1. Автор: Соловьев В.И.
2. Название книги: Бетоны с гидрофодизирующими добавками.
3. Год издания: — Алма-Ата: Наука, 1990
4. Количество страниц: 112
5. Краткая аннотация: [I]
Рассмотрены вопросы приготовления и применения новых гидрофобизирующих добавок в бетоны (брикетов, гранул, таблеток и порошков), в состав которых входят ингредиенты побочных продуктов и отходов нефтехимической, масло-жировой промышленности. В ходе экспериментов и производственных испытаний показано, что эти добавки повышают удобоукладываемость бетонной смеси, позволяя при этом уменьшить водоцементное отношение и расход цемента, а также существенно улучшить сопротивляемость бетона к действию воды, агрессивных растворов и попеременного замораживания и оттаивания; показана возможность производить бетонирование конструкций методом раннего замораживания.
Установлена длительная сохранность эффекта гидрофобизации в бетонах, работающих в «тяжелых» условиях.
Книга предназначена для работников научно-исследовательских, проектных и строительных организаций, а также преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов вузов строительных специальностей. Библиогр. 183 назв. Ил. 27. Табл. 20.
«…
ПРЕДИСЛОВИЕ
Важнейшими конструктивными материалами современного капитального строительства являются бетон и железобетон. Ежегодно в строительстве применяются 250 млн. м3 бетона и железобетона, в том числе 125 млн. м3 сборного железобетона; в Казахстане в настоящее время ежегодно выпускается около 6 млн. м3 сборных железобетонных конструкций [31].
Современное производство бетона и железобетона тесно связана с широким использованием различных химических добавок. В промышленно развитых странах мира объем бетона с добавками составляет 25 — 90% и из года в год возрастает. В нашей стране, по оценкам специалистов, в 1990 г. с применением химических добавок должно быть изготовлено не менее 55% бетонных и железобетонных изделий и конструкций [30].
В настоящее время номенклатура рекомендуемых добавок включает несколько сот наименований, особое место среди кото-; ых занимают добавки, содержащие в своем составе гидрофобизирующие ингредиенты, получаемые из продуктов и отходов нефтехимического синтеза, масложировой и целлюлозно-бумажной промышленности. Они не дефицитны, дешевы и не вызывают интоксикации организма человека [99]. Кроме того, гидрофобизирующие добавки положительно влияют на физико-технические свойства бетона и железобетона не только в ранние сроки, но и в период эксплуатации их в строительных объектах. Несмотря на имеющиеся преимущества, гидрофобизирующие добавки не нашли должного распространения на практике. С этими добавками на 12 предприятиях (Москва, Караганда, Темиртау, Топар, Алма-Ата, Семипалатинск. Ерментау и др.) в разное время выпущено более 300 тыс. м3 бетона. Однако непрерывного производства бетона с такими добавками до сих пор не налажено. Обусловлено это отсутствием современных технологических линий, позволяющих обеспечить выпуск бетона с добавками, в том числе и гидрофобизирующими; неукомплектованностью предприятий специалистами по технологии бетона. Помимо этого, применение комплексных добавок на бетонных заводах, как правило, требует отдельных линий подач ее компонентов в смеситель, что также сдерживает широкое внедрение таких добавок в производство.
Следует отметить недостаточную освещенность в литературе испытаний бетонов с добавками после длительной эксплуатации
их в различных условиях.
Настоящая монография посвящена дальнейшему усовершенствованию составов и способов приготовления гидрофобизирующих добавок в целях получения конкурентоспособных в техническом и экономическом отношении бетона и железобетона, а также обеспечению широкого их внедрения на предприятиях стройиндустрии Казахстана. Автором предпринята попытка развить научные и теоретические воззрения о влиянии гидрофобизирующих добавок в цементных системах, разработанные и сформулированные В. Г. Батраковым, Г. И. Горчаковым, М. И. Хигеровичем, А. П. Меркиным и др.
В первой главе приведены общие сведения о применении гидрофобизирующих добавок в строительстве, их необходимости для направленного регулирования основных технологических и физико-технологических свойств бетонной смеси и бетона. Отмечены некоторые перспективные виды многокомпонентных гидрофобизирующих добавок, для изготовления которых имеется широкая сырьевая база. Рассмотрены различные классификации химических добавок. Даны характеристики основных компонентов, которые используются при изготовлении гидрофобизирующих добавок.
Вторая глава посвящена способам приготовления и применения гидрофобизирующих добавок в виде жидких и твердых продуктов (брикетов, гранул, таблеток, порошков).
