Модификаторы бетона; классификация, виды добавок

Модификаторы бетона – добавки неорган-е или органические, в-ва природного или искусственного происхождения, за счет введения кот. в состав бетона в контролируемых кол-вах направленно регулируются св-ва бет. смесей и бетонов, либо последним придаются спец. св-ва, не характерные для бетона по его природе, либо достигается экономия цемента.

Для получ. бетонов с заданными строит.-техническими св-ми, необходимо установление закономерности в регулировании параметров цементных смесей на стадии взаимодействия с водой. Одним из перспективных методов явл. использование орган-х и неорган-их соединений в качестве спец. добавок. Вводимые в небольших кол-х они существенно влияют на хим-е процессы твердения бетона, обеспечивают улучшение его мех. и физико-хим-х св-в, в т.ч. ρ, водонепроницаемость, мрз, коррозионная стойкость. Эти добавки именуются модификаторами.

Применительно к цементным системам под модификаторами подразумеваются в-ва, улучшающие технологические св-ва бет. или растворных смесей и строит.-технические св-ва бет. смеси.

Основными целями введения модификаторов явл.: 1)снижение вязкости цементно-водных суспензий для улучшения технологических св-в бет. смеси; 2)изменение структуры сформированного цем. камня и бетона с целью увеличения их прочности и стойкости к многократным физическим воздействиям; 3)регулирование скорости гидратации цемента и твердения бетона.

Особенности гидратации и структурообразования цементного камня в присутствии модификаторов.

Введение модификаторов в цементную систему затрудняет образование фазовых контактов между кристаллами, что связанно с появлением на поверхности тел в результате адсорбции двухмерных структур, состоящих из ориентированных полимерными группами к гидрофильным поверхностям дифильных молекул ПАВ. В результате:

1) замедляется диффузия ионов, что затрудняет образование фазовых контактов; 2) изменяется степень гидратации клинкерных материалов; 3) стабилизируются зародыши гидратной фазы; 4) возможно образуются комплексные соединения при первоначальном воздействии, в результате чего временно задерживается гидратация минералов; 5) образуется за счет первоначального замедления гидратации больше длинноволокнистых гидросиликатов кальция, что приводит к повышению прочности за счет оптимизации структуры кристаллов; 6) оптимизируется структура пористости за счет дополнительного воздухововлечения или дисперсной газопоризации.

Добавки подразделяются на 2 вида: 1) Химические, вводимые в бетон в небольшом кол-ве (0,1-2%) и изменяющие в нужном напр-ии св-ва бе смеси и бе; 2) минеральные тонкомолотые добавки (5-25%) исп-т для экономии ц-а, получ-ия плотного бет, повышения стойкости бетона.

Химические добавки. Классификация хим. добавок на основе неорганических и орган. веществ и их св-ва приведены в ГОСТ 24211-2003 «Добавки для бе и строи р-ров. Общие и технические требования». Хим. добавки классифицируют по основному эффекту действия: 1) регулирующие св-ва бе см: пластифицирующие, т.е. увеличивающие подвижность; стабилизирующие, т.е. предупреждающие расслоение; водоудерживающие, уменьшающие водоотделение; 2) регулирующие схватывание бе см и твердение бе: ускоряющие или замедляющие схватывание; ускоряющие твердение; обеспечивающие твердение при отриц-х t (противоморозные); 3) регулирующие плотность и пористость бе см и бе: воздухововлекающие, газообразующие, пенообразующие, уплотняющие; 4) добавки-регуляторы деформации бе, расширяющие добавки; 5) повышающие защитные св-ва бе к стали, ингибиторы коррозии стали; 6) добавки-стабилизаторы, повышающие стойкость бе см против расслоения, снижающие растворо- и водоотделение; 7) придающие бе спец св-ва: гидрофобизирующие, т.е. уменьшающие смачивание бетона; антикоррозионные, противорадиационные, красящие, повышающие бактерицидные св-ва, электроизоляционные, электропроводящие и др.; 7) Добавки полифункционального действия (комплексные добавки), делятся на 5 групп: а) Смесь ПАВ и ЛСТ+СНВ (смола нейтрализованная воздухововлекающая), ПАЩ (пластиф-р адипиновый щелочной)+СПД (синетич поверхностно активная добавка) – они пластифицируют, ↑мрз, водонепроницаемость и коррозионную стойкость; б) Смесь ПАВ и электролитов: ГКЖ10 (кремнийоргинич соед-ия)+НК, ЛСТ+ГКЖ-94+СН (сульфат натрия) – высокая скорость твердения бе и высокая мрз, корроз стойкость; в) Смесь электролитов ННХК (нитрит-нитрат-хлорид Са), ХК (хлорид Са)+ НН (ингибитор) – сочетание ускорителей тв-ия и ингибиторов (против коррозии арм), осн-ое прим-ие – для зимнего бетонирования; г) Комплексные добавки на основе суперпластификаторов (СП): СП+ускоритель тв-ия (С-3+СН, 10-03+СН, С-3+ННХК, 10-03+ННХК) – сокращает на 20-40% время ТВО; СП+воздуховолек.доб. (С-3+СНВ, 10-03+ЛСТ+СНВ) – для ↑ мрз; д) Многокомпонентные комплексы, предназначенные для спец. целей: ПАК+ЛСТ+СН – для получения безусадочных, расширяющихся бе; битумная эмульсия (битум БН 50%+ЛСТ 5%+вода 45% - облад-т гидрофобно-пластифицирующим эффектом, прим-ся для ↑ непроницаемости бетона (дозировка 5-7% от Ц).

