Использование добавок в различных технологиях приготовления бетона
В течение последних пяти лет в словацкой строительной отрасли широкое распространение получило использование изделий строительной химии в практике бетонирования. Данный подход затронул все до тех пор применяемые технологии изготовления бетона и сделал возможным развитие новых технологий, реализовать которые без применения добавок было невозможно. Данная статья, адресуемая технологам бетонного производства, может помочь сделать быстрый и оптимальный выбор подходящего типа добавки или подходящей комбинации добавок для успешной реализации той или иной технологии производства бетона при обычных и низких температурах.
Классификация добавок, снижающих потребление воды, и механизм их действия
Наиболее широко применяемыми являются добавки, снижающие потребление воды, которые позволяют целенаправленно влиять на такие свойства бетона, как прочность, водонепроницаемость, долговечность, способность к обработке и потребление цемента. Они не вступают в химические реакции с цементом, их действие является физико-механическим, оно состоит в снижении количества воды затворения при сохранении требуемой подвижности или жидкотекучести изготавливаемого бетона.
Не все добавки, снижающие потребление воды, в одинаковой мере снижают количество воды затворения бетона. Их эффективность зависит от их химического состава и механизма увеличения степени сжижения.
По химическому составу добавки, снижающие потребление воды делятся на лигносульфаты, меламинформальдегидные и нафталинформальдегидные смолы, полиакрилаты и поликарбоксилаты. Первый тип добавки относится к пластификаторам, остальные - к суперпластификаторам.
Различие эффективности отдельных типов добавок обуславливается различием механизмов увеличения различными добавками пластичности и подвижности бетона.
Лигносульфонаты являются поверхностно активными веществами, уменьшающими поверхностное натяжение воды, которая после соединения с цементом и минеральными составляющими находится в контакте со всеми компонентами бетона. В результате этого увеличивается их подвижность, и бетон становится пластичным.
Меламин, или нафталинформальдегидные смолы, акрилаты и поликарбоксилаты адсорбируются на поверхности цементных зерен и сообщают им отрицательный заряд. В результате этого цементные зерна взаимно отталкиваются и приводят в движение цементный раствор, а также минеральные составляющие. Чем длиннее цепи, создающие молекулы суперпластификатора, тем интенсивнее это отталкивание. Эффективность пластификации становится более высокой, а ее действие продлевается. Молекулы поликарбоксилатов - самые длинные, поэтому эффект пластификации в данном случае примерно вдвое сильнее, чем в результате применения меланина или нафталинформальдегидных смол. Длительность пластификационного эффекта поликарбоксилатов как минимум в 3-4 раза больше, чем нафталин- или меламинформальдегидных смол. Химическая сущность, механизм действия и область применения отдельных типов добавок для снижения потребления воды наглядно приводится в табл. 1.
Применение добавок в технологии транспортбетона
В настоящее время большинство бетонных конструкций сооружается с использованием транспортируемого бетона. Широкое практическое применение транспортбетона предъявляет новые требования к его свойствам. Наиболее важным является сохранение неизменной подвижности бетона после его доставки на стройплощадку.
Дело в том, что время транспортировки порой достигает 60 минут. Это означает замедление скорости гидратации в первое время после замешивания бетона. Одновременно в большинстве случаев требуется быстрый рост начальной прочности в связи с высокой скоростью производства строительных работ. Изготовление, транспортировка и укладывание бетона осуществляется круглый год, часто при экстремальных температурных условиях.
Приведенные причины иллюстируют важность выбора таких типов добавок, которые позволяют целенаправленно модифицировать свойства свежеприготовленного и уложенного бетона по желанию заказчика.
Для этих целей при изготовлении транспортбетона в настоящее время используются разные типы пластифицирующих, суперпластифицирующих, замедляющих и ускоряющих добавок. Наиболее широкое применение имеют пластификаторы и суперпластификаторы, выпускаемые на основе различных химических веществ.
Пластификаторы на основе лигносульфонатов в настоящее время являются наиболее распространенными добавками при изготовлении транспортбетонов классов Б15-Б35. Применяются как 30%-ные, так и 40%-ные водные растворы. Максимальный пластификационный эффект наблюдается при дозах, составляющих от 0,8% веса цемента (40%-ные растворы) до 1% веса цемента (30%-ные растворы). Замедляющий эффект существенно увеличивается при дозировке свыше 1%. Такие добавки не годятся для бетонирования в зимних условиях.
Комбинированные добавки применяются в бетонах классов Б15-Б55. Применяются в виде 30-40%-ных водных растворов. Оптимальное пластификационное действие наблюдается при дозах 0,8% от веса цемента (40%-ные растворы) до 1% от веса цемента (30%-ные растворы). Здесь используется высокая эффективность воздействия суперпластифицирующего составляющего на снижение потребления воды. Используется и замедляющая способность пластификатора (на основе лигносульфоната). В результате увеличивается возможное время транспортировки бетона при одновременном быстром росте его начальной прочности. Используется это, например, при бетонировании преднапряженных конструкций, когда требуется достижение 80% окончательной прочности после 3 дней твердения. Еще одним преимуществом такого бетона является его более высокая когезия, меньшая склонность к сепарации воды из бетона.
