8.3.3 Добавки для бетонов (растворов)

К добавкам для бетона относят природные или искусственные химические вещества, вводимые в бетонную смесь с целью улучшения ее технологических свойств и физико-технических показателей бетона. В зависимости от назначения или основного эффекта действия и в соответствии с СТБ 1112 их подразделяют на виды.

• Регулирующие свойства бетонных смесей:

• пластифицирующие:

1 группа – суперпластификаторы,

11 группа – сильнопластифицирующие,

111 группа – среднепластифицирующие,

1V группа – слабопластифицирующие

• стабилизирующие;

• водоудерживающие;

• улучшающие перекачиваемость;

• регулирующие сохраняемость бетонных смесей: (замедляющие и ускоряющие потерю подвижности);

• поризующие (воздухововлекающие, газообразующие и пенообразующие).

• Регулирующие твердение бетона (ускоряющие, замедляющие и противоморозные 1 и 11 групп).

• Регулирующие свойства бетона (кольматирующие, воздухововлекающие, газообразующие, гидрофобизирующие и повышающие защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре).

В зависимости от количества входящих в состав добавок продуктов они подразделяются на однокомпонентные (ДО) и комплексные (ДК), по агрегатному состоянию – на жидкие (Ж), пастообразные (П) и твердые (Т), по химической природе – органические и неорганические, и в зависимости от водородного показателя – кислые, нейтральные и основные.

Пластифицирующие добавки увеличивают подвижность (или уменьшают жесткость) бетонных смесей. При этом в зависимости от группы либо не допускается (1 группа) снижение прочности бетона в возрасте 28 суток, либо допускается не более 5…10%.

Слабопластифицирующие добавки (IV группа) оказывают на бетонную смесь пластифицирующе-воздухововлекающее действие – увеличивают подвижность до 5…9 см без снижения прочности бетона, снижают на 5…10 % расход воды и вовлекают в бетонную смесь 2…5 % воздуха. Некоторые из них дополнительно гидрофобизируют стенки пор цементного камня. В результате уменьшается водосодержание бетона, возрастает морозостойкость и водонепроницаемость, повышается долговечность бетонных и железобетонных конструкций. Их рекомендуется применять в тощих растворах и бетонах, отличающихся малым расходом цемента. В качестве примера таких добавок можно привести щелочной сток производства капролактама (ЩСПК), мылонафт (М₁), этилсиликонат натрия (ГКЖ-10) и др.

Среднепластифицирующие (III группа) увеличивают подвижность бетонной смеси до 10…15 см (лигносульфонат технический – ЛСТ, комплекс-2, лигнопан Б-6 и др.).

Сильнопластифицирующие (II группа) увеличивают подвижность бетонной смеси до 16..20 см (модифицированные лигносульфонаты, стахепласт М, комплекс-5, СПС, лигнопан Б-2 и др.). Применяют их для приготовления пластичных смесей, а также для получения бетонов классов В30…В40.

Суперпластификаторы (I группа) обладают гораздо более сильным разжижающим действием и не замедляют твердение бетона (полипласт СП-1, С-3, мегалит, стахемент F и др.). Они увеличивают подвижность бетонной смеси до 21 см и более без снижения прочности бетона в возрасте 28 суток.

Стабилизирующие, водоудерживающие и улучшающие перекачиваемость бетонной смеси добавки предназначены для уменьшения водоотделения, расслоения и сохранения заданных свойств бетонных и растворных смесей в течение 2…3 часов. К таким добавкам относят полиоксиэтилен (ПОЭ), гипан (ГП), комплексную органическую добавку (КОД-С) и др.

Воздухововлекающие добавки снижают поверхностное натяжение жидкости на границе вода-воздух и обеспечивают вовлечение воздуха в бетонную смесь при ее перемешивании в пределах 6…15 % с получением слитной структуры бетона. Насыщение цементного теста тонкодисперсными пузырьками воздуха увеличивает его объем, повышая подвижность бетонных и растворных смесей, однако в ряде случаев понижает прочность бетона. К таким добавкам можно отнести смолу древесную омыленную (СДО), сульфонол, смолу нейтрализованную воздухововлекающую СНВ и др.

Газообразующие добавки обеспечивают газообразование в смеси (от 15 до 25 %) за счет химического взаимодействия с продуктами гидратации цемента. В результате в бетоне создается пористость в виде тонкодисперсных равномерно распределенных замкнутых пор-ячеек без снижения прочности при одинаковой средней плотности бетона. К газообразователям относят алюминиевую пудру (ПАП-1, полигидросилоксаны и др.).

Газообразующие и воздухововлекающие добавки помимо улучшения вышеперечисленных свойств бетона существенно повышают его морозостойкость и водонепроницаемость.

Пенообразующие добавки (ПО-6К, пеностром, сульфонол-40, стеарат натрия, неопор и др.) обеспечивают получение технической пены, которая при смешивании с компонентами бетонной смеси позволяет увеличивать объем воздуха в пределах 10…25% и получать бетоны ячеистой или поризованной структуры.

Замедлители схватывания и твердения увеличивают время потери подвижности бетонных смесей в 2 и более раза а также замедляют процесс ее твердения на ранней стадии. При этом в возрасте до 7 сут прочность бетона снижается на 20% и более, а в возрасте 28 сут изменяется незначительно. Одновременно уменьшается скорость тепловыделения, снижается проницаемость бетона, удлиняются сроки предварительной выдержки отформованного бетона перед термообработкой. К таким добавкам относят - лигносульфонат технический (ЛСТ), фенилэтоксисилоксан (113-63) и др.

