Добавки для бетонов и растворных смесей

Добавки для бетонов и растворных смесей - это минеральные, органические и полимерные вещества естественного и искусственного происхождения, которые применяют для модификации свойств бетонных и растворных смесей, бетонов и строительных растворов, которые изготавливаются на основе портландцементного клинкера. Добавки вводят в смеси в процессе их приготовления.

При изготовлении бетонов и ЖБИ применение специальных добавок стало неотъемлемой частью современных технологий.

Они улучшают качество и характеристики строительного материала и позволяют экономить на цементе, так же делают удобным процесс формирования бетонной массы за счет улучшения текучести и уменьшения времени схватывания и твердения.

Добавки позволяют придать специальные свойства бетонам: влагонепроницаемость, морозостойкость, трещиностойкость, создать защиту от солей, кислот и др.

При проектировании составов бетона с добавками следует учитывать, что добавки не изменяют характера основных зависимостей, в частности зависимости подвижности смеси от расхода воды; прочности бетона от активности цемента и водо-цементного отношения, а только изменяют количественное отношение между разными факторами.

Величина подобных изменений зависит от дозировки добавки и может быть учтена на основе рекомендаций, содержащихся в технических условиях, или инструкции по применению данной добавки или установлена по результатам предварительных опытов. Например, введение в смесь пластификаторов и суперпластификаторов уменьшает водопотребность бетонной смеси до 30%.

Условное обозначение добавки должно содержать наименование добавки и класса, к которому она относится.

Для общего понимания, какие бывают добавки, рассмотрим классы добавок, которые описывают их собственные свойства и свойства придаваемые ими бетонам и растворам.

Классификация добавок

Для бетонных и растворных смесей

Важнейшее свойство бетонных смесей и растворов - удобоукладываемость. Удобоукладываемые смеси способны равномерно заполнять заданный объем бетонируемой конструкции под действием силы тяжести либо прикладываемых внешних сил - вибрации, штыкования, трамбования. При транспортировании бетонной смеси по бетоноводам, укладке в опалубку смесь может расслоиться. Чтобы этого не произошло, необходимо обеспечить заданные характеристики пластичности и вязкости смесей. Реологические свойства бетонной смеси и раствора могут быть изменены путем введения добавок. Для решения этих и похожих задач применяют следующие добавки.

Пластифицирующие

Основное действие: Пластификация смесей, увеличивают подвижность (или уменьшают жесткость) бетонных смесей без значительного снижения прочности бетона (не более чем на 5%).

Возможное доп.действие:

• замедление схватывания смесей и твердения бетонов и растворов в ранние сроки;
• увеличение расслаиваемости смесей;
• воздухововлечение;
• повышение деформаций усадки и ползучести бетонов и растворов.

Подвижность бетонных смесей характеризуется осадкой стандартного конуса в сантиметрах. Для определения пластифицирующего эффекта добавки изготовляют бетонную смесь с осадкой конуса 1-4 см. При введении добавки осадка конуса возрастает. В зависимости от полученного результата добавку относят к одной из следующих групп:

Суперпластификаторы представляют собой синтетические полимерные продукты. Их вводят в бетонную смесь, в количестве 0,5-2 % от массы цемента в расчете на сухое вещество. В отличие от традиционных веществ суперпластификаторы обладают гораздо более сильным разжижающим действием и не замедляют твердение бетона, что позволяет получать самоуплотняющиеся, практически не требующие вибрации бетонные смеси, а при снижении расхода воды затворения - бетоны повышенной прочности при неизменной подвижности смеси. Можно использовать оба этих эффекта частично, т.е. получать смеси повышенной подвижности по сравнению с исходной и одновременно несколько увеличить прочность бетона за счет снижения расхода воды.

Водоредуцирующие

Основное действие: Снижение водопотребности смесей. Уменьшение количества воды затворения.

Возможное доп.действие: Снижение расслаиваемости смесей и проницаемости бетонов и растворов; повышение прочности, морозостойкости и коррозионной стойкости, снижение деформаций усадки и ползучести бетонов и растворов.

Стабилизирующие

Основное действие: Снижение расслаиваемости смесей. Снижение раствороотделения и/или водоотделения смесей.

Возможное доп.действие: Повышение водоудерживающей способности и однородности, улучшение перекачиваемости, замедление схватывания, изменение удобоукладываемости смесей; повышение однородности, замедление твердения бетонов и растворов.

