Первые водоредуцирующие добавки пластификаторы для бетона на лигносульфонатной основе известны с 30-х годов XX века и применяются до сих пор. В настоящее время их применяют преимущественно в производстве сборного железобетона в заводских условиях, ранее их называли СДБ (сульфатно-дрожжевая бражка), современные добавки такого типа называют ЛСТ (лигносульфонаты технические). ЛСТ являются побочными продуктами целлюлозно-бумажного производства и имеют сложный состав: средняя молекулярная масса составляющих лигносульфонатов колеблется от 20000-30000 м.е., достигая 100000 м.е. ЛСТ получают в виде смолоподобного продукта при гидролизе древесины с целью выделения из нее целлюлозы. Как побочный продукт производства, ЛСТ имеет непостоянный состав.
Лигносульфонаты являются смесью сульфолигнина, продуктов разложения целлюлозы и лигнина, различных углеводородов и свободных органических кислот, серной кислоты, а также солей сульфатов, нейтрализованных щелочами. Состав лигносульфонатов в значительной мере зависит от качества проведенного процесса нейтрализации, осаждения и ферментации конечного продукта, а также от особенностей древесины, применяемой для производства целлюлозы. ЛСТ для использования в качестве пластификаторов получают в результате ферментации сульфатного щелока с помощью микроорганизмов, которые удаляют из щелока гексозу и пентозу. Далее сахара полученного материала окисляют до ксилоновой, галактоновой и глюконовой кислот и проводят их нейтрализацию щелочами кальция и натрия или аммониевыми соединениями. Чаще производят кальциевые или натриевые лигносульфонаты. Строение лигносульфонатов довольно сложное, но, согласно данным, молекула может иметь вид, представленный на рис. 1.
Рис. 1. Структурная формула молекулы лигносульфоната
Пластифицирующее действие (водоредуцирование) лигносульфонатов, нейтрализованных кальциевой, натриевой щелочами или аммониевой солью, по отношению к портландцементу несколько различаются, что в каждом конкретном случае требует корректировки количества вводимой добавки.
Благодаря сложному составу лигносульфонаты обладают многофункциональным действием, вызывая, в зависимости от вводимого в цементные композиции количества, пластифицирующее действие, ускорение или замедление гидратации и твердения, а также способствуя воздухововлечению до 2-3 % и, соответственно, повышению морозостойкости. Водоредуцирующая способность лигносульфонатов не превышает 10%, что не позволяет при ее введении существенно увеличить эффективность цементных материалов. Лигносульфонаты производят как у нас в стране, так и за рубежом. В импортных добавках ЛСТ воздухововлекающую способность зачастую снижают до минимума введением пеногасителей - трибутилфталата, дибутилфталата, боратов и производных силиконов, вводят их в количестве 1% к массе сухого лигносульфоната. В настоящее время как у нас, так и за рубежом лигносульфонаты используют в комплексных добавках, что позволяет несколько нивелировать отрицательные свойства которыми обладают современные суперпластификаторы для бетона при одновременном снижении стоимости добавок.
Адсорбция добавки лигносульфонатов на поверхности цементных зерен происходит вследствие электростатического взаимодействия ее составляющих с поверхностью зерен цемента. В результате при высоких дозировках этой добавки, выше оптимальной, происходит блокирование частиц цемента и прекращение гидратационных процессов.
Установлено, что в бетонные смеси, перемещающиеся в последствие в камеры тепловлажностной обработки, добавку лигносульфоната вводят в количестве не более 0,15 %, так как передозировка добавки может вызвать в изделии появление трещин, вспучивание и т.д. В изделия, твердеющие в нормальных условиях, ЛСТ нужно вводить в количестве не более 0,25% от массы цемента. Лигносульфонат технический, стабилизированный кальцием, при введении в портландцемент в количестве 0,1-0,15% от массы цемента способствует активизации его гидратации. Введение добавки лигносульфонатов более 0,25% от массы цемента вызывает значительное замедление гидратационных процессов клинкерных минералов, что используется для увеличения сохраняемости бетонной смеси.
Лигносульфонаты выпускают в виде концентрированного раствора и в виде порошка. Дозировку ЛСТ рассчитывают от массы цемента, исходя из содержания сухого вещества в добавке.
Промышленные технические лигносульфонаты по химическому составу и свойствам отличаются друг от друга незначительно (рис. 2).
Кроме лигносульфонатов в качестве низкоэффективной пластифицирующей добавки в бетон с водоредуцированием не более 10% могут быть использованы нейтрализованные щелочами кальция и натрия глюконовую, карбоновые, гептоновую, сахарную и другие кислоты. Однако эти добавки в настоящее время используют в производстве бетона исключительно редко.
Рис. 2. Типичный состав основных составляющих порошкообразных лигносульфонатов
