшей. Применяя специальные модификаторы возможно получить бетон с марочной прочностью, превышающий марку используемого при затворении цемента
  • Предприятия, выпускающие ЖБИ, получают свою выгоду от применения пластификаторов за счёт сокращения времени пропаривания или снижения температуры в камерах. А это существенная экономия энергоресурсов, ускорение оборачиваемости формоснастки и как следствие – увеличение объёмов производства
  • Увеличивается сцепляемость арматуры с бетоном – до 1,5 раз.

Небольшой минус при использовании прастификаторов – незначительное замедление сроков схватывания и твердения бетонной формы. Для компенсации замедляющего действия пластификаторов иногда вводится специальная добавка для бетона – ускоритель твердения. Она и компенсирует всё, что подпортил пластификатор, а именно график нормального твердения отлитой формы.

На сей день всё чаще и чаще применяются комплексные виды добавок в бетон. Как правило, они двухкомпонентные. Например: в основе – пластификатор, а в довесок — ускоритель твердения либо воздухововлекающая добавка, либо микрокремнезём и т.д. Благодаря таким комбинациям бетонные заводы получают высокопрочные смеси с уникальными характеристиками.

Гидроизоляционные добавки в бетон

При строительстве различных сооружений одним из главных этапов является закладка качественного фундамента. Как известно, применяемые для этих целей бетонные растворы имеют недостатки, такие как неравномерная усадка, появление микротрещин и т.д. Эти дефекты могут повлечь за собой проникновение влаги, что, в свою очередь, вызовет полное разрушение сооружения. Чтобы предотвратить такие нежелательные последствия, для ЖБИ выполняется гидроизоляция. При этом ранее использовались водоотталкивающие материалы, которыми покрывались части здания или они прокладывались в слои из нескольких элементов.

К настоящему времени разработаны специальные модификаторы для гидроизоляции, позволяющие повысить сопротивляемость изделий коррозии и водонепроницаемость самой структуры состава.

Гидроизоляционная добавка в бетон применяется для повышения качества ЖБИ. При этом она не только придает способность изделиям из данных материалов не пропускать воду, но и улучшает их прочие полезные свойства. Кроме того, эти вещества помогают защитить металлические элементы в железобетонных конструкциях от коррозии, которая может возникнуть из-за контакта с внутренней влагой или же попадания паров и воды извне. Присадки, как правило, изготавливают из полимерных соединений, имеющих свойство разрастаться в растворе, тем самым закрывая микротоннели и трещины, образуемые при высыхании состава.

Модификаторы – ускорители высыхания бетона с приданием способности материалу не пропускать воду. Кроме того, у составов с применением таких добавок повышаются адгезионные свойства, пластичность, также в готовых формах наблюдается уменьшение усадки.

Фибра-присадки – многофункциональное дополнение для приготовления бетонных и прочих строительных смесей. Данные добавки представляют собой волокна, которые могут изготавливаться из различных материалов, например, полимерных соединений, стали, стекла и так далее. Эти примеси помогают повысить устойчивость ЖБИ к механическим воздействиям, перепадам температуры и другим видам деформаций. Кроме того, наблюдается уменьшение возникновения трещин и усадки, сколов; добавки придают составу объемное армирование, пластичность, сцепление веществ.

Проникающие гидроизоляционные добавки, применяемые в жидкий бетон. Повышают устойчивость к воздействиям влаги и различных агрессивных сред (кислот, щелочи и прочих химических веществ) как на стадии производства, так и в процессе эксплуатации.

Гидроизоляционные добавки в бетон применяются при строительстве сооружений самого разного назначения. Можно отметить следующие виды объектов, которые строятся с их использованием:

  • здания жилого и промышленного назначения
  • мосты, подземные устройства и путепроводы
  • бассейны, резервуары для питьевой воды и иных видов жидкостей
  • гидротехнические сооружения (дамбы и пр.)
  • портовые морские строения (шлюзы, каналы, пирсы и так далее)
  • тоннели, очистные сооружения и т.д.