Регулирующие сохраняемость подвижности

Основное действие: Изменение времени сохраняемости подвижности смесей. Увеличение или снижение времени сохраняемости первоначальной подвижности смесей.

Возможное доп.действие: Изменение кинетики нарастания прочности и тепловыделения бетонов и растворов; образование высолов.

Увеличивающие воздухо- (газо) содержание

Основное действие: Вовлечение воздуха, газовыделение.

Возможное доп.действие: Изменение подвижности, снижение расслаиваемости смесей; повышение коррозионной стойкости и морозостойкости, изменение водопоглощения и водонепроницаемости, снижение прочности бетонов; снижение плотности и теплопроводности легких и ячеистых бетонов.

Для бетонов и растворов

Регулирующие кинетику твердения:

Ускорители

Основное действие: Ускорение процесса твердения бетонов и растворов.

Возможное доп.действие: Повышение электропроводности смесей, бетонов и растворов; увеличение скорости тепловыделения бетонов и растворов; образование высолов.

Пластификаторы для бетона немного замедляют процесс твердения. Для нивелирования этого действия применяют специальные ускоряющие добавки. Их также используют в нестандартных проектах, где требуется быстрая схватываемость нижнего слоя бетона, например, монолитная чаша бассейна. Ускорители твердения бетона незаменимы при работах в зимних условиях.

Замедлители

Основное действие: Замедление процесса твердения бетонов и растворов. Снижение прочности бетонов и растворов в возрасте 1, 2 или 3 суток нормального твердения при снижении прочности в возрасте 28 сут не более чем на 5%.

Возможное доп.действие: Повышение подвижности смеси и ее сохраняемости; снижение скорости тепловыделения бетонов и растворов.

При транспортировке на дальние расстояния добавки - замедлители твердения бетона являются незаменимыми, т.к. увеличивают время подвижности бетонной смеси. Замедлители бетона используют также в специальных работах, когда требуется длительная заливка. Временной период в этом случае может растянуться до нескольких часов.

Повышающие прочность

Основное действие: Повышение прочности бетонов и растворов в проектном возрасте.

Возможное доп.действие: Снижение проницаемости, повышение коррозионной стойкости, снижение усадки и ползучести бетонов и растворов.

Снижающие проницаемость

Основное действие: Увеличение марки бетонов и растворов по водонепроницаемости. Снижение коэффициента диффузии.

Возможное доп.действие: Изменение удобоукладываемости смесей; увеличение прочности, повышение коррозионной стойкости и морозостойкости бетонов и растворов и их защитного действия по отношению к стальной арматуре.

Повышающие защитные свойства по отношению к стальной арматуре

Основное действие: Усиление защитного действия бетонов и растворов по отношению к стальной арматуре.

Возможное доп.действие: Увеличение подвижности смесей; снижение проницаемости, увеличение электропроводности бетонов и растворов.

Повышающие морозостойкость

Основное действие: Повышение стойкости бетонов и растворов в условиях многократного попеременного замораживания и оттаивания.

Возможное доп.действие: Снижение плотности, изменение прочности, проницаемости и водопоглощения бетонов и растворов.

Повышающие коррозионную стойкость

Основное действие: Повышение коррозионной стойкости бетонов и растворов в условиях воздействия различных агрессивных сред.

Возможное доп.действие: Изменение технологических свойств смесей и физико-технических свойств бетонов и растворов

Расширяющие

Основное действие: Получение безусадочных и расширяющихся бетонов и растворов. Компенсация усадки, обеспечение деформаций расширения бетонов и растворов на 0,2% и более.

Возможное доп.действие: Снижение времени сохраняемости удобоукладываемости смесей; увеличение скорости тепловыделения, ускорение схватывания, снижение проницаемости, повышение прочности, коррозионной стойкости, морозостойкости и трещиностойкости бетонов и растворов.

Придающие бетонам и растворам специальные свойства

Противоморозные

Основное действие: Обеспечение твердения бетонов и растворов при их отрицательных температурах. Обеспечение защиты смесей от замерзания на время от ее изготовления до укладки и подачи внешнего тепла.

Возможное доп.действие: Снижение времени сохраняемости удобоукладываемости смесей; повышение электропроводности бетонов и растворов; образование высолов.