В третьей главе изложены сведения о влиянии гидрофобизирующих добавок на свойства бетонной смеси и отвердевшего бетона, включая бетон после многолетней эксплуатации в конструкциях дорог и полов животноводческих помещении.
В четвертой главе освещен опыт использования гидрофобизирующих добавок в различных видах бетона и других материалах.
…»
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
1. Общие сведения о гидрофобизирующих добавках
История применения гидрофобизирующих добавок
Классификации добавок
Характеристика компонентов гидрофобизирующих добавок
2. Способы приготовления и применения гидрофобизирующих добавок
Жидкие водоразбавляемые гидрофобнзирующие добавки
Агломерированные гидрофобнзирующие добавки
3. Влияние гидрофобизирующих добавок в цементных материалах
Механизм действия гидрофобизирующих добавок
Физико-механические свойства бетонов с гидрофобизнруюишмн добавками
Свойства гидрофобизированных бетонов после многолетнем эксплуатации в конструкциях
4. Опыт применения гидрофобизирующих добавок
Набрызг-бетон с гидрофобизирующей добавкой
Центрифугированный бетон с гидрофобизирующей добавкой
Монолитный бетон
Бетон для водохозяйственного строительства
Сборные железобетонные щделия для жилищного стронтельства
Бетоны и растворы для ремонтно-восстановнтельныч работ
Гидрофобизированные бетоны раннего замораживания
Гидрофобный цемент ускоренного твердения
Дополнительные направления применения гидрофобизирующих добавок
Нетрадиционные методы исследования действия гидрофобизирую щих добавок на свойства цементных материалов
Литература (183 наименования)
Приложение
«…
[COLOR=blue]1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОФОБИЗИРУЮЩИХ ДОБАВКАХ
В современном строительстве как за рубежом, так и в нашей стране значительная часть бетона производится только с применением различных химических добавок, которые в малых дозировках позволяют существенно регулировать технологический процесс и получать бетон и железобетон с требуемыми физико-техническими свойствами. Благодаря развитию химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, масложировой и других отраслей промышленности ассортимент добавок значительно возрос. Поэтому необходимо знать о полифункциональных действиях добавок в цементных системах, о том, как их правильно выбирать, хранить и безопасно использовать.
При использовании добавок в строительстве, как видно из различных технических источников, преследуется цель получения строительного материала с желаемыми характеристиками и обеспечения возможности строительства объекта в сложных условиях. Основное внимание здесь будет уделено гидрофобизирующим добавкам. Правомочность такого подхода, по нашему мнению, вытекает из того, что в настоящее время и в перспективе для изготовления таких добавок имеется широкая сырьевая база, стоимость которой сравнительно невысокая. Научные и теоретические положения, изложенные в трудах Московского инженерно-строительного института (МИСИ), Научно-исследовательского института бетона и железобетона (НИИЖБ), Алма-Атинского архитектурно-строительного института (ААСИ) и др. [27], позволяют широко и безбоязненно применять гидрофобизирующие добавки в цементно-бетонной технологии. Ввиду своей природы гидрофобизатор, включенный в состав добавки, обеспечивает свои различные функции не только при изготовлении бетонной смеси, твердении бетона, но и в процессе многолетней эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций.
1.1. ИСТОРИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОФОБИЗИРУЮЩИХ ДОБАВОК
Анализ научно-технической информации но управлению технологией цементных бетонов, в частности с помощью химических добавок, свидетельствует о непрерывном развитии этого процесса.
Как известно, бетон используется в качестве строительного материала уже несколько тысячелетии. Минойцы на о. Крит, например, изготовляли бетон из дробленых или размолотых глиняных черепков, связанных известью. Греки и позже римляне добавляли к составу минойцев вулканический туф или размолотый кирпич. Это было весьма важной ступенью, поскольку такие добавки позволяли бетону затвердевать в воде. Они практически изменили процесс твердения цемента и связывания им бетона. Два знаменитых сооружения, свидетельствующие о гибкости и долговечности древнего бетона, сохранились до наших дней — Базилика Константина и Пантеон в Риме. Между древними и современными цементами имеется одно значительное различие. Греческие и римские цементы затвердевали и наращивали прочность в результате химического процесса — пуццолановой реакции, происходящей в присутствии извести и кремнистых материалов, растворяемых щелочью, подобно тем, что содержатся в туфе и глинистых черепках. Цементы же, изготавливаемые в настоящее время, состоят преимущественно из силикатов кальция, которые гидратируются без добавления извести [160].