Способы применения модификаторов различаются в зависимости от их вида. Как правило, соотношение смеси, воды и иных компонентов для бетонного состава указываются в прилагаемой к продукции инструкции. Многие сухие порошкообразные виды можно применять вместе с другими модификаторами (пластификаторами, морозостойкими присадками и так далее).

Гидроизоляционная добавка для бетона значительно повышает качество состава. Применение такой продукции избавляет от лишних затрат на дополнительные работы по защите изделий от влаги и иных механических и химических воздействий. Многие виды добавок многофункциональны, и в зависимости от используемого материала можно получить состав с высокими техническими характеристиками (пластичностью, устойчивостью к трению, ударам и пр.).

Воздухововлекающие добавки

Химические модификаторы этой группы способствуют образованию воздушных микропузырьков. Наличие таких микропор существенно повышает морозостойкость бетона — благодаря пространству, которое может занимать расширяющаяся при замерзании вода, проникшая в бетон.

Воздухововлекающие добавки повышают тепло- и шумозащитные свойства стен, фундаментов, потолков, улучшают стойкость бетона к расслоению, дают возможность экономии цемента и песка, совместимы с другими модификаторами.

В самом начале, когда воздухововлекающие присадки вводили в бетон для придания ему морозостойкости, было замечено, что эти вещества придают бетонной смеси и прочие полезные свойства, а именно: уменьшают (а при благоприятных обстоятельствах могут полностью исключать) образование трещин при пластической усадке; уменьшают размывание водой; улучшают удобоукладываемость.

Лучшие воздухововлекающие добавки — полимеры. Их следует осторожно добавлять в воду затворения. Доза должна точно контролироваться, а добавка — равномерно распределяться по всему замесу. Цель введения воздухововлекающей добавки — получить большое количество крошечных пузырьков воздуха, изменяющих поровую структуру бетона. В результате вовлечения воздуха (примерно 4,5±1,5%) незначительно снижается прочность бетона на сжатие, но в то же время улучшается его удобообрабатываемость.

Применение воздухововлекающих добавок приводит к некоторому снижению прочности ЖБИ, поэтому их применение при получении высокопрочных бетонов не допустимо.

Армирующие добавки

Данные добавки используется с самых давних времен для придания прочности бетонному изделию. Их используют везде: возведение стен, закладка фундамента, штукатурка, построение основания мостов и т.д. Они редотвращают деформацию, что делает высоконагруженные изделия более надежными. Есть различные виды армирующих добавок для бетона, и каждая из них выполняет ряд функции. В каждой заложены определенные свойства, что делает их незаменимыми при современном строительстве.

Арматура – самая востребованная армирующая добавка для бетона, известная нам с самого детства. Мы не раз видели, как перед тем, как заливать опалубку, строители всегда закладывали металлические пруты. Именно арматура берет на себя всю нагрузку в железобетонных изделиях. Крупнейшие предприятия нашей страны работают над ее производством, перерабатывая тысячи кубов руды. Объекты строительства, в которых применяется арматура — железобетонные плиты, мосты, блоки, фундаменты и т.д.

Полипропиленовая фибра – синтетический материал, в его в основе лежит полипропилен. Он прекрасно взаимодействует с щелочным основанием бетона. Фибра не подвержена растворению в цементном молочке. Она отлично зарекомендовала себя в полусухой цементной стяжке. За счет экономичного расхода полипропиленовая фибра является прямым конкурентом металлической сетки, используемой для стяжки пола, так как полностью армирует и не дает образовываться трещинам после заливки бетона. Нормы ее расхода — 900 гр на 1 кубометр смеси. Армирование происходит на микроуровне. Несмотря на широкое использование, полипропиленовая фибра является новым строительным материалом, так как была разработана сравнительно недавно.