В период низких температур применение химических противоморозных добавок становится необходимым, так как твердение бетона замедляется и полностью прекращается при замерзании жидкости. Модификаторы различных классов позволяют изменять температуру замерзания жидкой фазы и влиять на формирование структуры и прочности бетона. Противоморозные добавки для бетона работают при низких температурах до -15°С и обеспечивают хорошую удобоукладываемость и отличную кинетику твердения бетонной смеси с получением нормативных показателей механической прочности.

Гидрофобизирующие

Основное действие: Придание бетонам и растворам водоотталкивающих свойств.

Возможное доп.действие: Снижение скорости тепловыделения, замедление скорости схватывания и твердения, снижение прочности, повышение морозостойкости и коррозионной стойкости бетонов и растворов.

Фотокаталитические

Основное действие: Придание бетону способности к самоочищению. Гидрофилизация поверхности под воздействием УФ-излучения.

Возможное доп.действие: Биоцидная активность. Повышение долговечности изделий и конструкций.

Минеральные добавки

Минеральные добавки в зависимости от характера взаимодействия с продуктами гидратации цемента подразделяют на типы:

• тип I - активные минеральные;
• тип II - инертные минеральные.

Активные минеральные добавки подразделяют на следующие группы:

• обладающие вяжущими свойствами;
• обладающие пуццолановой активностью;
• обладающие одновременно вяжущими свойствами и пуццолановой активностью.

Полимерные добавки

Армирующие добавки

В качестве альтернативы традиционному армированию используют армирующие добавки. Процесс заключается в добавлении в бетон высокопрочных волокон (фибры). Различают два основных класса фибры: металлическая и полипропиленовая. Функция металлической фибры заключается в сокращении сроков проведения работ, а полипропиленовой - в препятствовании усадочному трещинообразованию, повышении сопротивления статическим и динамическим нагрузкам.

Химические добавки

Химические добавки, вводимые в состав бетонных смесей, в процессе их приготовления, подразделяют на:

• поверхностно-активные добавки;
• добавки-ускорители твердения;
• противоморозные добавки.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ) по характеру действия делятся на следующие группы:

• пластифицирующие;
• пластифицирующие - воздухововлекающие;
• воздухововлекающие микропенообразующие.

Пластифицирующие добавки

Применяются для повышения пластичности бетонных смесей, текучесть бетона повышается, увеличивается его плотность и прочность, водонепроницаемость, морозостойкость Правильный подбор пластифицирующих добавок обеспечивает замену марки цемента на более низкую и менее дорогостоящую, а также сокращают объем использования цемента до 20%.

Чаще всего пластифицирующие добавки используют при возведении крупных конструкций, густоармированных сооружений.

К этой группе добавок относятся:

• Суперпластификатор С-3, наиболее распространенный суперпластификатор, получаемый на базе продуктов конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. Широко применяется сейчас, снижает трудоемкость укладки и увеличивает скорость твердения бетона. Оптимальная дозировка от массы цемента - 0,35-0,7%
• Суперпластификатор Дофен представляет собой продукт олигомерного типа на основе натриевых солей сульфокислот нафталина и его производных. Внешний вид - однородная жидкость коричневого цвета с легким запахом мыла. Изготовляется и поставляется потребителям в виде 32%-42% водного раствора.
  Оптимаксимальная дозировка от массы цемента - 0,35-0,45%.
  