Суперпластификаторы являются высокоэффективными пластифицирующими добавками. Применяются при использовании бетона большей классности, чем Б35. Оптимальный пластификационный эффект наблюдается при дозах 0,5-1% от веса цемента. При смесях с высокой текучестью применяется доза 1,2-1,5% от веса цемента.
Преимуществом является возможность максимального сбережения цемента, быстрый рост прочности, более высокая стабильность бетона, низкие водоцементные отношения при высокой текучести свежеприготовленного бетона, существенное снижение трудоемкости при применении вибраторов и возможность применения добавок в зимний период.
Недостатком является быстрая потеря способности к обработке во всех ситуациях, кроме случаев применения добавок на основе поликарбоксилатов.
Основной проблемой транспортбетона является сохранение способности свежеприготовленного бетона к обработке после доставки его на объект. Применение различных добавок открывает следующие возможности решения этой проблемы.
Применение обычного пластификатора лигносульфонатового типа (Бетофлюид, Стахепласт, Стахепласт Л) при дозах 0,5-0,8% от веса цемента может обеспечить возможность транспортирования бетона в течение 35-45 минут. Увеличение дозы добавки свыше 1% позволяет транспортировать бетон в течение 45-60 мин. Следует иметь в виду, что лигносульфонаты в таких дозах уже не уменьшают водоцементного отношения, но существенно отдаляют начало затвердевания транспортируемого бетона.
При обычных дозах лигносульфонатного пластификатора можно продлить время способности к транспортировке с минимальным изменением способности к обработке применением модификатора вязкости Стахепласт МВ на 60-90 минут.
Простым способом, которым можно обеспечить требуемую подвижность бетонной смеси на объекте, является дополнительная пластификация бетона в бетономешалке на перед его обработкой. Осуществляется это добавлением суперпластификатора в дозах 0,2-0,4% от веса цемента. Подобные правила действуют при применении комбинированных добавок (Стахемент Н, Стахемент МЛ).
В случае применения суперластификационной добавки на бетонном заводе перед транспортировкой продолжительностью до 60 минут можно применить модификатор вязкости Стахепласт МВ или дополнительно пластифицировать бетон на стройке перед его применением.
Часто по технологическим причинам бывает необходимо сдвинуть начало затвердевания бетона (например, по причине наличия длительного временного интервала перед укладкой следующего слоя бетона). Для этого применяются комбинированные добавки-пластификаторы с замедлителем затвердевания (Ретардал ТКП). Преимуществом является также целенаправленное регулирование высвобождения тепла при сооружении массивных конструкций, что минимизирует возникновение поверхностных трещин в бетоне, вызываемое температурным перепадом между бетоном и внешней средой.
Особой темой является бетонирование в зимний период. Современная практика бетонирования показывает, что бетонирование в зимний период становится обычным явлением, и что, применяя соответствующие продукты строительной химии, можно и зимой сооружать бетонные конструкции. Способ зимнего бетонирования основан на применении комбинации суперпластификатора и ускорителя затвердевания. Задачей суперпластификатора является возможно максимальное снижение содержания в бетоне воды затворения, то есть замерзающего составляющего. Одновременно задачей ускорителя затвердевания является максимальное ускорение гидратации цемента и развития тепла гидратации. Цель использования обеих добавок - достижение затвердевающим бетоном такой прочности, когда мороз уже безопасен (как правило, 4-8 МПа) в возможно более короткий срок. В табл. 2 приводятся рекомендуемые дозы и необходимые меры для бетонирования зимой с применением комбинированной добавки Стахемент Ф.
Использование добавок в технологии изготовления элементов сборного железобетона
Технология изготовления элементов сборного железобетона имеет следующие специфические черты, которые необходимо учесть при выборе добавок.
Во-первых, это максимально быстрый рост прочности в первые 18 часов затвердевания бетона. Это связано с требованием достижения по-возможности максимального оборота форм.
Во-вторых, это минимизация доз цемента и энергетических мер (нагревание, пар и вибрирование), необходимых в зимних условиях производства.
В-третьих, это изготовление предварительно напряженных элементов сборного железобетона с оборотом форм до 24 часов при одновременном достижении прочности, достаточной для предварительного напряжения (вплоть до 50 МПа) без применения обогрева бетона в формах.
В-четвертых, это требование высокого качества поверхности изготавливаемых элементов. Это обязательное условие обеспечения продажности изделия при избытке производственных мощностей на рынке в настоящее время.
Из вышсказанного очевидно, что экономически эффективное производство элементов сборного железобетона возможно только с применением высокоэффективных суперпластифицирующих добавок на основе меламин- и нафталинформальдегидных смол.
Изготовление элементов сборного железобетона при обычных температурных условиях возможно с применением 40 или 35%-ных растворов меламин- и нафталинформальдегидных смол или их комбинаций (Мелмент, Мелкрет, Стахемен НН) в дозах, составляющих 1-1,8% от веса цемента. При этом обогрев бетона в бетоносмесителе или формах может быть полностью исключен.
При изготовлении предварительно напряженных элементов в случае необходимости, особенно при более низких температурах (весной или осенью), кроме суперпластификатора добавляется также ускоритель затвердевания в дозах до 1% от веса цемента (Бетодур НА), или до 0,2% (Бетодур НАР).