Минеральные добавки – получают из природного (кремнезем, пемза, опока, туф) или техногенного сырья (золы, микрокремнезем, молотые шлаки). Степень измельчения <0,16 мм. Назначение: располагаясь вместе с цементом в пустотах зап-ля, уплотняют структуру бетона. В зав-ти от дисперсности минер. добавки делятся на: 1. мин. доб-разбавители цемента. Тонкость помола близка к тонкости помола цемента 0,2-0,5 м²/г (н-р, зола); 2. уплотнители – в 100 раз мельче частиц цемента (20-30 м² в 1 г порошка). Минер. добавки бывают: 1. активные (взаимодействие с Ca(OH)₂ при обычной t°); 2. инертные (не реагируют с Ca(OH)₂ при обычной t°).

Природные активные мин добавки – получ-т тонким измел-ием различных г.п. вулк-го происхождения (туф, вулканические пеплы, трассы) или осадочного происх. (опока, трепел, диатомит). Состоят в основном из аморфных кремнезема и глинозема.

Золы ТЭС – образ-ся при сжигании пылевидных (молотых) углей. Стекловидные частицы золы осаждаются в электрофильтрах и удаляются из них сухим (зола-уноса или зола сухого удаления) или мокрым способом (зола гидроудаления). Лучшей явл. зола-уноса. Хим состав золы-уноса: Fe₂O₃ 1-23%, SiO₂ 35-60%, Al₂O₃ 15-35%, CaO 1-30%. Размеры частиц золы: 1-100 микрон. Уд.пов-ть 0,15-0,3 м²/г. Средняя ρ=1,7-2,4 г/см³, насыпная ρ=600-1300 кг/м³.

Шлаки доменные. В тонкоизмельченном состоянии (2500-3500 см²/г) явл. хорошей мин добавкой. Степень гидравл-ой активности шлака характеризует модуль основности М₀= (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) или модуль активности М_а= Al₂O₃/SiO₂. Если М₀≥1 – шлаки основные, если М₀<1 – кислые. С ↑ М₀ и М_а гидравл активность доменных шлаков ↑, как и с ↑ тонкости помола. Добавление шлаков к ц существенно влияет на структурообразование ц-го камня, делая её более компактной.

Микрокремнезём (МК) – это отход пр-ва кремнийсодержащих сплавов: ферросилиций, кристаллический кремний и др. В процессе плавления шихты и восстановления кварца при t>1800°С образ-ся газообразный кремний, кот. при охлаждении и контакте с воздухом окисляется до SiO₂ и конденсируется в виде сверхмелких частиц кремнезема. Содержание SiO₂ в МК 85-98%. Размер частиц 0,1-0,5 микрон. Уд.пов-ть 18-25 м²/г. В сухом виде из-за сверх высокой дисперсности насыпная ρ=0,15-0,2 т/м³ (не уплотняется со временем). Перевозят в виде пульпы (увлажненный) и прим-т в таком же виде. Сейчас применяют брикетирование. Расход МК в бе не менее 5% от Ц (5-15%).

Органоминеральные добавки (ОМД). Микрокремнезем отличается высокой водопотредностью: в равноподвижных смесях на каждый кг введенного МК расход воды ↑ на 1 л, поэтому его прим-т совместно с суперпластификатором (СП). МБ-01 (6-12%С-3+МК+регулятор тв-ия фосфорорганический комплексон) – комплексный модификатор структуры и св-в бе, повышающий сохраняемость консистенции бе см, полус-ся бе низкой проницаемости и высокой долговечности и прочности. Выпускается в виде гранул (около 100 микрон), насыпная ρ=750-800 кг/м³. МБ-С (С-3+МК+зола-унос) – замена части МК более доступной золой-уноса не дает заметного снижения эффективности добавки. ОМД выпуск-ся в порошкообразном виде, что облегчает их введение в бе см при ее приготовлении.