Ускорители схватывания и твердения бетонных смесей в возрасте 1 сут повышают прочность бетона на 20% и более, но при этом может наблюдаться замедление нарастания прочности в более поздние сроки, образование высолов или коррозия арматуры. Номенклатура таких добавок весьма обширна: хлорид и нитрат кальция, сульфат натрия и др. Ускорители твердения, как правило, ускоряют и схватывание цементного вяжущего.

Противоморозные добавки обеспечивают твердение бетона и раствора при отрицательных температурах. Как известно, при отрицательной температуре вода замерзает и гидратация цемента прекращается. Образовавшийся лед разрыхляет еще слабую структуру цементного камня, а это приводит к большой потере прочности бетона. Чтобы обеспечить твердение бетона на морозе, в бетонные и растворные смеси вводят вещества, понижающие температуру замерзания воды. Вода остается в жидком состоянии даже при температуре до -30⁰С и процесс гидратации цемента продолжается. В качестве противоморозных добавок применяют: формиат натрия, поташ, нитрит и нитрат натрия, хлориды натрия и кальция, и др.

Кольматирующие (уплотняющие) добавки способствуют заполнению пор в бетоне водонерастворимыми продуктами и, как следствие, повышают водо- и газонепроницаемость, коррозионную стойкость бетонов. К таким добавкам относят: комплексную минерально-химическую добавку (КМХ), сульфат и хлорид железа, нитрат кальция и др.

Гидрофобизирующие добавки придают стенкам пор и капилляров в бетоне гидрофобные (водоотталкивающие) свойства. В результате уменьшается смачивание поверхности водой и снижается водопоглощение. В зависимости от степени снижения водопоглощения их подразделяют на три группы. Третья группа добавок (ГКЖ-10, ГКЖ-11 и др) снижают водопоглощение бетона в возрасте 28 сут в 1,4…1,9 раза, вторая (полигидросилоксаны и др.) – в 2…4,9 раза, первая (органо-минеральная и др.) – в 5 раз и более.

Добавки, повышающие защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре (ингибиторы коррозии), улучшают коррозионное состояние арматуры в агрессивных по отношению к ней средах. К ингибиторам коррозии стали относят: нитрит натрия (НН), нитрит-нитрат кальция (ННК), тетраборат натрия (ТБН) и др.

Противоусадочные добавки позволяют поддерживать нормативные уровни усадочных деформаций обеспечивающих отсутствие усадочных трещин как в цементном камне так и в растворах и бетонах в течение всего срока эксплуатации. Например, добавка «дилафилм» (от англ. dilating - расширяющий и film – пленка), представляющая собой порошкообразный или крупнозернистый материал.

Добавки полифункционального действия (комплексные) позволяют одновременно изменять несколько свойств бетонной смеси и затвердевшего бетона. Например, повышать удобоукладываемость смеси и увеличивать прочность бетона. Применение добавок в комплексе позволяет резко уменьшить или полностью устранить нежелательное побочное действие каждой составляющей комплексной добавки. В качестве примера можно привести комплексные органоминеральные добавки (модификаторы) серии «МБ». Они представляют собой порошкообразные материалы насыпной плотностью около 800 кг/м³ и содержат в своем составе микрокремнезем, золу-унос, суперпластификатор, регулятор твердения и другие добавки в разных соотношениях. Применение таких добавок более эффективно, чем тех же материалов, введенных в состав бетона раздельно. Они позволяют получать бетоны нового поколения – высокой прочности (50…60 МПа и выше), низкой проницаемости (W 12 и выше), повышенной коррозионной стойкости и морозостойкости (F 300).

В последние годы, ведущие зарубежные компании уделяют серьезное внимание внедрению в практику так называемого Self Compacting Concrete SCC или самоуплотняющегося бетона, о преимуществах которого говорит само название материала.

В основу технологии самоуплотняющегося бетона положено использование новых высокоэффективных суперпластификаторов, так называемых гиперпластификаторов. Если действие традиционных суперпластификаторов базируется на адсорбции на цементных частицах с последующим электростатическим их отталкиванием, то действие гиперпластификаторов базируется на электростерическом принципе диспергирования (дефлокуляция, разрушение агломератов, пластификация, снижение трения компонентов цементной суспензии) за счет использования полимеров с линейно-поперечными связями двух- или трехмерной формы. Решающее преимущество этих добавок – их сильный эффект пластифицирования (эффект водоредуцирования до 30%) и высокая продолжительность его сохранения – до двух часов в зависимости от комбинации сырья и в 3…5 раз меньший расход в бетоне.

Германскими фирмами предлагаются гиперпластификаторы для самоуплотняющегося бетона на поликарбоксилат-эфирном основании Addiment FM 40, Sika ViscoGrete – 5-000 и др. Они вводятся в количестве 0,2…2,5 % от массы цемента. Добавки не содержат хлориды, обладают водоредуцирующей способностью до 30 % и ускоряют твердение бетона в раннем возрасте, благодаря редукции воды.

Необходимо отметить, что гиперпластификаторы из-за высокой стоимости приводят к существенному удорожанию бетона, поэтому они находят применение пока только в специальных бетонах.

В Белорусском национальном техническом университете были разработаны пластифицирующие добавки на основе модифицированных алифатических эпоксидных смол, действующим веществом которых являются соли нитроновых кислот. Добавки являются пластификаторами II группы и при снижении расхода воды на 14-17% повышают прочность бетона после пропаривания до 45 %.

Позже была разработана добавка суперпластификатор бетонной смеси М-1 – продукт карбоксилирования фенолоформальдегидного олигомера и другие. При введении добавки М-1 в количестве 0,4-0,8 % от массы цемента и снижении расхода воды на 15-20 % прирост прочности бетона после пропаривания составляет 15-20%.