Иностранные научные статьи о добавках в бетон

Обновлено: 15.05.2024

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Шкорко М.Ю., Журович Е.А., Козлова К.С., Бессонова Ю.В.

В статье рассказывается о различных пластификаторах , об их классификации. Описываются их свойства, основные признаки и новейшие изобретения. Так же указаны их достоинства и недостатки.

Текст научной работы на тему «Пластификаторы в бетоне»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №04-3/2017 ISSN 2410-6070_

студентка 4 курса Инженерно-Строительного Института ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

ПЛАСТИФИКАТОРЫ В БЕТОНЕ Аннотация

В статье рассказывается о различных пластификаторах, об их классификации. Описываются их свойства, основные признаки и новейшие изобретения. Так же указаны их достоинства и недостатки.

Ключевые слова Пластификатор, пластифицирующие добавки, цементная смесь, бетон.

The article describes the various plastificators and classification of their. The article describes their properties, the main features and the latest inventions. There is also show their advantages and disadvantages.

Plastificator, plastificing agents, cement mixture, concrete

В связи с развитием строительной индустрии, строительных технологий, техники и появлением новых способов возведения зданий, появилась потребность в разработке новых высокопрочных материалов и добавок для этих материалов, в том числе и для бетона. Бетон — искусственный каменный строительный материал, получаемый в результате формования и затвердевания рационально подобранной и уплотнённой смеси, состоящей из вяжущего вещества (цемента), крупных и мелких заполнителей, воды, а также различных добавок. Эти добавки способны ускорять темпы строительства и сокращать расход денежных средств. К ним относятся и пластификаторы.

В статье [1] говорится о том, что пластификаторы являются наиболее востребованными добавками для улучшения качественных свойств бетона. У них существует 4 классификации: сильные, слабые, средние и суперпластификаторы [2]. Впервые эти средства стали использовать в 40-х годах [3] и сейчас, в связи с высокими темпами развития строительных технологий, они достигли качественно высокого уровня и способны повысить состав бетонной смеси. По принципу действия пластификаторы разделяются на 2 вида: гидрофильные и гидрофобизующие [4]. Главная функция добавок первого вида состоит в повышении пластичных и текучих свойств бетона [5]. Пластификаторы второго вида насыщают бетонную смесь кислородом, что в свою очередь снижает натяжение влаги в растворе [6]. Основным недостатком пластификаторов является увеличение времени застывания бетонной смеси [7], что сказывается на сроках, а в дальнейшем и стоимости, строительства.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №04-3/2017 ISSN 2410-6070_

Основной задачей пластификаторов является придание раствору пластичности и хорошей текучести с минимальным соотношением цемент-вода. В настоящее время в строительстве пластификаторы являются обязательным элементом любого бетонного раствора, что объясняется рядом преимуществ: -повышение пластичности готового раствора -экономный расход цементного раствора -улучшение трещиностойкости бетона

-увеличение прочностных качеств полученного бетона на 25-30% -раствор с пластификаторами не нуждается в дополнительном уплотнении -увеличение морозостойкости бетона из-за уменьшения количества влаги в растворе -высокий уровень адгезии раствора с поверхностью.

Современные пластификаторы дают возможность заливать большие пространства без использования дополнительной техники, заливать бетон в неблагоприятных условиях и даже под водой.

Существуют пластификаторы с эффектом морозостойкости. Они предназначены для выполнения бетонно-заливочных работ в холодное время года, когда бетон особенно уязвим. С их помощью увеличивается схватывание бетона при низких температурах, когда бетон не замерзает, а именно схватывается. Без применения этих добавок проводить заливку в мороз запрещается, так как это значительно снизит прочностные характеристики будущей конструкции, что может привести к ее дальнейшему разрушению.

В бетонную смесь, помимо пластификаторов, добавляют ускорители набора прочности. Они помогают повысить марочную прочность бетона, а также используются для работы в холодный период. Такие добавки не вызывают нежелательных побочных реакций, которые имеют место быть, если дозировка пластификатора в смеси будет нарушена.

Использование пластификаторов также позволяет избавиться от прилипания бетонной смеси к лопастям и стенкам бетономешалки, предотвращает ее сбивание в комочки. Такая смесь застынет медленнее обычного цементного раствора, что позволить доставить ее на строительную площадку в оптимальном состоянии для заливки.

Пластификаторы применяются в процессе изготовления конструкций сборного и монолитного железобетона, обеспечивая им высокую прочность на сжатие. Такие конструкции как столбы, бордюры, фонтаны, парапеты и тд, изготовленные с применением вышеописанных добавок, получаются более стойкими и имеют большой срок службы. Заключение.

