Нахимичим?

Нахимичим?

Одной из ключевых проблем современного материаловедения является создание новых типов цементов, бетонов, строительных растворов, сухих смесей, обеспечивающих их высокие эксплуатационные свойства в течение длительного периода времени. Поэтому производство строительных материалов невозможно представить без применения различных химических добавок. Сегодня в Украине активно ведутся исследования по созданию конкурентоспособных добавок отечественного изготовления.

ДОБАВКИ ДЛЯ БЕТОНА

Применение добавок является одним из эффективных способов регулирования реологических и физико-механических свойств бетона. Зарубежный опыт показывает, что более 70% всего объема бетона укладывается с применением химических добавок. Несмотря на некоторое подорожание бетона, применение добавок экономически оправдано благодаря улучшению ряда технологических параметров и повышения эксплуатационных свойств.
Разработанным отечественным нормативным документом ДСТУ Б.В.2.7–65–97 установлена классификация добавок для бетонов и строительных растворов на минеральных вяжущих и оценка их влияния на свойства бетона и раствора. В соответствии с этой классификацией добавки для бетонов и растворов в зависимости от назначения подразделяются на:
— добавки, регулирующие свойства бетонных и растворных смесей;
— добавки, регулирующие твердение бетонов и растворов;
— добавки, повышающие прочность и (или) коррозионную стойкость, морозостойкость бетона и железобетона, снижающие проницаемость бетона;
— добавки, придающие бетонам и растворам специальные свойства.
Применение добавок осуществляется в соответствии с ДБН В.2.7–64–97 «Правила применения химических добавок в бетонах и строительных растворах». К добавкам — регуляторам свойств бетонных смесей, которые нашли широкое применение в практике украинского строительства, можно отнести УПБ, ЛСТ, ПДК, ПФС, «Дофен», С-3 и комплексы на их основе УПБ + СН, ЛСТ + СН, «Релаксол», ПМФ-БС, Дофен-М и другие.
Известно, что более половины объема бетонной смеси, выпускаемой разветвленной сетью бетонных заводов, расходуется для изготовления монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Поэтому важное значение приобретает проблема качественной бетонной добавки смесей потребителю, эффективность способа укладки бетона, использование бетононасосной техники. При этом для обеспечения качественного изготовления монолитных конструкций и достижения удобоперекачиваемости бетонных смесей важны такие характеристики, как расслаиваемость, водоотделение, водоудерживающая способность. Улучшить эти характеристики и призваны химические добавки.
При возведении гидротехнических, гидромелиоративных сооружений, в дорожном строительстве, при рассредоточенном и отдаленном строительстве сельских объектов нередко возникает необходимость продолжительного транспортирования и укладки бетонной смеси. Увеличение периода «жизнеспособности» бетонных смесей можно достичь введением добавок гидрофилизирующего и гидрофобизирующего типа, например, УПБ и УПБ + ГКЖ-11. При этом наиболее эффективно влияет на время сохранения удобоукладываемости бетонных смесей применение комплексов гидрофилизирующих ПАВ разного механизма действия.
В качестве противоморозных добавок, применяемых при производстве бетонных смесей в зимних условиях, используются НК, НКМ, НК + УПБ, П, П + ЛСТ. Применение в комплексных реагентах ПАВ позволяет улучшить удобоукладываемость бетонной смеси в необходимый технологический период. Комплексные добавки улучшают поровую структуру бетона и способствуют повышению ряда эксплуатационных характеристик бетона (морозостойкость, водонепроницаемость) .
Большое практическое значение имеет ускорение твердения бетона как в естественных условиях, так и при тепловой обработке. Это способствует сокращению энергетических и материальных ресурсов, повышению производительности. Наиболее эффективными ускорителями являются хлористые добавки, но они имеют существенный недостаток — вызывают коррозию арматуры. Перспективными в этом направлении являются разработка и применение безхлоридных добавок с высокой интенсифицирующей твердение способностью. Вместе с тем, отечественный и зарубежный опыт показывает, что суперпластификаторы в комплексе с ПАВ 3 и 4 групп, электролитами и активными минеральными добавками позволяют не только существенно интенсифицировать твердение бетона, но и получить качественные высокопрочные бетоны.
Применение химических добавок является также эффективным средством получения специальных свойств бетона — коррозионной стойкости, электропроводности, защитных свойств бетона по отношению к стальной арматуре, закладным деталям и так далее. Правда, в настоящее время специально изготавливаемых для этих целей добавок на украинском рынке практически нет.
Путь повышения эффективности добавок, их универсальности, многофункциональности в цементных системах заключается в применении комплексных добавок на основе преимущественного действия одной добавки или полифункциональных комплексных модификаторов с равноценным вкладом каждого компонента в суммарное его действие, комплексных добавок, с достижением синергизма отдельных действий на цементные системы. К числу перспективных направлений дальнейшего совершенствования технологии бетона, железобетона и получения изделий с высокими эксплуатационными свойствами относится также создание высокоэффективных химических добавок для бетонов на основе специально разработанных продуктов из экологически чистого сырья, в том числе для литьевой технологии из самоуплотняющихся бетонов, высокопрочных и специальных бетонов, широкое внедрение эффективных добавок и комплексных модификаторов бетона, исследованных в специализированных научно-исследовательских институтах и прошедших производственную проверку. Вновь разрабатываемые добавки должны согласовываться с ведущей организацией Госстроя Украины по применению добавок в бетонах или техническим комитетом по строительным материалам и быть внесены в действующие нормативные документы по применению химических добавок в бетонах.