Современное развитие технологии строительства включает проблему повышения качества и долговечности бетона, которая может во многих практически важных случаях успешно решаться путем использования новых химических добавок. Для достижения высокой организации производства бетона и технико-экономической эффективности необходимо постоянно стремиться к расширению и усовершенствованию разработок по теоретическим и практическим основам применения комплексных органоминеральных добавок и создавать новые способы их приготовления и использования в бетоне в соответствии с требованиями рынка.
Применение добавок эмпирически возникло несколько столетий назад при изготовлении известковых растворов и бетонов в целях повышения их прочности, водостойкости и долговечности.
Так, в древнем Риме добавки свиного сала, свернувшегося молока или свернувшейся крови использовались для улучшения штукатурных растворов.
Древнерусские мастера и зодчие практиковали введение коровьего молока, ячменной мякины, бычьей крови, льняного семени, отвара древесной коры и некоторых подобных веществ для улучшения свойств извести.
Коровье молоко добавляли в воду при гашении извести. В молоке, как известно, наряду с казеином, белком и молочным сахаром содержится 3 — 3,5% жира в виде прямой эмульсии «масло в воде». Жир молока состоит из глицеридов олеиновой, пальмитиновой и стеариновой кислот [147], по своей природе относящихся к гидрофобизаторам.
Известно, что при установке Александровской колонны в Петербурге ее фундамент залили скользким и своеобразным по составу раствором, о котором архитектор Монферран [163] писал: «Так как работы проводились зимою, то я велел смешать цемент с водкою и прибавить десятую часть мыла...» (с. 154).
В прошлом, когда еще не была известна природа физико-химических процессов, происходящих при смешивании цемента с водой, иода добавлялась к смеси интуитивно, в зависимости от навыков людей, укладывающих бетон. Иногда бетонное покрытие было прочным, но бывали и случаи разрушения уложенного бетона. Долговечность бетона пытались повысить за счет использования оптимального количества цемента и воды при изготовлении цементной пасты. В дальнейшем было установлено, что для получения бетонов с достаточными строительно-техническими свойствами следует знать закономерности регулирования параметров цементных систем на стадии взаимодействия цемента с водой. В связи с этим возникла необходимость изучения вопросов гидратации цемента, проектирования состава бетонной смеси, роли различных добавок в ней, разработки теории водоцементного отношения и др.
Руководствуясь теорией, исследователи старались поддерживать как можно низкое водоцементное отношение, чтобы достичь наибольших прочностей цемента, однако такой подход не всегда соответствовал строительным требованиям. Попытки добавлять больше воды, чем требовалось, приводили к снижению прочности бетона, усиленному его растрескиванию и изменению основных характеристик. Все это привело к необходимости разработки добавок, снижающих расход воды и позволяющих регулировать свойства цемента по отношению к действию воды.
Одним из убедительных практических примеров эффективного применения добавок является построенный в XIV в. Карлов мост через р. Влтаву в Праге. Для его сооружения был применен бетон на известковом вяжущем с добавкой куриных яиц, которые по своему составу являются прямой водной эмульсией олеина и других жиров, обеспечивающей гидрофобизирующие свойства искусственному камню. Карлов мост служит людям более пятисот лет, хотя сделан из воздушной извести, тогда как венский мост Рейхсбрюке, построенный из обычного цементного бетона и работавший почти в аналогичных с Карловым мостом эксплуатационных факторах воздействия, разрушился через несколько десятилетий (летом 1976 г.) [147].
С расширением знаний в области разработки и применения добавок возникла потребность создания бетонов большей прочности, быстротвердеющих, схватывающихся быстрее или медленнее, чем обычный, химически стойких к вредным воздействиям и т. д. Все это способствовало развитию и усовершенствованию добавок различного назначения.
С 1850 г., т. е. с начала производства бетона на портландцементе (гидравлическом вяжущем), в него добавляли гипс для регулирования сроков схватывания. Использование добавок хлористого кальция как ускорителя или сахара как замедлителя относится к началу века — 1919 — 1920 гг. Пластификаторы начали широко применять в 1935 г., воздухововлекающие добавки — в середине 40-х гг. (в Европе). Позднее появились противоморозные добавки и средства ухода за бетоном в виде пленкообразующих покрытий на его поверхности [9].
С 1960 г. число добавок увеличивается, они становятся более разнообразными, их качество и постоянство свойств непрерывно улучшаются. Разрабатываются продукты, все более отвечающие требованиям современного строительства [30].
