для бетонов, строительных растворов и сухих строительных смесей.
Высокое качество бетонных и железобетонных конструкций и сооружений является результатом целого комплекса мероприятий: правильного подбора состава бетонной смеси, обеспечивающей необходимые технологические свойства и физико-механические характеристики, надлежащей организации производственных работ и использования обоснованных технологических приемов изготовления, транспортировки, укладки бетонной смеси и ухода за бетоном.
С точки зрения материаловедения, получить бетон с заранее заданными структурой, свойствами и высокими качественными показателями можно с помощью следующих приемов:
- разработка и производство новых вяжущих заполнителей;
- создание органических и неорганических модифицирующих добавок в виде механических смесей из компонентов серийно производимого сырья;
- синтез новых органических и неорганических модифицирующих добавок различной химической природы и строения.
Морозостойкие добавки пластификаторы
Важной технологической характеристикой бетонной смеси является ее консистенция. Она обеспечивает возможность укладки смеси с надлежащим уплотнением, в опалубку бетонируемых конструкций.
По консистенции бетонные смеси разделяют на жесткие и подвижные.
Для монолитного бетона обычно применяют подвижные смеси, которые в свою очередь, подразделяют в соответствии с ГОСТ 5802 по показателю подвижности на малоподвижные (с осадкой стандартного конуса 1-3 см), умеренно подвижные (4–7 см), подвижные (8–15 см) и литые (16 см и более).
Одним из наиважнейших и наиболее распространенных путей получения более технологичных бетонных смесей и качественных бетонов является ведение в бетонные смеси пластифицирующих добавок, обеспечивающих уменьшение вязкости и увеличение подвижности с одновременным уменьшением водосодержания.
В последние годы активно применяются зарубежные суперпластификаторы, являющиеся химическими добавками на основе меламиновых смол.
В настоящее время распространены также гиперпластификаторы - добавки зарубежного производства на основе карбоксилатов. Причем, основным свойством, отличающим гиперпластификатор от суперпластификатора, является способность первого снижать вязкость бетонной смеси при очень малой концентрации. Однако гиперпластификаторы не нашли широкое применение из-за их высокой стоимости.
На отечественном строительном рынке представлены суперпластификаторы и гиперпластификаторы "ЦМИД-4Ж", "Mapeplast LA", "Mapeplast LA Powder", "Mapeplast PT1", "Arcon-Fluid SCC", "Centrament", "Muraplast", "Rheobuild 1000", "Поззолит 475-F" и другие составы, замедляющие твердение бетона и за счет этого обеспечивающие низкую потерю удобоукладываемости бетонных смесей.
Широко используются отечественные жидкие и порошкообразные, обладающие высокой поверхностной активностью, пластифицирующие добавки – лигносульфонаты ЛСТ, ЛСТМ, ЛСБУ и ЛСТИ. Они являются модифицированным крупнотоннажным отходом производства целлюлозы, образующимся в процессе сульфитного способа делигнификации древесины.
Применяется также сульфитно-дрожжевая бражка СДБ и поверхностно-активный щелок ПАЩ-1. Введение ЛСТ, ЛСТМ и С-3 в бетонную смесь резко увеличивает ее подвижность - до 4-5 см вместо 1 см и 16-18 см вместо 10-12 см для смесей такого же состава без добавок.
Зарекомендовали себя и находят применение комплексные добавки с сильным пластифицирующим действием - "УП-1", "УП-2", "УП-4", "ПЛАСТИЛ-У", "CC94", "ЦМИД-4Б", "Релаксол - Супер", "Релаксол - Норма", "Релаксол - Универсал", "Релаксол – Темп Л", "Реламикс", "Линамикс", "КМХ", "Лигнопан Б-1", "Мегалит С-3 МЛ", "МК-1", "ПФМ-НЛК", "Дефомикс" и другие, способствующие водоредуцированию при равной удобоукладываемости или улучшающие удобоукладываемость при неизменном водоцементном отношении без расслоения и водоотделения бетонной смеси.
Однако наибольшей популярностью у строителей и производителей товарного бетона ЖБК и ЖБИ пользуется суперпластификатор (разжижитель) из ряда модифицированных лигносульфонатов - лигносульфонат нафталина С-3.
