Суперпластификаторы в бетонных и растворных смесях
Суперпластификаторы как высокоэффективные разжижители бетонных и растворных смесей позволяют, при прочих равных условиях, в несколько раз повысить их подвижность против исходной, не вызывая при этом снижения прочности бетона или раствора при сжатии.
При введении суперпластификаторов представляется возможным значительное снижение содержания воды в смесях и, следовательно, увеличение прочности бетона или раствора и уменьшение расхода клинкерных цементов. В результате исследований, выполненных микроскопическим и седиментометрическим методами, установлено, что суперпластификаторы относятся к поверхностно-активным веществам (ПАВ) особого рода - диспергаторам.
Они отличаются от обычных ПАВ тем, что несколько снижают поверхностное натяжение, вследствие этого смеси не обладают воздухововлекающей способностью, вызывающей значительное уменьшение прочности бетона или раствора при сжатии, что позволяет их вводить в бетонные или растворные смеси обычных ПАВ в большом количестве. Максимальная пластифицирующая эффективность суперпластификаторов достигается (не вызывая снижения прочности бетона или раствора при сжатии) при их введении в бетонные или растворные смеси в значительном количестве (до 1% массы цемента), в то время как ввод сульфитно-дрожжевой барды даже в количестве более 0,25...0,3% массы цемента вызывает недопустимо большое снижение прочности бетона или раствора при сжатии вследствие вовлечения в бетонные или растворные смеси значительного объема воздуха.
В зависимости от свойств исходного сырья, из которого производятся суперпластификаторы, их можно объединить в следующие группы:
- сульфированные меламиноформальдегидные смолы и комплексные добавки на их основе;
- продукты конденсации нафталиносульфокислоты и формальдегида и комплексные добавки на их основе;
- модифицированные (очищенные и практически не содержащие сахара) лигносульфонаты (ЛС) и комплексные добавки на их основе.
В последнее время научно-исследовательскими и проектно-технологическими организациями разработаны и освоены производством суперпластификаторы различного назначения.
Пластифицирующие добавки
Пластифицирующие добавки представляют собой полярные соединения углеводородного радикала, обладающего гидрофобными свойствами, и поляризующейся группы с гидрофильными свойствами и с зарядом в зависимости от рН среды. При отрицательном заряде добавки становятся катионоактивными, которые чаще всего и применяются на производстве. Действие пластифицирующих добавок сводится в основном к уменьшению вязкости цементного теста в бетонных и растворных смесях. Пластифицирующий эффект этих добавок повышается с увеличением тонкости помола цемента, его расхода в бетоне или растворе и исходной жесткости (подвижности) бетонных и растворных смесей. При применении шлакопортландцемента, пуццоланового портландцемента, мелких песков и приготовлении смесей с умеренным содержанием цемента, добавки способствуют вовлечению в смесь до 2% воздуха, повышающего ее вязкость и улучшающего удобоукладываемость.
Существуют различные способы введения суперпластификаторов в бетонные и растворные смеси:
предварительное растворение их в воде затворения бетонной (растворной) смеси;
введение концентрированного водного раствора пластификатора в конце перемешивания бетонной (растворной) смеси;
многократное повторное введение концентрированного раствора пластификатора через определенные промежутки времени в процессе перемешивания бетонной (растворной) смеси.
При этом пластифицирующий эффект от применения добавки повышается, если водный их раствор вводится в смеситель после добавления воды затворения.
Суперпластификаторы, как и обычные гидрофильные пластифицирующие добавки вызывают пептизацию флокул цемента, освобождая иммобилизированную в них воду, уменьшают трение между частицами.
Адсорбционные пленки суперпластификаторов вызывают также сильное электрическое отталкивание частиц твердой фазы в системах цемент - вода и цемент - вода - заполнитель.
Такое воздействие в несколько раз повышает подвижность бетонных смесей при введении в них 0,5...1 % суперпластификаторов.
Применение суперпластификаторов позволяет:
- упростить технологию формования изделий,
- отказаться от вредного и энергоемкого оборудования для виброуплотнения бетонной смеси,
- сэкономить до 20 % клинкерных цементов,
- заменить дефицитные высокомарочные цементы рядовыми,
- ускорить нарастание отпускной прочности железобетонных конструкций с уменьшением потребности в металле на опалубочные формы,
- снизить трудозатраты,
- улучшить условия труда,
- повысить качество изделий и их долговечность.
Помимо этого использование суперпластификаторов позволяет снизить температуру тепловой обработки бетона примерно на 30 % что положительно скажется на улучшении его качества, так как основные процессы, вызывающие деструктивные явления в нагреваемом бетоне, значительно интенсифицируются при температуре выше 60 °С. Снижение температуры тепловой обработки бетона или ее продолжительности, а также улучшение удобоукладываемости бетонных смесей позволяет значительно снизить энергозатраты на производство железобетонных изделий и конструкций.
При применении суперпластификаторов путем подбора оптимального их содержания в зависимости от химико-минералогического и вещественного состава применяемых цементов можно достигнуть значительной эффективности:
подвижность бетонной смеси повышается с 4...6 до 22 см осадки стандартного конуса без снижения прочности бетона при сжатии;
жесткость бетонной смеси уменьшается с 70...90 см до подвижности 5...6 см без увеличения расхода воды и цемента;
продолжительность виброуплотнения бетонной смеси уменьшается в 2...4 раза;
Суперпластификаторы вводят в бетонные смеси в виде водных растворов рабочей или повышенной концентрации из расчета содержания сухого вещества добавки в пределах 0,25... 1 % массы цемента. При этом доза суперпластификатора должна быть тем выше, чем большее содержание С3А в цементе. Интенсивность уменьшения подвижности бетонной смеси во времени тоже зависит от алюминатности цемента. При применении пластифицирующих добавок следует учитывать, что они замедляют в раннем возрасте темп твердения бетонов и растворов, приготовляемых на основе обычных низкоалюминатных портландцементов, шлакопортландцементов и пуццолановых- портландцементов. Их введение целесообразно при условии выдерживания бетонов и растворов до ТВО не менее 2 ч при скорости подъема температуры до максимального значения изотермического прогрева не более 20°С/ч. Если этот срок менее 2 ч, введение добавок допустимо лишь при скорости подъема температуры до установленного максимума изотермического прогрева не более 15°С/ч. При применении, в частности, концентратов СДБ следует пользоваться СНиП Ш-15-76. Если совместно с пластифицирующими добавками вводят хлористые соли, их следует подавать в смеситель в конце приготовления пластифицированных смесей и дополнительно перемешивать в течение 30...45 с. Одновременный ввод этих добавок может вызвать в смеси коагуляцию пластификатора.
Качество поверхностно-активных пластифицирующих добавок определяется в соответствии с методикой действующих нормативно-технических документов. Пластифицирующие добавки могут применяться для приготовления смесей бетонов любых классов и любого назначения - как для изготовления сборных или монолитных конструкций, так и для различных условий их эксплуатации. Благодаря способности повышать подвижность смесей и улучшать физико-механические свойства бетонов и растворов добавки в оптимальном количестве улучшают экономические показатели, в частности способствуют значительному снижению расхода цемента. Введение добавок позволяет существенно повышать прочность бетона при сжатии и пластичность бетонных смесей.
Использованы материалы книги Афанасьева Н. Ф., Целуйко М. К. "Добавки в бетоны и растворы"