Представительский срез сообщества специалистов, модернизирующих бетон

Продолжаем публикацию выступлений участников состоявшегося 10 июня 2008 г. научно-технического семинара “Химические добавки в бетоны. Энергосберегающие технологии”, организованного и проведенного РУП “Институт БелНИИС”.

Предыдущие материалы по данной теме — в СиН №23 (с. 2 и 11) и СиН №24 (с. 12).
Сегодня предлагаем вам сообщения представителей академического института, совместного предприятия и ведущего отраслевого НИИ.


Химические добавки к суперпластифицированным бетонам

Сообщение кандидата химических наук, ведущего научного сотрудника лаборатории химии лакокрасочных и вяжущих материалов Института неорганической химии НАНБ Валерия Самушкевича, сделанное им на научно-техническом семинаре "Химические добавки в бетоны. Энергосберегающие технологии".


Лаборатория химии лакокрасочных и вяжущих материалов Института неорганической химии НАНБ была создана 3 года назад по инициативе доктора технических наук, профессора Николая Блещика, главного научного сотрудника РУП "Институт БелНИИС". Примерно тогда же в качестве одной из дополнительных задач лаборатории была поставлена задача разработки химических добавок, способствующих увеличению ранней прочности бетона. Время показало, что данное направление представляется не только важным и перспективным, но и очень интересным. Как академические работники сотрудники лаборатории начали с того, что тщательно проработали имеющуюся научно-техническую литературу по данному вопросу. Оказалось, что основными особенностями модифицированных бетонов являются их необычайная чувствительность ко многим факторам и связанное с этим явление несовместимости многих комбинаций цемента и пластификаторов. За рубежом эта проблема очень широко обсуждается, ее касаются авторы сотен работ, ей посвящается множество симпозиумов. К сожалению, в Беларуси этот вопрос практически не поднимается.

На одном цементном заводе Беларуси было отобрано 50 образцов (чего?), которые отбирались через день. Из каждого из этих образцов готовили цементный раствор, после чего исследовали подвижность этого раствора. Оказалось, что растворы, в которые не добавлялись суперпластификаторы, по своим свойствам практически идентичны, свойства же растворов, в которые суперпластификаторы добавлялись, меняются (от образца к образцу) до 50%.

Цементы одного и того же завода (но разных партий) резко различаются по скорости потери подвижности — в присутствии как нафталинполисульфонатного, так и поликарбоксилатных пластификаторов. Одним из способов решения проблемы быстрой потери подвижности является отложенное введение суперпластификаторов. В нормативных документах лаборатории допускается возможность этого, при этом точно не оговаривается технология производства конечного строительного материала. Удалось установить, что бетонные смеси в присутствии таких суперпластификаторов, как замедлитель потери подвижности, ведет себя следующим образом.

Для одних цементов резкое повышение сохраняемости бетонной смеси обеспечивает введение 0,1% такой добавки, для других — 0,175%. На эффективность такой добавки влияет много факторов, в том числе природа как суперпластификатора, так и компонентов добавки. Успеху исследований на уровне соответствия ГОСТу способствовало сотрудничество с БелдорНИИ, который и провел соответствующие исследования. Имела место обоюдная заинтересованность — добавки оказались очень эффективными. Добавка, которую лаборатория разрабатывала совместно с БелдорНИИ, предназначалась для использования совместно с известной добавкой С-3, но оказалось, что она весьма эффективна (и даже более эффективна) и в комбинации с добавкой "Стахемент". В последнем случае при высокой подвижности прочность несколько ниже, но выше, чем в контрольном образце (только с суперпластификатором). И вдвое выше, чем при использовании бездобавочного цемента. Кроме того, специалисты лаборатории разрабатывали добавку, которая лучше совмещалась с поликарбоксилатными суперпластификаторами. По результатам испытаний, также выполненных при содействии БелдорНИИ, можно судить, что введение ее способствует резкому повышению сохраняемости бетонной смеси, но в том, что касается прочности, наблюдается определенная избирательность — семисуточная прочность при условии использования добавки "Стахемент" высока, при условии использования С-3 — гораздо ниже.

