11.06.2008 01:55:21
Применение химических добавок для бетонов уже практически стало обязательным, потому что позволяет улучшать свойства этого строительного материала.
Сегодня наш собеседник Виктор Фёдорович Черных, заведующий кафедрой производства строительных изделий и конструкций, к. т. н., профессор Кубанского Государственного Технологического Университета из Краснодара рассказывает об особенностях применения различных видов добавок, их влиянии на прочность бетона.
ВЧ: — Применение химических и минеральных добавок является одним из наиболее универсальных и доступных способов управления технологией бетона с заранее заданными свойствами. Разумное использование добавок позволяет целенаправленно регулировать процессы структурообразования и создавать высококачественные композиционные материалы различного назначения, обеспечивая повышение технологических свойств бетонных смесей и улучшение строительно-технических свойств готовых изделий.
ТД: — Какие на сегодняшний день есть виды добавок?
ВЧ: — Разработкой и поиском новых добавок занимаются научно-исследовательские институты и лаборатории во многих странах мира. Если раньше в строительстве в виде добавок использовали отдельные химические продукты и отходы промышленности после их модификации, то в последние годы широко начали применять добавки, специально приготовленные для бетонов и растворов. Это означает, что добавки не содержат случайных примесей, поэтому они будут иметь более стабильные свойства.
В зависимости от основного эффекта действия химические добавки для бетонов подразделяются на следующие виды:
— регулирующие свойства бетонных смесей (пластифицирующие, стабилизирующие, водоудерживающие, улучшающие перекачиваем ость, регулирующие сохраняемость бетонных смесей, поризующие);
- регулирующие твердение бетона (замедляющие и ускоряющие твердение);
- повышающие прочность и коррозионную стойкость, морозостойкость бетона и железобетона, снижающие проницаемость бетона (водоредуцирующие, кольматирующие, воздухововлекающие, газообразующие, ингибиторы коррозии стали).
— придающие бетону специальные свойства (гидрофобизирующие, противоморозные, биоцидные, полимерные);
— тонкодисперсные минеральные добавки (неактивные, активные, минеральные пластифицирующие);
— комплексные добавки (комплексные химические, органно-минеральные).
Некоторые, добавки обладают полифункциональным действием, например, пластифицирующие и воздухововлекающие.
ТД: — Какие добавки применяются чаще?
ВЧ: — В практике строительства наибольшее распространение получили добавки, способствующие уменьшению водосодержания бетонной смеси. Они повышают текучесть цементного теста без увеличения расхода воды, оказывая пластифицирующее действие на бетонные и растворные смеси. Эти добавки позволяют в значительной мере ослабить противоречие в технологии бетона: для повышения прочности и долговечности требуется уменьшать содержание воды, а чтобы смесь хорошо уложить, воды добавляют намного больше, чем это требуется для полной гидратации цемента.
Пластификаторы бетонных смесей начали широко применять после 40-х годов прошлого столетия, а в настоящее время они в различных сочетаниях наиболее распространены среди химических добавок для бетона. В обычных бетонах широко применялась сульфитно-дрожжевая бражка — СДБ (кальциевая соль лигносульфоновых кислот). За счёт уменьшения расхода воды она позволяет сократить расход цемента на 8–12 %. СДБ несколько замедляет твердение бетона в раннем возрасте, поэтому её рекомендуется применять в сочетании с добавками — ускорителями твердения.
ТД: — Какие новые добавки появились в последнее время?
ВЧ: — В последние годы в нашей стране и за рубежом разработаны и внедряются новые химические добавки — суперпластификаторы. Они существенно улучшают строительно-технологические свойства бетона и могут обеспечить значительную экономию цемента. По своей природе суперпластификаторы можно разделить на четыре группы:
1) сульфированные меламиноформальдегидные смолы и комплексные добавки на их основе (НИЛ-10, 10-03 — продукт поликонденсации сульфированного триметилолмеламина, «Мельмент»). Они снижают водосодержание на 15–30 %.
2) продукты конденсации нафталиносульфокислоты и формальдегида и комплексные добавки на их основе (С-3,40-03, «Майти»). Эти добавки снижают водосодержание на 15–25 %.
3) модифицированные лигносульфонаты и комплексные добавки на их основе (ЛСТМ, ХДСК-1), которые снижают водосодержание на 5–15 %.