Таким образом, любые изделия из бетона, включающего в свой состав пластификаторы, получаются более долговечным и прочным, а строительные работы становятся не такими дорогостоящими из-за экономии времени и меньшего привлечения строительной техники. Список использованной литературы:

1. Дмитренко А.Е., Хачатурян А.П., Махинин Б.В., Оценка эффективности органических и минеральных добавок в мелкозернистом бетоне, Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в ХХ! веке, том 1, стр 289-295, 2012.

2. Захаров С.А., Оптимизация составов бетонов высокоэффективными поликарбоксилатными пластификаторами, Строительные материалы, номер 3, стр 42-43, 2008.

3. Аминова Г.К., Маскова А.Р., Буйлова Е.А., Горелов В.С., Мазитова А.К., Пластификаторы для поливинилхлоридных композиций строительного назначения, Промышленное производство и использование эластомеров, номер 4, стр 29-32, 2012

5. Топчий Ю.С., Хабиров Д.М., Модифицированный белковый пластификатор для цементных систем, Технологии бетонов, номер 11(88), стр 46-47, 2013

6. Ружицкая А.В., Потапова Е.Н., Влияние добавок-пластификаторов на свойства белого портландцемента,

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №04-3/2017 ISSN 2410-6070_

Техника и технология силикатов, том 16, стр 14-23, 2009

7. Демьянова В.С., Активность лортландцементов в присутствии пластификатора, Жилищное строительство, номер 11, стр 30, 2000

А.Ю. Шкрабовская, студент Р.Г. Абакумов, к.э.н., доцент БГТУ им. В. Г. Шухова г. Белгород, Российская Федерация

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

В статье приводятся условия существования инноваций в строительстве, описаны преимущества современных технологий, внедряемых и применяемых в строительной отрасли.

Ключевые слова Инновации, строительство, технологии, разработки.

Внедрение современных технологий, инновационных разработок и модифицированного технического оснащения необходимо для реформирования производственных решение и технических решений в строительстве. Строительство является отраслью материального производства, продукцией которой являются строительно-монтажные работы.

Инновация в строительстве - это не каждое новшество, а такое, которое существенно увеличивает результативность действующей системы осуществления строительно-монтажных работ.

Инновационная строительная технология и материалы, применяемые в строительстве, должны соответствовать одному или нескольким из критериев: процесс строительства делать проще и быстрее; уменьшать стоимость строительства; увеличивать энергоэффективность объекта; повышать жизненный цикл здания/сооружения.

Описание некоторых инновационный технологий в строительстве приведены в табл. 1.

Технологии возведения зданий, считающиеся в России инновационными

Технология Суть инновации

Полносборное крупнопанельное домостроение нового типа Принцип конструктора LEGO - комбинирование типовых конструкций для создания различных по структуре сооружений

Сочетание сборных заводских конструкций с монолитным домостроением Использование стеновых панелей и других заводских заготовок, опираясь на монолитный каркас

Несъемная опалубка Заливка бетона в армированную несъемную опалубку из полистирола или древесины

Домокомплекты для строительства малоэтажных жилых домов Полный набор материалов и комплектующих для строительства индивидуальных и многоквартирных жилых домов «под ключ»

Монолитно-каркасное строительство Возведение монолитного бетонного каркаса с использованием съемной опалубки - создание единой, целой конструкции

Технология легких стальных тонкостенных конструкций Стальной несущий каркас с готовых стеновыми, перегородочными, кровельными и прочими элементами

Достоинствами этих технологий являются скорость строительства, высокое качество конечного

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Самускевич Валерий, Кошевар Василий

В развитых странах уже более 40 лет используют монолитный бетон, доля которого в общем объеме производства более 80%, а в жилищном строительстве еще больше. В последние годы и в Беларуси наметился постепенный переход от блочного и панельного строительства к монолитному домостроению.

Chemical additives in the technology of monolithic concrete

In developed countries for more than 40 years the use of monolithic concrete, the share of which in total volume of production more than 80%, and in housing construction even more. In recent years in Belarus there has been a gradual transition from block and panel construction to a monolithic construction.

Текст научной работы на тему «Химические добавки в технологии монолитного бетона»

Химические добавки в технологии монолитного бетона

В развитых странах уже более 40 лет используют монолитный бетон, доля которого в общем объеме производства - более 80%, а в жилищном строительстве еще больше. В последние годы и в Беларуси наметился постепенный переход от блочного и панельного строительства к монолитному домостроению.