Важной характеристикой является и подвижность изготавливаемого бетона. В связи с высоким пластификационным эффектом применяемых добавок и требованием легкого виброуплотнения степень подвижности укладываемого бетона не должна превышать S3.
Производство элементов сборного железобетона в зимних условиях с оборотами форм в течение 24 часов можно экономически выгодно реализовать двумя способами: либо применением комбинации суперпластификатора в дозах 1,5-1,8% от веса цемента и одновременным применением ускорителя затвердевания в дозах 1-1,7% (Бетодур НА) или до 0,4% (Бетодур НАР), при этом температура изготавливаемого бетона не должна быть ниже 10 °С, либо применением комбинации суперпластификатора в дозах 1,5-1,8% от веса цемента и теплой бетонной смеси. При этом температура бетонной смеси для изготовления ненапряженных элементов должна быть как минимум 20°С, предварительно напряженных элементов - 30 °С.
В результате применения добавок при изготовлении элементов сборного железобетона в течение последних 5-7 лет удалось полностью исключить энергетически и экономически необходимый обогрев бетона в формах. Одновременно улучшилось качество поверхности элементов сборного железобетона, которое сегодня достигло уровня качества декоративного бетона. Изготовление элементов сборного железобетона и в будущем будет успешно конкурировать с монолитным бетонированием прежде всего вариабильностью и скоростью строительства. В этом случае добавки являются незаменимыми составляющими.
Использование добавок в технологии изготовления долговечного бетона
Актуальность изготовления долговечного бетона растет пропорционально увеличению химического загрязнения окружающей среды. Бетоны все в большей мере подвергаются химической коррозии, которую вызывает комбинированное действие кислых дождей, солей, применяемых для борьбы с обледенением, и циклического чередования мороза и положительных температур. Существенными причинами необходимости повышения долговечности бетона являются высокая стоимость железобетонных конструкций и еще более высокие эксплуатационные расходы.
Различают первичное и вторичное гарантирование долговечности. Первичное обеспечивают изготовители бетона, и оно состоит в обеспечении такого качества бетона, которое будет длительно защищать конструкции от чередующегося действия воды, мороза, положительных температур и сульфатной агрессивности подземных вод. Обеспечние первичной защиты бетона немыслимо без применения воздухововлекающих добавок и добавок, снижающих потребление воды. Вторичную защиту бетона обеспечивают проектировщики и изготовители конструкций.
Для обеспечения эффективной защиты бетона от чередующегося действия воды, солей, отрицательных и положительных температур необходимо, во-первых, аэрирование бетона воздухововлекающей добавкой. Содержание воздуха в уплотненном бетоне должно быть 4-5% при нагрузке "вода-мороз" и 5-8% при нагрузке "вода, соли, мороз". Если бетон аэрирован, даже высокая прочность не защитит его от деструкционного действия указанных сред. Замерзающая вода и кристаллизация солей, применяемых для противогололедного посыпания, создают в поверхностных слоях бетона такие изменения объема и давления, которых с течением времени не выдерживает даже бетон с высокой прочностью. Аэрация же создает в бетоне пространство, позволяющее расширяться меняющим объем составляющим, и нейтрализующее давление, сопровождающее этот процесс.
Максимальное повышение водонепроницаемости и плотности бетона обеспечивается применением по возможности наиболее эффективной добавки, снижающей потребление воды. Задачей является максимальное снижение водоцементного отношеничя бетона, при этом минимизируются пористость и водопоглощающая способность бетона и одновременно максимально повышается его плотность. В этом случае ни вода, ни соли, применяемые для посыпания льда, не могут проникать в бетон, постепенно разрушая его.
Применение водонепоглощающего морозостойкого каменного материала является еще одним необходимым условием для изготовления долговечного бетона. Одновременно содержание пылеобразных частиц во фракции 0-4 мм не должно быть большим 3%. При этом не следует упускать из виду фактор морозостойкости каменного наполнителя. Дело в том, что от бетона, изготовленного с использованием неморозостойкого минерала, не стоит ждать долговечности даже тогда, когда этот бетон аэрирован и пластифицирован. Уплотнение бетона является также важным фактором, который необходимо учитывать при его изготовлении. Доза воздухововлекающей добавки, вносимой в смесь на бетонном заводе, должна быть подобрана так, чтобы требуемое содержание воздуха в бетоне имело место после уплотнения бетона в опалубке.
Защищая бетон от действия агрессивных вод, необходимо помнить, что наиболее часто встречается сульфатная агрессивность вод, реже - карбонатная или комбинированная. Наиболее важную роль здесь играет правильный выбор цемента. Наиболее подходящим является сульфатостойкий цемент, можно применять также шлакоцементы. Не годится в данном случае чистый портландцемент.
Необходимо обеспечить по возможности максимальную защиту арматуры, плотность и водостойкость бетона с помощью суперпластификаторов. Большое значение при обеспечении высокой долговечности бетона в агрессивной среде является выбор качественного каменного материала и его доли в рецептуре. Дозы добавок и цемента, а также подвижность изготавливаемых бетонных смесей должны отвечать условиям транспортировки и укладки бетона в конструкцию, причем необходимо иметь ввиду, что при использовании воздухововлекающей добавки каждый процент вовлеченного в бетон воздуха снижает прочность бетона на сжатие примерно на 3%. Данный эффект можно в определенной степени нейтрализовать необходимой дозой добавок, снижающих потребление воды.