Необходимо отметить, что применение большинства пластифицирующих добавок неблагополучно воздействуют на организм человека и окружающую среду. Например, пластифицирующая добавка С-3 содержит опасный в биологическом отношении фенол, формальдегид и производные нафталина (канцерогена) и поэтому относится к веществам 3 класса опасности; для сравнения, эпоксидные смолы, например, менее вредны и относятся к 4 классу опасности.
Кроме того, в добавке С-3 содержится 6-10% сульфата натрия NaSO4 - активного высолообразующего агента, что является причиной появления стойких высолов. Необходимо отметить, что даже при малых концентрациях сульфат натрия может способствовать также возникновению самого опасного вида коррозии бетона – сульфатной коррозии, существенно снижающей долговечность строительных конструкций.
Противоморозные добавки в бетон
Другой важной характеристикой бетонной смеси является возможность ее применения в условиях зимнего бетонирования.
По СНиП III-15-76 при ожидаемой среднесуточной температуре воздуха ниже, чем +5oС и минимальной суточной температуре ниже 0oС производство бетонных работ без применения специальных методов выдерживания бетона запрещается.
Учитывая, что холодный период в разных районах России длится от 3 до 10 месяцев, применение и совершенствование методов зимнего бетонирования является актуальной задачей.
При замерзании жидкого цементного теста бетона его твердение останавливается и возобновляется только после оттаивания. При температурах ниже минус 10°С практически прекращается тепловыделение, гидратация цемента и отсутствует заметный набор прочности. Замерзание химически несвязанной воды приводит к увеличению пористости цементного камня, а при высоких расходах используемой воды и к разрушению бетона. Эти обстоятельства затрудняют бетонирование при пониженных температурах, особенно при возведении монолитных конструкций.
Методы выдерживания бетона на морозе делятся на три группы: прогревные (использование топлива или электрической энергии); беспрогревные (термосное выдерживание и использование противоморозных добавок); и комбинированные методы.
Прогревные методы выдерживания бетона могут применяться при возведении практически любых конструкций и при любых температурах среды, но предполагают значительные затраты энергоресурсов и являются технически сложными.
Наиболее эффективным и экономичным является беспрогревный метод "термоса", но он обеспечивает поддержание в бетоне тепла и его твердение только в массивных конструкциях.
Введение в бетонные смеси противоморозных добавок может происходить при термосном выдерживании бетона или в сочетании с обогревом.
Эффективность добавки в бетон в мороз определяется величиной снижения температуры замерзания жидкой фазы бетона. Однако наличие жидкой фазы при отрицательных температурах обеспечивает крайне медленное твердение.
Очевидно, что противоморозная добавка должна работать как ускоритель твердения в технологически оправданных временных интервалах.
Применение бетонов с противоморозными добавками ограничено:
- во-первых, потому что твердение бетона при этом происходит медленнее (вследствие чего проектная прочность достигается через 2-3 месяца).
- во-вторых, в связи с опасностью появления высолов и негативного влияния на структуру, свойства бетона и арматуру при введении добавки в количествах, превышающих 10% от массы цемента.
Традиционными и широко применяемыми противоморозными добавками являются целый ряд солей технической квалификации: поваренная соль NaCl, хлористый кальций CaCl2, нитрит натрия NaNO2, натриевая селитра NaNO3, кальциевая селитра Ca(NO3)2, поташ K2CO3, кальцинированная сода Na2CO3, формиат натрия NaCOОН, мочевина.
Наиболее популярны у строителей пользуются поташ, нитрит натрия и формиат натрия.
Поташ значительно ускоряет схватывание и твердение бетона и применяется при строительных работах в зимний период, если во время выдерживания до приобретения критической прочности температура бетона с максимальной дозировкой добавки не опустится ниже 25oС.
К недостаткам поташа можно отнести:
1) Бетонные смеси с поташом характеризуются весьма короткими сроками схватывания.
2) Кристаллизация солей (гидрокарбоалюмиата, гидрокарбоната и карбоната кальция), образующихся при взаимодействии поташа с продуктами гидратации цемента, происходит с увеличением объема, что может существенно снижать морозостойкость бетона.
3) Едкие щелочи, образующиеся при твердении бетона с добавкой поташа могут вызвать щелочную коррозию бетона.