4) добавки на основе поликарбоксилатов и некоторые другие (поликарбоксилат РА, эфир поликарбоксилатовый РАЕ, сополимер акриловый САЕ). Снижение водосодержания составляет 20–30 и 25–40 %. Содержание добавок составляет 0,5–1,5 % от массы цемента в пересчёте на сухое вещество.
При адсорбции суперпластификаторов на поверхности твёрдой фазы количество воды сольватных оболочек уменьшается, что приводит к увеличению свободной воды. В результате улучшается удобоукладываемость бетонной смеси, но несколько замедляются процессы структурообразования и твердения цемента. Поэтому суперпластификаторы применяют в сочетании с ускорителями твердения. В качестве ускорителей твердения применяют хлорид кальция, сульфат натрия, нитрит, нитрат и хлорид кальция.
Необходимо учитывать побочное действие добавок: хлорид кальция вызывает коррозию арматуры, сульфат натрия способствует появлению высолов на поверхности изделий.
Начали применяться и бесхлоридные ускорители твердения — формиат кальция, триэтаноламин и другие. Многие производители добавок суперпластификаторов (в частности, ООО «Полипласт-Юг») заранее вводят в их состав ускорители твердения (например, добавки «Полипласт СП-3» и «Реламикс»). Это облегчает применение добавок на производстве.
ТД: — Какие исследования проводятся в этой области на кафедре?
ВЧ: — Я вспоминаю то время, когда суперпластификатор С-3 только что появился в нашей стране. Его распространяли через сотрудников НИИЖба. На одном из совещаний по бетону выступающие обращались в президиум с вопросом: «Где достать добавку?» Рабочие, которые применяли С-З, отказывались без неё укладывать бетонную смесь.
Проводили опыты с С-3 и сотрудники нашей кафедры. Мы попытались применить её для керамзитобетонной смеси, идущей на изготовление объёмных элементов. Дело в том, что в то время бетонная смесь укладывалась в формующей установке одновременно в стены и пол. Поэтому требовалась большая подвижность бетонной смеси — 18–20 см и даже более, — чтобы не образовалось пустот. Но такая смесь медленно набирала прочность при тепловой обработке на первой стадии. По расчётам проектировщиков первая стадия должна была продолжаться 2 ч 45 мин, фактически — еле укладывались в 5 ч. Проведённые на кафедре и в лаборатории завода ОБД исследования показали, что добавка С-3 несколько тормозит набор прочности в ранние сроки. Это хорошо было видно по построенным пластограммам. Тогда добавили в качестве ускорителя сульфат натрия в количестве 1–1,5 % от массы цемента. Набор требуемой прочности был обеспечен за 3–3,5 ч. К сожалению, дальше лабораторных испытаний на заводе дело не пошло. В настоящее время на ДСК Краснодара формуют пол отдельно, а стены отдельно. Это позволяет укладывать смеси с меньшей подвижностью. Но даже и в этом случае применение добавок-пластификаторов было бы целесообразно.
Недавно в Ростовском государственном строительном университете выполнена работа по применению комплексной добавки С-3 и сульфата натрия, правда, для ячеистых бетонов. Получен значительный эффект по приросту прочности.
По данным РГСУ, применение добавок в условиях производства ОАО «КСМ- 10» позволило получить следующие результаты. Добавка Реламикс на основе суперпластификатора с добавлением комплекса ускоряющего действия позволила получить прирост прочности через 1 сутки — 61 %. При сокращённом расходе цемента на 40 кг прирост прочности составил 18 %. Критерий эффективности вяжущего (отношение прочности бетона к расходу цемента) составил 13 %. Модификатор ПФМ-НЛК, представляющий смесь суперпластификаторов с воздухововлекающими и гидрофобизирующими компонентами, дал возможность получать высокопрочный бетон М600 (В45) и марки по водонепроницаемости W14. Причём использованы рядовые заполнители, а расход цемента составил 445 кг/м3. Эта добавка сочетает оптимальное количество компонентов гидрофильного и гидрофобного действия. Она обладает водоредуцирующим свойством и создаёт условия для формирования оптимальной структуры бетона.
Добавку можно использовать как для производства сборных железобетонных конструкций, так и для товарных бетонных смесей. При этом отпадает необходимость в дополнительной гидроизоляции бетона. Использование этой добавки на одной из строек Краснодара показало, что водонепроницаемость бетона класса В25 вместо W6 стала W8. Добавка вводилась в количестве 0,5 % от массы цемента.