• Майти (Япония);
• Мелмент (Германия);
• 10-03, 40-03, СМФ;
• Сульфитно-спиртовая барда (ССБ). Повышает прочность, морозостойкость и водостойкость при неизменном расходе цемента и снижении водоиементного отношения; способствует сохранению однородности бетонной смеси при перевозках за счет повышения связности; не оказывает существенного влияния на сцепление бетона с арматурой; несколько замедляет сроки схватывания цемента, причем замедление возрастает с увеличением количества вводимой добавки. является отходом производства целлюлозы при сульфитном способе варки. Внешне это темно-бурая, густая жидкость, однако в зависимости от степени выпаривания, может быть как жидкой, так и твердой. При содержании в ССБ 50% сухих веществ, она имеет плотность 1280 кг/м³, с сильно кислой реакцией рН=1,0-1,5. Оптимаксимальная дозировка от массы цемента - 0,15%.
  При добавлении 0,02% абиетата натрия (от веса цемента) значительно повышаются водонепроницаемость и морозостойкость бетона, а прочность его остается неизменной.
• Сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ), представляющая собой продукт, образующийся при переработке сульфитно-спиртовой барды (ССБ) в кормовые или пищевые дрожжи. Ее модификации - вязкая темно-коричневая жидкость КБЖ или темно-коричневая твердая масса КБТ, хорошо растворимые в воде. Пожаро и взрывобезопасны, малотоксичны. Поверхность КБЖ иногда покрывается налетом плесени которую следует удалять, КБТ следует хранить в закрытых проветриваемых помещениях. КБЖ поставляется в цистернах, КБТ - в мешках. Оптимаксимальная дозировка от массы цемента - 0,15-0,25%.
• ХДСК-1, АСТМ-2, КТС-1, НИЛ-20, НИЛ-21, МЛС, ХДСК-3, ОКЗИЛ. Модифицированные лигносульфонатые добавки, получаемые на основе СДБ, обладающие лучшими пластифицирующими качествами.
• Пластификатор адипиновый (ПАЩ-1).
• Водорастворимый препарат (ВРП-1), (ТУ-59-109-77 Главмикробиопрома) - смесь натриевых солей продуктов конденсации салициловой кислоты с формальдегидом. Представляет собой густую жидкость светло-коричневого цвета плотностью около 1,2 г/см³. Пожаро- и взрывобезопасная, малотоксична, не замерзает до -60°С. Обладает весьма низкой воздухововлекающей способностью. Гарантийный срок хранения 6 мес. Производится в виде раствора 40-45%-й концентрации и поставляется в бочках вместимостью 200 л.
• Мелассная упаренная последрожжевая барда (УПБ) - смесь гумусовых веществ и минеральных солей, отход производства при изготовлении кормовых дрожжей. Густая сиропообразная темно-коричневая жидкость с запахом жженого сахара, плотностью 1,23... 1,24 г/см³. Гарантийный срок хранения 2 года. Поставляется в виде жидкости 48 %-й концентрации в цистернах и бочках.

Пластифицирующие - воздухововлекающие добавки

Способствуют связности и однородности бетонных смесей. Увеличение содержания воздуха в смеси приводит к замедлению скорости твердения бетона. При содержании вовлеченного воздуха 5% значительно улучшаются формовочные свойство бетонной смеси, что позволяет уменьшить значение В/Ц и сократить расход цемента.

К этой группе добавок относятся:

• мылонафт (М1),
• пластификатор адипиновый (ПАЩ-1),
• омыленная растворимая смола (ВЛХК),
• нейтрализованный черный контакт (натривый) (НЧК).

Введение этих добавок повышает прочность бетона при растяжении, трещиностойкость, газо - и водонепроницаемость, солестойкость.

Воздухововлекающие добавки

Способствуют вовлечению в смесь воздуха в виде пузырьков, создают в бетоне микропористую структуру. В пористой структуре влага при замерзании может расшириться, благодаря чему повысится морозостойкость бетонной конструкции.

С одной стороны это приводит к незначительному уменьшению прочности бетона, а с другой - при содержании вовлеченного воздуха менее 5% - пластифицирующее действие добавок позволяет уменьшить В/Ц и получать бетон требуемой прочности с сокращенным расходом цемента.

Применение добавок нормируется в некоторых ГОСТах. Так в ГОСТе 7473 "Смеси бетонные, технические условия" для приготовления жестких смесей должны использоваться воздухововлекающие добавки или другие структурообразующие добавки без увеличения расхода цемента. В ГОСТе 6665 "Камни бетонные и железобетонные бортовые, технические условия" и ГОСТе 17608 "Плиты бетонные тротуарные, технические условия" приведены объемы добавок, применяемых для приготовления бетонных смесей. Так в качестве воздухововлекающей добавки рекомендуется использовать смолу нейтрализованную воздухововлекающую (СНВ) по ТУ 81-05-75 в объеме 0,01…0,02% от массы цемента в перерасчете на сухое вещество.

Эффективность введения воздухововлекающих добавок для повышения морозостойкости может быть увеличена путем введения в состав бетонов специальных твердых добавок, уже имеющих в своей структуре поры, выполняющие в бетоне роль резервных пор, в которых происходит сжатие воды при замерзании. В качестве таких добавок используется молотый цементный камень (МЦК) и измельченный ячеистый бетон автоклавного твердения (МЯБ). МЦК представляет собой продукт помола затвердевшего цементного теста, приготовленного затворением цемента небольшим количеством воды (не более величины требуемой для получения теста нормальной густоты). Для приготовления добавки МЯБ используются отходы (так называемые "горбушки") производства ячеистого бетона автоклавного твердения приготовленного на цементном вяжущем.

