4.2. Добавки

Для регулирования свойств бетонных смесей и бетона, а также с целью экономного расходования цемента, снижения энерго- и трудозатрат при производстве бетонных работ, применяют различные добавки ГОСТ 24211 [14].

В строительстве цементобетонных дорожных и аэродромных покрытий, искусственных сооружений (мостов, труб) широкое применение получили различные виды химических добавок для бетона и, прежде всего:

• пластифицирующие;

• воздухововлекающие;

• замедляющие схватывание;

• ускоряющие твердение;

• противоморозные.

Ряд добавок обладают полифункциональным действием. К ним относятся некоторые пластифицирующие и воздухововлекающие добавки. Часто для получения эффекта полифункционального действия применяют одновременно несколько видов добавок, комбинируя различные их сочетания, усиливая их действие на свойства бетонной смеси и бетона. В качестве пластифицирующих и воздухововлекающих добавок, главным образом, применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ), получаемые из вторичных продуктов и отходов химической промышленности.

К пластифицирующим добавкам гидрофильного типа, имеющим массовое применение, относятся добавки ЛСТ (лигносульфонаты технические), ЛСТМ (лигносульфонаты технические модифицированные), КБП (концентрат бражки порошкообразный). Реже используется УПБ (мелассная упаренная последрожжевая барда), ВРП-1 (водорасворимый препарат).

Пластифицирующие добавки повышают подвижность бетонной смеси, сохраняют её удобоукладываемость во времени. Эти добавки позволяют за счёт уменьшения расхода воды затворения либо сократить расход цемента на 10-­12%, либо при неизменном расходе цемента понизить В/Ц, а следовательно повысить прочность, водонепроницаемость и морозостойкость.

Добавки ЛСТ, ЛСТМ обладают полифункциональным действием. С их помощью можно замедлить загустевание бетонной смеси и увеличивать время их транспортирования. Добавки ЛСТ, ЛСТМ вводятся в бетонную смесь с водой затворения в количестве 0,1-0,3% от массы цемента (в расчёте на сухое вещество).

К суперпластификаторам относятся добавки на основе полимеров, способствующие значительно увеличить подвижность бетонной смеси с 2- 4 см до более 20 см. К ним относятся С-3, Дофен (ДФ), 10-03, НКНС 40 - 03 и др. В настоящее время появились новые пластификаторы на основе нафталин-формальдегидных поликонденсатов (НФ) и на основе меламин-формальдегидных конденсатов (МФ).

Полипласти СП-3 -добавка пластифицирующе-водоредуцирующего действия. Она представляет собой смесь натриевых солей полиметиленнафталинсульфокислот, лигносульфонатов и комплекса неорганических солей.

Также на основе суперпластификатора С-3 разработана добавка Мегалит С-3 МЛ, которая обеспечивает достаточную удобоукладываемость, имеет подвижность до П 4. Замедляет сроки схватывания смесей без уменьшения физико-механических характеристик и показателей долговечности.

Кроме того, на современном рынке добавок популярностью пользуются суперпластификаторы СМ-1 и СМ-2. Специально разработанная химическая формула добавки СМ-1 позволяет снизить водопотребность бетонной смеси до 25%; снизить расход цемента при заданной удобоукладываемости бетонных смесей на 10-15%; дает возможность получения высокопрочных бетонов класса по прочности на сжатие до С50/60; возможность изготовления изделий и возведения монолитных конструкций с улучшенным качеством лицевых поверхностей класса А-2; возможность приготовления литых нерасслаеваемых бетонных смесей с удобоукладываемостью РК-6 (расплыв конуса более 620мм) при классе бетона на сжатие С25/30; кроме того, повышает темп набора прочности бетона в раннем возрасте с возможностью сокращения сроков тепловой обработки и экономии тепловой энергии.

Аналогичным действием обладает и добавка СМ-2.

Суперпласт - добавка, повышающая подвижность бетонной смеси с П1 до П4, позволяет также повысить прочность, снизить расход цемента до 20 %, снизить расход воды на 20...25 %.

Суперпластификатор Дофен-М применяется как высокоразжижающая добавка, предпочтителен для товарного бетона, для густоармированных конструкций и там, где необходимы высокоподвижные смеси или получение бетона высокой долговечности: увеличивается подвижность бетонной смеси до литой, облегчается транспортирование и укладка бетонной смеси; значительно уменьшается время набора технологической и отпускной прочности бетона, сокращается цикл изготовления конструкций; повышается марочная прочность бетона, плотность, водонепроницаемость, морозостойкость, коррозийная стойкость, долговечность; обеспечивается существенная экономия цемента, энерго-и трудозатрат.

Для монолитного строительства, изготовления сборных бетонных и железобетонных изделий предназначен суперпластификатор СПС.