4) В результате взаимодействия аморфной или плохо закристаллизованной кремнекислоты с едкими щелочами (едким кали КОН и др.) в бетоне появляются внутренние напряжения, которые могут превзойти по величине прочность на растяжение заполнителя или цементного камня и вызвать появление микро- и макротрещин вплоть до разрушения конструкции.
5) Бетоны с добавкой поташа, подвергаемые электропрогреву, теряют до 30% прочности по сравнению с непрогретыми бетонами и имеют низкую морозостойкость и водонепроницаемость.
Нитрит натрия используется в качестве противоморозной добавки, если во время выдерживания до приобретения критической прочности температура бетона, с максимально допускаемой дозировкой добавки, не опустится ниже 15oС.
Нитрит натрия является солью азотистой кислоты, все соли которой весьма ядовиты.
По степени воздействия на организм технический нитрит натрия относится к веществам 3-го класса опасности. Предельно допустимая концентрация (ПДК) окислов азота в пересчете на NO2 в воздухе рабочей зоны составляет 5 мг/м3 (0,005 мг/л).
Это определяет необходимость производить подачу раствора нитрита натрия в расходные емкости и бетоносмесители только по трубопроводам, а емкости для приготовления, хранения и переноски порошка и растворов на заводах ЖБИ и на строительной площадке, необходимо обозначать предупредительной надписью "Яд!".
Поэтому, несмотря на удовлетворительные технические показатели бетонов с добавкой нитрита натрия, основным и очень серьезным недостатком является его физиологическая и экологическая опасность.
При проведении бетонных работ также необходимо учитывать, что нитрит натрия является окислителем и, например, при его совместном использовании с лигносульфонатами ЛСТ, лигносульфонатом нафталина С-3 и добавкой СДБ, могут выделяться отравляющие газы – окислы азота NO и NO2.
Формиат натрия применяется в случаях, если во время выдерживания до приобретения критической прочности температура бетона с максимальной дозировкой добавки не опустится ниже 15oС.
Формиат натрия относится к веществам 3-го класса опасности с предельно допустимой концентрацией (ПДК) в воздухе рабочей зоны 10 мг/м3 и так же, как и нитрит натрия, является добавкой, к применению которой нужно относиться с осторожностью вследствие вредного воздействия на организм человека и окружающую среду.
Существенным технологическим недостатком формиата натрия является необходимость его растворения в теплой воде перед употреблением.
Формиат натрия изменяет растворимость силикатных составляющих цемента и образует с продуктами его гидратации двойные или основные соли, кристаллизация которых происходит с увеличением объема, накоплением в отдельных зонах конструкций локальных дефектов и разрушению этих зон.
Общим недостатком поташа, нитритом натрия и формиата натрия и других используемых противоморозных и ускоряющих твердение добавок, не обладающих пластифицирующим и водоредуцирующим эффектом, является то, что для повышения подвижности бетонных смесей, уменьшения В/Ц отношения и снижения внутренних напряжений в бетоне их традиционно используют совместно с пластифицирующими добавками ЛСТ, ЛСТМ или С-3, что повышает стоимость бетонирования.
Органические антифризы
Органические антифризы также используются для работы с бетоном в условиях низких температур. Данная добавка ускоряет процесс схватывания смеси, повышает ее прочность, уменьшает водоцементное отношение. Антифриз обладает хорошими характеристиками и имеет доступную стоимость, однако в качестве противоморозной добавки в отечественном строительстве практически не применяется.
Смесевые комплексные добавки
На рынке строительных материалов сегодня представлен целый ряд жидких, порошкообразных и комплексных противоморозных добавок для бетонов и строительных растворов, сочетающих в себе одновременно противоморозный, ускоряющий твердение и пластифицирующий эффекты.
Такие добавки позволяют перерабатывать бетонную смесь при отрицательных температурах, повышают однородность и удобоукладываемость, снижают водопотребность и расслаиваемость, повышают раннюю и конечную прочность, снижают усадку, ползучесть и трещинообразование и способствуют повышению долговечности бетона.
Пластифицирующие и противоморозные добавки изготавливаются из смеси традиционных противоморозных добавок – неорганических солей (поташ, нитрит натрия, формиат натрия и др.) и традиционных же пластифицирующих добавок – ЛСТ, ЛСТМ и С-3.