ведущий научный сотрудник Института общей и неорганической химии НАН Беларуси, кандидат химических наук, доцент

завлабораторией химии лакокрасочных и вяжущих материалов Института общей и неорганической химии НАН Беларуси, доктор химических наук

При выпуске и использовании монолитного бетона возникает немало сложностей, связанных с оптимизацией его свойств. Если при изготовлении панелей или блоков схватывание и твердение бетона достаточно легко регулируются за счет варьирования температурно-влажностного режима, то при монолитной технологии эти процессы протекают в неконтролируемых атмосферных и погодных условиях. Проблемы появляются и при доставке смесей на удаленные объекты. Кроме того, необходимо видоизменять свойства бетона в зависимости от его функционального назначения. В связи с этим резко возрастает роль минеральных и органических добавок,

позволяющих изменять свойства бетона в нужном направлении.

Среди многообразия химических модификаторов особое место занимают появившиеся в конце прошлого столетия суперпластификаторы ^Р). В настоящее время широко используется два типа SP -полинафталинсульфонатные (PNS) и поликарбоксилатные (РС). Последние имеют гребенчатую структуру, причем для образования боковых цепей применяются соединения различной химической природы, что объясняет многообразие описанных в литературе и имеющихся на рынке SP этого типа.

Определяющая роль суперпластификаторов связана с

особыми свойствами портландцемента. Поскольку поверхность входящих в его состав силикатов имеет отрицательный заряд, а алюминатов - положительный, частицы цемента склонны к флокуляции. Это приводит к тому, что для получения достаточно подвижной бетонной смеси требуется аномально большое количество воды (около 60-70% по отношению к массе цемента), так как значительная ее часть располагается внутри флокул и не выполняет свою функцию жидкой прослойки, обеспечивающей эффект скольжения твердых частиц. Поскольку это в 2-3 раза больше количества, необходимого для полной гидратации компонентов портланд-

цемента, в затвердевшем бетоне остается избыточная вода, а после ее постепенного выветривания образуется развитая система пор, что существенно снижает прочность конструкций.

Суперпластификаторы, ад-сорбируясь на поверхности зерен цемента, препятствуют их агрегации, при этом природа диспергирующего действия полисульфонатов и поликарбоксилатов различна. При адсорбции PNS за счет образования двойного электрического слоя происходит перезарядка положительно заряженных поверхностей, и все частицы приобретают отрицательный поверхностный потенциал. Силы электростатического отталкивания препятствуют их агрегации и обеспечивают наблюдаемый пластифицирующий эффект.

Иная природа диспергирующего влияния поликарбокси-латных SP. В этом случае результат достигается за счет стерических затруднений процесса флокулирования: привитые боковые цепи сополимера распространяются на достаточно большие расстояния от поверхности частиц цемента и препятствуют образованию контактов.

технологии, рожденные химией

250 200 150 100 50 0

PNS Vv PMS у W c=0 35 w:c=0,4 '

- ^w:c=0,7 ^ „„ w c=n55 w:c=0,5 ■ w:c=0,6 wc=0,55 ' -

10000 8000 6000 4000 2000 0

1950 г 2000 Годы

Рис. 1. Влияние химических и минеральных добавок на прогресс в технологии производства бетона

Введение 0,3-0,8% поли-сульфонатных SP позволяет снизить водопотребность бетонных смесей на 25-30%, в результате чего при достаточно низком водоцементном отношении = 0,35) могут быть получены высокоподвижные смеси марки П5 (осадка конуса более 21 см). Еще более эффективны поликарбоксилатные SP. При дозе 0,2-0,3% они обеспечивают получение литых самонивелирующихся бетонных смесей при w:c = 0,3.

Использование суперпластификаторов позволило

получить бетоны нового поколения с очень высокими функциональными показателями. Преодолен знаковый барьер механической прочности на сжатие в 100 МПа. При совместном введении суперпластификаторов и высокодисперсных минеральных добавок с пуццолановым эффектом (микрокремнезема и золы-уноса, образующихся при сгорании угля на ТЭЦ) достигнуты значения порядка 150 МПа (рис. 1). Расчетная долговечность новых бетонов оценивается более чем в 300 лет. Причем это касается промышленных

видов, у материалов, полученных в лаборатории, рекордные характеристики намного выше.

Необходимо, однако, иметь в виду, что даже самые эффективные суперпластификаторы не всегда гарантируют положительный конечный результат. Дело в том, что при использовании SP часто обнаруживается их несовместимость с некоторыми цементами. Эта проблема - ключевая в современной технологии высокофункциональных, в частности высокоподвижных, бетонов - исследуется, обсуждается в зарубежной научной литературе и на порталах крупных строительных фирм, ведется поиск причин несовместимости и способов ее устранения.