Большой вклад в решение проблем создания и применения добавок внесли коллективы многих институтов, особенно НИИЖБ Госстроя СССР, ВНИИжелезобетона, НИИцемента, МИСИ, МАДИ, ВНИИГ, ОИСИ и других, под руководством и при непосредственном участии Л. А. Алимова, Н. В. Ахвердова, Ю. М. Баженова, В. Г. Батракова, В. А. Волженского, В. А. Вознесенского, В. В. Воронина, Г. И. Горчакова, Б. В. Гусева, Н. Н. Долгополова, Ф. М. Иванова, О. В. Кунцевича, А. В. Лагойды, Л. А. Малининой, A. П. Меркина, О. П. Мчедлова-Петросяна, Л. П. Орентлпхер, B. Б. Ратинова, П. А. Ребиндера, Т. И. Розенберг, Н. К. Розенталь, А. В. Саталкина, Е. Е. Сегаловой, Б. Г. Скрамтаева, В. И. Сорокера, Б. Д. Тринкера, В. Р. Фаликмана, М. И. Хигеровича, С. В. Шестоперова и др.
Значительные исследования проведены за рубежом (В. Адам, И. Боузсль, С. Брунауэр, Ф. Вавржин, М. Венюа, Г. Добролюбов, Д. Конрад, Г. Кюль, Ф. М. Ли, Т. Пауэрс. Б. Райхель, В. Рамачандран и др.).
Проблеме разработки и внедрения различных химических добавок в бетоны и растворы в последние годы в мировой практике строительства стало уделяться еще большее внимание в связи с необходимостью улучшения их технологических и эксплуатационных свойств и для обеспечения реализации одного из самых универсальных, доступных и гибких способов управления технологическими параметрами и регулирования ряда важных свойств свежеизготовленных и отвердевших бетонов. В связи с этим можно утверждать, что добавки в настоящее время должны стать неотъемлемой частью бетонов. Поэтому мы предлагаем называть бетонами искусственные каменные материалы конгломератного строения, полученные в результате твердения рационально подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной бетонной смеси, состоящей из вяжущего, заполнителя (мелкого, крупного), воды и химических добавок.
Судя по литературным публикациям, применение добавок позволяет изготовлять бетонные смеси и бетон, которые почти полностью удовлетворяют строительно-техническим требованиям.
Одним из таких требований, предъявляемых к цементам, бетонам и растворам, является необходимость регулирования свойств цемента по отношению к действию воды. Взаимодействие цемента с водой имеет двойственный характер: полезный — необходимость службы цемента в качестве вяжущего вещества из-за химического сродства с водой; вредный — его гидрофильность, т. е. способность как в порошкообразном состоянии, так и в виде цементного камня хорошо смачиваться водой, что, в свою очередь, приводит ко многим нежелательным явлениям. Адсорбирующая влага вызывает слипание частиц и потерю активности цемента, при приготовлении бетонных растворных смесей цемент иммобилизует избыток воды, что увеличивает пористость цементного камня и приводит к ухудшению его прочности и стойкости; кроме того, длительное воздействие воды на готовые изделия понижает их эксплуатационные свойства [153]. В связи с противоречиями, заложенными в самой природе цемента, перед наукой встала проблема, которую хорошо сформулировал M. И. Хигерович [153]: «…изменить свойства цемента так. чтобы он стал менее гидрофилен и даже приобрел водоотталкивающую способность, но в то же время мог бы взаимодействовать с водой на тех стадиях применения, когда это практически нужно…».
Такой цемент был назван гидрофобным (водоотталкивающим. Понятие «гидрофобный» относится не только к цементному порошку, но и к цементному тесту и цементному камню. Гидрофобность цемента достигается путем введения специальных гидрофобизирующих добавок. Однако здесь следует обратить внимание на разницу между гидрофобными и гидрофобизирующими добавками [153]. Первые, например парафин, стеариновая кислота, кальциевые соли высших жирных кислот, при смешивании с цементом не реагируют с ним и остаются в виде механической примеси. Вторые, например водорастворимые мыла жирных, нефтяных, смоляных кислот, не гидрофобны, но образуют гидрофобные вещества в результате химического взаимодействия с цементом [153].
В технологии строительных материалов для улучшения гидрофизических их свойств применяются гидрофобные добавки в виде парафина и парафиновых эмульсий [48].