К воздухововлекающим добавкам относятся:

• Cмола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ). Широко применяется при строительстве ответственных конструкций и сооружений с особыми требованиями по долговечности и морозостойкости: мостов, дамб, причальных стенок, фундаментов, гидротехнических сооружений, а также для производства товарного бетона и конструкций работающих в условиях агрессивных сред и в суровых климатических условиях. Бетонные смеси с добавкой СНВ представляют собой однородную, связанную, удобоукладываемую массу без признаков расслоения. Так же СНВ создает условия легкого взаимопроникновения крупного и мелкого наполнителей и увеличивает подвижность бетонной массы, одновременно препятствуя ее расслоению. Оптимаксимальная дозировка от массы цемента - 0,005-0,1%.
• синтетическая поверхностно - активная добавка (СПД),
• смола древесная омыленная (СДО),
• омыленный древесный пек (ЦНИПС-1) и др.

Введение этих добавок значительно повышает морозостойкость бетона, несколько увеличивает прочность бетона при растяжении, увеличивает водонепроницаемость.

Газообразующие добавки

При приготовлении бетонной смеси, обеспечивают образование в бетоне равномерно распределенных замкнутых пор. Эти добавки замедляют твердение бетона на разных стадиях, что требует удлинения предварительной выдержки изделий перед тепловой обработкой.

К этой группе добавок относятся:

• полигидросилоксан (ГКЖ - 94),
• пудра алюминиевая (ПАК) и др.

Введение указанных добавок повышает морозостойкость, долговечность и водонепроницаемость бетона.

Ускорители твердения

Интенсифицируют процессы гидратации цемента и приводят к ускорению твердения бетона, выдерживаемого в естественных условиях, а также к увеличению его прочности сразу после тепловой обработки и в возрасте 28 суток.

К этой группе добавок относятся:

• сульфат натрия (СН);
• нитрат натрия (НН);
• хлорид кальция (ХК);
• нитрат кальция (НК);
• нитрит-натрат-сульфат натрия (ННСН);
• нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК).

Оптимальное количество добавок устанавливается экспериментально. При этом необходимо учитывать побочное отрицательное действие некоторых добавок на арматуру, приводящее к коррозии, или на бетон - появление высолов.

Добавки - ускорители твердения, заметно изменяя твердение бетона в раннем возрасте, практически мало влияют на его прочность в возрасте 28 суток.

В отдельных случаях повышение прочности составляет не более 10…15%, поэтому можно полагать, что добавки ускорители твердения не меняют зависимости прочности бетона от цементно-водного фактора в возрасте 28 суток, а возможное влияние можно учитывать поправочным коэффициентом.

Возможное повышение прочности бетона вследствие применения добавок в возрасте 1 сутки приведено в таблице:

Наилучшие результаты достигаются тогда, когда твердение бетона с добавками происходит при несколько повышенной температуре. Это позволяет в раннем возрасте получить достаточно высокую относительную прочность бетона и в некоторых случаях отказаться от тепловой обработки.

Противоморозные добавки

Придают бетону способность твердеть при отрицательной температуре.

К этой группе относятся:

• нитрит натрия (НН);
• хлорид кальция (ХК);
• поташ (П);
• хлорид натрия (ХН);
• и другие, а также их сочетания.

Вид и количество добавок зависит от температуры твердения бетона.

Комплексные добавки

Представляют собой сочетания добавок разных групп, приведенных выше. Применение их предпочтительнее, чем каждой из добавок в отдельности.

Наиболее эффективными зарекомендовали себя комплексные добавки из ПАВ:

• Сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) + Смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ);
• Сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) + Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94.

из электролитов:

• Сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) + сульфат натрия (СН);
• Сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) + нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК);
• Сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) + нитрит натрия (НН) и др.

Комплексная добавка позволяет в большей степени уменьшить расход цемента, чем каждая добавка в отдельности.

Сводная таблица

Используемые источники информации:

• "Руководства по применению химических добавок в бетоне" М., 1981.
• ГОСТ 24211-2008 Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия (с Изменением N 1) (с Поправкой).
• Другие материалы в интернете.