Виды добавок для бетона
Добавки, используемые для приготовления бетона.
В настоящий момент любой завод или комбинат, производящий товарный бетон или ЖБИ, обязательно применяет различные добавки для бетона, которые существенно улучшают качественные характеристики смеси и влияют на процессы схватывания и твердения бетона. Для чего нужны добавки для бетона, если бетонный раствор изготовлен на современном компьютеризированном оборудовании, полностью соблюдены нормы закладки сырья, регламент изготовления (порядок и время замеса), использованы качественные ингридиенты: цемент, щебень, песок, вода? Правильно приготовленная смесь - по определению уже хороша, но если использовать добавки для бетона, то возможно еще улучшить бетонную смесь: увеличить прочность при том же количестве цемента, подвижность, повысить её гидрофобность, морозоустойчивость, защиту от солей, кислот, маспобензостойкость.
Современное производство товарного бетона или ЖБИ позволяет выпускать продукцию по олимпийскому принципу «быстрее, выше, сильнее». Как раз для этого и нужны специальные добавки, изменяющие поведение бетона на разных стадиях застывания и твердения, и оказывающие влияние на рабочие характеристики готового бетона в течение всего времени эксплуатации.
А сейчас проведем обзор основных видов добавок, которые применяются на современном производстве товарного бетона. Они условно разделяются на следующие группы добавок:
— изменяющие показатели подвижности, пластичности, водоудержания, порообразования и так далее.
— влияющие на скорость схватывания и отвердения бетона, регулирующие процесс гидратации, особенно, в начальной стадии схватывания и на скорость набора прочности бетона.
— придающие бетону специальные свойства: полимерная, биоцидная и т.п.
— антифризные добавки, для возможности бетонирования при отрицательных температурах.
— повышающие прочность бетона, морозостойкость, улучшающие антикоррозионную устойчивость.
— ингибиторы коррозии стальной арматуры, входящей в состав железобетонных изделий и железобетона.
— расширяющие, снижающие усадку, препятствующие образованию трещин, создающие самонапряжение железобетона.
— пигментные добавки для бетона.
— гидроизоляционные добавки, кольматрирующие добавки, гидрофобизаторы и другие добавки, понижающие проницаемость бетона.
— поробразующие добавки для легких бетонов: газообразующие, воздуховолекающие, пенообразующие и т.п.
Частоиспользуемые добавки:
Суперпластификатор (пластификатор).
Суперластификатор (производная пластификатора) — это самая популярная добавка, применяемая для производства товарного бетона. На сегодня, добавки, влияющие на уменьшение воды в составе бетонной смеси — наиболее востребованы. При их использовании, имеются следующие преимущества: увеличение текучести бетонного раствора без добавления дополнительной воды, раствор более пластичен, экономия цемента, увеличивается прочность, водонепроницаемость, улучшаются противоморозные характеристики.
В производстве товарного бетона имеется парадоксальное противоречие: для того, чтобы сделать товарный бетон или ЖБ изделие прочнее и долговечнее, нужно максимально уменьшить количество воды при затворении (снизить водоцементное соотношение). Желательно оставить такое количество воды, которое требуется только для полноценного процесса гидратации цемента. На практике это почти невозможно из-за нереальности нормальной укладки такой жёсткой смеси. Чтобы смесь была достаточно подвижной и пластичной, вводится гораздо большее количество воды, чем необходимо для гидратации. А излишняя вода может снижать расчетную прочность бетона. А что можно сделать, если необходима жидкая (литьевая) смесь, например, для подачи в опалубку с помощью бетононасоса? В такой ситуации применяются специальные добавки - пластификаторы, которые начали использовать с середины прошлого столетия. Сегодня, в основном, используют так называемые суперпластификаторы. Их начали применять в СССР с начала восьмидесятых. Единоличный лидер — это суперпластификатор СЗ. Рассмотрим, чем же так привлекательны пластификаторы?
Итак:
— экономия цемента. Для получения бетоного раствора одинаковой подвижности и той же прочности с применением СЗ и без, на один куб раствора требуется на 15% менше цемента. Достигается такой результат за счёт уменьшения необходимого количества воды для затворения. Для сохранения необходимой подвижности смеси, производители обязательно вводят пластификаторы (суперпластификаторы) в состав бетона. Таким способом снижается водоцементное отношение, одновременно не снижается подвижность;
— при той же прочности ЖБ изделий и железобетонных конструкций повышается подвижность бетонной смеси. Это крайне важно для монолитного строительства, где широко применяется подача бетона бетононасосами, требующими для нормальной работы пластичности бетона П4-П5 (с осадкой конуса до 20 — 25 см);
— увеличение окончательных значений прочности до 25%;
— благодаря увеличению значений пластичности (осадки конуса) не нужно вибрировать свежеуложенную смесь;
— нет сложностей с заливкой армированных конструкций — колонн, перекрытий и т.п.;
— получение составов с повышенной плотностью, что влияет на водонепроницаемость ЖБ изделий и железобетонных конструкций;
-повышение морозустойтойчивости вплоть до F350 и трещиноустойчивости;
— уменьшается усадка твердеющего бетона;
— возможность производить высокопрочные бетонные смеси, с прочностными показателями на сжатие до 100МПа и более.
— заводам, выпускающим ЖБИ, выгодно использовать пластификаторы из-за того, что сокращается время пропаривания изделий или появляется возможность снизить температуру в пропарочных камерах. А это экономия энергозатрат, уменьшение времени оборачиваемости форм и, следовательно, снижение себестоимости готовых изделий.