Одно время в лаборатории не удавалось достичь совмещения добавок, хорошо работающих со "Стахементом", с пластификатором ГК-1, разработанным специалистами БелНИИС. Все же в итоге варьирование составов позволило, при проведении в больших объемах на гостированном оборудовании гостированных же исследований, установить: введение 0,20% добавки значительно повышает сохраняемость бетонной смеси.

Были предприняты дальнейшие попытки улучшения эффективности добавки путем варьирования соотношения компонентов. Стало ясно, что действительно можно в широком диапазоне варьировать эффективность добавки, изменяя соотношение компонентов. Говоря о высокой прочности, В.Самушкевич имел в виду трех- и семисуточную прочность, которая и устанавливается нормативными документами. То есть характеристику, обеспечиваемую введением замедляющих добавок. Но суточная прочность, подчеркнул он, продолжала оставаться весьма низкой. И в лаборатории попробовали добавлять к замедляющей комплексной добавке ускоритель. В результате довольно высокой подвижности удалось добиться уже на 95-й минуте. Прочность же приближается к суточной прочности бездобавочного цемента.

Сейчас разработаны технические условия, проводится их санитарная экспертиза. В конце года будут выполнены технические испытания опытной партии, и уже в 2009 г. эти добавки должны производиться серийно.

Современные модифицированные добавки для бетонов и энергосбережение при производстве железобетонных изделий

Сообщение Сергея Новика (СООО "Стахема-М"), сделанное им на научно-техническом семинаре "Химические добавки в бетоны. Энергосберегающие технологии".


СООО "Стахема-М" занимается производством добавок и работает непосредственно с предприятиями сборного железобетона, подрядчиками, строящими из монолитного железобетона, производителями бетонных миксов.

Статистика прошлого года показывает, что отдача на каждый рубль, вложенный в энергосбережение, составила не более 50 копеек. Какому директору завода интересно отдавать деньги своего предприятия на то, чтобы в итоге в масштабах страны сэкономить меньшее их количество?

Как же добиться энергосбережения в масштабах конкретного предприятия? Говоря о сборном железобетоне, параллельно коснемся товарного бетона. Эти понятия неразрывно связаны. Практика показала, что применение добавок в низкомарочные бетоны и изделия из них (например, фундаментные блоки) не сильно влияет ни на прочность бетона, ни на экономию цемента. Единственная сфера, в которой это эффективно, — производство менее качественных цементов (например, шлакопортландцементов, композиционных цементов, получаемых с использованием известняка, молотого песка). Показатели таких цементов, может быть, и не так хороши, как цементов бездобавочных, но с ними можно работать, получая низкомарочные бетоны. Говоря о применении бетонов средних марок (от С12-С15 до С25-С30), было бы не совсем правильно сетовать на отсутствие ускорителей. Ускорители есть, но это не некое чудодейственное средство, путем однократного добавления которого удается на следующие сутки получить отпускную прочность без пропарки. Чего можно добиться сегодня, применяя добавки? Можно снизить расход цемента. Этот подход может не встретить понимания у заведующего лабораторией предприятия — единожды снизив расход цемента, потом вновь его уже не повысишь. Однако практика показывает, что сегодня нормы расхода цемента достаточно велики, и снижать их есть куда. Применение суперпластификаторов с ускорителями твердения (комплексных добавок), возможно, позволяет сегодня получать изделия с ранней распалубочной прочностью, с отпускной прочностью, которая в настоящее время сильно завышена. В итоге можно разгрузить склады готовой продукции, увеличить оборачиваемость форм.

Можно получать изделия и бетоны заданных характеристик. Получить 250-цикловую морозостойкость достаточно сложно, сколько бы цемента ни использовалось. Это именно тот случай, когда решить вопрос позволяет введение добавки.

Есть у СООО "Стахема-М" опыт в области дорожного строительства — как применения суперпластификаторов для достижения нужного водоцементного отношения, так и применения воздухововлекающей добавки для создания в теле бетона замкнутых пор, которые препятствуют разрушению бетона вследствие действия мороза на влагу, содержащуюся в бетоне. Такой опыт есть и в сфере непосредственного сотрудничества с дорожниками, и в сфере производства плит дорожного настила.