ДОБАВКИ И КОМПОНЕНТЫ В СУХИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ

Используемые при производстве сухих смесей материалы весьма разнообразны по номенклатуре и свойствам. Каждый материал придает определенные свойства готовым сухим смесям и строительным растворам, изготовленным на их основе.
Добавки и компоненты в сухие строительные смеси специалисты классифицируют на несколько основных групп:
— органические связующие;
— минеральные вяжущие;
— наполнители - природно-дисперсные, природные механические диспергируемые, синтетические, армирующие волокнистые (природные механически диспергируемые и синтезированные);
— водоудерживающие добавки — метилцеллюлоза, растворимая в воде, бентонитовые глины, в том числе модифицированные;
— суперпластификаторы — продукты конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида и комплексные добавки на их основе;
— пеногасители — материалы, изготавливаемые на основе кремнийорганических веществ, на основе эфиров высших жирных спиртов, на основе аминов;
— пигменты — неорганические (по химическому составу можно объединить в оксиды — пигментный диоксид титана, железоокисные и хромокисные пигменты, соли, железная лазурь) и органические (фталоцианиновые пигменты голубого, зеленого и красного цвета);
— эмульгаторы — ПАВ катионные и анионные;
— регуляторы схватывания строительных растворов, изготовленных из сухих смесей — ускорители (в основном соли щелочных и щелочноземельных металлов и соляной или угольной кислоты) и замедлители схватывания (полисахариды, клеи животного происхождения) ;
— гидрофобизирующие добавки — микроэмульгирующиеся при разведении водой концентраты силиконовых микроэмульсий и порошков на силан/силоксановой основе.
Как правило, в производстве сухих строительных смесей используют сырьевые материалы в порошкообразном состоянии различной дисперсности, но для изготовления отдельных видов сухих смесей применяют также волокнистые материалы с определенной длиной волокон или гравий с размером зерен 3-10мм.
Перечисленные виды материалов имеют ряд общих характеристик, одинаково важных для всех материалов (плотность, пористость, объемная масса) и ряд специфических характеристик, которые позволяют оценить возможность их применения для определенных целей (например, водоудерживающая способность).

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ И НАПОЛНИТЕЛИ

Основными компонентами при производстве сухих смесей являются минеральные вяжущие и наполнители. Требования, предъявляемые к этим компонентам, приведены в таблицах 1 и 2. В качестве заполнителей в сухих смесях, предназначенных для восстановления бетонных и железобетонных конструкций, могут использоваться пески более крупной фракции, а также мелкозернистый щебень фракции 3–10 мм.

РЕГУЛЯТОРЫ ВОДОУДЕРЖИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

Для изготовления сухих строительных смесей используют водорастворимую метилцеллюлозу. Метил-целлюлоза способна сохранять свои свойства после растворения в воде, повторного высушивания и диспергирования (измельчения). Вязкость растворов метилцеллюлозы находится в пределах от 400 до 40000 Мпа-с. Она зависит от молекулярной массы, концентрации метилцеллюлозы в растворе, температуры и химической модификации. При повышении температуры вязкость растворов метилцеллюлозы уменьшается. С увеличением вязкости повышается водоудерживающая способность. Такой же эффект наблюдается при увеличении концентрации метилцеллюлозы в растворе от 0,1 до 0,3%.
В производстве сухих смесей рекомендуют использовать также бентонитовые глины, модифицированные органическими основаниями. Они оказывают меньшее влияние на водоудерживающую способность строительных растворов, чем метилцеллюлоза.

СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРЫ

Основным преимуществом суперпластификаторов является то, что при одинаковых значениях водоцементного отношения они значительно повышают подвижность бетонных и растворных смесей, не снижая прочностных показателей затвердевших смесей. Использование суперпластификаторов в составах сухих строительных смесей в комбинации с другими модифицирующими добавками позволяет создавать высокопрочные самонивелирующиеся строительные растворы, предназначенные как для ручного, так и для механизированного нанесения.
В зависимости от химической основы различают следующие виды суперпластификаторов:
— суперпластификаторы на основе сульфированных меламиноформальдегидных соединений и комплексов на их основе;
— суперпластификаторы на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений и комплексов на их основе;
— суперпластификаторы на основе модифицированных лигносульфанатов;
— суперпластификаторы на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров.
Специалисты отмечают, что нельзя однозначно определить преимущества применения того или иного вида суперпластификаторов. Эффект применения суперпластификаторов в сухих строительных смесях может изменяться в зависимости от минерального состава цемента, его удельной поверхности, от характеристик наполнителей, заполнителей и модифицирующих добавок, от совместимости с компонентами, входящими в состав конкретного продукта, от условий твердения, а также от стоимости применяемых суперпластификаторов. Не вызывает сомнения лишь то, что применение суперпластификаторов в составах сухих строительных смесей позволяет улучшить строительно-технологические свойства выпускаемых составов и что только с появлением современных суперпластификаторов стало возможным создание самоуплотняющихся и самонивелирующихся растворных смесей.

МОДИФИЦИРУЮЩИЕ ДОБАВКИ ДЛЯ СУХИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ

Несмотря на то, что основные процессы формирования свойств строительных растворов определяются взаимодействиями в системе «минеральное вяжущее — заполнитель — вода», введение в такую систему неорганических и органических модифицирующих добавок позволяет изменять практически все характеристики материала. Это дает возможность получать строительные растворы с заданными свойствами, предназначенные для использования в различных, даже экстремальных, условиях. Применение модифицирующих добавок в составах сухих строительных растворных смесей позволило изменять в широких пределах технологические свойства растворных смесей и строительно-технические свойства растворов, а также открыло возможность широкого применения тонкослойных технологий и технологий машинного нанесения. Номенклатура таких добавок на сегодняшний день велика: к ним относятся поверхностно активные вещества (ПАВ), водорастворимые полимеры, водные дисперсии полимеров, добавки — электролиты и другие.
Применение модифицирующих добавок в составах строительных растворов и бетонов имеет давнюю историю. Использование в качестве добавок в известковые бетоны и кладочные растворы растительного масла, крови животных, белка, куриных яиц, молочных продуктов, отваров древесной коры позволило сохранить до настоящего времени храмы древних российских городов Владимира и Суздаля, мечети Бухары и Самарканда, знаменитый Карлов мост в Праге.
С появлением гидравлических вяжущих модифицирующие добавки, применявшиеся мастерами в старину, отошли на второй план и были незаслуженно забыты. И только с начала тридцатых годов XX века использование модифицирующих добавок в бетонах и растворах вновь вошло в практику строителей, но уже на новом научно-техническом уровне. К настоящему времени во многих промышленно развитых странах доля используемых в строительстве бетонов и растворов, приготовленных с использованием модифицирующих добавок, достигла 90–95%.
Особенностью использования модифицирующих добавок в сухих строительных смесях является технология их применения. Если для приготовления бетонных и растворных смесей добавки вводятся с водой в виде растворов, дисперсий, эмульсий и суспензий, то для сухих строительных смесей добавки используются исключительно в виде порошков, которые наряду с общими требованиями, предъявляемыми к модифицирующим добавкам, должны обладать низкой гигроскопичностью и равномерно распределяться в сухих и растворных смесях.
Наиболее широкое применение в производстве сухих строительных смесей нашли модифицирующие добавки первого класса — регуляторы реологических свойств. Добавки данного класса используют для модификации сухих строительных смесей практически любого назначения.
Второй класс модифицирующих добавок — регуляторов сроков схватывания и твердения используют для модификации ремонтных составов, составов для устройства напольных покрытий, составов для механизированного нанесения, сухих строительных смесей на основе гипсовых вяжущих и так далее.
Модифицирующие добавки третьего класса — регуляторы структуры используются для модификации ремонтных, гидроизоляционных, штукатурных и других составов.
Модифицирующие добавки четвертого класса придают растворам специальные свойства и используются для составов сухих строительных смесей, к которым предъявляются особые, функциональные требования по условиям применения или эксплуатации.