Основные направления применения химических добавок к бетону
Введение в состав бетона небольших количеств различных химических добавок для изменения свойств бетонных смесей и затвердевших бетонов — способствует повышению эффективности и качества в производстве железобетонных изделий и при возведении монолитных сооружений.
Перед технологами по бетону стоит задача получить более прочные и долговечные бетоны, предназначенные для различных условий эксплуатации. при отработке технологии необходимо максимально уменьшить затраты энергии, труда и материалов при изготовлении бетонов с заданными свойствами.
Широкому распространению применения добавок способствовали разработка и внедрение в строительстве специально синтезированных веществ — высоко-эффективных пластификаторов, условно , названных суперпластификаторами. Введение этих добавок настолько увеличивает разжижающий эффект без изменения прочности бетона, что позволяет отказаться от жестких бетонных смесей и перейти на подвижные и даже высокоподвижные смеси, вплоть до литых. Однако и при использовании суперпластификаторов действуют общие закономерности зависимости свойств бетона от состава и технологии бетона, т. е. уменьшение количества воды в составе смеси повышает прочность материала. Условия уплотнения и твердения являются не менее важным фактором, определяющим свойства бетона, чем его состав, поэтому массовое применение суперпластификаторов должно осуществляться только при всестороннем анализе наиболее эффективного их использования с учетом стоимости добавки.
Возможность использования добавок пластификаторов и суперпластификаторов для одновременного повышения подвижности смеси и прочности бетона за счет Использования пластифицирующего эффекта и для уменьшения расхода воды показана на рис. 2. Построение таких графиков для конкретных материалов и технологии позволит находить оптимальные решения для практических целей.
Применение суперпластифнкаторов требует перестройки технологии бетона, изменения конструкции форм, транспортирующих устройств и механизмов для распределения и укладки смесей. В зависимости от вила конструкции необходимо решать один из основных вопросов, возникающих при работе с подвижны ми смесями, — вопрос о водоотделении смеси после укладки. Седиментация и выделение воды неизбежны при формовании высоких конструкций и менее опасны при бетонировании плоскостных. необходнмо теоретически обосновать и практически решить задачу получения стабильном, бетонной смеси.
Производственные испытании показали, что добавки пластификаторов, в особенности суперпластификаторов, весьма эффективны для получения высокопрочных бетонов заданной прочности. Можно повысить прочность на марку,- а во многих случаях на две марки, водонепроницаемость — на 3—4 марки. Повышение прочности можно (Использовать для ускорения приобретения бетоном заданной прочности, что достигается сниженном ВЩ благодаря пластифицирующему эффекту и соответствующему повышению прочности, б том числе и на начальных стадиях твердения. Ускорение твердения— актуальная проблема, однако до сих пор не созданы бесхлоридные ускорители, безопасные для арматуры.
В последние годы большое внимание уделяется замедлителям схватывания, а в некоторых случаях и твердения бетонных смесей. Это необходимо в основном при бетонировании монолитных сооружений из смесей, транспортируемых со стационарных бетоносмесительных установок на значительные расстояния, особенно актуально в условиях сухого и жаркого климата.
Для изучения возможности улучшения свойств бетонов проведено много исследовании, и которых опробонаны как промышленные продукты, выпускаемые тая дртпх целей, так и побочные продукты некоторых пропзнодств. Изучена также возможность использования отходов различных отраслей промышленности. Систематизация этих данных поз- поляст прогнозировать внедрение тех или иных отходон по аналогии с исследованными. Однако исследования добавок на основе лнпюсульфонатов пока не закончены и перспективной задачей является создание дешевых и недефн- интпых добаков на нх основе. Следует отметить, что в состав большей части комплексных добавок входят лигносульфонаты. Использованию отходов различных производств в бетонах должны обязательно предшествовать токсикологические исследования, поскольку выделение даже небольших количеств некоторых химических веществ вредные условия для человека.
И, в заключение, об исследованиях механизма действия добавок и процессов, протекающих при их введении, в состав бетонов на портландцементе. Механизм действия добавок солен — электролитов достаточно всесторонне рассмотрен в Известных работах и Т. И. Розенберг. Механизм действия органических добавок, в том числе высокомолекулярных соединений, следует рассматривать отдельно и зависимости от эффекта, который эти соединения обусловливают.
Наиболее добавки-суперпластификаторы являются водорастворимыми соединениями с большими размерами молекул (молекулярная масса должна быть в пределах от 300 до 3000, а по некоторым данным до 20000). Полярность молекул обусловливает появление заряда на поверхности частиц цементат или запонителя, покрытых- адсорбированной пленкой макромолекул добавки. Эффект пластификации — разжижения цементно-водной суспензии, определяющей и геологические свойства бетонных смесей, определяется суммарным проявлением нескольких процессов: дефлокуляции агрегированных частиц цемента и освобождением при этом иммобилизованной воды, снижением внутреннего трения в суспензии из-за образования на поверхности цементных частиц пленки, состоящей из крупных электрического поверхностного заряда, отталкивающего частицы и облегчающего их скольжение. Исследования адсорбции и измерения подтверждают эти представления. Другие виды органических добавок можно классифицировать по механизму взаимодействия с цементом или продуктами его гидратации (см. таблицу). Достаточно четкая классификация по механизму действия предложена для добавок, повышающих стойкость бетона.
Рассмотренные направления применения различных добавок для бетона и анализ состояния исследований позволяют наметить основные задачи эффективного их использования: организация производства суперпластификаторов на основе недефицитного сырья и масштабах, удовлетворяющих потребности строительства; разработка полифункциональных добавок, повышающих качество бетона (прочность, стойкость) и улучшающих технологические свойства смесей; исследование механизма действия добавок и разработка на этой основе добавок, ускоряющих твердение цемента в бетоне и повышающих его конечную прочность и стойкость к различным воздействиям внешней среды.
Классификация добавок по различным признакам позволяет направленно вести их поиск с учетом химического состава и структуры материала добавки, а также технико-экономических показателей и перспектив внедрения.