3.1 Исходные материалы для самоуплотняющегося бетона

Все заполнители должны удовлетворять требованиям нормативных документов.

В качестве крупных заполнителей используют щебень и гравий из плотных горных пород, а также щебень из попутно добываемых пород и отходов горнообогатительных предприятий.

В качестве мелких заполнителей используют природный песок и песок из отсевов дробления пород на щебень и их смеси.

Вода, применяемая для приготовления бетонной смеси, должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732. В воде, используемой для приготовления бетона, должны отсутствовать примеси масел, кислот, сильных щелочей, органических веществ и производственных отходов. Удовлетворительной считается вода питьевого качества или вода из бытового водопровода. Вода обеспечивает гидратацию (схватывание) цемента. Любые примеси в воде могут значительно снизить прочность бетона и вызвать нежелательное преждевременное или замедленное схватывание цемента.

Заполнитель в самоуплотняющемся бетоне необходим для создания высоких прочностных и химических свойств. При проектировании состава бетона необходимо учитывать соотношение крупного и мелкого заполнителей. Причём, малое количество крупного заполнителя значительно уменьшает вероятность возникновения видимых дефектов в возведённых из самоуплотняющегося бетона сложных архитектурных форм и объектов.

Не менее актуальным в настоящее время является вопрос о минимизации затрат на производстве и одновременное достижение наилучших свойств материала, поэтому стремление снизить расход вяжущего и заменить его наполнителем. В качестве вяжущего для СУБ применяют как портландцемент без добавок и наполнителей, так и с их использованием.

Наполнителями называются порошкообразные материалы, частицы которых соизмеримы с частицами вяжущего вещества. Как и заполнители, они могут быть неорганическими и органическими, непременным элементом в составе которых является углерод; природными и искусственными; простыми по химическому составу и сложными. Частицы наполнителя могут быть также пластинчатыми, волокнистыми.

К наполнителям, используемым для применения в различных материалах, относятся известняковые, доломитовые и другие природные порошки осадочных пород, тонкоизмельченные горные породы и минералы вулканического происхождения, порошки помола керамического боя, шамота, шлака и других отходов промышленности, асбестовые отходы производства, древесная мука (для пластмасс), зола-унос, колошниковая пыль и др. Для выбора необходимого наполнителя и определения его количества производятся лабораторные испытания как чистого вяжущего, так и вяжущего с наполнителем при сравнении их показателей при оптимальных структурах. Применение наполнителей напрямую связано с экономией портландцемента.

В настоящее время обычные добавки ПАВ стали применяться реже в связи с появлением более эффективных добавок, сильно разжижающих бетонные и растворные смеси. Такие добавки называют суперпластификаторами и гиперпластификаторами.

Рассмотрим 3 основных типа добавок, вводимых в самоуплотняющиеся бетонные смеси:

а) Поверхностно активные вещества различного происхождения

Авторы предлагают рассматривать добавки на основе отходов органической природы. Предметом их исследования является многокомпонентный отход дрожжевого производства, представленный фильтра­том, содержащим органические и неорга­нические вещества.

Органическая составляющая фильтра­та представлена в основном б-аминокислотами, в молекулах которых одновре­менно присутствует аминогруппа (NH₂-) и карбоксильная группа (-СООН), что опре­деляет амфотерные свойства аминокис­лот. В неорганической составляющей фильтрата азот присутствует в основном в виде восстановленных форм (аммоний­ный, нитритный). Практически отсутству­ет азот окисленной формы - нитратный. Кроме того, фильтрат включает соли - хлориды и сульфаты металлов калия, кальция, магния (наибольшее количество - калия). Также присутствуют фосфор, железо и микроэлементы: медь, цинк, марганец, валовое содержание которых невелико (0,2-0,4 мг/л).

Группе учёных во главе с профессором Соловьёвой В. Я. удалось экспериментально установить, что ис­ходный фильтрат дрожжевого производ­ства в количестве 1 % от массы цемента ока­зывает некоторое пластифицирующее дей­ствие, позволяющее понизить В/Ц на 12%, и некоторое активирующее действие на цементную составляющую. В результате повышается гидратационная активность силикатных фаз, и при этом прочность ма­териала нормального твердения в раннем возрасте повышается на 21-28%, а в проек­тном возрасте на 12-18%. По данным исследователей во главе с профессором Соловьёвой, В/Ц снижается до 22%, а прочность в раннем возрасте составляет до 21,2 МПа, в проектном - до 52 МПа.

б) Суперпластифицирующие добавки и комплексные добавки

Суперпластификаторы (СП) являются специально созданными органическими соединениями, применение которых в оптимальных дозировках даёт возможность получить из малоподвижных смесей с осадкой конуса 2-4 см высокоподвижные (литые) бетонные смеси с осадкой конуса 20 см и более, причём без снижения прочности бетона во все сроки.