В литературе имеются сведения о гидрофобизаторах в составе комплексной добавки [9] к цементным композициям для повышения прочности цементных растворов и бетонов, а также снижения пылеобразования при помоле цемента. Практическое использование нашел гидрофобизатор, вносимый в виде предварительно взбитой технической пены, содержащей битумную эмульсию (БЭ), есть опыт применения БЭ с каолиновой суспензией (БЭС) [149].
Многочисленные разработки, в том числе нашедшие внедрение в практике, выполнены с использованием гидрофобизаторов на основе кремнийорганических соединений (КОС) [26].
В структуре КОС реализуются связи Si—О и Si—С, что определяет их промежуточное положение между органическими и неорганическими соединениями; в большинстве соединений этого вида атом кремния связан только с двумя атомами кислорода, а другие связи замещены органическими группами СН3, С2Н5, С6Н5 и др., определяющими их эластичность [81]. Степень эластичности конечных продуктов зависит не только от числа органических радикалов, но и от их величины и строения, а также от молекулярной массы.
В качестве гидрофобизаторов могут использоваться кремнийорганические соединения от мономеров до полимерных жидкостей.
Кремнийорганические мономеры применяют в основном в качестве исходных компонентов для производства кремнийорганических полимеров.
Кремнийорганические полимеры условно подразделяют на две группы: олигомеры и высокомолекулярные соединения [29]. Кремнийорганические гидрофобизаторы могут применяться для повышения морозостойкости бетонов и их коррозионной стойкости, снижения водопотребности бетонных смесей и воздухововлечения, повышения атмосферостойкости строительных материалов и изделий — кирпича, гипсовых изделий, каменных материалов, окрасочных и штукатурных составов, защиты стыков и фасадов крупнопанельных зданий, защитно-декоративной отделки зданий и сооружений и т. п. [153].
Одним из основных условий использования КОС в качестве гидрофобизаторов строительных материалов и конструкций является экономическая целесообразность. Поэтому в строительной практике применяются не все существующие кремнийорганические гидрофобизаторы, а лишь наиболее дешевые и доступные. К ним и носятся, например, алкилхлорсиланы и кубовые остатки от их ректификации.
Алкилхлорсиланы — по существу, первые КОС, которые были использованы для гидрофобизации строительных материалов. Для этой цели ранее употреблялись и в отдельных случаях еще найдут свое применение выпускаемые отечественной промышленностью метилтрихлорсилан CH3SiCl3 (МТС), этилтрихлорсилан C2H5SiCl3 (ЭТС), этилдихлорсилан C2H5SiHCl2 (ЭДС) и технический диметилдихлорсилан (CH3)2SiCI2, содержащий примесь 10 %-ной CH3SiCl3. Наряду с алкилхлорсиланами с большим успехом могут применяться кубовые остатки от их ректификации на заводах-изготовителях; ЭКО — остатки этилхлорсиланов и МКО — самые дешевые и доступные, обладают менее раздражающим и коррозионным действием [81].
Широко используются для гидрофобизации строительных материалов 0,5 — 5 %-ные водные растворы метилсилоканата (МСН) и этилсиликонатов натрия (ЭСН). Реже употребляется фенилсилоконаты натрия (ФСН) или алкилсилоканаты калия. Алкилсилоканаты натрия имеют ряд преимуществ перед другими гидрофобизаторами: применяются в виде водных растворов, не имеют запаха, достаточно универсальны и дешевы, так как чаще всего изготавливаются из отходов производства. К их достоинствам можно отнести также и то, что при использовании алкилсиликанатов натрия можно производить гидрофобизацию, не ожидая полного схватывания поверхности строительных материалов и конструкций, а также обрабатывать сырые или смоченные дождем фасады [81].
В СССР выпускается метилсилоканат натрия марки ГКЖ11 получаемый из кубовых остатков от ректификации метилхлорсилана, этилсилоканат натрия ГКЖ-10, приготавливаемых из кубовых остатков от ректификации этилхлорсиланов, и, кроме того, полигидросилоксановая жидкость ГКЖ-94 (d yfcnjzott dhtvz ;blrjcnm UR:-94 gthtbvtyjdfyf d ;blrjcnm 136-141), бесцветная, вязкая, с рН = 6, без запаха, не обладающая корродирующим действием, экологически безвредная.
Эффективность применения перечисленных гидрофобизаторов зависит как от химического состава строительного материала, так от структуры и реакционной способности гидрофобизатора. Поэтому в каждом конкретном случае оптимальный эффект обычно дает лишь один из существующих типов гидрофобизаторов [81].