— увеличивается адгезия арматуры с бетоном более, чем в 1,5 раза.
Всех перечисленных преимуществ достаточно для понимания выгодности применения добавок при производстве бетонных смесей и ЖБ изделий. Но, как говорится, у медали есть и оборотная сторона. Есть один маленький минус. Это незначительное увеличение времени схватывания и твердения бетонной смеси. Для компенсации данного эффекта иногда применяется ускоритель твердения. Такая добавка как раз компенсирует отрицательное действие пластификатора, а именно замедление твердения готовой конструкции.
Сегодня всё чаще применяются комплексные добавки. Обычно, они двухкомпонентные. Например, пластификатор, а к нему ускоритель твердения, или воздухововлекающая добавка, или микрокремнезём и т.п.
Ускоритель твердения бетона.
Для компенсации воздействия пластификатора, немного замедляющего процесс твердения, часто вводится специальная добавка — ускоритель твердения. Ускорители применяются при решении нестандартных задач, когда необходима быстрая схватываемость нижнего слоя бетонной заливки, чтобы можно было продолжить многоуровневую заливку как можно раньше. Стандартный случай — монолитная чаша для бассейна, когда в единую опалубку дна и стенок бассейна нужно уложить бетон так, чтобы при литье стен он не выдавил своим весом только что залитое дно. Обычно эта процедура растягивается до момента застывания бетонного дна, но ее можно сократить, если применить добавку-ускоритель. Ещё одно направление применения ускорителей - производство бетонных работ в холодную погоду. Напомним что, чем ниже температура, тем медленней происходит гидратация цемента, схватывание и набор прочности. Здесь нам помогут ускорители.
Замедлители.
Применяют замедлители для увеличения времени до момента схватывания бетонной смеси. Чаще всего это необходимо в случае транспортировки бетона на дальние расстояния, при отсутствии возможности быстрого использования смеси и т.п.
Воздухововлекающие добавки.
В процессе замеса в смеси образуются мельчайшие пузырьки воздуха. Зачем это нужно? Благодаря наличию микропузырьков улучшаются морозоустойчивость бетона и термоизоляционные характеристики.
Противоморозные (антифризные) добавки.
Основное назначение противоморозных (антифризных) добавок (ПМД) - это обеспечение возможности бетонных работ пои низких температурах. Некоторые виды добавок дают возможность бетонирования при температурах до — 25 градусов. Это конечно экстрим. Главная суть процесса застывания бетонного раствора — это явление гидратации цемента. По-простому - процесс взаимодействия силикатов, алюминатов с водой и дальнейшей кристаллизации. Этот процесс очень зависит от температуры окружающей среды. При температурах близких к нулю схватывание цемента замедляется (в несколько раз по сравнению с нормой), при отрицательных - оно и вообще останавливается, по простой причине замерзания этой самой воды. Как раз с этим борется антифризная добавка.
Две задачи антифризных добавок — сократить время до момента схватывания цемента и твердения бетона (при низких температурах), снизить точку замерзания воды. То есть сделать так, чтобы вода не замерзала до -5, -10 или -15. Соленая вода — пример выхода из подобной ситуации.
Существует ряд мифов по поводу вреда и пользы антифризных добавок. Например, коррозия арматуры, уменьшение прочности, и ещё много всего. Миф первый: коррозия арматуры. Если взять самый обычный нитрит натрия, то он, как раз наоборот, служит ингибитором коррозии. Многие антифризные добавки положительно влияют на адгезию арматуры с бетоном. Не говоря уже про комплексные добавки.
Миф второй: возможное снижение прочности. При стандартном процентном введении добавки в бетон действительно есть некоторое отставание в сроках набора прочности, но при достижении 28 суток лидирование стандартного образца без добавки (твердеющего в стандартных лабораторных условиях — при +20 градусах) исчезает, и далее наблюдается как раз больший прирост прочности у бетонов с антифризными добавками.
Но стоит помнить и про ненормальное процентное введение добавок в бетон. Вот здесь и открываются возможные неприятности. При недостатке введения ПМД, смесь замерзает, гидратация цемента останавливается и возобновляется снова только с приходом температуры выше нуля. Обычно это проходит практически безболезненно. Если это не какая-то напряженная конструкция, типа пролета моста или несущего ригеля, которую за зиму успели загрузить. Очень важно, в какой момент процесса застывания бетон замёрз, в какой состоянии находился бетон, успела ли набраться критическая прочность; воздействовала при этом вода (дождь, тающий снег) на бетонную поверхность и так далее. Вот в таком случае возможна потеря прочности вплоть до 20% и в уменьшение морозоустойчивости до 50%, так же может происходить отшелушение поверхностного слоя бетона, эрозия и так далее. Если сравнивать данные лабораторных и натурных тестов, то можно сделать выводы, что антифризные добавки (особенно комплексные) оказывают положительное влияние на конечные характеристики железобетонных конструкций. Увеличивается плотность бетона (водонепроницаемость), происходит ингибирующее воздействие на арматуру, повышается проектная прочность в сравнении с бездобавочным бетоном.
Опять же, всё это возможно при одном условии, что добавка не «левая».
Видов и производителей добавок очень много много. Перечислить их все и описать — задача отдельного труда. Мы упомянули лишь самые используемые.