Использование добавок в технологии изготовления вибропрессованного бетона
Изготовление вибропрессованного бетона является еще одной технологией изготовления бетонных элементов, которая не обходится без применения добавок. Она специфична работой с увлажненными смесями, которые после обработки в вибрационном прессе должны иметь по возможности наибольшую плотность. Чем больше плотность, тем больше прочность на сжатие и морозостойкость, тем меньше водопоглощающая способность.
Для обеспечения названных свойств вибропрессованных изделий лучше всего оправдали себя воздухововлекающие добавки и их комбинации с добавками для снижения потребления воды. Использование этого типа добавок, кроме высоких физико-механических параметров, обеспечивает также привлекательный внешний вид конструкции и максимальную закрытость ее поверхности.
Воздух, вовлеченный в увлажненную смесь с помощью добавки Поралан СТА в дозах 0,2-0,4% от веса цемента, в процессе уплотнения и интенсивной вибрации постепенно улетучивается из обрабатываемой смеси. В результате вибропрессованная смесь легче приводится в движение, приобретает максимальную плотность, а воздух, который улетучивается, действует как пластификатор. Одновременно он остается в поверхностных слоях изделий и обеспечивает их морозостойкость.
Пластификационное действие воздуха может быть увеличено путем применения пластификационной добавки в дозах 0,3-0,5% от веса цемента. При изготовлении двухслойных вибропрессованных изделий целесообразно в нижний слой вводить комбинацию воздухововлекающей добавки и пластификатора, для верхнего же достаточно только воздухововлекающей добавки.
Некоторые изготовители вибропрессованных изделий обрабытывают их поверхность водоотталкивающими покрытиями, которые увеличивают их морозостойкость, долговечность и цветостойкость.
Использование добавок в технологии изготовления самоуплотняющегося бетона
Самоуплотняющийся бетон определяется как компактная высокоподвижная бетонная смесь, которая укладывается в конструкцию с минимальным вибрированием или без него. Изготовление самоуплотняющегося бетона представляет качественный сдвиг в технологии изготовления бетона. Дело прежде всего в достижении максимальной однородности свойств бетона во всем объеме конструкции. Однородность достигается исключением человеческого фактора, который проявляется в неравномерном уплонением бетонных смесей при их укладке. Повышается скорость бетонирования, снижаются требования к перекачиванию и надежно заполняется весь опалубочный объем, в том числе при изготовлении плотно армированных конструкций.
При изготовлении самоуплотняющегося бетона кроме традиционных ингредиентов, применяемых при изготовлении классических бетонов (цемент, минеральные составляющие, добавки и вода), используются также мелкозернистые примеси, модификаторы вязкости и суперпластификаторы, делающие возможным длительное сохранение первоначальной текучести самоуплотняющегося бетона.
Мелкозернистые примеси снижают степень блокирования движения бетонной смеси при бетонировании плотно армированных конструкций. Это известняковые порошки, молотый доменный шлак, золы уноса или кремнистые уносы. Количество применяемых примесей зависит от общего содержания мелкозернистых фракций, то есть цемента, песка мельче 0,15 мм и мелкозернистых минеральных примесей, которых в 1 м3 бетонной смеси должно быть 500-550 кг в зависимости от формы и максимального размера зерен грубого каменного составляющего.
Модификаторы вязкости повышают внутреннюю связность самоуплотняющегося бетона при его течении и препятствуют сегрегации грубого каменного материала при высокой текучести бетонной смеси.
Важным является также выбор суперпластификационных добавок. Он определяется требованием очень высокого эффекта по снижению потребления воды и минимального изменения текучести самоуплотняющегося бетона во время транспортировки на стройку в течение 60-90 минут. Применяются суперпластификаторы на основе полимерных карбоксилатов (Стахемент 2000). Дозы добавок находятся в диапазоне от 1,0 до 1,6%. Из-за сильного влияния поликарбоксилата на снижение потребления воды, которое является двукратным по сравнению с использованием классических пластификаторов (меламин- или нафталинформальдегидные смолы) необходимо точное дозирование воды. Если передозирование воды в количестве 5 л на кубометр бетона с обычным суперпластификатором еще не ведет к сепарации бетонной смеси, то в случае применения поликарбоксилата она начинает приходить в это состояние. По данной причине самоуплотняющиеся бетоны должны замешиваться только на бетонных заводах, на которых есть возможность регистрировать изменения влажности во фракции 0-4мм, а также работает ответственный и опытный обслуживающий персонал.
Самоуплотняющиеся бетоны, изготовленные по хорошо составленным рецептурам и с применением качественных добавок, имеют и при высокой текучести те же самые физико-механические свойства (прочность на сжатие и изгиб, динамические и статические модули упругости и водонепроницаемость). Преимуществами являются минимальная нагрука на бетононасосы, возможность подачи бетона сверху вниз без насосов и избежания уплотнения, экономия рабочей силы и повышение скорости строительства.