Сюда можно отнести добавки "С-ЗМ-15" и ее аналоги "Криопласт СП15-1" и "Криопласт СП15-2", "РСТ" и "РСТ-Н", "ЦМИД-4 ПМ", "ЦМИД-4 ДПЖ", "Крепс антифриз строительный", "Релаксол-Антифриз", "Релаксол - Лидер", "Релаксол 2", "Релаксол-Супер", "Релаксол – Универсал Б", "Лигнопан Б-4", "Нордвэй-ПМД", "Адинол-Рапид", "Аквест", "ПВКо", "УП-5", "Бенотех ПМП-1", "БС-41", "Мегалит С-3 ПМ", "Победит-Антимороз", "Antipolar", "MC-Rapid", "Antigelo S", "Betek Friol 0oC".
Синтетические комплексные добавки
Автором настоящей статьи в 2003 году разработаны рецептуры, организовано серийное производство комплексных химических добавок, регулирующих свойства и структуру бетонных и растворных смесей, кинетику твердения бетонов и растворов.
Добавка "МОРОЗСТОП"
Ускоритель твердения – пластификатор с противоморозным эффектом для бетонов и строительных растворов. Повышает подвижность и ускоряет твердение бетонных и растворных смесей, увеличивает прочность ЖБИ, монолитного бетона, кладочного раствора, торкрет-бетона, штукатурок. Позволяет увеличить плотность жестких бетонных смесей и повышает прочность вибропрессованной брусчатки, фасадных и тротуарных плит. Эффективна в зимний период в качестве добавки в бетон при морозе, если во время выдерживания до приобретения критической прочности температура бетона и раствора с максимально допускаемой дозировкой добавки не опустится ниже -30oС. Подробнее…
Добавка "ХАРДПЛАСТ"
Ускоритель твердения – пластификатор для бетонных и строительных растворов, которые используются в диапазоне температур от -5 до +35. Разрешен для строительства предприятий пищевой промышленности, бассейнов, резервуаров с питьевой водой. Не содержит органических растворителей, ЛСТ, вредных сульфатов, фенола, формальдегида, нафталина. Данный раствор ускоряет затвердевание состава, снижает расход воды затворения до 11%, а также уменьшает водо- и раствороотделение в 2 раза. Повышает прочность на 20 % и более, водонепроницаемость от W4 до W6-8. Увеличивает подвижность с П1 до П3. Высокоэффективен для стяжек обогреваемых полов. Не даёт высолообразований. Подробнее…
Добавка "ХАРДАСС"
Ускоритель твердения – морозостойкая добавка пластификатор для сухих модифицированных растворных смесей – плиточных клеев, штукатурок, шпатлевок, наливных полов, ремонтных составов, содержащих в своем составе полимерные модифицирующие добавки – эфиры целлюлозы, редиспергируемые сополимерные порошки и др., используемых в зимний период, если во время выдерживания до приобретения критической прочности температура раствора с максимально допускаемой дозировкой добавки не опустится ниже минус 30oС. Подробнее…
Добавки поставляются в готовой к применению форме, не имеют раздражающего запаха и удобны в применении, отличаются экологической чистотой – не оказывают вредного воздействия на человека и окружающую среду, разрешены к применению и эксплуатации для производства бетонов и строительных растворов в строительных объектах, в том числе предприятиях пищевой промышленности, бассейнах, резервуарах с питьевой водой.
Добавки сертифицированы в системе "Мосстройсертификация" и протестированы специалистами ФГУП "НИИМосстрой", МГСУ, НИИ Строительной физики, ФГУП "ВНИИСтром", "Самарской государственной строительной академии", ДСК-1, ДСК-2, ДСК-3, КЖБК-2, МСМ-5, ЖБИ-17, СУ-155 "Стройиндустрия", Тресте №11, дубнинскими ФГУП "Спецстройбетон №10" и РБЗ №1, ижевским "Камский завод ЖБК", подольских на заводах "Бетолит" и "Вимерит", тучковским АО "Орешкинский камень", ЗАО "Жилстрой", самарским "Сарсервисстрой" показали свою эффективность их применения в бетонных и растворных смесях и внедрены на ряде предприятий и строительных организаций.