Исследования, проведенные в ИОНХ НАН Беларуси, показали, что несовместимость выпускаемых заво-

дами нашей республики цементов с имеющимися на отечественном рынке суперпластификаторами встречается достаточно часто и проявляется, как правило, в аномально быстрой потере подвижности бетонной смеси. Поэтому были предприняты систематические исследования, направленные на поиск решения этой проблемы.

Достаточно эффективный способ устранения несовместимости цемента и SP - отсроченное на 1-2 мин. введение пластификатора. В этом случае не так четко проявляется различие в сорбционной активности алюминатных и силикатных фаз. Затворение цемента сопровождается быстрой гидратацией активных фаз (прежде всего С3А), и при последующем введении суперпластификатора даже при невысокой концентрации он может сорбироваться на поверхности силикатов, замедляя процессы их гидратации и полимеризации. Часть суперпластификатора остается в растворе и связывает ионы Са2+, что также способствует замедлению процессов схватывания. Установлено, что отложенное введение более эффективно для полинафта-линсульфонатных суперпластификаторов. В то же время производители некоторых поликарбоксилатных SP, например Dynamon SP1, Sika ViscoCrete 5-600, в указаниях по применению подчеркивают, что максимальный эффект добавки достигается при их добавлении после короткого перемешивания

№6(100) Июнь 2011 НАУКА И ИННОВАЦИИ 19

остальных компонентов с водой. Таким образом, отложенное введение SP в каждом конкретном случае требует предварительных испытаний в заводской лаборатории.

Другой широко используемый способ улучшения реологии суперпластифицированного бетона - введение в смесь замедлителей схватывания. Требования, предъявляемые к ним, зафиксированы в соответствующих стандартах и заметно различаются в разных странах. Единым является удлинение начальных сроков схватывания и минимальное изменение прочности бетона на сжатие, которая в возрасте 7 суток должна быть не ниже 80-90% данного показателя без добавки.

В ИОНХ НАН Беларуси разработаны более эффективные замедлители для суперпла-стифицированных бетонов ЗПП-1 и ЗПП-2, которые в 3-4 раза увеличивают сохранность смесей без потери, а в большинстве случаев - с

260 s 240 я" 220

увеличением прочности бетона. Эти добавки хорошо совместимы с суперпластификаторами различных типов и разрешены для применения на территории Беларуси.

Несовместимость суперпластификаторов и цементов, как правило, вызвана минимальными отклонениями в составе последних. Проблема не решается использованием цемента одной марки и одного изготовителя, поскольку с точки зрения подвижности бетонных смесей на их основе они могут различаться больше, чем произведенные на разных предприятиях. При этом для непластифициро-ванных бетонных смесей на основе тех же цементов реологические свойства практически не различаются. В этой связи показательны данные, полученные финскими учеными (рис. 3).

Установлено, что проблема несовместимости встречается достаточно редко у цементов с содержанием оксида алюминия 4-8%, а также с

минимальным включением оксидов щелочных металлов и оптимальным (около 0,4%) - сульфата в поровом растворе. К сожалению, такая оптимизация часто затруднена из-за отсутствия данных о составе конкретного цемента. В последнее время заводы-изготовители исключили из документов сведения о минералогическом и химическом составе. Такая практика продолжится до тех пор, пока в действующие стандарты не будет введена единая форма документа о качестве.

Реология бетонной смеси в большой степени зависит и от суперпластификатора. При этом исходная подвижность и сохраняемость бетонных смесей, приготовленных на основе цемента из одной партии, могут сильно различаться не только при использовании суперпластификаторов разного типа, но и одного и того же, но от разных производителей. Это относится прежде всего к полинафта-линсульфонатному суперпластификатору С-3, выпускаемому во многих государствах постсоветского пространства по различным ТУ.

Предпринятые нами физико-химические исследования показали, что различия между образцами С-3 вызваны многими причинами. Иногда они связаны с неполным протеканием процессов полимеризации или сульфатирования, в некоторых случаях зафиксировано наличие внешних примесей, в частности лиг-носульфоната. Присутствие в пластификаторе, а соответственно, и в затворяемой системе неконтролируемого

количества этих компонентов, которые, как известно, активно влияют на процессы схватывания и твердения цемента, оказывает негативное воздействие на эффективность ускоряющих и замедляющих добавок. В этом случае следует корректировать их составы с учетом содержания активных примесей в С-3.

Пришло время более строгих подходов к качеству суперпластификаторов, для чего необходимо ввести на них ГОСТы, определяющие важнейшие характеристики. Для зарубежных PNS суперпластификаторов жестко регламентируются степень сульфирования (более 90%), число сульфонат-ных групп в в-положении (не ниже 85%), процент низкомолекулярных фракций (не выше 30% по массе). В то же время не только для С-3, но и для имеющихся на нашем рынке поликарбоксилатных SP нормируются физические и вещественные характеристики, не определяющие качество продукта.