Однако в данном случае более прочной должна быть опалубка, поскольку самоуплотняющийся бетон затвердевает медленнее, чем классические бетоны.Зденко БРУТХАНС, Эрик ЗЕМАНЕК, инженеры компании "Stаchеmа" (Братислава)
Классификация добавок, снижающих потребление воды, и механизм их действия
Наиболее широко применяемыми являются добавки, снижающие потребление воды, которые позволяют целенаправленно влиять на такие свойства бетона, как прочность, водонепроницаемость, долговечность, способность к обработке и потребление цемента. Они не вступают в химические реакции с цементом, их действие является физико-механическим, оно состоит в снижении количества воды затворения при сохранении требуемой подвижности или жидкотекучести изготавливаемого бетона.
Не все добавки, снижающие потребление воды, в одинаковой мере снижают количество воды затворения бетона. Их эффективность зависит от их химического состава и механизма увеличения степени сжижения.
По химическому составу добавки, снижающие потребление воды делятся на лигносульфаты, меламинформальдегидные и нафталинформальдегидные смолы, полиакрилаты и поликарбоксилаты. Первый тип добавки относится к пластификаторам, остальные - к суперпластификаторам.
Различие эффективности отдельных типов добавок обуславливается различием механизмов увеличения различными добавками пластичности и подвижности бетона.
Лигносульфонаты являются поверхностно активными веществами, уменьшающими поверхностное натяжение воды, которая после соединения с цементом и минеральными составляющими находится в контакте со всеми компонентами бетона. В результате этого увеличивается их подвижность, и бетон становится пластичным.
Меламин, или нафталинформальдегидные смолы, акрилаты и поликарбоксилаты адсорбируются на поверхности цементных зерен и сообщают им отрицательный заряд. В результате этого цементные зерна взаимно отталкиваются и приводят в движение цементный раствор, а также минеральные составляющие. Чем длиннее цепи, создающие молекулы суперпластификатора, тем интенсивнее это отталкивание. Эффективность пластификации становится более высокой, а ее действие продлевается. Молекулы поликарбоксилатов - самые длинные, поэтому эффект пластификации в данном случае примерно вдвое сильнее, чем в результате применения меланина или нафталинформальдегидных смол. Длительность пластификационного эффекта поликарбоксилатов как минимум в 3-4 раза больше, чем нафталин- или меламинформальдегидных смол. Химическая сущность, механизм действия и область применения отдельных типов добавок для снижения потребления воды наглядно приводится в табл. 1.
Применение добавок в технологии транспортбетона
В настоящее время большинство бетонных конструкций сооружается с использованием транспортируемого бетона. Широкое практическое применение транспортбетона предъявляет новые требования к его свойствам. Наиболее важным является сохранение неизменной подвижности бетона после его доставки на стройплощадку.
Дело в том, что время транспортировки порой достигает 60 минут. Это означает замедление скорости гидратации в первое время после замешивания бетона. Одновременно в большинстве случаев требуется быстрый рост начальной прочности в связи с высокой скоростью производства строительных работ. Изготовление, транспортировка и укладывание бетона осуществляется круглый год, часто при экстремальных температурных условиях.
Приведенные причины иллюстируют важность выбора таких типов добавок, которые позволяют целенаправленно модифицировать свойства свежеприготовленного и уложенного бетона по желанию заказчика.
Для этих целей при изготовлении транспортбетона в настоящее время используются разные типы пластифицирующих, суперпластифицирующих, замедляющих и ускоряющих добавок. Наиболее широкое применение имеют пластификаторы и суперпластификаторы, выпускаемые на основе различных химических веществ.
Пластификаторы на основе лигносульфонатов в настоящее время являются наиболее распространенными добавками при изготовлении транспортбетонов классов Б15-Б35. Применяются как 30%-ные, так и 40%-ные водные растворы. Максимальный пластификационный эффект наблюдается при дозах, составляющих от 0,8% веса цемента (40%-ные растворы) до 1% веса цемента (30%-ные растворы). Замедляющий эффект существенно увеличивается при дозировке свыше 1%. Такие добавки не годятся для бетонирования в зимних условиях.
Комбинированные добавки применяются в бетонах классов Б15-Б55. Применяются в виде 30-40%-ных водных растворов. Оптимальное пластификационное действие наблюдается при дозах 0,8% от веса цемента (40%-ные растворы) до 1% от веса цемента (30%-ные растворы). Здесь используется высокая эффективность воздействия суперпластифицирующего составляющего на снижение потребления воды. Используется и замедляющая способность пластификатора (на основе лигносульфоната). В результате увеличивается возможное время транспортировки бетона при одновременном быстром росте его начальной прочности. Используется это, например, при бетонировании преднапряженных конструкций, когда требуется достижение 80% окончательной прочности после 3 дней твердения. Еще одним преимуществом такого бетона является его более высокая когезия, меньшая склонность к сепарации воды из бетона.
Суперпластификаторы являются высокоэффективными пластифицирующими добавками. Применяются при использовании бетона большей классности, чем Б35. Оптимальный пластификационный эффект наблюдается при дозах 0,5-1% от веса цемента. При смесях с высокой текучестью применяется доза 1,2-1,5% от веса цемента.