Из отечественных суперпластификаторов самыми распространёнными являются нафталинформальдегидные. Наиболее известны такие СП как С-3, «Полипласт СП-1». Суперпластификатор С-3 выпускается как в виде водного раствора, так и в виде порошка. По результатам исследований доктора технических наук Вовк А. И. образцы данных добавок характеризуются близким к оптимальному молекулярномассовому распределению, что определяет качество и эффективность СП. Вследствие этого наблюдается высокая подвижность бетонных смесей, значения ОК располагаются в пределах от 18 до 21,5 см.

Также используются различные модификаторы бетона. Известно, что модификатор - органо-минеральная композиция, включающая микрокремнезем (МК), суперпластификатор и регулятор твердения (РТ).

С помощью таких модификаторов отношение воды к сумме цемента и модификатора (В/Ц+М) удалось снизить до 14%. Наиболее известны в нашей стране модификаторы серии «МБ». Это поликомпонентные порошкообразные продукты разных типов: МБ-01, МБ-30С, МБ-50С, «Эмбэлит». После введения этих добавок возможно получить высокоподвижные и нерасслаиваемые бетонные смеси.

В последнее время широко применяются новые высокоэффективные комплек­сные добавки на основе супер - и гиперпластификаторов - комплексные смеси «Полипласт», «Линамикс», «Лигнопан», «Универ­сал», «Хидетал» и др. Например, компания «Полипласт» первой в России создала добавку «По­липласт СП СУБ» на основе полинафталинсульфонатного супер­пластификатора, позволяющую получить высокотехнологичный самоуплотняющийся бетон. Добавка представляет собой комп­лексный продукт: смесь регулятора реологических свойств, ре­гулятора структурообразования и стабилизатора. Добавка для удобства потребителей выпускается в сухой и жидкой форме.

«Полипласт СП СУБ» является добавкой широкого спектра действия. Она может использоваться как обычный суперпласти­фикатор для различных бетонов и как добавка для получения са­моуплотняющихся бетонов при определенном составе бетона, включающем мелкодисперсный наполнитель.

При использовании в качестве суперпластификатора, в дозиров­ке 0,6-0,8% от массы цемента, «Полипласт СП СУБ» обеспечивает:

- увеличение подвижности бетонной смеси от П1 до П5 при постоянном водоцементном отношении без снижения проч­ности бетона;

- в равноподвижных и водоредуцированных смесях повыше­ние прочности бетона до 20% или сокращение расхода це­мента до 20%;

- значительное сокращение трудоемкости и энергозатрат при изготовлении изделий из подвижных смесей;

- водоредуцирование 18-23%.

А испытания изготовленных с использованием добавки «Полипласт СП СУБ» бетонных смесей и бетонов показали следующие показатели: осадка конуса составляет 28 см, расплыв конуса – 64, прочность в 28 суточном возрасте достигает до 68,2 МПа.

в) Гиперпластификаторы

Гиперпластификаторы (ГП) отличаются от суперпластификаторов тем, что обладает более высоким пластифицирующим действием. В последние годы широко применяются зарубежные ГП на основе карбоксилатов и различных смол.

ГП на основе поликарбоксилатных эфиров представляет собой сополимеры, состоящие из отрицательно заряженной основной цепи с карбоксильными группами и длинными боковыми цепями полиэтиленоксида. После добавления такого ГП в раствор его основная цепь притягивается к положительно заряженным частицам цемента и насыщает их, тогда как боковые цепи сополимера вызывают пространственное разъединение частиц цемента. Благодаря мощному отталкиванию между частицами достигается максимальная дисперсность (равномерное распределение частиц цемента в объёме) и полностью исключается слипание частиц в плохо смачиваемые комки. Далее цепи нового полимера, отталкиваясь друг от друга, прилипают к кристаллам цементного камня, образующимся на поверхности частиц цемента в процессе гидратации, и предотвращают тем самым раннее схватывание бетона. Поэтому высокая удобоукладываемость бетона и максимальная гидратация цемента при малом В/Ц приводят к получению бетона с очень плотной структурой и очень высокой прочностью.

Использование эффективных гиперпластификаторов позволяет увеличить теку­честь цементного теста, снизить расход воды и повы­сить прочность бетона на малопластичных бетонных смесях с 50 до 70—90 МПа.

Наиболее известными являются гиперпластификаторы таких марок как «Melfux» и «Glenium». ГП Melflux, как и Glenium, не оказывают негативного влия­ния на степень гидратации цемента и могут снижать величину полной пористости за счет более полной гидра­тации на момент измерения пористости. Положительное влияние данных добавок на процессы гидратации и формирование пористости в результате благоприятно отражается и на прочности цементного камня.