1.9 Добавки для бетонов

Химические добавки вводят с целью целенаправленного изменения свойств бетонной смеси и бетона. Они могут быть органическими и неорганическими.

По эффекту действия до­бавки классифицируют на:

- регулирующие процесс гидратации цемента (ускорители и замедлители твердения);

- улучшающие пластичные свойства цементных смесей (пластификаторы и суперпластификаторы);

- вовлекающие воздух при перемеши­вании бетонных смесей и придающие цементному камню во­доотталкивающие свойства (воздухововлекающие и гидрофоб­ные);

- создающие ячеистую структуру в бетоне (пено- и газооб­разующие); повышающие плотность цементного камня (уплот­няющие);

- препятствующие разрушению арматуры в бетоне (ингибиторы коррозии стали);

- защищающие бетон от разру­шения микроорганизмами (биоцидные);

- обеспечивающие твердение цемента при отрицательной температуре без обо­грева — противоморозные (табл. 1).

К ускорителям твердения относятся добавки, повышаю­щие растворимость цемента, такие как:

- хлорид и нитрат каль­ция,

- сульфат натрия в количестве до 2% от массы цемента,

- кристаллические добавки-затравки (гипс), создающие усло­вия для более быстрой кристаллизации и твердения цементно­го теста.

Эти добавки применяют как при бетонировании на строительной площадке в условиях низких положительных тем­ператур, так и при получении сборных железобетонных конст­рукций на заводе, экономя энергозатраты на их производство.

Изготовление бетонной смеси на заводе и транспортировка к месту укладки, особенно в летний период, часто сопровож­даются потерей пластичности вследствие ускорения взаимо­действия цемента с водой.

В этих условиях в бетонную смесь вводят замедлители твердения, которые представляют собой или органические поверхностно-активные вещества, образу­ющие адсорбционный слой на поверхности цементных зерен, замедляющий на определенный период взаимодействие цемен­та с водой (СДБ), или вещества, эффект которых связан с кристаллизацией малорастворимых соединений, экранирую­щих поверхность цемента (сахара, соли некоторых органиче­ских кислот).

При последующем перемешивании защитный слой нарушается, и бетонная смесь приобретает свойства твер­деть и набирать прочность в обычном режиме.

Таблица 3 Классификация химических добавок

Вид добавки	Назначение
Ускорители твердения (NaCl, Na,S04)	Ускорение набора прочности при естественном твердении и ТВО
Замедлители твердения (СДБ)	Замедление твердения при длительной перевозке бетонной смеси и » / воздуха
Гидрофильные — пластификаторы и суперпластификаторы (СП) - СДБ, С-3	Повышение подвижности бетонной смеси; при < расхода воды и сохранении заданной подвижности » R, F, W бетона
Гидрофобные (асидол, мылонафт)	Повышение водостойкости и водонепроницаемости бетона за счет придания водоотталкивающих свойств
Воздухововлекающие (СНВ)	Повышение морозостойкости бетона за счет > объема замкнутых пор
Пено- и газообразующие (мыльный корень, А1-пудра)	Снижение средней плотности бетона за счет создания ячеистой, пористой структуры
Ингибиторы коррозии стальной арматуры (NaN02, K2Cr207)	Повышение стойкости арматуры при эксплуатации ЖБ конструкций в условиях действия кислотосодержащих и хлорсодержащих сред
Уплотняющие (FeCl3, A12(S04)3	Повышение плотности и водонепроницаемости бетона за счет заполнения пор нерастворимыми продуктами реакции цемент + добавка
Противоморозные (СаСЬ, NaCl, K2C03, NaN02, ННК, ННХК)	Обеспечение твердения бетона при —t °С воздуха за счет понижения г замерзания воды затворения и > растворимости минерального вяжущего

Добавки пластификаторы (ССБ, СДБ) вводят в бетон­ную смесь в количестве 0,1 - 0,3% от массы цемента. Основ­ной эффект этих поверхностно-активных веществ, связан с улучшением смачивания водой поверхности цементных зерен и облегчением скольжения их относительно друг друга.

В по­следнее десятилетие все большее распространение получают до­бавки суперпластификаторы, представляющие собой высокоэффективные органические поверхностно - активные вещества.