Преимуществом является возможность максимального сбережения цемента, быстрый рост прочности, более высокая стабильность бетона, низкие водоцементные отношения при высокой текучести свежеприготовленного бетона, существенное снижение трудоемкости при применении вибраторов и возможность применения добавок в зимний период.
Недостатком является быстрая потеря способности к обработке во всех ситуациях, кроме случаев применения добавок на основе поликарбоксилатов.
Основной проблемой транспортбетона является сохранение способности свежеприготовленного бетона к обработке после доставки его на объект. Применение различных добавок открывает следующие возможности решения этой проблемы.
Применение обычного пластификатора лигносульфонатового типа (Бетофлюид, Стахепласт, Стахепласт Л) при дозах 0,5-0,8% от веса цемента может обеспечить возможность транспортирования бетона в течение 35-45 минут. Увеличение дозы добавки свыше 1% позволяет транспортировать бетон в течение 45-60 мин. Следует иметь в виду, что лигносульфонаты в таких дозах уже не уменьшают водоцементного отношения, но существенно отдаляют начало затвердевания транспортируемого бетона.
При обычных дозах лигносульфонатного пластификатора можно продлить время способности к транспортировке с минимальным изменением способности к обработке применением модификатора вязкости Стахепласт МВ на 60-90 минут.
Простым способом, которым можно обеспечить требуемую подвижность бетонной смеси на объекте, является дополнительная пластификация бетона в бетономешалке на перед его обработкой. Осуществляется это добавлением суперпластификатора в дозах 0,2-0,4% от веса цемента. Подобные правила действуют при применении комбинированных добавок (Стахемент Н, Стахемент МЛ).
В случае применения суперластификационной добавки на бетонном заводе перед транспортировкой продолжительностью до 60 минут можно применить модификатор вязкости Стахепласт МВ или дополнительно пластифицировать бетон на стройке перед его применением.
Часто по технологическим причинам бывает необходимо сдвинуть начало затвердевания бетона (например, по причине наличия длительного временного интервала перед укладкой следующего слоя бетона). Для этого применяются комбинированные добавки-пластификаторы с замедлителем затвердевания (Ретардал ТКП). Преимуществом является также целенаправленное регулирование высвобождения тепла при сооружении массивных конструкций, что минимизирует возникновение поверхностных трещин в бетоне, вызываемое температурным перепадом между бетоном и внешней средой.
Особой темой является бетонирование в зимний период. Современная практика бетонирования показывает, что бетонирование в зимний период становится обычным явлением, и что, применяя соответствующие продукты строительной химии, можно и зимой сооружать бетонные конструкции. Способ зимнего бетонирования основан на применении комбинации суперпластификатора и ускорителя затвердевания. Задачей суперпластификатора является возможно максимальное снижение содержания в бетоне воды затворения, то есть замерзающего составляющего. Одновременно задачей ускорителя затвердевания является максимальное ускорение гидратации цемента и развития тепла гидратации. Цель использования обеих добавок - достижение затвердевающим бетоном такой прочности, когда мороз уже безопасен (как правило, 4-8 МПа) в возможно более короткий срок. В табл. 2 приводятся рекомендуемые дозы и необходимые меры для бетонирования зимой с применением комбинированной добавки Стахемент Ф.
Использование добавок в технологии изготовления элементов сборного железобетона
Технология изготовления элементов сборного железобетона имеет следующие специфические черты, которые необходимо учесть при выборе добавок.
Во-первых, это максимально быстрый рост прочности в первые 18 часов затвердевания бетона. Это связано с требованием достижения по-возможности максимального оборота форм.
Во-вторых, это минимизация доз цемента и энергетических мер (нагревание, пар и вибрирование), необходимых в зимних условиях производства.
В-третьих, это изготовление предварительно напряженных элементов сборного железобетона с оборотом форм до 24 часов при одновременном достижении прочности, достаточной для предварительного напряжения (вплоть до 50 МПа) без применения обогрева бетона в формах.
В-четвертых, это требование высокого качества поверхности изготавливаемых элементов. Это обязательное условие обеспечения продажности изделия при избытке производственных мощностей на рынке в настоящее время.
Из вышсказанного очевидно, что экономически эффективное производство элементов сборного железобетона возможно только с применением высокоэффективных суперпластифицирующих добавок на основе меламин- и нафталинформальдегидных смол.
Изготовление элементов сборного железобетона при обычных температурных условиях возможно с применением 40 или 35%-ных растворов меламин- и нафталинформальдегидных смол или их комбинаций (Мелмент, Мелкрет, Стахемен НН) в дозах, составляющих 1-1,8% от веса цемента. При этом обогрев бетона в бетоносмесителе или формах может быть полностью исключен.
При изготовлении предварительно напряженных элементов в случае необходимости, особенно при более низких температурах (весной или осенью), кроме суперпластификатора добавляется также ускоритель затвердевания в дозах до 1% от веса цемента (Бетодур НА), или до 0,2% (Бетодур НАР).
Важной характеристикой является и подвижность изготавливаемого бетона. В связи с высоким пластификационным эффектом применяемых добавок и требованием легкого виброуплотнения степень подвижности укладываемого бетона не должна превышать S3.
