|
Для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии цемента применяют различные добавки. Их подразделяют на 2 вида: химические, вводимые в бетон в небольшом количестве(0,1-2% от массы цемента) и изменяющие в нужном направление свойства бетонной смеси и бетона и тонкомолотые добавки(5-20% и >), использующиеся для экономии цемента, получения плотного бетона при малых расходах цемента и повышения стойкости бетона.
Химические добавки классифицируются по основному эффекту действия: 1) регулирующие свойства бетонной смеси пластифицирующие, т.е. предупреждающ. Расслоению бетонной смеси, водоудерживающие, уменьшающие водоотделение; 2) регулирующие схватывание бетонных смесей и твердения бетона; ускоряющие или замедляющ. схватывание, ускоряющие твердение при отрицательных температурах; 3) регулирующие плотность и пористость бетонной смеси и бетона, водоутверживающие газообразующие, пенообразующие уплотняющие (воздухоудаляющие, и кольматирующие поры бетона),гидрофобизирующие ; добавки-регуляторы деформаций бетона, расширяющие добавки; 4) повышающие защитные свойства бетона к стали ингибиторы коррозии стали; 5) придающие бетону специальные свойства: гидрофобизирующие, антикоррозионные; повышающие бактерицидные и инсектицидные свойства, электроизоляционные, электропроводящие, противорадиационные.
Некоторые добавки обладают полифункциональным действием например пластифицирующие и воздухововлекающие ; газообразующие и пластифицирующие и другие.
В качестве пластифицирующих добавок широко используют ПАВ, их делят на 2 группы:
- I группа – пластифицирующие добавки гидрофильного типа, улучшающие текучесть цементного теста. Довольно широка применяется СДБ – кальциевая соль мегносульфоновых кислот еще ПАЩ- пластификатор адиновых щелочной, ЛСТ и т.д.
- II группа – гидрофобизирующие добавки, вовлек. в бетонную смесь мельчайшие пузырьки воздуха. Эти добавки регулируют структуру и повысить стойкость бетона, обладая при этом пластифицирующим эффектом. К ним относятся СНВ, омыленный древесный пек (ЦНИИ ПС – 1) , СДО – смола древесная омыленная, СПД из отходов нефтепереработки.
Пластификатор СДБ (АСТ) – широко используют, повышает подвижность бетонной смеси, ее однородность, текучесть, при перекачивании насосом, способствует сохранению удобоукладываемости смеси во времени, позволяет за счет уменьшения расхода воды сократить на 8 – 12% расход цемента, либо при неизменном расходе цемента понизить В/Ц отношение и несколько повысить Rб , его водонепроницаемость и морозостойкость. СДБ (ЛСТ)- несколько замедляют твердение бетона в раннем возрасте, поэтому при производстве сборного Ж/Б ее применяют в сочетании с добавками- ускоритель твердения цемента, уменьшающий тепловыделение при твердении цемента в первые дни, что обеспечивает возведение массивных Ж/Б сооружений. СДБ воздействует в основном на цементное тесто, поэтому наиболее эффективно ее применение в бетонах с достаточно высоким расходом цемента.
Воздухововлекающие добавки используют главным образом для повышения морозостойкости бетонов и растворов. Эти добавки несколько понижают Кб , (1% вовлеченного воздуха снижает R бетона на сжатие на 3%). Обычно содержание вовлеченного воздуха составляет 4-5%. В этом случае R практически не снижается, т.к. отрицательное влияние вовлеченного воздуха нейтрализуется повышением R цементного камня вследствие уменьшения В/Ц за счет пластифицирующего эффекта добавки. Воздухововлекающие добавки наиболее эффективны в бетонах с малым расходом цемента.
К гидрофобно-пластифицирующим добавкам относят также (ГКЖ-11-метил-силикат Na), этил-силикат Na (ГКЖ-10).
Применение их для увеличения стойкости бетонов и растворов в агрессивной среде, повышения долговечности, а также в качестве гидрофобизаторов поверхности.
В последнее время разрабатываются и внедряются новые химические добавки- суперпластификаторы, они в большей степени, чем пластификаторы увеличивают подвижность и текучесть, улучшают строительные технологические свойства бетона, могут обеспечить значительную экономию цемента. В большинстве суперпластификаторы- синтетические полимерные вещества, их вводят в бетонную смесь в количестве 0,1 - 1,2 % от массы цемента. Действие его ограничено (2 – 3 часа).