Преимущества СПС:

• возможность изготовления изделий с высокой морозостойкостью,водонепроницаемостью и долговечностью;

• не содержит хлоридов и может быть использован для изготовления преднапряженных железобетонных конструкций, коррозионно-стойких изделий;

позволяет получать на обычных цементах высокопрочные бетоны;

• при передозировке не наблюдается уменьшения прочности;

• позволяет уменьшить расход цемента на 15-20%;

• расчетная стоимость в 2 раза ниже стоимости аналогов;

• возможность поставки пластификатора в жидком и твердом виде;

• обеспечивает получение высокоподвижных бетонных смесей с осадкой конуса 18-24 см;

• ускоряется в 2 раза набор прочности бетона в ранние сроки;

• в возрасте 28 суток прирост прочности бетона составляет 35-45%.

Фирмой «Биотех» на рынке добавок представлен Лигнопан Б-1, который позволяет увеличить подвижность бетонной смеси с П 1 до П 4 без уменьшения прочностных показателей во все сроки твердения; снизить водопотребность вяжущего на 18-20 %; снизить расход цемента на 15... 18 %, сохраняя прочность; увеличить прочность бетона на 30...40 %; повысить морозостойкость на 2 ступени, водонепроницаемость - на 1 ступень; снизить водоотделение бетонной смеси до 0,2 %; а также снизить расслаиваемость бетонной смеси.

Компания «Бенотех» разработала суперпластификатор Бенотех S-ЗМ, сходный по показателям с добавкой Лигнопан.

Смесью пластифицирующих и воздухововлекающих компонентов является добавка ПФМ-НЛК (ТУ 2493-010-04786546-2001). Данный суперпластификатор обладает рядом преимуществ:

• повышает подвижность бетонной смеси от П1 до П5 при сохранении постоянного водоцементного отношения без снижения прочности;

• снижает водопотребность бетонной смеси без изменения подвижности на 15...20%;

• повышает конечную прочность бетона до 50 % за счет водоредуцирования;

• позволяет снизить расход цемента при сохранении заданной прочности;

• повышает морозостойкость до 400 циклов, водонепроницаемость - до XV 12 и выше;

• увеличивает коррозионную стойкость и долговечность бетона;

• позволяет применять заполнители пониженного качества: мелкие пески с модулем крупности менее 1,5 и крупный заполнитель из карбонатных осадочных пород.

Иностранными заводами производителями представлен

суперпластификатор Dуnamon SР-2 - высокоэффективная добавка на основе модифицированных акриловых полимеров. Dynamon SP-2 особенно удобен, когда требуется значительное снижение расхода воды в сочетании с высокой ранней прочностью для бетонных смесей любого класса подвижности при температуре выдерживания ниже 15 °С. Кроме того данный пластификатор может быть использован для производства самоуплотняющихся бетонов.

Один из недостатков всех суперпластификаторов заключается в зависимости их эффективности от минералогии цемента. Для высокоалюминатных цементов (С₃А > 6) для достижения аналогичного эффекта требуются большие их дозировки, чем для низкоалюминатных. Но эта проблема разрешима. Нужно только перед введением суперпластификатора обеспечить начальную гидратацию цемента, т.е. обеспечить раздельное введение: - сначала бетонная смесь некоторое время (1 - 2 минуты) перемешивается просто с водой, и только потом к ней добавляется суперпластификатор. Подобным нехитрым приёмом удается экономить 15 -20% суперпластификатора.

Пластификаторы нового поколения работают совсем по другому принципу и по эффективности их можно уже отнести к категории гиперпластификаторов. Гиперпластификаторы производятся на основе поликарбоксилатов (ПК) и полиакрилатов (ПА). Их механизм действия на цементные растворы обеспечивается за счет преобладающего стерического эффекта. Результат такого воздействия: высокая разжижающая способность гиперпластификаторов при минимальных дозировках, низкая чувствительность к качеству цемента, нерасслаиваемость бетонных смесей и, конечно же, высокие эксплуатационные характеристики.

К заявленным отечественным гиперпластификаторам относятся GIPER Plast: (ТУ 2383-001-73830092-04). Он представляет собой водный состав на основе солей металлов карбоновых кислот - карбоксилатов.

Предназначен для использования в производстве бетонных и железобетонных изделий и конструкций: плит, панелей, напорных труб, массивных густоармированных конструкций; возведение сооружений из тяжелого, мелкозернистого, ячеистого, легкого и монолитного бетона; устройство монолитных высокопрочных бетонных полов; сокращение сроков тепловлажностной обработки и сроков распалубки бетона при нормальном твердении.