Производство элементов сборного железобетона в зимних условиях с оборотами форм в течение 24 часов можно экономически выгодно реализовать двумя способами: либо применением комбинации суперпластификатора в дозах 1,5-1,8% от веса цемента и одновременным применением ускорителя затвердевания в дозах 1-1,7% (Бетодур НА) или до 0,4% (Бетодур НАР), при этом температура изготавливаемого бетона не должна быть ниже 10 °С, либо применением комбинации суперпластификатора в дозах 1,5-1,8% от веса цемента и теплой бетонной смеси. При этом температура бетонной смеси для изготовления ненапряженных элементов должна быть как минимум 20°С, предварительно напряженных элементов - 30 °С.
В результате применения добавок при изготовлении элементов сборного железобетона в течение последних 5-7 лет удалось полностью исключить энергетически и экономически необходимый обогрев бетона в формах. Одновременно улучшилось качество поверхности элементов сборного железобетона, которое сегодня достигло уровня качества декоративного бетона. Изготовление элементов сборного железобетона и в будущем будет успешно конкурировать с монолитным бетонированием прежде всего вариабильностью и скоростью строительства. В этом случае добавки являются незаменимыми составляющими.
Использование добавок в технологии изготовления долговечного бетона
Актуальность изготовления долговечного бетона растет пропорционально увеличению химического загрязнения окружающей среды. Бетоны все в большей мере подвергаются химической коррозии, которую вызывает комбинированное действие кислых дождей, солей, применяемых для борьбы с обледенением, и циклического чередования мороза и положительных температур. Существенными причинами необходимости повышения долговечности бетона являются высокая стоимость железобетонных конструкций и еще более высокие эксплуатационные расходы.
Различают первичное и вторичное гарантирование долговечности. Первичное обеспечивают изготовители бетона, и оно состоит в обеспечении такого качества бетона, которое будет длительно защищать конструкции от чередующегося действия воды, мороза, положительных температур и сульфатной агрессивности подземных вод. Обеспечние первичной защиты бетона немыслимо без применения воздухововлекающих добавок и добавок, снижающих потребление воды. Вторичную защиту бетона обеспечивают проектировщики и изготовители конструкций.
Для обеспечения эффективной защиты бетона от чередующегося действия воды, солей, отрицательных и положительных температур необходимо, во-первых, аэрирование бетона воздухововлекающей добавкой. Содержание воздуха в уплотненном бетоне должно быть 4-5% при нагрузке "вода-мороз" и 5-8% при нагрузке "вода, соли, мороз". Если бетон аэрирован, даже высокая прочность не защитит его от деструкционного действия указанных сред. Замерзающая вода и кристаллизация солей, применяемых для противогололедного посыпания, создают в поверхностных слоях бетона такие изменения объема и давления, которых с течением времени не выдерживает даже бетон с высокой прочностью. Аэрация же создает в бетоне пространство, позволяющее расширяться меняющим объем составляющим, и нейтрализующее давление, сопровождающее этот процесс.
Максимальное повышение водонепроницаемости и плотности бетона обеспечивается применением по возможности наиболее эффективной добавки, снижающей потребление воды. Задачей является максимальное снижение водоцементного отношеничя бетона, при этом минимизируются пористость и водопоглощающая способность бетона и одновременно максимально повышается его плотность. В этом случае ни вода, ни соли, применяемые для посыпания льда, не могут проникать в бетон, постепенно разрушая его.
Применение водонепоглощающего морозостойкого каменного материала является еще одним необходимым условием для изготовления долговечного бетона. Одновременно содержание пылеобразных частиц во фракции 0-4 мм не должно быть большим 3%. При этом не следует упускать из виду фактор морозостойкости каменного наполнителя. Дело в том, что от бетона, изготовленного с использованием неморозостойкого минерала, не стоит ждать долговечности даже тогда, когда этот бетон аэрирован и пластифицирован. Уплотнение бетона является также важным фактором, который необходимо учитывать при его изготовлении. Доза воздухововлекающей добавки, вносимой в смесь на бетонном заводе, должна быть подобрана так, чтобы требуемое содержание воздуха в бетоне имело место после уплотнения бетона в опалубке.
Защищая бетон от действия агрессивных вод, необходимо помнить, что наиболее часто встречается сульфатная агрессивность вод, реже - карбонатная или комбинированная. Наиболее важную роль здесь играет правильный выбор цемента. Наиболее подходящим является сульфатостойкий цемент, можно применять также шлакоцементы. Не годится в данном случае чистый портландцемент.
Необходимо обеспечить по возможности максимальную защиту арматуры, плотность и водостойкость бетона с помощью суперпластификаторов. Большое значение при обеспечении высокой долговечности бетона в агрессивной среде является выбор качественного каменного материала и его доли в рецептуре. Дозы добавок и цемента, а также подвижность изготавливаемых бетонных смесей должны отвечать условиям транспортировки и укладки бетона в конструкцию, причем необходимо иметь ввиду, что при использовании воздухововлекающей добавки каждый процент вовлеченного в бетон воздуха снижает прочность бетона на сжатие примерно на 3%. Данный эффект можно в определенной степени нейтрализовать необходимой дозой добавок, снижающих потребление воды.