При использовании различных добавок в бетоне необходимо проводить технико-экономические расчёты для прогнозирования ожидаемого эффекта с учётом стоимости добавок и дополнительных затрат на создание складов добавок, узлов подготовки добавок, дополнительных дозаторов.
Пластифицирующие добавки можно применять для изготовления бетонов различной прочности и назначения, то есть как для сборных конструкций, так и при монолитном строительстве.
ТД: — И какова эффективность использования пластификаторов?
ВЧ: — Эффективность применения пластифицирующих добавок проявляется по-разному. Для равнопрочных бетонов это — уменьшение расслаиваемости, повышение плотности, сокращение расхода цемента до 20 %, а для равноподвижных составов — улучшение прочностных показателей. Эффект пластификации добавок зависит от тонкости помола цемента и его расхода в растворных и бетонных смесях. Больше удельная поверхность цемента, выше его расход — увеличивается и пластифицирующий эффект. Ещё один плюс применения пластификаторов — снижение температуры тепловлажностной обработки изделий (до 30 %) или её продолжительности, что позволяет сократить энергозатраты на производство изделий.
С применением добавок улучшаются условия труда за счёт сокращения использования вибрации.
ТД: — Что вы можете сказать о комплексных добавках?
ВЧ: — Комплексные добавки, содержащие активные минеральные компоненты и органические модификаторы, называют органо-минеральными добавками (ОМД). Минеральная составляющая этой добавки — микрокремнезём и зола — унос, а химическая — суперпластификаторы, регуляторы твердения и другие добавки. Например, органо-минеральный комплексный модификатор структуры и свойств бетона МБ-01 полифункционального действия включает суперпластификатор С-3 и микрокремнезём. Эта добавка уже реализуется сотрудниками ООО «Полипласт-Юг». С применением этой добавки появляется возможность получать бетоны с прочностью выше 100 МПа, низкой проницаемостью и высокой долговечностью. Мы сейчас проверяем действие добавки «Полипласт МБ» при получении высокопрочного фибробетона. Получены неплохие результаты: образцы — половинки балочек показали прочность при сжатии 102 МПа. Но крупный заполнитель содержал слабые зёрна.
ТД: — И всё же, что препятствует более широкому применению добавок в строительстве?
ВЧ: — Применение бетонов с эффективными модифицирующими добавками на предприятиях стройиндустрии и в монолитном строительстве сдерживается по ряду причин. Одна из них — ошибочное представление руководителей об удорожании бетона. Кроме того, играет роль и нежелание некоторых технологов и сотрудников лабораторий заниматься внедрением добавок, а также встречающиеся несоответствия фактических свойств добавок с заявленными в рекламных материалах. Цементники тоже часто подводят строителей: не обеспечивают требуемую активность и тонкость помола. Иногда и сроки схватывания слишком растянуты. Правда, это важно в основном для ячеистых бетонов.
Есть ещё один аспект этой проблемы. При монолитном строительстве, когда бетонную смесь перевозят на большие расстояния, применять добавки на БСУ нецелесообразно. Например, формование колон происходит в течение длительного времени, поэтому в первых колонах прочность нормальная, а в последующих — ниже запроектированной. Кроме того, для транспортирования бетонной смеси бетононасосом строители вынуждены добавлять воду, что ведёт к снижению прочности.
ТД: — Где же выход?
ВЧ: — При больших объёмах строительства желательно организовать мобильные БСУ. Такой опыт имеется в Новороссийске, где прорабом работает наш выпускник Руслан Гучетль. Здесь широко используют противоморозные и пластифицирующие добавки. Качество бетона, как показали проверки, хорошее. Бетон по прочности соответствует заданному классу.
Обычно в проспектах или справочниках указываются рекомендуемые дозировки добавок в зависимости от вида вяжущего, но эти дозировки являются ориентировочными. Необходимо учитывать не только вид вяжущего и группу добавок, но и их совместимость. Например, в пластифицированный цемент не стоит добавлять С-З и ЛСТМ-2. Поэтому необходимо проверять действие добавок в реальных условиях производства с конкретными составляющими бетонной или растворной смеси.
ТД: — Имеет ли кафедра возможность проводить контрольные испытания бетонов и других строительных материалов?
ВЧ: — При кафедре имеется аттестованная лаборатория. В конце мая намечается её аккредитация. Так что мы имеем возможность производить испытания различных строительных материалов и изделий.
ТД: — Спасибо за интересный рассказ. Удачи вам!