Производство высокопрочных бетонов сегодня осваивает все больше предприятий. Решение подобных задач без использования добавок невозможно. Применение суперпластификатора обязательно, вопрос же целесообразности применения гиперпластификатора в том или ином случае решается в зависимости от конкретных условий. Сегодня в Беларуси используется 4 гиперпластификатора — "Стахемент-2000-М Ж30", ГП-1 и два гиперпластификатора из России. В отношении высокопрочных бетонов применение этих гиперпластификаторов позволяет получать бетонные смеси заданных свойств, каковые свойства сохраняются при транспортировании смеси на те или иные расстояния. При этом могут быть заданы как сохраняемость смеси, так и требования по росту прочности, что особенно важно в монолитном домостроении, где сегодня необходимо выдерживать высокие темпы строительства высокоэтажных зданий (этаж в неделю). Добиться этого без эффективных добавок очень сложно. Находит свое место применение гиперпластификаторов и в производстве сборного железобетона, в первую очередь — в производстве густоармированных конструкций высокой прочности, мостовых конструкций.

В настоящее время добавки дорожают, но еще быстрее дорожают цемент, заполнители и рабочая сила, поэтому применение добавок приносит все больший эффект с каждым днем. По сведениям чешских и словацких партнеров СООО "Стахема-М", в дальнейшем интенсивность использования добавок будет только расти. Поскольку же лишь используя добавки решить все проблемы современного строительства невозможно, этот процесс будет сопровождаться ростом качества цемента и минеральных заполнителей (каменных материалов). Такие добавки, как нафталинформальдегидные конденсированные смолы, суперпластификаторы С-3, меланинформальдегиды известны уже более 20 лет. Незаметно каких-либо изменений в технологии их производства, если не считать комбинирования с теми или иными ускорителями или заменителями пластифицирующей основы. Что касается нового поколения поликарбоксилатов, то в данной области СООО "Стахема-М" плотно сотрудничает со странами Юго-Восточной Азии, где есть много заводов, производящих поликарбоксилаты. Именно эти заводы поставляют добавки подрядчикам, строящим, в частности, шанхайские небоскребы. Номенклатура производимых там пластификаторов включает более 30 наименований. Причем это не добавки с искусственно модифицированными введением ускорителей или замедлителей свойствами. Это полимерные цепи различной длины, которые позволяют получать бетоны заданных свойств, что очень важно сегодня и будет еще более важно завтра. Что же касается самоуплотняющихся смесей, то и они завтра придут к нам — никуда мы от этого не денемся. Пока стоимость их довольно высока, но по мере роста заработной платы неизбежно придется решать вопрос снижения трудозатрат на строительных объектах, что обусловит расширение применения этих смесей в Беларуси. Сегодня предприятия успешно используют гиперпластификаторы, мелкомолотые заполнители. В прайс-листах бетонных заводов встречаются самоуплотняющиеся смеси, и заказчики, которым позволяют средства, могут рассчитывать на поставки этих материалов.

О зимнем энергосбережении, особенно актуальном при монолитном строительстве. Отказ от использования электропрогрева (греющих кабелей, электроэнергии, трансформаторов, необходимых трудозатрат) в данной области дает значительный экономический эффект. В конце концов каждый подрядчик сам для себя решает, что для него экономически более выгодно: применить добавку, чтобы зимой в нужный срок получить нужную распалубочную прочность, или использовать электропрогрев.

Сегодня СООО "Стахема-М" активно внедряет добавки нового поколения — поликарбоксилатные добавки, на которые у фирмы имеется не техническое свидетельство, а сертификат соответствия. А что касается ускорителей, то добавка "Стахелюкс Ж26" позволяет через сутки распалубливать изделия распалубочной прочности. Дозировка — 1-2% массы цемента.

Внедрение разработок фирмы, спектр которых сегодня достаточно широк, сдерживается значительными затратами на легализацию добавок (составление техусловий, различного рода согласования). В спектр новинок входят и замедлители схватывания до 10 часов, и пленкообразующие средства для ухода за свежеуложенным бетоном, и разнообразные добавки, помогающие задавать такие свойства бетонной смеси, как морозостойкость, сохраняемость и набор прочности.