Использование добавок в технологии изготовления вибропрессованного бетона
Изготовление вибропрессованного бетона является еще одной технологией изготовления бетонных элементов, которая не обходится без применения добавок. Она специфична работой с увлажненными смесями, которые после обработки в вибрационном прессе должны иметь по возможности наибольшую плотность. Чем больше плотность, тем больше прочность на сжатие и морозостойкость, тем меньше водопоглощающая способность.
Для обеспечения названных свойств вибропрессованных изделий лучше всего оправдали себя воздухововлекающие добавки и их комбинации с добавками для снижения потребления воды. Использование этого типа добавок, кроме высоких физико-механических параметров, обеспечивает также привлекательный внешний вид конструкции и максимальную закрытость ее поверхности.
Воздух, вовлеченный в увлажненную смесь с помощью добавки Поралан СТА в дозах 0,2-0,4% от веса цемента, в процессе уплотнения и интенсивной вибрации постепенно улетучивается из обрабатываемой смеси. В результате вибропрессованная смесь легче приводится в движение, приобретает максимальную плотность, а воздух, который улетучивается, действует как пластификатор. Одновременно он остается в поверхностных слоях изделий и обеспечивает их морозостойкость.
Пластификационное действие воздуха может быть увеличено путем применения пластификационной добавки в дозах 0,3-0,5% от веса цемента. При изготовлении двухслойных вибропрессованных изделий целесообразно в нижний слой вводить комбинацию воздухововлекающей добавки и пластификатора, для верхнего же достаточно только воздухововлекающей добавки.
Некоторые изготовители вибропрессованных изделий обрабытывают их поверхность водоотталкивающими покрытиями, которые увеличивают их морозостойкость, долговечность и цветостойкость.
Использование добавок в технологии изготовления самоуплотняющегося бетона
Самоуплотняющийся бетон определяется как компактная высокоподвижная бетонная смесь, которая укладывается в конструкцию с минимальным вибрированием или без него. Изготовление самоуплотняющегося бетона представляет качественный сдвиг в технологии изготовления бетона. Дело прежде всего в достижении максимальной однородности свойств бетона во всем объеме конструкции. Однородность достигается исключением человеческого фактора, который проявляется в неравномерном уплонением бетонных смесей при их укладке. Повышается скорость бетонирования, снижаются требования к перекачиванию и надежно заполняется весь опалубочный объем, в том числе при изготовлении плотно армированных конструкций.
При изготовлении самоуплотняющегося бетона кроме традиционных ингредиентов, применяемых при изготовлении классических бетонов (цемент, минеральные составляющие, добавки и вода), используются также мелкозернистые примеси, модификаторы вязкости и суперпластификаторы, делающие возможным длительное сохранение первоначальной текучести самоуплотняющегося бетона.
Мелкозернистые примеси снижают степень блокирования движения бетонной смеси при бетонировании плотно армированных конструкций. Это известняковые порошки, молотый доменный шлак, золы уноса или кремнистые уносы. Количество применяемых примесей зависит от общего содержания мелкозернистых фракций, то есть цемента, песка мельче 0,15 мм и мелкозернистых минеральных примесей, которых в 1 м3 бетонной смеси должно быть 500-550 кг в зависимости от формы и максимального размера зерен грубого каменного составляющего.
Модификаторы вязкости повышают внутреннюю связность самоуплотняющегося бетона при его течении и препятствуют сегрегации грубого каменного материала при высокой текучести бетонной смеси.
Важным является также выбор суперпластификационных добавок. Он определяется требованием очень высокого эффекта по снижению потребления воды и минимального изменения текучести самоуплотняющегося бетона во время транспортировки на стройку в течение 60-90 минут. Применяются суперпластификаторы на основе полимерных карбоксилатов (Стахемент 2000). Дозы добавок находятся в диапазоне от 1,0 до 1,6%. Из-за сильного влияния поликарбоксилата на снижение потребления воды, которое является двукратным по сравнению с использованием классических пластификаторов (меламин- или нафталинформальдегидные смолы) необходимо точное дозирование воды. Если передозирование воды в количестве 5 л на кубометр бетона с обычным суперпластификатором еще не ведет к сепарации бетонной смеси, то в случае применения поликарбоксилата она начинает приходить в это состояние. По данной причине самоуплотняющиеся бетоны должны замешиваться только на бетонных заводах, на которых есть возможность регистрировать изменения влажности во фракции 0-4мм, а также работает ответственный и опытный обслуживающий персонал.
Самоуплотняющиеся бетоны, изготовленные по хорошо составленным рецептурам и с применением качественных добавок, имеют и при высокой текучести те же самые физико-механические свойства (прочность на сжатие и изгиб, динамические и статические модули упругости и водонепроницаемость). Преимуществами являются минимальная нагрука на бетононасосы, возможность подачи бетона сверху вниз без насосов и избежания уплотнения, экономия рабочей силы и повышение скорости строительства.
Однако в данном случае более прочной должна быть опалубка, поскольку самоуплотняющийся бетон затвердевает медленнее, чем классические бетоны.Зденко БРУТХАНС, Эрик ЗЕМАНЕК, инженеры компании "Stаchеmа" (Братислава)
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 12 за 2001 год в рубрике бетон
