Пластификаторы Для Бетона

В связи с увеличением темпов монолитного строительства и введением в строительное производство новых высокофункциональных бетонов с высокой долговечностью потребовалось использование новых технологических решений на предприятиях ориентированных на сборные железобетонные изделия и конструкции, а также связанных с производством других бетонных изделий. Эффективное решение проблем, возникающих в производстве современного бетона, невозможно не применяя добавки в бетон. Наиболее востребованными на сегодняшний день являются добавки пластификаторы для бетона, замедлители, ускорители схватывания и твердения, противоморозные, воздухововлекающие, уплотняющие и минеральные добавки, а также комплексные - полифункциональные добавки модификаторы (ПФМ), применение которых позволяет получать современные бетоны, изделия и конструкции высокого качества и долговечности.

Пластифицирование и водоредуцирование в цементных системах способствует, во-первых, получению технологичных и наиболее востребованных в настоящее время высокоподвижных бетонных смесей, а во-вторых, их используют для того, чтобы повысить технические свойства бетонной смеси и бетона.

Для упрощения терминологии добавки пластифицирующе-водоредуцирующего типа действия для бетонов и растворов называют обычно пластификаторами, независимо от основной цели введения (пластифицирование или водоредуцирование).

Пластификаторы - это добавки, обеспечивающие:

• увеличение подвижности бетонной или растворной смеси по сравнению с контрольным составом без добавки при фиксированном водоцементном отношении (пластифицирующий эффект);
• сохранение фиксированной подвижности бетонной или растворной смеси при уменьшении водоцементного отношения по сравнению с контрольным составом без добавки (водоредуцирующий эффект).

Пластификаторы при введении в бетонную и растворную смеси могут способствовать:

• повышению подвижности и удобоукладываемости смесей;
• изменению сохраняемости смесей;
• изменению начала и конца схватывания;
• ускорению или замедлению набора прочности бетона и раствора;
• снижению расхода цемента при получении равнопрочных бетонов и растворов;
• повышению прочности при равных расходах цемента и при сохранении подвижности, удобоукладываемости бетонной смеси за счет водоредуцирования;
• повышению прочности, водонепроницаемости и морозостойкости бетонов при снижении водоцементного отношения;
• снижению энергозатрат на производство бетонов;
• ускорению оборачиваемости форм и достижению других технологических эффектов;
• увеличению производительности и улучшению условий труда;
• высокоэффективные суперпластификаторы позволяют получать новые современные бетоны из самоуплотняющихся бетонных смесей.

При использовании добавок-пластификаторов возможно одновременное получение нескольких эффектов, например, повышение подвижности бетонной смеси при увеличении прочности и снижении проницаемости бетона и т.д. Кроме этого, пластифицирующие добавки используют для получения комплексных добавок многофункционального действия.

Все пластификаторы делят на малоэффективные - пластификаторы и высокоэффективные суперпластификаторы. Суперпластификаторы для бетона последнего поколения (поликарбоксилатные и акрилатные) называют иногда гиперпластификаторами, подчеркивая их высокую водоредуцирующую способность. Однако это не совсем верно, так как приставка «гипер» и «супер» обозначает одно и то же: «сверх», «над», просто происходят из разных языков («гипер» с греческого, «супер» с латыни).

Необходимо помнить, что суперпластификаторы могут проявлять побочные эффекты - приводить к расслаиваемости бетонных и растворных смесей, замедлению схватывания и твердения, повышению воздухововлечения.

Известно, что пластификаторы представляют собой диспергаторы-стабилизаторы цементных суспензий, образующие в результате адсорбции на поверхности раздела жидкой и твердой фаз структурированную пленку.

Пластификаторы, являясь поверхностно-активными веществами (ПАВ), способны адсорбироваться из жидкой фазы на поверхности твердых частиц цемента, создавая не только мономолекулярный слой, но и плотную многослойную оболочку, приводящую к блокированию цементного зерна от воздействия воды, изменению его заряда и замедлению, а порой даже прекращению на длительное время процессов гидратации. Поэтому пластификаторы вводят в цементное тесто в строго ограниченном количестве, чтобы обеспечить цементной системе только положительное действие.

Все пластификаторы относят к ПАВ гидрофилизирующего действия, введение которых в цементные системы резко усиливает смачиваемость частиц цемента и формирующихся новообразований (продуктов гидратации). Адсорбционный слой добавки и воды, образованный при смачивании жидкостью поверхности раздробленных частиц цемента, играет роль смазки. В результате в цементном тесте происходит уменьшение сцепления между частицами и сглаживание их микрорельефа, что повышает подвижность и разжижает растворную или бетонную смеси. Так как пластификаторы воздействуют в основном на вяжущее, то их действие более эффективно в бетонных и растворных смесях с повышенным расходом цемента, кроме того, эффективность пластификатора зависит от минералогического состава цемента и особенно от количества алюминатов.

