15. Назначение заполнителей в цементных системах

Данный вопрос рассмотрим на примере бетона:

Основная активная часть бетона — вяжущее, цемент. Именно вяжущее, реагируя с водой, способно схватываться и твердеть, переходя из пластичного тестообразного состояния в твердое и превращая бетонную смесь в бетон. Зачем же нужны заполнители?

•Заполнители занимают в бетоне до 80 % объема и позволяют резко сократить расход цемента или других вяжущих, являющихся наиболее дорогой и дефицитной составной частью бетона.

•Цементный камень при твердении претерпевает объемные деформации. Усадка его достигает 2 мм/м. Из-за неравномерности усадочных деформаций возникают внутренние напряжения и трещины. Мелкие трещины могут быть невидимы невооруженным глазом, но они резко снижают прочность и долговечность цементного камня. Заполнитель создает в бетоне жесткий скелет, воспринимает усадочные напряжения и уменьшает усадку обычного бетона примерно в 10 раз по сравнению с усадкой цементного камня.

•Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя увеличивает прочность и модуль упругости бетона (т. е. уменьшает деформации конструкций под нагрузкой), уменьшает ползучесть (т. е. пластические необратимые деформации бетона при длительном действии нагрузки).

•Легкие пористые заполнители уменьшают плотность бетона и его теплопроводность, делают возможным применение такого бетона в ограждающих конструкциях, для теплоизоляции.

•Специальные особо тяжелые и гидратные заполнители делают бетон надежной защитой от проникающей радиации (на атомных электростанциях и т. п.).

Этот неполный перечень определяет назначение заполнителей, которые являются очень важной составной частью бетонов, влияют на их свойства и технико-экономическую эффективность.

16. Классификация и механизм действия добавок

В соответствии с ГОСТ 24211-2003 наиболее изученные и широко применяемые добавки, применяемые для модифицирования свойств бетонов и растворов в зависимости от основного эффекта действия подразделяют на три группы:

Первая группа - это добавки регулирующие свойства готовых к употреблению бетонных и растворных смесей. К ним относятся: пластифицирующие – водоредуцирующие (суперпластифицирующие, сильнопластифицирующие, пластифицирующие); стабилизирующие;

регулирующие сохраняемость подвижности; поризующие (воздухововлекающие, пенообразующие, газообразующие). Механизм действия:Действие ограничивается 2...3 ч с момента их введения и после первоначального замедления процессов гидратации и образования коагуляционной структуры наступает ускорение твердения бетона. Это объясняется тем, что адсорбционный слой добавки на поверхности зерен цемента проницаем для воды, а дефлокулирующее действие ПАВ увеличивает поверхность контакта цемента и воды, что приводит к увеличению числа гидратных новообразований. Вторая группа объединяет добавки изменяющие свойства бетонов и растворов: регулирующие кинетику твердения (ускорители, замедлители), повышающие прочность; снижающие проницаемость; повышающие защитные свойства по отношению к стальной арматуре; повышающие морозостойкость; повышающие коррозионную стойкость (повышающие сульфатостойкость, повышающие стойкость против коррозии, вызванной реакцией кремнезема заполнителей со щелочами цемента и добавок); регулирующие процессы усадки и расширения.Механизм действия 1. Ускорители -  активизация процесса гидратации цемента, приводящей к ускоренному образованию гелей, которые захватывают в свои ячейки большое количество жидкой фазы и вследствие этого вызывают быстрое схватывание и последующее интенсивное упрочнение цементного камня; 2. Замедлители - затормаживают процесс гидратации и гидролиза клинкерных минералов, т. е. обусловливает замедленное выделение свободной извести в раствор и замедляет процессы коагуляции и сближения зерен цемента и его гидратных новообразований. Вследствие этого интенсивность схватывания затворенных водой клинкерных цементов замедляется.

К третьей группе относят добавки придающие бетонам и растворам специальные свойства: противоморозные; гидрофобизирующие; биоцидные; повышающие стойкость к высолообразованию. Механизм действия противоморозных добвок: при введении добавок при отрицательных температурах сохраняется жидкая фаза. В этом случае минералы портландцемента способны гидратироваться, обеспечивая твердение бетона, но со скоростью несколько меньшей, чем при положительной температуре. Понижение температуры замерзания воды обусловлено тем, что при растворении добавок происходит их химическое взаимодействие с водой. В результате образуются сольваты — более или менее прочные соединения частиц растворенного вещества с молекулами воды (например, ионов Na и NO₂^- при растворении нитрита натрия). Поэтому для превращения воды раствора в лёд необходимо затратить энергию не только на замедление движения молекул воды, но и на разрушение сольватов.