Следует обратить внимание на несовершенную нормативную базу, регулирующую испытания химических добавок. К сожалению, даже принятые относительно недавно технические условия и ГОСТы (СТБ) оперируют понятиями 50-летней давности. В них фигурируют устаревшие и давно не используемые добавки и составы бетонных смесей. По-видимому, пришло время признать, что современная технология бетона относится к разряду наукоемких и требует повышенного внимания к материалам, оборудованию и контролю качества.

20 30 Образцы цемента

Рис. 3. Подвижность непластифицированных (Д) и суперпластифицированных (•) цементных растворов на основе различных партий портландцемента одной марки и одного изготовителя

В данной статье были проведены исследования по бетону класса В25 c различными модифицирующими добавками. Были приведены 3 вида модифицирующих добавок отечественного производителя и влияние на основные характеристики бетона, не отклоняясь от стандартов, указанных в ГОСТ РК.

Ключевые слова: бетон, тяжелый бетон, бетон класса В25, модифицирующие добавки, пластификаторы, бетон марки М350.

Бетоны с классом прочности В25 с модифицирующими добавками применяется для сооружения крупных объектов в частном домостроительстве, так и в промышленном. Данный класс относится к тяжелым бетонам. В качестве вяжущего применяется портландцемент ПЦ400-Д0. Изготовитель ТОО «Кокше-цемент» РК. В качестве. В качестве модификаторов были выбраны Polymix Plast, SikaPlast 17 и Stachement 99 в разных концентрациях (0,5 %, 1 %, 1,5 %)

Выбор данного класса и марки бетона в качестве объекта для исследования обусловлен широкой потребностью в строительных отраслях страны.

В каждой строительной площадке тяжелый бетон является незаменимым и самым популярным, несмотря на новые открытие строительных материлов [2]. Технические характеристики такие, как прочность и плотность, удобоукладываемость и другие стандарты данных бетонов показывет, что эти классы и марка бетонов универсальны для строительства конструкции разных типов и уровней сложности [3]. Настоящее исследование посвящено в моделировании более оптимальных условий твердения бетонных смесей в естественной среде для улучшения прочностных храктеристик широко используемых бетонов класса В25 c модифицирующими добавками и цемента марки М400.

Наиболее эффективно эту задачу можно решить путем выбора добавок из числа предлагаемых. Необходимы корректные сравнительные испытания в бетонах с использованием местной сырьевой базы. Значительную ценность при этом представляет информация, касающаяся кинетики твердения модифицированных бетонов, влияющие на качества бетонирования и темпы строительства. Для достижения желемого результата при исследовнии образцов бетонных смесей должны выполнятся все требовния по контролю качества бетонов [5].

Постановка настоящего эксперимента является сравнительный анализ кинетики набора прочности тяжелого бетона, модифицированного различными отечественных пластифицирующих добавок.

Для приготовления бетонов М350 в качестве заполнителя использовался:

Гранитный щебень для строительных работ фракций от 5 до 10 мм ГОСТ 30108–94
Песок природный для строительных работ средней крупности. ГОСТ 30108–94

Изготовитель ТОО «Озентас» РК, Алматинская область, Талгарский район, село Актас.

Изготовитель ТОО «Кокше-цемент» РК, Акмолинская область, район Биржан сал, село Заозерное, улица Школьная № 56.

Образцы класса В25 заливали в железные и пластиковые формы 150х150х150, соответствующие стандарту. В соответствии с требованиями ГОСТ 10181–2014 «Смеси бетонные. Методы испытаний» производят оценку подвижности бетонной смеси. «Готовую бетонную смесь для определения ее подвижности загружаем в стандартный конус, установленный на металлический поддон. Перед испытанием конус и все приспособления очищаем и протираем влажной тканью. Загрузку бетонной смесью производим в три слоя, штыкуя каждый слой 25 раз. Конус во время наполнения должен быть плотно прижат к поддону. После уплотняем бетонную смесь, ее избыток срезаем вровень с верхним краем конуса» [3].

Строительная индустрия развивается невероятно быстрыми темпами. С развитием меняются требования по рациональному и эффективному использованию сырья и энергетических ресурсов. Особое и главенствующее место в этом развитие занимает изготовление сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций повышенной прочности, надежности и высокой долговечности. Для эффективного решения этой задачи необходимо широкое применение специальных химических добавок.

Добавки, применяемы для модифицирования свойств бетонов и растворов в зависимости от основного эффекта действия подразделяют на три группы:

‒ Добавки, которые регулируют свойства готовых к использованию бетонных и растворных смесей. К ним относятся: пластифицирующие, стабилизирующие, регулирующие сохранность подвижности, поризующие (т. е. создающие макро- и микропоры).