Пластификаторы, улучшая смачивание поверхности и облегчая проникание воды в микротрещины цементных частиц и заполнителя, снижают поверхностное натяжение на границе «вода воздух» и способствуют удалению воздуха с поверхности зерен цемента, песка и щебня. Это приводит к разрушению цементных агрегатов, равномерному распределению вяжущего в объеме, повышению прочности сцепления цементного теста с заполнителями, улучшению однородности бетона и его качества. Увеличение подвижности смеси связано также с изменением заряда цементных частиц и возникновением между ними электростатического и, для некоторых видов добавок, стерического отталкивания. Адсорбируясь на поверхности гидратных фаз цементного камня, пластификаторы изменяют их поверхностную энергию, замедляют рост зародышей гидратных образований и изменяют их габитус, что при снижении количества воды затворения способствует формированию плотной и более прочной структуры, которую имеет цементный камень в сравнении с бездобавочной при одинаковой удобоукладываемости бетонной смеси.

Величину пластифицирующего эффекта добавки определяют по изменению подвижности бетонной смеси при таком же количестве воды затворения, что и в контрольном составе без добавки.

Оценку водоредуцирующего действия добавки проводят по снижению количества воды затворения для получения смеси той же удобоукладываемости, что и у контрольного состава.

При этом также изготавливают контрольные образцы для определения прочности бетона при сжатии после тепловой обработки и/или при твердении в нормальных условиях. Снижение прочности бетона или раствора во все сроки твердения не должно превышать 5% по сравнению с контрольным составом без добавок.

Испытание добавок для бетона проводится согласно ГОСТ 30459. Перед проведением испытаний мелкий и крупный заполнители высушивают и взвешивают составляющие бетонной смеси. Погрешность дозирования составляющих материалов должна быть не более 1% по массе.

Отмеренное количество добавки смешивают с водой затворения. Приготавливают бетонные смеси контрольного и основного составов, показатель подвижности контрольного состава принимают 2-4 см по осадке конуса в соответствии с ГОСТ 10181. Затем проводят оценку пластифицирующего или водоредуцирующего действия добавки по увеличению подвижности бетонной смеси или снижению количества воды затворения соответственно ГОСТ 24211.

Из полученных бетонных смесей контрольного и основного составов изготавливают образцы для определения прочности при сжатии на два срока испытаний. Образцы помещают в камеры тепловлажностной обработки и/или оставляют твердеть в нормальных условиях.

Испытание прочности при сжатии полученных образцов проводят в соответствии с ГОСТ 10180, для чего берут образцы:

• прошедшие тепловую обработку - через 4 ч после нее и в возрасте 28 суток;
• твердевшие в нормальных условиях - в возрасте 3 и 28 суток.

Результаты испытаний заносят в журнал, в котором должны быть предусмотрены следующие графы:

• дата приготовления и маркировка образцов;
• наименование добавки и ее дозировка;
• подвижность, определяемая осадкой конуса бетонной смеси;
• условия твердения бетона;
• дата испытания бетонных образцов и возраст бетона;
• прочность бетона при сжатии.

Преимущества применения пластифицирующих добавок в тяжелых бетонах (рис. 1-7):

• экономия цемента как наиболее дорогостоящего компонента смеси;
• снижение себестоимости смеси благодаря уменьшению расхода цемента;
• уменьшение затрат на укладку и уплотнение бетонных смесей вплоть до полного отказа от вибрации;
• снижение затрат на тепловую обработку изделий из тяжелого бетона вплоть до отказа от ТВО благодаря ускоренному набору прочности;
• ускоренный набор прочности бетона;
• повышение предела прочности при сжатии тяжелого бетона в марочном возрасте;
• снижение материалоемкости изделий и конструкций из тяжелого бетона.

Рис. 1. Изменение расхода цемента в тяжелом бетоне в зависимости от вида пластификатора

Рис. 2. Себестоимость тяжелого бетона в зависимости от вида пластификатора

Рис. 3. Затраты на укладку и уплотнение бетонной смеси в зависимости от вида пластификатора. Подвижность бетонных смесей с добавками «гиперпластификаторами» до П5, смеси самовыравнивающиеся, литые

Рис. 4. Затраты на тепловую обработку изделий из тяжелого бетона в зависимости от вида пластификатора

Рис. 5. Графики набора прочности бетона базового состава и разработанного высокопрочного, быстротвердеющего с комплексом химических добавок. Расход цемента в представленных бетонах одинаков

Рис. 6. Повышение предела прочности при сжатии тяжелого бетона в марочном возрасте в зависимости от вида пластификатора

Рис. 7. Снижение материалоемкости изделий и конструкций из тяжелого бетона в зависимости от вида пластификатора