В нашей стране расширяются номенклатура КОС и объемы выпуска этих соединений химической промышленностью. Подробные данные о производстве кремнийорганических продуктов различного назначения, используемых в строительстве в СССР, приведены в работе [29].
Кремнийорганическпе соединения, как и большинство добавок, обладают полифункциональностью свойств, в связи с чем, оказывая в основном положительный эффект, они иногда ухудшают некоторые свойства бетонной смеси и бетона. Для устранения негативного влияния эти добавки объединяют с другими в комплексные полифункциональные модификаторы (ПФМ) для направленного изменения технологических и эксплуатационных свойств бетонов и растворов. В работе [29] представлены наиболее эффективные отечественные и зарубежные ПФМ, в которых КОС являются компонентами, регулирующими структуру бетона и раствора. Следует отметить, что до 70-х гг. техническими гидрофобизирующими добавками в цементобетонной технологии служили преимущественно природные продукты (например, олеиновая кислота) или некоторые отходы промышленности (например, мылонафт). Однако крайняя дефицитность этих продуктов лимитировала их применение в строительстве [152].
Поэтому исходя из экономических соображении и сохранения свойств бетона, которые он приобретает в случае применения КОС или природных гидрофобизаторов типа олеиновой кислоты, в настоящее время для изготовления гидрофобизирующих добавок стали использовать продукты и отходы нефтехимического синтеза, масложнровой и целлюлозно-бумажной отраслей промышленности. Наибольшим распространением пользуются такие гидрофобизаторы этого типа (группы), как окисленный петролатум, кубовые остатки синтетических жирных кислот (КОСЖК), битумные дисперсии, соапстоки растительных масел и др. [27].
Упомянутые технические вещества отличаются друг от друга происхождением и составом, но для всех них характерно наличие молекул с резко выраженным асимметрично-полярным строением. Такие молекулы представляют собой соединения дифнльного характера, имеющие гидрофильную «головку» (одну или несколько полярных групп типа —ОН, —СООН, —S03H, —OSO3H, —СООМе, —NH2 и т. д.) и гидрофобный «хвост» (как правило, алифатическую цепь, иногда включающую в нее ароматическую группу) [152].
Гидрофобизирующие добавки повышают удобоукладываемость бетонных смесей, увеличивают их связность, нерасслаиваемость. Это имеет особое значение при транспортировке и хранении смесей в летнее время [152]. Кроме того, объемная гидрофобизация бетона добавками способствует снижению его водопоглощения в1.5—2 раза по сравнению с бетоном без добавок [35].
Гидрофобизирующие добавки перед применением в бетон, как правило, переводят в водоразбавлясмое состояние. Это можно отнести к их недостаткам. К тому же они пластифицируют главным образом «тощие» бетонные смеси и несколько замедляют процессы твердения.
Важным шагом в химической технологии бетона явилась разработка М. И. Хигеровичем, Б. Г. Скрамтаевым, Г. И. Горчаковым, Х. М. Лейбович и другими составов гидрофобизирующих добавок из гидрофобизатора и гидрофилизатора [40]. Такие добавки оказывают универсальное действие на удобоукладываемость, т. е. они пластифицируют «тощие» и «жирные» бетонные смеси.
Влияние компонентов гидрофобизирующей добавки {гидрофобизатор+гидрофилизатор) на физико-технические свойства в большинстве своем аддитивно [152]. При этом, как отмечает М. П. Хигерович, комплексные гидрофобно-пластифнцирующие добавки представляют собой поверхностно-активные вещества (ПАВ) более высокой качественной категории, чем гидрофилизаторы и гидрофобизаторы, взятые в отдельности. Кроме того, применение таких добавок облегчает превращение гидрофобизирующего компонента в водоразбавляемую жидкость, которую удобно вводить с водой затворения при изготовлении смесей.
Недостатком гидрофобно-пластифицнруюшич добавок, с технологической точки зрения, является то, что они замедляют сроки схватывания и темп роста прочности цементного камня. Помимо этого, величины удобоукладываемости бетонной смеси, прочности и ряд других физико-технических свойств бетона, достигнутые с такой добавкой, могут не отвечать потребностям инженеров-строителей-технологов.
В таких случаях в состав гидрофобно-пластифицирующих добавок включают вещества, позволяющие не только исключить нежелательные действия компонентов добавки, но и получить с помощью взаимного усиления влияния ингредиентов (эффект синергизма) в направлении значительного увеличения физико-техннческих свойств цементных систем [73].