Введение их в количестве 0,3 — 1% от массы цемента в пересче­те на сухое вещество (так как часто это водные растворы) по­зволяет без увеличения расхода воды получить высокоподвиж­ные, литые бетонные смеси, что делает возможным частично или полностью отказаться от вибрации при формовке изделий и обеспечивает ее транспортировку по трубопроводам пневма­тическим способом или с использованием бетононасосов.

При сохранении заданной пластичности за счет значительного со­кращения расхода воды до 20% возможно снижение продол­жительности термовлажностной обработки, повышение плот­ности, прочности, водонепроницаемости и морозостойкости бетона.

Как показала многолетняя практика их использова­ния, добавки этого класса несколько снижают темп роста проч­ности бетона в начальные сроки естественного твердения, в связи с этим их часто используют в комплексе с ускорителя­ми твердения.

Введение органических гидрофобных добавок в количестве 0,01 — 0,03% от массы цемента не только снижает смачиваемость водой стенок пор, капилляров цементного камня, но и по­верхность бетонных изделий.

При перемешивании бетонной смеси добавки вызывают повышенное воздухововлечение, что обеспечивает преобладание в бетоне замкнутых, недоступных проникновению воды пор, заполненных воздухом, которые значительно повышают морозостойкость бетона.

С целью придания бетону ячеистой структуры, характери­зующейся равномерно распределенными замкнутыми порами по всему объему примерно одного размера, заполненными газом или воздухом, вводят газо - и пенообразующие добав­ки. Наиболее часто применяемой является алюминиевая пуд­ра, реакция которой с продуктом гидратации трехкальциевого силиката — гидрооксидом кальция или самим вяжущим — известью, приводит к образованию газообразного водорода.

Органические соединения, обладающие способностью обра­зовывать устойчивую пену (мыла, гидролизованная кровь животных), применяют при получении пенобетона.

Условия эксплуатации таких конструкций, как железобе­тонные трубы, емкости для хранения жидких продуктов, тре­буют, чтобы бетон обладал высокой плотностью.

Для увели­чения плотности вводят специальные уплотняющие добавки в количестве 1 - 3% от массы цемента: хлорид железа, сульфат алюминия.

Продукты взаимодействия добавки с гидратными новообразованиями цементного камня, обладая низкой ра­створимостью, заполняют (кольматируют) поры бетона, по­вышая его плотность.

При введении хлорсодержащих добавок (ускорителей, уплотняющих, противоморозных), вследствие высокой актив­ности содержащихся в них ионов хлора по отношению к сталь­ной арматуре, возникает опасность ее коррозии. Аналогич­ные опасения имеют место и при эксплуатации железобетон­ных конструкций в условиях действия жидких и газообразных соединений хлора. Чтобы исключить разрушение арматуры, приводящее впоследствии к потере несущей способности всей конструкции, в бетонную смесь вводят самостоятельно или в комплексе с используемыми хлорсодержащими добавками та­кие ингибиторы коррозии, как нитриты, хроматы и бораты.

В последние годы все больше внимания уделяют биопо­вреждениям в строительстве. В частности, долговременные исследования эксплуатации зданий и сооружений показали, что микроорганизмы разрушают не только древесину и поли­меры, но и такие неорганические материалы, как металлы и бетон. Этот вид коррозии характерен для сельскохозяйствен­ных сооружений, предприятий пищевой и деревообрабатыва­ющей промышленности, банно-прачечных комбинатов и т.д. С целью исключения развития микроорганизмов на поверхно­сти бетонной конструкции и разрушения их продуктами жиз­недеятельности в бетонную смесь вводят биоцидные добавки, представляющие собой соединения меди.

Определенный обширный класс составляют противоморозные добавки. Механизм их действия заключается в способно­сти некоторых солей понижать температуру замерзания воды, причем тем в большей степени, чем выше концентрация ра­створа. Таким свойством обладают органические и неоргани­ческие соединения. Так как в случае перехода воды в лед вся­кие химические взаимодействия прекращаются, то введение таких добавок в бетон, обеспечивая сохранность воды (раство­ра) в жидком состоянии, создает нормальные условия для прохождения реакций гидратации цемента при отрицательной температуре.

В качестве противоморозных добавок используют как однокомпонентные:

- хлорид натрия и кальция,

- карбонат ка­лия (поташ),

- нитрит натрия,

- мочевину,

так и комплексные:

- нитрит - нитрат Са (ННК),

- нитрит – нитрат - хлорид Са (ННХК).