9.9.2 Влияние воздухововлекающих добавок на свойства бетонных смесей

Воздухововлекающие добавки, вводимые в состав бетона в оптимальных количествах, не оказывают какого-нибудь существенного влияния на степень гидратации цемента, ни на кинетику его тепловыделения. Даже если они изготовлены на основе веществ, способных замедлять процессы гидратации (например, на основе лигносульфонатов), то их содержание столь мало, что замедляющим действием можно пренебречь. Они также не влияют и на состав продуктов гидратации цемента. Единственный эффект, обеспечиваемый применением таких добавок, – вовлечение в бетонную смесь воздушных пузырьков.

Воздухововлечение, повышая подвижность смеси, улучшает технологичность, ее легче транспортировать, укладывать и формовать без расслоения. Этот эффект вызван «подшипниковым» действием пузырьков воздуха, которых содержится около четверти миллиона в 1 см³ цементного теста. Реологические характеристики бетонной смеси можно измерить, например, используя такие параметры, как пластическая вязкость и др., однако пока еще имеется мало данных о влиянии на них воздуха. Удобоукладываемость в результате воздухововлечения улучшается для любых бетонных смесей, но особенно высок этот эффект при работе с жесткими смесями на природных легких заполнителях.

Водоотделение и расслоение. Наличие в бетонной смеси воздуха уменьшает опасность водоотделения и расслоения. Отделение твердой фазы может приводить к образованию каналов, расположенных по вертикали и заполненных водой. В отдельных случаях отделившуюся воду удается вновь ввести в состав бетонной смеси при ее последующей укладке, в других – образуется затвердевшая корка и вода оказывается под этим затвердевшим бетоном в виде каверн, ослабляющих материал. Решение одной из важнейших проблем, связанных с водоотделением, – своевременное возвращение воды в бетонную смесь – облегчается с помощью воздухововлечения.

Сегрегация (расслоение) – разделение твердых частиц бетонной смеси вследствие различия их гранулометрического состава – проявляется либо при транспортировании смеси, либо при уходе за нею. Воздухововлечение в бетонную смесь уменьшает опасность расслоения, хотя этот прием нельзя рассматривать как метод борьбы с расслоением.

Детали механизма, ответственного за положительное влияние воздухововлечения на водоотделение и на расслоение смеси, еще недостаточно ясны. По-видимому, пузырьки воздуха, вовлеченные при использовании ПАВ, улучшают когезионные свойства и гомогенизируют неустойчивые смеси. Кроме того, они повышают их жизнеспособность, уменьшая тенденцию к расслоению. Наконец, пузырьки воздуха, занимая примерно четвертую или пятую часть цементного теста в смеси, уменьшают ее расслоение и водоотделение, т.е. выполняют примерно те же функции, что и частицы песка. Однако в связи с тем, что адсорбционные пленки введенных ПАВ тормозят осушение пен, воздухововлечение играет большую роль, чем частицы песка.

Влияние воздухововлечения на отделочные операции. Бетонные смеси, содержащие воздух благодаря введению добавок, обычно труднее поддаются отделке, так как они обладают большей «связностью» и меньше выделяют воды. Однако при использовании соответствующих приспособлений отделочные операции с такими составами не вызывают особых затруднений. Кроме того, следует принимать во внимание, что в связи с уменьшением опасности водоотделения проведение таких операций упрощается, а поверхности оказываются более долговечными.

Воздухововлечение не влияет на сроки схватывания цементов в бетонной смеси.

Действие пластифицирующе-воздухововлекающих добавок сводится к замедлению процесса гидратации затворенного водой цемента и, как следствие, к снижению интенсивности увеличения вязкости цементного теста в бетонных и растворных смесях в начальной стадии. Достигается это благодаря свойству добавок образовывать на поверхности зерен цемента тонкие (мономолекулярные) гидрофобные пленки, резко уменьшающие смачивание цементных зерен водой, что приводит к замедлению процесса их гидратации и, следовательно, к хранению на некоторое время начальной вязкости цементного теста.

Помимо этого, в связи с некоторой пенообразующей способностью добавок этой группы, при перемешивании в бетонных и растворных смесях возникают мельчайшие пузырьки вовлеченного воздуха, повышающие подвижность смесей.

Другой важный результат, достигаемый при введении воздухововлекающих добавок – сильное повышение морозостойкости бетона при его длительном замораживании.

Воздухововлечение может изменяться от нескольких процентов до больших значений (в легких бетонах и пенобетонах, используемых в качестве теплоизоляционных материалов).

Воздухововлекающие добавки принадлежат к тому классу химических соединений, который называют поверхностно-активными веществами (ПАВ). К ним относятся вещества, молекулы которых адсорбируются на границе воздух – вода или твердое тело –вода. В результате молекулы концентрируются на границе межфазовой, что обусловлено особенностями их строения, поскольку одна часть молекул полярна, другая не полярная, следовательно, им присуще двойственность свойств, обусловленная присутствием полярных («головка») не полярных («хвосты») функциональных групп.

Последние состоят обычно из относительно длинного углеводородного радикала, содержащего более чем 8 – 10 углеродных атомов, что важно для поверхностной активности молекул.

При повышенном воздухововлечении возможно уменьшение плотности бетона, а так же снижение его прочности.

Пластифицирующе-воздухововлекающие добавки особенно сильно воздействуют при виброуплотнении бетонных смесей, увеличивая их подвижность на 15 – 30%.

Используя пластифицирующе-воздухововлекающие и воздухововлекающие добавки в тяжелых и легких бетонах и строительных растворах, необходимо учитывать, что микропузырьки воздуха уменьшают их вязкость, повышают однородность и удобоукладываемость, вследствие чего смесь с этими добавками приобретает подвижность, эквивалентную смесям без добавок, имеющим 30 – 35% большую подвижность.

Воздухововлечение в цементно-песчаные смеси, зависит от соотношения в них цемента и песка, его зернового состава; эффективность воздухововлечения снижается при изменении размера зерен песка против оптимального (около 0,5 мм) или при повышении расхода цемента в смесях. Количество удерживаемого в этих смесях воздуха увеличивается с ростом дисперсности эмульсии воздуха, достигаемой повышением содержания в них парообразующих добавок. Поэтому оптимальное количество добавки эмульгатора воздуха в зависимости от требуемого воздухововлечения должно назначаться с учетом зернового состава всей смеси (цемент + добавка).

Список использованной литературы

1. Болдырев А.С., Ратинов В.Б. Добавки в бетон. Справочное пособие. М.: Стройиздат.-1988.- С 229-244.

2. Руководство по применению химических добавок в бетоне. М.:Стройиздат, 1985.- 64с.

3. Современные проблемы строительного материаловедения: материалы пятых академических чтений РААСН. Воронеж.гос. арх. – строит. акад., Воронеж, 1999.-672с

4. Хигерович М.И., Байер В.Е. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов. М.:Стройиздат.- 1979.-126с.

5. Попко В.Н. Химические добавки для бетона. Учебное пособие. Казань. КИСИ, 1980.