Комплексные модификатора свойств бетонов
Одним из наиболее перспективных направлений технического прогресса в технолог ни бетона является формирование благоприятной структуры, позволяющей существенно повысить стойкость бетона н улучшить его физико-технические свойства. Эта задача во многих случаях успешно решается при введении различных поверхностно-активных веществ существенно влияют на химические я физико-химические процессы твердения вяжущих, технологические свойства бетонкой смеси.
С учетом многообразия изменения свойств бетонных смесей и бетонов, достигаемых путем их модифицирования различными органическими и неорганическими соединениями, была предложена классификация различных добавок по механизму их действия на процессы ¦слааываиия и твердения вяжущих [I] с учетом возможности их взаимодействия с продуктами гидролиза и гидратации цементного клинкера. Подобная классификация весьма удобна при отборе исходных наиболее эффективных модификаторов.
Комиссией по добавкам координационного Совета НИИЖБ Госстроя СССР одобрена классификация добавок, основанная на учете преимущественного технологического эффекта их действия. Выделено 6 основных классов добавок, позволяющих экономить цемент, регулировать процессы схватывания и твердения вяжущих бетонов, кинетику их тепловыделения, создавать бетоны повышенной стойкости, водонепроницаемости, а также с некоторыми специальными свойствами.
В СССР накоплен значительный опыт применения модификаторов пластифицирующего и микропенообразующего действия типа СДБ, СНВ, а в последние годы предложены некоторые новые типы добавок этой группы — НЧК, КЧНР, СПД, ПАЩ, ВРП. Модификаторы этой группы вызывают дополнительную пластификацию или воздухововлеченне, снижают водопотребность бетонной смеси, повышают плотность н стойкость бетона, но при этом замедляют твердение и в отдельных случаях его конечную прочность. Особую группу модификаторов составляют кремнийоргаиическне олигомеры ряда силикоиатов и алюмосилнко- натов натрия (ГКЖ-Ю, ГКЖ-М. АМСР), полипидросилоксанов (ГКЖ-94, ГКЖ-94 «М»), алкоксисилокса нов (ФЭС-50, ФЭС-66). В отличне от других поверхностно-активных веществ, модифицирование кремнийоргакическимм олигомерами позволяет придать бетону усиленный гидрофобный эффект в сочетании с мелкопористой структурой цементного камня за счет выделения водорода или вовлечения воздуха. Следует отметить, что модифицирование кремнийорганическями олигомерами позволяет создать бетоны весьма высокой коррозионной стойкости и морозостойкости, показатели этих добавок ие уступают показателям лучших зарубежных добавок.
Можно выделить три основных направления модифицирования бетона комплексными добавками. Первое предусматривает совместное использование добавок пластифицирующего и микропено- или газообразующего действия. В стране накоплен значительный опыт при менення добавок типа СДБ совместно с СНВ и ГКЖ-94 при возведении ответственных сооружений транспортного и гидротехнического строительства. При этом с помощью СДВ снижается водопотребность бетонной смеси, а с помощью ГКЖ-94 — достигается поризация цементного камня бетона с дополнительной гидрофобизацией внутренней поверхности пор и капилляров. Как показали работы ВНИИтеллопроекта (канд. техн. наук Б. Д. Тринкер), эффективность применения комплекса ГКЖ-94 +
СДБ возрастает при температуре замораживания бетона до —60°С. В последнее время в технологии бетонов используются комплексные добавки типа НЧК или КЧНР + СДБ; СПД+СДБ и т. д.
Другое направление предусматривает использование комплексов, включающих поверхностно-активные вещества и кремнийорганические олигомеры с ускорителями твердения, в том числе и не вызывающими коррозии арматуры. Такие комплексы, как СДБ и сульфат натрия, кремнийорганические соединения и электролиты, позволили обеспечить высокие темпы твердения бетонов в сочетании с морозо- и коррозионной стойкостью.