‒ Вторая группа представлена добавками, изменяющими свойства бетонов и растворов: регулирующие кинетику твердения (ускорители, замедлители), повышающие прочность, снижающие проницаемость, повышающие защитные свойства по отношению к стальной арматуре и т. п.

‒ К третьей группе относят добавки придающие бетонам и растворам специальные свойства: противоморозные; гидрофобизирующие; биоцидные; повышающие стойкость к высолообразованию [1, с. 23].

Специалисты прогнозируют, что уже в ближайшие годы в нашей стране доля бетонов с добавками будет составлять более 50 %. При этом основными добавками будут пластификаторы, а также комплексные и противоморозные добавки.

В настоящее время наиболее широко используемыми в производстве бетона и железобетона являются пластифицирующие добавки. Это объясняется их высокой эффективностью, практическим отсутствием отрицательных действий на бетон и арматуру, а также их доступностью и относительно невысокой ценой.

Пластифицирующие добавки — это вещества, которые обладают поверхностно-активными свойствами, они увеличивают подвижность и/или удобоукладываемость бетонных смесей. Таким образом, используя пластифицирующий эффект добавок в технологии железобетонных конструкций можно значительно упростить процедуру формирования изделий или, при сохранении неизменной подвижности смеси, значительно снизить ее водосодержание, и за счет этого уменьшить пористость, увеличить плотность, прочность, и другие характеристики бетона.

Сегодня на мировом рынке представлено огромное количество добавок пластифицирующего действия, которые могут кардинально отличаться как своим составом, так и воздействием на бетон.

Использование пластифицирующего эффекта добавок в технологии производства железобетонных изделий и конструкций позволяет существенно облегчить формирование бетонных изделий при сохранении неизменной подвижности смеси, уменьшить время нахождения изделий в формах и повысить тем самым производительность выпуска штучных изделий, снизить энергоемкость производства.

Пластификаторы бетонных смесей стали широко применяться на рубеже 40–50-х годов прошлого столетия. Сегодня они претерпели значительные изменения и занимают большую часть рынка химических добавок, применяемых в технологии бетона. В качестве пластифицирующих добавок обычно применяются поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые часто являются продуктами отходов химической промышленности. ПАВ обладают высокой физико-химической активностью на границе раздела фаз в дисперсных системах, что, безусловно, является их отличительной особенностью. Деление ПАВ представлено в виде двух групп:

‒ Первую группу представляют пластифицирующие добавки гидрофильного типа, которые способствуют диспергированию коллоидной системы цементного теста и, следовательно, улучшению его текучести.

‒ Вторая группа — гидрофобизирующие добавки, вовлекающие в бетонную смесь мельчайшие пузырьки воздуха. Молекулы поверхностно-активных гидрофобных добавок, адсорбируясь на поверхности раздела воздух — вода, понижают поверхностное натяжение воды н стабилизируют мельчайшие пузырьки воздуха в цементном тесте. Добавки II группы, имея основным назначением регулирование структуры и повышение стойкости бетона, обладают при этом заметным пластифицирующим эффектом [4].

Чаще всего встречаются добавки ПАВ с четко выраженными пластифицирующими свойствами, которые являются добавками на основе отходов или остаточных продуктов целлюлозно-бумажной промышленности (СДБ, ССБ, ЛСТ) и суперпластификаторы (С-3, 10–03, МФАС-100П).

Первые суперпластификаторы появились в начале 70-х годов прошлого столетия, как результат исследований японских и немецких специалистов в области исследований и проектирования бетонов [1, с. 22]. Основная идея использования этих добавок заключалась в том, чтобы получить бетонные смеси, которые можно было бы укладывать в формы, совсем не применяя механических воздействий, либо применяя их при резком снижении уровня интенсивности воздействий.

Главным преимуществом СП является то, что, не смотря на сильное разжижающее действие, они практически не снижают прочности бетона, что позволяет применять значительно более высокие дозировки по сравнению с обычными пластификаторами и соответственно получать более высокий пластифицирующий эффект [2]. Применение суперпластификаторов и комплексов на их основе, в сочетании с повышением активности цементов позволило в разы увеличить среднюю и максимальную прочность бетона. Динамика роста максимальной прочности тяжелого бетона выглядит следующим образом (рисунок), также увеличились значения и среднестатистической прочности бетона [2].