В качестве дополнительных компонентов к гидрофобизирующим добавкам наиболее распространены соли неорганических кислот: нитрит натрия, нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК), сульфаты и карбонаты щелочных металлов, тиосульфат натрия и др. Кроме того, гидрофобно-пластифицируюшие добавки достаточно эффективны в случае применения их в комплексе с такими известными и хорошо зарекомендовавшими себя в технологии бетона добавками, как суперпластификаторы (С-3, СП 10-03 и др.) и модифнцированные технические лнгносульфонаты (ЛСТМ-2, НИЛ-20 и др.) [22].
Следует отметить, что рекомендация совмещения суперпластификаторов (СП) с гидрофобно-пластифицирующими ингредиентами, несмотря на то, что имеются данные об улучшении морозостойкости бетона с суперпластификаторами, выдвигается рядом авторов (М. И. Хигерович, Г. И. Горчаков, В. С. Гладков, Э. А. Виноградов, В. Е. Крепшин и др.), которые исходят из того, что гидрофобизатор в таком сочетании будет влиять на процессы массопереноса и льдообразования в процессе длительной (многолетней) эксплуатации железобетонных конструкций, что значительно увеличит их морозо- и коррозиестойкость [54]. улучшит ряд свойств, например адгезионную прочность бетона при торкретировании.
Нами суперпластификаторы и модифицированные лнгносульфонаты (ЛСТ) будут кратко охарактеризованы ниже. Подробная информация о добавках СП и ЛСТ приведена в работах [22], где отмечается, что важнейшими компонентами суперпластификаторов служат следующие соединения: а) продукты поликонденсации нафталинсульфокислот и формальдегида; б) сульфопроизводные меламинформальдегидов;. г) модифицированные лигносульфаты; д) раствор модифицированной формальдегидной смолы.
Приведенным перечнем не исчерпываются данные о составе суперпластификаторов; многие из них фигурируют в литературе под условными обозначениями: С-3, «Дофен» и др.
Судя по обзорным статьям из зарубежных технических журналов ФРГ, Англии, Бельгии, Венгрии, Японии и др. [36], применение суперпластификаторов позволяет изготовить бетонные смеси, которые почти полностью удовлетворяют строительно-технологическим требованиям.
Из зарубежных образцов таких добавок особого внимания заслуживает суперпластификатор «Мельмент Л-10», выпускаемый в, ФРГ компанией «Южнонемецкие заводы». Применение этой добавки позволяет получать бетоны с высокими технико-экономическими характеристиками: максимальный прирост прочности бетона в первые 3 сут твердения до 170—190 %, сцепление бетона с арматурой за 28 сут возрастает на 160 %. При введении в бетонную смесь 2—3 % «Мельмент Л-10» бетон быстро достигает необходимых эксплуатационных свойств, таких, как водонепроницаемость, высокое сопротивление химическим воздействиям, морозостойкость, стойкость против размораживающей соли и износостойкость [881.
В ГДР налажено производство суперпластификатора «Вискомент», который повышает прочность приблизительно на 15—20 %, что лает возможность сократить расход вяжущего на 10 %.
В Бельгии разработан суперпластификатор «Тиксо», который по действию в бетонных смесях и отвердевшем бетоне практически не уступает другим СП [ПО, 161].
В Италии созданы суперпластификаторы, способствующие длительному сохранению подвижности (не менее 3 ч), что особенно нужно для транспортирования бетонных смесей на большие расстояния.
Американские ученые разработали разжижитель на основе высокомолекулярного конденсата сульфонированного нафталина «Ломар-Д», значительно улучшающего удобоукладываемость бетона и не снижающего основных характеристик: прочности при сжатии, модуля упругости, коэффициента Пуансона, предела прочности при разрыве и прочности на растяжение [172].
Конити Хаттори (Япония) создана добавка, основанная на применении формальдегидных конденсатов — сульфонатов β-нафталнна «Майти», использованная в активном растворе с содержанием 42 весовых процентов твердых веществ [72].
Таким образом, исходя из изложенного можно сделать следующие выводы:
- создание и применение суперпластификаторов — один из реальных путей совершенствования технологии и получения бетонов с заданными свойствами;
- отечественные суперпластификаторы по своим технико-экономическим показателям не уступают лучшим зарубежным образном;
- обоснованность применения суперпластификаторов должна п икрепляться технико-экономическими расчетами [32].
