Добавки третьего класса

К этому классу добавок относятся вещества, являющиеся готовыми центрами кристаллизации.

Механизм действия добавок можно объяснить следующим образом.

Ранее было показано, что для того, чтобы происходил процесс твердения вяжущих веществ, необходимо образование новой фазы из пересыщенного раствора. Для этого нужно затратить некоторую энергию образования зародыша. Она равна потенциальному барьеру, препятствующему формированию новой поверхности и играет ту же роль, что и энергия активации в кинетике химической реакции.

Процесс получения зародышей новой фазы значительно облегчается, если имеются границы раздела фаз, т.к. уменьшается поверхность новообразований и, следовательно, необходимо затратить меньшую энергию. Потенциальный энергетический барьер, необходимый для образования новой фазы уменьшается, причем в тем большей степени, чем больше границ твердой фазы и чем ближе по своим кристалло - химическим характеристикам материал, создающий эти границы, к аналогичным характеристикам возникающей новой фазы.

Этим объясняется ускорение процесса формирования камня из полуводного гипса при добавке к нему двуводного и ускоряющая роль песка, особенно тонкомолотого, в твердении цементов. Добавки гидросиликатов кальция могут существенно сократить сроки схватывания вяжущих гидротермального твердения, а добавки гидросульфоалюмината кальция - вяжущих сульфоалюминатного твердения.

Обычно рассматриваемые добавки вводятся в количестве 3-5 % и главным образом в тонкомолотом состоянии. Увеличение добавка свыше, 5 % не оказывает влияния на процесс твердения по сравнению, с ее меньшим количеством, но может снизить прочность полученного камня за счет уменьшения количества гидратной фазы.

Добавки четвертого класса

К этому классу добавок относятся поверхностно-активные вещества, адсорбирующиеся на поверхности зерен исходного, вяжущего. Это добавки-пластификаторы и гидрофобизаторы. Большинство добавок этого класса полифункциональны, т.е. наряду с пластификацией и гидрофобизацией они являются эффективными замедлителями твердения.

ПАВ это вещества, способствующие снижению поверхностного натяжения вследствие адсорбции и ориентации молекул на поверхности раздела фаз. Они характеризуются незначительной величиной максимально возможной концентрации их в растворе в молекулярной форме, способностью образовывать мицеллы выше определенной концентрации - КЛМ, связанной с уменьшением свободной энергии системы, а также солюбизацией водонерастворимых веществ внутри мицелл. ПАВ в основном органические соединения, их молекулы имеют дифильное строение, т.е. содержат лиофильные и лиофобные группы атомов. Гидрофильные группы способствуют растворению ПАВ в воде, гидрофобные - в неполярных средах. При адсорбции ПАВ гидрофильные группы ориентируются в сторону полярной фазы (водной), а гидрофобные - в сторону неполярной.

Гидрофильная, полярная группа обладает значительным дипольным моментом и хорошо гидратируется, что обуславливает сродство ПАВ к воде. К ПАВ-ам относят многие органические соединения: жирные кислоты, соли этих кислот, сульфокислоты и их соли, спирты, амины. Гидрофобная углеводородная группа является причиной пониженной растворимости этих соединений.

Полярной частью молекул ПАВ могут быть группы с высоким дипольным моментом: -СООН, -ОН,. -NH₂, -NSH, -SN, -NO₂, -NCS, -CHO, -SO₃H

Неполярной частью ПАВ служат алифатические или ароматические углеводородные радикалы. При этом длина радикала в значительной степени определяет поверхностную активность молекулы.

Поскольку ПАВ изменяют поверхностный заряд, то они оказывают значительное влияние и на свойства цементного раствора, и формирующегося из него камня.

Добавки органического и неорганического происхождения, вводимые в состав тампонажного раствора на различных стадиях его приготовления, способствуют изменению структуры за счет адсорбционного модифицирования гидратных новообразований, формирующихся при гидратации вяжущего. Они также повышают подвижность раствора, снижают водопотребность, уменьшают водоотделение, повышают морозостойкость и коррозионную стойкость затвердевшего камня, изменяют сроки схватывания.

ПАВ, адсорбция которых на поверхности частиц цемента вызывает дополнительную пептизацию и облегчает диспергирование в водной среде, а также повышает их устойчивость по отношению к процессам коагуляции относятся к гидрофилизирушим или гидрофильным. Другая группа ПАВ, адсорбция которых сопровождается, химической фиксацией их полярных групп с образованием на поверхности частиц нерастворимых в воде соединений относятся к гидрофобизирующимся или гидрофобным.

Гидрофильные ПАВ это соли лигносульфонатов с большим содержанием сахаров, СДБ, глюкозы, глюконата натрия.

Гидрофобизирующие ПАВ - олеиновая кислота, нафтеновые мыла.

Пластифицирующее действие гидрофилизирующих ПАВ обеспечивается образованием на поверхности твердой фазы и новообразованиях адсорбционной пленки, которое удерживает на поверхности достаточно толстый слой воды, связанный с поверхностью молекулярными силами. Образованные таким образом адсорбционно-гидратные оболочки снижают силы сцепления между частицами, повышая подвижность цементно-водной дисперсии, а также замедляют процесс гидратации цемента, вследствие замедления скорости взаимодействия цементных частиц с жидкостью затворения из-за увеличения диффузионных сопротивлений.

Пластифицирующее действие ПАВ, повышается при переходе от неионогенных к анионоактивным. Большей активностью обладают ПАВ, активные полярные группы которых реакционноспособны к гидратирующимся зернам цемента, а радикальные группы имеют линейную структуру с повышенной молекулярной массой. Такие ПАВ называют суперпластфикаторами. Принято считать, что ПАВ, снижающие водопотребность в пределах 5 - 20 % относят к обычным пластификаторам, а ПАВ, снижающие водопотребность на 20 - 30 % - к суперпластификаторам. Последние подразделяются на:

1. - сульфированные меламинформальдегидные соединения и комплексы на их основе;

2. - сульфированные нафталинформальдегидные соединения и комплексы на их основе;

3. - модифицированные, не содержащие сахаров, лингосульфонаты;

4 - производные оксикарбоновых кислот.