Рис. Рост максимальной прочности бетона в ХХ веке в динамике по годам

Сегодня суперпластификаторы являются синтезируемыми органическими соединениями, применение которых в оптимальных дозировках позволяет получать из малоподвижных бетонных смесей (ОК = 2–4 см) литые или высокоподвижные смеси (ОК = 18–24 см), но главное, что при этом нет потери по прочности во все сроки твердения.

По своему химическому составу все суперпластификаторы (СП) можно условно разделить на четыре группы:

‒ к первой группе относят СП на основе сульфированной меламиноформальдегидной смолы (СП МФ);

‒ ко второй группе относят добавки на основе продуктов поликонденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида (СП НФ);

‒ третья группа объединяет продукты основе поликарбоксилатов и полиакрилатов (СП П);

‒ в четвертую группу включены модифицированные лигносульфонаты (СП ЛСТ).

От известных пластифицирующих добавок, что применялись ранее, современные суперпластификаторы отличаются постоянством своего химического состава и наличием строгого регламентирования технических требований, которые содержатся в соответствующих технических условиях на продукцию.

Следует отметить, что в механизме действия СП типов НФ, МФ, ЛСТ преобладает эффект электростатического отталкивания частиц цемента и стабилизации, вызванный тем, что адсорбционные слои из молекул СП повышают величину ζ(дзета)-потенциала на поверхности цементных частиц. Величина ζ-потенциала зависит от адсорбционной способности СП (причем, чем выше величина адсорбции, тем больше абсолютная величина ζ-потенциала, имеющего отрицательный знак).

В механизме действия СП типа П роль ζ-потенциала меньше, а взаимное отталкивание частиц цемента и стабилизация суспензии обеспечивается за счет преобладающего стерического эффекта. Такое различие многие специалисты связывают со строением молекул СП разных типов: НФ, МФ, ЛСТ характеризуются линейной формой полимерной цепи; для СП типа П характерны поперечные связи и двух- или трехмерная форма. Именно поперечные звенья создают адсорбционную объемную защитную оболочку вокруг частиц твердой фазы, предотвращая слипание частиц и способствуя их взаимному отталкиванию.

Данные некоторых исследований содержать информацию, что силы взаимного отталкивания, вызываемые СП типа П, почти в два раза больше отталкивания, вызываемых МФ и НФ, и втрое больше сил, вызываемых ЛСТ.

Благодаря таким особенностям СП типа П более эффективны, что выражается в сравнительно низких оптимальных дозировках, низкой чувствительности к виду и составу цемента, в длительном сохранении бетонными смесями первоначальной консистенции и в их повышенной связности — нерасслаиваемости. В литературе СП этой группы получили название — «гиперпластификаторы».

Они отличаются от обычных СП высоким водоредуцирующим эффектом (30 % и выше), способностью проявлять пластифицирующий эффект при низких и сверхнизких водоцементных отношениях (0,2 для цементных паст) и низкие рабочие дозировки (~0,2 %). В то же время СП типа П — наиболее дорогие материалы, что приводит к идее совмещения их с другими СП, тем более что подобные комплексы по техническим эффектам превосходят распространенные типы СП.

На первый взгляд может показаться, что будущее однозначно за поликарбоксилатными пластификаторами. Но это поспешный вывод, если рассмотреть этот вопрос подробнее, то становится очевидным, что ведутся всесторонние работы, и какими пластификаторы будут в скором времени сказать сейчас невозможно. Бесспорным является лишь одно — все пластификаторы, доступные на мировом рынке, имеют как свои достоинства, так и недостатки. И, несмотря на большой ассортимент пластифицирующих добавок, потребности производства в них не удовлетворены. Поэтому поиск новых добавок разного строения и назначения — актуальная задача сегодняшних дней.

Наиболее распространёнными в России и в мире в настоящее время являются нафталинформальдегидные суперпластификаторы. Но, несмотря на то, что эффективность данных пластификаторов далека от желаемой, и помимо этого они обладают рядом других недостатков, данные пластифицирующие добавки не только не ушли в прошлое, но и активно используются сегодня. Так в работе А. И. Вовка [3] перечислены неоспоримые преимущества данной добавки и выражено мнение, что эти пластификаторы не только не устарели, но и могут проявить себя в будущем.

Но существует и другое мнение [4], что применение суперпластификаторов на основе сульфированных меламиноформальдегидных или нафталинформальдегидных полимеров нежелательно по экологической безопасности, они являются опасными и высокотоксичными для организма человека, и, помимо этого, содержание в них сульфата натрия может повлечь за собой возникновение сульфатной коррозии бетона, что негативно повлияет на прочностные характеристики. В то же время, СП на основе полиэтиленгликоля не только лишены этих недостатков, но и показатели эффективности у них значительно выше.