Ускорители твердения- CaCl2 , Na2SO4 и др. Необходимо учитывать побочное действие этих добавок. Например, CaCl2 – вызывает коррозию арматуры.
В качестве противоморозных добавок применяют – NaCl, CaCl2 и др. Эти добавки понижают точку замерзания воды и способствуют твердению бетона при отрицательных температурах.
В качестве газообразующих добавок применяют алюминиевую пудру ПАК и ГКЖ – 94. Химические добавки поставляются в виде водных растворов, порошков, эмульсий.
Для получения эффекта полифункционального действия применяют комплексные добавки, включающие несколько компонентов (СДБ+СНВ, ПАЩ+СПД ), (СДБ+ГКЖ-94).
Вода- для приготовление бетонной смеси можно использовать водопроводную воду, а также любую воду, имеющую PH<4, вода не должна содержать сульфатов > 2700 в пересчете на SO4- и всех солей > 5000 шт/л. Можно применять морскую воду с органическим содержанием солей. Исключением является бетонирование внутренних конструкций жилых и общественных зданий и надводных Ж/Б сооружений в жарком и сухом климате, т.к. морские соли могут выступать на поверхность бетона и вызывает коррозию арматуры.
Бетонная смесь-смесь компонентов бетона до момента схватывания цемента и твердения называется бетонной смесью.
структура бетонной смеси
В следствии наличия внутренних сил взаимодействия между частицами твердой фазы и воды бетонная смесь приобретает связанность и определенные свойства характерные для структурированных вязких жидкостей. По своим свойствам бетонные смеси занимают промежуточное положение между вязкими жидкостями и твердыми телами.
Свойства бетонной смеси зависят от их структуры и свойств составляющих и обладают рядом особенностей из которых существенное значение имеют 1-способность смеси как бы псевдо разжижаться и становиться более подвижной под влиянием механических воздействий; 2-постоянноеизменение свойств под влиянием физико-химических процессов взаимодействия цемента и воды вплоть до схватывания системы и превращения в твердое тело .Свойства бетонной смеси и их поведение в процессе приготовления укладки уплотнения определяется характером и значением сил действующих между частицами твердой фазы и жидкостью.
Взаимодействия между твердыми частицами в бетонной смеси определяется наличием жидкой среды ,а именно ,только при добавлении к сухой смеси цемента и заполнителя воды эта смесь приобретает структуру и свойства ,присущие бетонной смеси .Силы взаимодействия между твердыми частицами бетонной смеси имеют разную физическую природу и зависят как от размеров частиц так и от объема жидкой фазы ее природы наличия в ней ионов других веществ ,величины поверхностного натяжения.
Зерна песка и щебня и пустоты между ними достаточно велики ,удельная поверхность мала и поэтому действие поверхностных сил практически ничтожно .Смесь не имеет связанности ,вода под действием гравитационных сил вытекает из пустот между зернами заполнителя .При приложении внешних сил в такой смеси появляются механические силы внутреннего трения .
С уменьшением размера частиц до 1…0.1мм возникают капиллярные силы смесь приобретает связанность . Капиллярные силы действуют при отсутствии лишнего количества воды в местах контакта твердых частиц .Действие сил поверхностного натяжения в образующихся водных мешках обеспечивает сцепление между частицами .Поры между частицами заполнены. С увеличением размера частиц 0.1…2*10-4 мм начинают проявляться силы поверхностного взаимодействия -флокулационные. Вода в флоккулах делается неподвижной объем пор значителен. Частицы коллоидных размеров 2*10-4….10-6 взаимодействуют между собой через возникающую на их поверхности сольватную оболочку состоящую из воды адсорбционно-связанного на поверхности твердой фазы.
Флокуляция может быть уменьшена при увеличении толщины сольватной оболочки или частичной нейтрализации поверхностного заряда ( например, за счет увеличения содержания жидкости или применения специальных добавок), образующихся на поверхности коллоидных частиц полутвердые водные оболочки выполняют двойную функцию. С одной стороны, придают цементной суспензии связанность и известковую устойчивость. С другой стороны, эти оболочки обладают как бы смазочными свойствами, облегчая скольжение твердых частиц одна по другой, за счет действия отталкивающих сил и образования ориентированными молекулами воды плоскостей скольжения по местам более слабых водородных связей.