Основные достоинства:

• увеличение пластичности и подвижности смесей - пластифицирующая эффективность 1 группы без снижения прочности во все сроки испытания;

• водоредуцирующая эффективность 1 группы по ГОСТ 24211 - снижение расхода воды на 20% и более;

• снижение водоотделения и расслаиваемости смесей;

• повышение марки по водонепроницаемости на 2-3 ступени;

• не вызывает коррозии бетона и стальной арматуры;

• уменьшает внутренние напряжения и усадку;

• повышает плотность и морозостойкость и прочность сцепления нового и старого бетона;

• снижение расхода цемента.

Еще одной разработкой зарубежных ученых стал гиперпластификатор Хидетал -ГП-3, придающий бетонной смеси максимальную осадку конуса ОК = 25 см; диаметр расплыва при максимальной ОК - 63 см. Добавка позволяет сохранить подвижность смеси без снижения ОК - 3,5 ч, с снижением ОК на 10 % до 4,5 ч. Набор прочности через сутки без ТВО 60...70 % от проектной. Кроме того применение Хидетал - ГП - 3 дает возможность снизить расход воды до 40 %.

Широкое применение на предприятиях на территории Российской Федерации получил гиперпластификатор ГП-1 белорусского производства, который позволяет:

• снизить водопотребность бетонной смеси до 40%;

• снизить расход цемента при заданной удобоукладываемости бетонной смеси на 15...30%;

• возможность получения высокопрочных бетонов класса по прочности на сжатие до С 70/85;

• возможность изготовления изделий и возведения монолитных конструкций с высоким качеством лицевых поверхностей класса А-2;

• возможность приготовления литых нерасслаеваемых и самоуплотняемых бетонных смесей с удобоукладываемостью РК-6 (расплыв конуса более 620 мм) при классе бетона на сжатие С45/55;

• сохранить показатели удобоукладываемости бетонной смеси в заданных пределах в течении 2-х часов;

• высокий темп набора прочности бетона в раннем возрасте с возможностью сокращения сроков или исключения тепловой обработки бетона и существенной экономии тепловой энергии.

Гиперпластификатор модифицированный ГПМ уменьшает усадочные деформации бетона; увеличивает трещиностойкость бетона; увеличивает прочностные характеристики бетона на 15% и выше; увеличивает значения морозостойкость на 2 ступени и более; увеличивает марку по водонепроницаемости на 2 ступени и более; увеличивает адгезию бетона к старому бетонному основанию.

Из зарубежных гиперпластификаторов в настоящее время применяются Muraplast FK-63.30 и Melflux.

Добавка Muraplast FК-63.30 обладает рядом преимуществ по сравнению с другими:

• полностью исключает расслоение, микрорасслоение;

• снижает объем применяемой воды;

• формирует «самозалечивающуюся» структуру бетона;

• повышает удобоукладываемость смесей вплоть до самоуплотнения (без вибрации);

• повышает прочность до М800 (для бетонов);

• повышает морозостойкость до Р 400-600 (для бетонов);

• снижает водопоглощение до 1-2% (для бетонов);

• ускоряет набор распалубочной прочности (10-14 часов без термообработки).

Фирмой «Sika» представлена добавка Sika - Viscocrete, применяемая при низком содержании вовлеченного воздуха, высокой подвижности и для понижения содержания цемента или воды до 40 % [].

Эффективность действия этих добавок заключается в том, что они позволяют:

1. снизить расход воды до 35 %, при сохранении требуемой подвижности;

2. повысить прочность цементных бетонов при минимальном В/Ц, которых можно достигнуть при использовании этих добавок, через 3-е суток до 50 ... 75 % и через 28 суток до 30 ... 45 %;

3. повысить прочность сцепления с арматурой до 160 %;

4. повысить водонепроницаемость бетона с марки В 12 до В 16;

5. повысить морозостойкость бетона за счет увеличения плотности бетона и дополнительного воздухововлечения;

6. экономить цемент - 8 ... 12%;

7. снизить стоимость бетона на 160 руб. на м³ .

Эффективно применять суперпластификаторы в литьевой технологии при транспортировании бетонной смеси по трубопроводам; при замоноличивании стыков, при укладке без вибрирования. Для жёстких бетонных смесей время вибрирования сокращается в 6 раз.

Недостатки суперпластификаторов: ограниченное время действия - 30 ... 50 мин. Для повышения времени жизнеспособности бетонной смеси с суперпластификаторами, можно применять:

1. введение суперпластификаторов на месте строительства;

2. вводить суперпластификатор в комплексе с замедлителем схватывания;

3. поэтапное введение суперпластификатора;

4. введение гранулированного суперпластификатора.

Самым распространенным и высокоэффективным среди отечественных суперпластификаторов является С-3. Он представляет собой жидкость тёмно-коричневого цвета с рН 7-9 и концентрацией 33 -39 %.