Можно отметить и менее популярные точки зрения в этом вопросе. Например, российскими учеными проводятся работы по разработке пластификаторов на углеводной основе. Результаты испытаний этих добавок показали хорошие результаты по отношению к имеющимся на рынке аналогам, хотя работы по их исследованию еще не окончены [5].

Проводятся исследования по созданию пластифицирующих добавок на основе оксифенолфурфурольныхолигомеров (СБ-ФФ и СБ-5), которые по результатам испытаний, представленным в работе [6], значительно превосходят имеющиеся на рыке аналоги. Эффективность олигомеров по степени их влияния на предельное динамическое напряжение сдвига уменьшается в ряду СБ-ФФ > СБ-5 > СБ-Ф > СБ-3 > С-3.

Для удовлетворения все возрастающих современных потребностей строительной отрасли существует большая необходимость в добавках высокой эффективности. Проблему можно попытаться решить наномодифицированием существующих добавок, однако, пока ещё широкого распространения этот метод не получил и находится на стадии исследований и апробации.

На строительных объектах Санкт-Петербурга уже применяются наномодифицированные бетоны. В СПбГАСУ были проведены исследования наномодифицированного бетона. Были выявлены следующие преимущества наномодифицированных полифункциональных добавок:

1. Значительное сокращение стоимости при повышении качества (20–25 %);

2. Сокращение расхода портландцемента до 10–15 %;

3. Повышение подвижности до 1,5 раз без потери первоначальных свойств наномодифицированных бетонных смесей по сравнению с немодифицированными составами;

4. Повышение морозостойкости на 1–3 марки;

5. Повышение долговечности;

6. Повышение водонепроницаемости на 2–3 ступени [7].

Дальнейшие исследования подтвердили перспективность применения наномодифицирования в подвижных и в малоподвижных бетонных смесях, к которым предъявляются повышенные требования по долговечности.

Изотов В. С. Химические добавки для модификации бетона: монография / В. С. Изотов, Ю. А. Соколова. — М.: Казанский Государственный архитектурно-строительный университет: Изд-во «Палеотип», 2006. — 244 с.
Батраков В. Г. Модификаторы бетона: новые возможности и перспективы / В. Г. Батраков // Строительные материалы, 2006. — № 10. — С. 4–8.
Вовк А. И. Суперпластификаторы в бетоне: еще раз о сульфате натрия, наноструктурах и эффективности /А. И. Вовк //Технологии бетонов, 2009. — № 5. — С. 18–22.
Тарасов В. Н. Отечественные поликарбоксилатные суперпластификаторы производства ООО «НПП «Макромер» для бетона, гипса и строительных смесей /В. Н. Тарасов //Технологии бетонов, 2015. — № 1–2. — С. 16–18.
Несветайло В. М. Отечественныйгиперпластификатор для бетона / В. М. Несветайло //Технологии бетонов, 2014. — № 9. — С. 9–11.
Слюсарь, А. А. Регулирование реологических свойств цементных смесей и бетонов добавками на основе оксифенолфурфурольных олигомеров /А. А. Слюсарь, Н. А. Шаповалов, В. А. Полуэктова //Строительные материалы, 2008. — № 7. — С. 42–43.
Пухаренко Ю. В. Наномодифицированные добавки в бетоны для транспортного строительства /Ю. В. Пухаренко, В. Д. Староверов, Д. И. Рыжов //Транспорт Российской Федерации. Журнал о науке, экономике и практике, 2014. — № 5 (54). — С. 26–30.

Основные термины (генерируются автоматически): добавок, группа, смесь, суперпластификатор, взаимное отталкивание, высокая эффективность, мировой рынок, прошлое столетие, химический состав, цементный тест.

Иностранные научные статьи о добавках в бетон

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Шкорко М.Ю., Журович Е.А., Козлова К.С., Бессонова Ю.В.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Шкорко М.Ю., Журович Е.А., Козлова К.С., Бессонова Ю.В.

Текст научной работы на тему «Пластификаторы в бетоне»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Самускевич Валерий, Кошевар Василий

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Самускевич Валерий, Кошевар Василий

Chemical additives in the technology of monolithic concrete

Текст научной работы на тему «Химические добавки в технологии монолитного бетона»

Похожие статьи

Эффективность использования диатомита в качестве компонента.

Исследование эффективности введения суперпластификатора.

О возможности применения бытовых моющих средств в качестве.

Влияние реакционно-активных добавок на прочностные свойства.

Влияние содержания воды, вида суперпластификатора.

Влияние способа введения суперпластификатора С-3 на.

Основы технологии самоуплотняющегося бетона

Исследование влияния добавки бентонита на свойства раствора.

Принципы создания и применения самоуплотняющегося бетона