Многие индивидуальные и комплексные добавки поставляются строителям в жидком виде в железнодорожных цистернах. Это осложняет их прием и хранение, не позволяет применять их при небольших объемах работ.
В НИИЖБ впервые разработан принципиально новый способ совмещения поверхностно-активных веществ с кремний- органическими олигомерами и некоторыми электролитами — ускорителями твердения бетона и получения комплексных полифункциональных добавок в виде порошкообразного водорастворимого или водоразбавляемого продукта. Созданы предпосылки для получения комплексных модификаторов на промышленной основе и централизованной поставки их на заводы и строительные площадки. Добавки обладают полифункциональными свойствами: пластифицируют бетонную смесь, повышают морозостойкость и коррозионную стойкость и плотность бетона, повышают его защитные свойства по отношению к арматуре, ускоряют твердение и повышают конечную прочность.
В зависимости от требований, предъявляемых к бетону, состав модификатора может быть различным с усилием отдельных эффектов влияния на бетонную смесь н бетон. Анализ данных, полученных нами совместно с Т. М. Гасановым, показывает (табл.1), что введение модификаторов позволяет увеличить пластичность бетонной смеси с 2 до 10 см (на портландцементе Воскресенского завода) без снижения прочности бетона нормального твердения. Снижение ВЩ при постоянной подвижности бетонной смеси позволяет существенно ускорить твердение бетона с повышением его прочности при сжатии в возрасте 3 сут на 25—40%, при этом конечная прочность возрастает на 30% по сравнению с эталонной.
Остаточные деформации бетона с комплексными модификаторами при циклическом замораживании до —60°С 1 — бетон без добавок; 2 — бетон с комплексным модификатором «А»; 3 — бетон с комплексным модификатором с Б»
Эффективно применение модификаторов в пропаренных бетонах. Введение комплексных модификаторов марки ЦЛК различных составов и назначения позволяет снизить ВЦ на 0,08 при сохранении заданной подвижности бетонной смеси и повышении прочности бетона непосредственно после тепловой обработки я в возрасте 28 сут до 25—35% (табл. 2). При равных значениях В/Ц экономится до 60—70 кг цемента по сравнению с бетоном без добавок и 20 кг по сравнению с бетоном с пластифицирующей добавкой СДБ.
Комплексные модификаторы повышают также прочность бетона на осевое растяжение, растяжение при изгибе, сцепление бетона с арматурой.
Исследования позволили установить существенное повышение морозостойкости и коррозионной стойкости бетонов различных составов и условий твердения с использованием портландцементов разного минералогического состава.
Исследования в соответствии с действующими ГОСТ, а также при замораживании бетонов при низких отрицательных температурах показали возможность получения высоких результатов по морозостойкости и сульфатостойкости. Ускоренные испытания бетонов (ОК=2—4 см, Ц—313 кг/м3) при замораживании до —60°С показали высокую эффективность комплексных модификаторов (см. рисунок). Результаты лабораторных экспериментов подтверждены натурными испытаниями модифицированных бетонов на стендах приливно-отливной зоны Баренцева моря и оз. Сиваш при воздействии высококонцентрированных растворов хлоридно-сульфатного типа.
Значительный интерес представляют результаты исследований сравнительной морозостойкости бетонов с комплексными модификаторами отечественного производства и некоторыми зарубежными добавками, главным образом пластифицирующего и воздухововлекающего действия. Были проверены предложения США, ФРГ, ГДР, Японии. Количество вводимых зарубежных добавок принято согласно рекомендациям фирм-изготовителей. Полученные данные показывают. что морозостойкость бетонов с комплексными модификаторами не уступает, а в ряде случаев превосходит морозостойкость бетонов с добавками зарубежных фирм.
В настоящее время НИИЖБ проводит работу по организации промышленного выпуска комплексных порошкообразных модификаторов. Ориентировочная стоимость 1 т продукта составит 30—80 р.