В группу пластификаторов не входят фибры, но и без них работа с бетоном проходит не совсем по плану. Фибра делится на несколько групп: базальтовую фибру, фиброволокно, стальную фибру и стекловолокно для бетона. Фибра создаёт «вяжущий» эффект на микроуровне, быстрее засыхает и производит микроармирование.Стекловолокно, так же как и фибра, армирует сухую смесь на основе гипса или цемента.

Армирующие присадки добавляются непосредственно в смеситель вместе с другими компонентами, причем соотношение зависит от того, какой именно результат необходимо получить. Как правило, норма расхода фибры из полипропилена для пенобетона и его модификаций, а также для конструкций с небольшими нагрузками (тротуары, стяжки, наливные полы и т.д.) составляет 0,6-0,9 кг на 1 кубометр. Для сооружений со средними значениями нагрузок эта величина равна 1-1,3 кг, а для тяжелых сооружений, мостов и автомагистралей – 1,8-2,7 кг.

Замедлители схватывания

Замедлители схватывания цемента — сернокислое окисное железо и слабый раствор серной кислоты — применяются, если скорость загустения бетона без замедлителя схватывания не обеспечивает необходимой для производства работ удобообрабатываемости. В качестве замедлителей схватывания могут быть применены также пластифицирующие добавки: пептизаторы и микропенообразователи.

Замедлитель схватывания применяются в строительстве как технологическое решение для некоторых рабочих задач. Так, эти добавки необходимы при производстве изделий из монолитного железобетона. Непрерывное бетонирование важно для обеспечения прочности ЖБИ, так как в этом случае удается избежать наличия рабочих швов (самое ослабленное место) — однако это возможно лишь при небольших объемах работы и при возведении сравнительно простых конструкций. Во всех остальных случаях выполняются стыки старого и нового бетона, значительно уменьшающие прочностные характеристики изделий. Кроме того, их устройство связано со значительными затратами труда и времени, так как надежное сцепление возможно лишь при тщательной обработке поверхности ранее уложенного бетона. Но этих работ можно избежать, если вести бетонирование таким образом, чтобы процесс схватывания ранее уложенного бетона начинался не так быстро; для этого в бетонную смесь с учетом графика строительных работ вводят замедлители схватывания бетона. Также ввиду большого объема бетонной смеси возникают риски по образованию усадочных трещин, так как гидратация является экзотермическим процессом. Таким образом, введение замедлителя схватывания замедляет процесс гидратации и снижает температуру бетона, что позволяет минимизировать или полностью избежать усадочных трещин.

Также замедлители схватывания применяются при транспортировке бетона на большие расстояния для поддержания его свойств при вынужденном длительном перерыве в производстве строительных работ и в иных случаях, где требуется сохранить подвижность бетонной смеси.

Замедлители схватывания и твердения бетона действуют следующим образом. Они тормозят процессы гидратации и гидролиза клинкерных минералов, что обуславливает замедление выделения свободной извести, снижение скорости процесса коагуляции и сближения частиц цемента с его гидратными новообразованиями. В итоге схватывание затворенных водой клинкерных цементов становится менее интенсивным.

Ускорители твердения бетона

Ускоритель твердения бетона – комплексная добавка, выпускаемая в разных составах и разных марок, которая относится к суперпластификаторам и ускорителям набора прочности. Обычно это водные растворы хлористых солей (например, хлористого кальция, натрия и др.) Они оказывают воздействие на раствор, активируя процесс гидратации клинкера, что ведет к более быстрому затвердеванию бетона. Эта добавка применяется специалистами для производства конструкций из сборного железобетона, из монолитного и мелкозернистого бетона, в производстве густоармированных, тонкостенных форм и строительных конструкций сложной конфигурации. Не рекомендуется применять такие добавки в конструкциях из сборного железобетона с диаметром арматуры менее 5 мм. Ускоритель твердения бетона максимально эффективен при изготовлении высокоподвижных смесей, для получения высокопрочных бетонов (бетоны класса В40 и выше), а также бетонов с высоким показателем прочности на ранних сроках твердения (на 1-2 сутки). Применение этой добавки позволяет снизить количество воды затворения, сократить продолжительность тепловлажностной обработки и снизить ее температуру, изготавливать изделия по беспропарочной технологии, а также увеличить оборачиваемость форм.