Бетонная смесь содержит частицы разных размеров, и поэтому в ней проявляются различные силы. Однако, на их эффективность влияют характер структуры бетонной смеси и взаимодействие между частицами разного размера. Мельчайшие частицы осаждаясь и прилипая к поверхности более крупных зерен, теряют подвижность, и для ее увеличения необходимо введение дополнительного количества Н2О и мельчайших частиц. Увеличение количества Н2О способствует повышенной подвижности, но уменьшает сцепление бетонной смеси.
Меняя структуру бетонной смеси, соотношение между частицами разного размера и содержание жидкой фазы получают заданную подвижность и связанность бетонной смеси.
Эффективными модификаторами структуры и свойств бетонной смеси являются химические добавки, в первую очередь пластификаторы и суперпластификаторы. Воздействуя на поверхностные явления и микроструктуру цементного теста, добавки позволяют управлять свойствами бетонной смеси и способствуют получению ее оптимальных структуры и свойств.
В зависимости от соотношения между цементным тестом и заполнителем можно выделить 3 основные структуры бетонной смеси:
- Смесь с плавающим заполнителем.
- С плотной упаковкой заполнителей.
- Крупнопористая смесь с недостатком цементного теста.
В 1 структуре зерна заполнителя раздвинуты на значительное расстояние и практически между собой не взаимодействуют; они оказывают влияние лишь на прилегающую зону цементного теста.
Во 2 структуре цементного теста меньше и оно лишь заполняет поры между зернами заполнителя с незначительной раздвижкой самих зерен слоем обмазки, толщина которых в местах контакта зерен заполнителя равна 1…3 средним диаметром частиц цемента. В этих условиях зоны воздействия отдельных зерен заполнителя начинают перекрывать друг друга – возникает трение между зернами заполнителя.
В 3 структуре бетонной смеси цементного теста мало, оно только обмазывает зерна заполнителя слоем небольшой толщины, а поры между зернами заполняет лишь частично.
Каждая структура имеет свои закономерности, определяющие ее свойства и влияние на них различных факторов.
Для структуры 1 типа решающее значение имеют свойства цемента; реологические свойства определяются в соответствии с зависимостями, характерными для вязких жидкостей.
В структуре 2 типа возрастает роль заполнителя и трения между его зернами.
Особенно сильно влияет заполнитель на свойства структуры 3 типа, и реологические свойства в этом случае должны описываться с учетом сил внутреннего (сухого) трения.
Вследствие постепенного характера изменения структур бетонной смеси границы между структурами условно могут сдвигаться при изменение свойства цемента и заполнителя, подвижности бетонной смеси, методов формирования и др. факторов. Обычные бетонные смеси относятся ко 2 типу структуры. Подобные структуры отличаются высокой эффективностью и позволяют получить не расслаиваемые бетонные смеси заданной подвижности при минимальном расходе цемента.
Примером смеси 1 типа структур являются цементно-песчаная смесь с повышенным расходом вяжущего, применяется для изготовления армоцементных конструкций. Структуру 3 типа имеют беспесчаные бетонные смеси.
Структура бетонной смеси, образовавшаяся в процессе ее приготовления и укладки, в последующем до момента затвердевания может претерпевать изменения, вызывающиеся гидратацией цемента и осаждением твердых частиц под действием силы тяжести. Перераспределение частиц по объему бетонной смеси называют расслоением, сидементацией. При этом можно различать 2 процесса: в первом происходит осаждение крупных тяжелых зерен, в результате уплотняется смесь в нижней части формы, а лишняя вода отжимается наверх или скапливается по крупными зернами заполнителя, во втором подобное явление происходит с цементными зернами с меньшей скоростью ( вследствие их малой величины, причем оно развивается в порах между заполнителями ).
При применении легких заполнителей может наблюдаться обратная картина: зерна заполнителя всплывают, раствор скапливается в нижней части формы. При этом, чем заметнее разница в плотности отдельных видов твердых зерен и жидкости, тем больше расслоение бетонной смеси.
Расслоение может возникать и в процессе укладки и уплотнения бетонной смеси. Длительное вибрирование, вызывая разжижение смеси, В некоторых случаях ( в подвижных смесях ) будет способствовать ее расслоению.
Большую склонность к расслоению имеют смеси 1 типа структуры, меньшую- смеси, имеющие оптимальную структуру 2 типа. Склонность к расслоению увеличивается с повышением расхода Н2О и В/ц ( в очень подвижных смесях ).
|