Преимущество С-3 заключается в том, что он может долгое время храниться без потери пластифицирующих свойств; выдерживает многократное замораживание и оттаивание, сохраняя свою активность. Выпускается С-3 в жидком, порошкообразном (порошок серого цвета) и гранулированном состоянии.

Количество вводимого суперпластификатора составляет от 0,2 до 1 % (от массы цемента) и зависит от:

1. вида цемента и его химического и минерального состава;

2. вида заполнителя;

3. наличия активной минеральной добавки;

4. назначения бетона.

При изготовлении бетонных смесей для строительства дорожных и аэродромных покрытий вводится комплексная добавка: пластифицирующая в сочетании с воздухововлекающей или газообразующей добавкой или пластифицирующе-воздухововлекающая.

К пластифицирующе-воздухововлекающим добавкам относится ЩСПК (щелочной сток производства капролактама; бывшая ПАЩ), ГКЖ-10 (этилсиликонат натрия), КГЖ-11 (метилсиликонат натрия) и др. Однако добавка ЩСПК в дорожных и аэродромных бетонах используется в сочетании с воздухововлекающей добавкой. Дозировка ЩСПК находится в пределах 0,15-0,35% от массы цемента (в расчете на сухое вещество). Она применяется для изготовления железобетонных плит сборных дорожных и аэродромных покрытий.

К воздухововлекающим добавкам гидрофобного типа, имеющим широкое применение, относится добавка СНВ (смола, нейтрализованная воздухововлекающая), реже используется СДО (смола древесная омыленная), КТП (клей талловый пековый) и др.

Добавка СНВ обладает небольшим пластифицирующим эффектом, вводится в бетонную смесь с водой затворения в количестве 0,005-0,030% от массы цемента (в расчете на сухое вещество). Применять добавку СНВ необходимо в сочетании с пластифицирующей добавкой ЛСТ или ЛСТМ. Воздухововлекающие добавки не только гидрофобизируют поры и капилляры бетона, но способствуют формированию пор, размерами 50-250 мкм. Такие поры не заполняются водой при общем водопоглощении, но могут служить «резервными емкостями» для гашения внутренних напряжений, возникающих при замерзании воды. Воздухововлекающие добавки также уменьшают расслоение бетонных смесей при их транспортировании, укладке и уплотнении.

К газообразующим добавкам, которые, как правило, применяются в сочетании с пластифицирующими добавками, относятся полигидросилоксаны 136-41 (бывшая ГКЖ-94), 136-157М (бывшая ГКЖ-94М). Это кремнийорганические жидкости. Их применяют для увеличения стойкости бетонов в агрессивных средах, повышения морозостойкости и долговечности бетона, гидрофобизации его поверхности. Их вводят в количестве 0,05-0,15% от массы цемента.

К добавкам ускорителям твердения относятся - ХК (хлорид кальция), СН (сульфат натрия), НК (нитрат кальция), ННК (нитрит-нитрат кальция), ННХК (нитрит - нитрат хлорид кальция) и др. Эти добавки повышают растворимость исходного вещества и конечных продуктов его гидратации вследствие изменения ионной силы раствора. Добавки ускорители твердения вводят с водой затворения в количестве 1-2,5% от массы цемента. Некоторые из этих добавок, например, хлорид кальция (ХК), вызывает коррозию арматуры. Такая же добавка как ННХК ускоряет твердение бетона, а её составляющая - нитрит кальция - защищает арматуру от коррозии. Вводят эту добавку в бетонную смесь в количестве 4% от массы цемента.

К противоморозным добавкам, позволяющим производство бетонных работ при отрицательных температурах, относятся поташ, хлорид кальция, НКХК и др. Эти добавки понижают температуру замерзания воды затворения в уплотненной бетонной смеси, обеспечивая тем самым нормальное прохождение процессов гидролиза и гидратации.

Хлористые соли не рекомендуется применять для армированных конструкций и сооружений. Это относится в первую очередь к аэродромным покрытиям, мостовым конструкциям, сборным покрытиям. Бетон с повышенным содержанием хлористых солей характеризуется пониженной морозостойкостью. Поэтому их применяют в неармированных дорожных покрытиях.

Обычно в дорожном бетоне хлористый натрий используется в сочетании с хлористым кальцием - ускорителем твердения. Добавка хлористых солей вводится в количествах 5-10% от воды затворения в зависимости от температуры воздуха во время укладки бетонной смеси, но не ниже -15°. Для бетона железобетонных мостовых конструкций, плит сборных покрытий, труб следует использовать поташ в сочетании с ЛСТ, ННХК и др. добавки, не вызывающие коррозию арматуры.