Добавки-ускорители применяются для получения быстросхватывающихся бетонов, повышения прочности бетона в раннем возрасте и при производстве работ в зимнее время.

Для производства сборного железобетона высокая скорость твердения определяет переход на малопрогревные и беспрогревные технологии с температурой выдерживания 25-40°С, сокращение или исключение энергозатрат, повышение оборачиваемости тепловых агрегатов и производительности технологических линий.

Пигменты

Производство цветных бетонных изделий требует применения различных красителей для придания готовому продукту нужной окраски. Наиболее популярным видом цветных бетонных изделий является тротуарная плитка.

Для окрашивания бетона применяют разные красители, искусственные и натуральные, порошкообразные и в виде эмульсий и паст. Последние виды считаются более современными, эффективными и простыми в применении, их легче дозировать, хранить и использовать. Главное требование к пигменту – это минимальный уровень концентрации содержащихся там минеральных солей, которые впоследствии будут вымываться из готового изделия. Оптимальный размер частиц пигмента находится в диапазоне 0,2 — 10 мкм. Другими характеристиками пигмента является его устойчивость к ультрафиолету, щелочам, а также маслоемкость.

Дозировка пигмента не должна превышать рекомендуемую, так как избыток пигмента приводит, во-первых, к увеличению себестоимости изделий, а во-вторых, способствует более быстрому снижению интенсивности оттенка, так как появляется большое количество частиц краски, не связанных с бетоном.

Биоцидные добавки

Для предотвращения появления и развития бактерий, различных форм грибков и микроорганизмом в зданиях медицинских учреждений и пищевых комбинатов, животноводческих комплексов ЖБИ должны обладать биоцидными свойствами.

Микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности выделяют органические кислоты, образующие с компонентами силикатов и алюмосиликатов комплексные соединения и легкорастворимые кальциевые соли. Плесневые грибы, накапливаясь на загрязненных строительных конструкциях, также выделяют органические кислоты (лимонную, щавелевую), которые являются сильными катион-комплексирующими агентами и могут образовывать с минералами легкорастворимые комплексные соединения. В строительных формах повышенной пористости и гидрофильности поселяются бактерии, способствующие выщелачиванию из цементного камня ионов кальция. При этом, снижается величина рН, что приводит к повышению степени карбонизации бетона и его разрушению. Бактерии могут активно разрушать не только бетон, но и стальную арматуру, либо непосредственно влияя на сталь, либо образуя в аэробных условиях сначала азотистую, а затем — азотную кислоту.

Для повышения стойкости против биохимической коррозии в состав бетона на стадии его приготовления вводят специальные присадки: бактерицидные — от бактерий, фунгицидные – от грибов, альгицидные – от водорослей.

По агрегатному состоянию биоциды бывают твердыми (порошки), жидкими и газообразными (фумиганты, летучие фунгициды и пр.); по признакам растворимости – водорастворимыми, малорастворимыми и растворимыми в органических растворителях.

Биоцидные добавки выбираются в зависимости от типа строительного раствора, видов микроорганизмов патогенного действия, которые могут поселиться внутри или на поверхности железобетонных изделий. Биоциды должны обладать высокой активностью, не оказывать отрицательного воздействия на окружающую среду и не ухудшать технологические и физико-механические свойства бетонов.

Качество бетонной смеси, используемой при строительстве, — один из определяющих факторов долговечности и прочности сооружения. Получить бетон с оптимальным сочетанием таких важных свойств, как подвижность, прочность, морозостойкость, водонепроницаемость можно только при использовании современного оборудования, точном соблюдении технологии и при применении современных, эффективных модификаторов бетона.

 

По материалам с сайта carmix.pro

Категории
СтатьиСтроительство и реконструкция

Комментировать

*

*

Похожие