Последний аргумент также поддерживает И. И. Цыганков (ПИИЖБ). Он утверждает, что при использовании суперпластификатора С-3 стоимость 1 м3 бетона увеличивается на 1 руб., поэтому применять его надлежит не для экономии цемента, что достигается при использовании обычных химических добавок, а там, где он может дать наибольший эффект [32]. Так, применение суперпластификатора при изготовлении напорных виброгидропрессованных труб позволяет снижать себестоимость 1 м3 бетона почти на 5 руб., а также экономить трудозатраты.
При формировании тонкостенных, густоармированных и сложных по конфигурации конструкций, а также в кассетной технологии, где используются высокоподвижные бетонные смеси, экономический эффект в народном хозяйстве достигает 8 руб. на 1 м3 бетона.
Таким образом, массовое применение суперпластификаторов должно осуществляться с всесторонним анализом их наибольшей эффективности и учетом стоимости добавки [33].
Следует отметить, что суперпластификаторы С-3, 10—3, НИЛ-10 и другие пока не нашли широкого внедрения из-за дефицита сырья.
Исходя из практического опыта предприятий стройиндуетрии по применению химических добавок нами определены эффективные добавки, отвечающие современным требованиям в массовом производстве бетонов классов В10—В35 и выше. В их число вошли гидрофобно-пластифицирующая добавка (ГПД); комплексная органическая добавка (КОД-С); органоминеральная добавка (ОМД) состоящая из ГПД+ННХК; комплексная органоминеральная добавка (КОМД-С), состоящая из КОД-С+нитрит натрия (НН); органоминеральная добавка (КОД-СТ), состоящая из КОД-C +т иосульфат натрия; битумная металлорганическая дисперсия (БМД-С); суперпластификатор C-3 + КОД-С (C-3 + КОД-С); добавки в виде брикетов, таблеток, гранул и порошков.
Перечисленные комплексные добавки содержат гидрофобизирующий ингредиент, поэтому их принято также называть гидрофобизирующими [9].
Добавка ГПД (разработчик МИСИ, М. И. Хигерович, Г. И. Горчаков, В. Е. Байер) представляет собой прямую эмульсию кубовых остатков синтетических жирных кислот (КОСЖК) в 50 %-ном водном растворе сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ), т. е. она состоит из компонентов, содержащих гидрофобизирующие и гидрофилизирующие функциональные группы. Такой комплекс позволяет устранить нежелательные свойства гидрофобизаторов и гидрофилнзаторов [147].
КОД-С — прямая эмульсия соапстока в 30 %-ном водном растворе СДБ в соотношении 1:1 в пересчете на сухое вещество. Эти компоненты в бетонной смеси оказывают друг на друга синергирующее действие (усиление) в направлении увеличения удобоукладываемости бетонной смеси с 3—4 см ОК до 16—18 см [47]
Введение в состав бетонной смеси 0,2% КОД-С (% от массы цемента), предназначенной для изготовления центрифугированных труб, позволяет снизить расслаиваемость бетонных смесей; уменьшить в 3 -4 раза количество отжимаемого внутрь трубы цементно-песчаного шлама, сливаемого в отстойники канализации; сократить продолжительность центробежного формования труб на 15%; увеличить оборачиваемость форм; повысить водонепроницаемость в 3—4 раза и улучшить товарный вид опытных труб.
При сохранении заданной подвижности бетонной смеси КОД-С уменьшает капиллярный подсос пропаренных изделий на 42—45 %, водопоглощение — на 30—33 % и расход цемента без снижения предела прочности при сжатии — на 8—12 %; при одинаковых подвижностях и расходе цемента у бетона увеличивается предел прочности при сжатии на 25—35 % [123].
Эффективность ГПД и КОД-С можно значительно повысить, применяя их в комплексе с солями неорганических кислот. Наибольшая эффективность достигается при совмещении ГПД и ННХК — ОМД и КОД-С с НН — КОМД-С. Эти добавки вызывают спиергнческий эффект в сторону роста удобоукладываемости (до ОК — 20—22 см), прочности (на 30—40%), водонепроницаемости (на 1—2 степени), морозостойкости и долговечности в 2—3 раза и более по сравнению с бетонами без добавок [47].
Следует отметить, что ранее Г. И. Горчаковым были проведены исследования гидрофобизпрованных бетонов и при этом не было обнаружено признаков разрушения после 1500 циклов замораживания и оттаивания [51].
Эффект гидрофобизации межпоровых мембран с течением времени не исчезает. Гидрофобизированные бетоны имеют больший «запас» клинкерного фонда по сравнению с бетонами без добавок. Бетоны с гидрофобизирующей добавкой, претерпевшие в конс