Разработка и освоение производства песчанистого портландцемента для ячеистого бетона

Сообщение, сделанное научным сотрудником лаборатории бетонов и композиционных материалов УП НИИСМ Ксенией Сенатовой на научно-техническом семинаре “Химические добавки в бетоны. Энергосберегающие технологии”.


Увеличение цен на энергоносители делает актуальной задачу снижения энергозатрат, в частности при производстве цемента. Решить эту проблему можно, снижая долю клинкера в составе цемента. Введение доступной инертной добавки при помоле цемента позволит снизить как энергозатраты, так и стоимость цемента. Цементы с заполнителями, или добавочные цементы, получают путем введения в портландцемент от 10 до 50% измельченных горных пород или промышленных отходов. Теоретической основой создания добавочных цементов является тот факт, что частицы портландцемента величиной более 60-80 мкм даже по истечении нескольких лет гидратируются в весьма незначительной степени, в основном представляя собой балласт. Поэтому значительная часть крупных частиц портландцемента может без ущерба для его качества быть заменена зернами малоактивных веществ такого же размера.

В УП НИИСМ и ОАО “Красносельскстройматериалы” были проведены исследования в области разработки составов и изучения свойств песчанистых цементов. Исходные материалы — красносельскстройматериаловский клинкер и песок месторождения “Боровое”. Опытные помолы осуществлялись на лабораторной мельнице НИИСМ (перемалывающие тела — шары и цильпебсы). Помол осуществлялся до получения удельной поверхности 3100-3200 см2/г.

Исследования физико-механических свойств цементов проводились в соответствии с методами испытаний по ГОСТ 310.1-310.4. В результате изучения состава цемента, полученного вышеописанным путем, удалось сделать следующие выводы.

Во-первых, введение в состав цемента песка привело к сокращению времени помола с 1,5 часов до 1 часа 10 минут. Во вторых, с увеличением количества песка в цементе увеличивается водопотребность цементного теста с 23,5 до 27%. В-третьих, время схватывания увеличилось с 2 часов 20 минут для составов на бездобавочных цементах до 2 часов 40 минут — 3 часов для составов на песчанистых цементах. По пределу прочности на сжатие после пропаривания цементы с содержанием песка от 5 до 20% относятся к 1-й группе (значение прочности — более 33 МПа). По пределу прочности на сжатие в возрасте 28 суток цементы с содержанием песка от 5 до 20% относятся к марке 500, а цементы с содержанием песка 20-30% — к марке 400. Таким образом, на основании проведенных исследований было установлено, что введение в портландцемент песка в количестве 20% не приводит к изменению основных физико-механических характеристик портландцемента.

Распределение частиц портландцемента после его помола по размерам (и соответственно эффективность помола) определялось на лазерном дифракционном анализаторе. Результаты исследований позволили установить, что с увеличением количества песка в цементе возрастает содержание более мелкой фракции (0-5 мкм). Содержание фракции от 5 до 20 мкм возрастает за счет снижения содержания более крупной фракции. Наиболее благоприятна для обеспечения прочности цемента фракция размером от 5 до 20 мкм. Более же мелкая фракция влияет лишь на начальную прочность. А фракция размером более 50 мкм гидратируется очень медленно и мало влияет на прочность цемента. Образцы добавочных цементов с содержанием песка до 20% характеризуются более рациональным зерновым составом по сравнению с цементом без добавок.

По результатам проведенных испытаний специалистами НИИСМ были разработаны к настоящему моменту уже утвержденные технические условия. Согласно этому документу песчанистый портландцемент может быть трех марок — 400, 450 и 500. В зависимости от эффективности пропаривания такой портландцемент может быть либо 1-й, либо 2-й группы. Увеличение дисперсности песка — это один из основных способов увеличения прочности известково-песчаных изделий. При увеличении дисперсности песка возрастает растворимость компонентов, а с увеличением поверхности растворения повышается его скорость. Оба эти фактора приводят к ускорению химического взаимодействия с образованием гидросиликатов кальция. По этой причине песчанистый цемент с содержанием песка до 20% был рекомендован в качестве сырьевого компонента при производстве ячеистого бетона.

Сергей ЗОЛОТОВ


Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 25 за 2008 год в рубрике материалы и технологии

©1995-2022 Строительство и недвижимость