34. Легкие бетоны на пористых заполнителях, характеристика, свойства.

ЛБ на пористых заполнителях:

1. По виду заполнителя:

- искусст-е (керамзит, вермикулит, аглопорит, шлаковая пемза (термозит), вспученные гранулы полистирола);

- природные (туф, пемза, ракушечник) – не применяются.

2. По плотности:

- особо легкие теплоизоляц-е (ρ<500кг/м³, R_сж=1,5 МПа и <);

- легкие (500<ρ<1800кг/м³, R_сж=2,5…30 МПа):

*конструктивно-теплоизоляц-е(500<ρ<1400кг/м³, R_сж=2…10МПа);

*конструктивные (1400<ρ<1800кг/м³, R_сж=10…30 МПа).

3. По структуре:

- плотные (обычные) – раствор на тяж. или легком П полностью заполняет межзерновые пустоты крупного заполн-ля;

- поризованные – растворную часть вспучивают с помощью пенно- или газообразующих добавок;

- крупнопористые – без П, межзерновые пустоты не заполнены.

Прочночть ЛБ как и для обычных б. зависит от В/Ц, т.е. от прочности цем.камня, скрепляющего зерна зап-ля в единый монолит, и от прочности пористых зап-лей (бе на зап-лях с разной прочностью имеют разную прочность): каждый вид крупного зап-ля позволяет получать бе только до опр-ой прочности, по достижении кот дальнейшее увелич-ие прочности р-ра не приводит к заметному ↑ прочности бе).

Прочность ЛБ зависит еще и от концентрации легкого зап-ля (объема легкого запол-ля в 1 м³ бе).

Рис. Влияние прочн керамзитового гравия и р-ра на прочн керамзитобетона: 1-прочн керамзита =7МПа; 2-то же =5МПа; 3-то же =4МПа; 4-то же =3МПа; 5-то же =2МПа.

При большой разнице м/ду прочностью растворной части б. и прочностью легкого зап-ля, увелич-е концентрации зап-ля приводит к ↓ прочности ЛБ.

При определении состава ЛБ на пористых зап-лях приходится учит-ть все 3 особен-ти влияния зап-ля на прочность бе, поэтому расчет проводят не на основе единой формулы или графика, а на основе данных ряда таблиц и поправочных коэф-в, составл-х с учетом этих особен-тей.

Пористый зап-ль изменяет деформативные св-ва бе. Уменьшается модуль упругости бе и тем больше, чем деформативнее зап-ль и выше его содержание.

Важным св-вом ЛБ явл-ся теплопроводность. Увеличение содерж-я легкого зап-ля, уменьшение его плотности улучшают тепло-физич.св-ва ЛБ (но это приводит к уменьш-ю прочности ЛБ). На практике ищут такое оптимал-е соотношение в св-вах исх-х м-лов и бе, и так подбирают состав бе, чтобы его необх-е св-ва достигались наилучшим образом при минимальном расходе ц-а.

Пористые зап-ли в силу значит-го водопоглощ-я, отсасывают из ц-го р-ра часть воды в первые 10-15 мин после приготовл-я бет.см. Кол-во поглощенной воды возрастает в литых смесях и уменьш-ся в жестких бет.см. Обычно величина поглощения воды пористого зап-ля в бе смеси на 30-50% ниже водопоглащения в воде (сказыв-ся влияние водоудерживающей способности ц-го теста). Поэтому для сохр-я подвиж-ти бет.см.приходится увелич-ть расход воды. Это увелич-е будет тем больше, чем выше водопотреб-ть заполн-ля и его расход. Водопогл-е пористого запол-ля существ-но влияет на водоудержив-ую способ-ть бет.см., уменьшая расслаиваемость литых и подвижных смесей и позволяя применять смеси с высоким В/Ц. Это улучшаяет теплоизоляц-е св-ва бе.

На первом этапе структурообразования ц-го теста пористые зап-ли, отсасывая влагу, способствуют получению более плотного и прочного контактного слоя ц-го камня. На втором этапе при уменьш-и кол-ва воды в цем.камне, вследствие гидратации Ц, пористые запол-ли возвращ-т ранее поглощ-ю воду, создавая благоприятные усл-я для протекания гидратации Ц и уменьшая усадочные явления в цем.камне.

Пористый запол-ль сост. из зерен неправ.формы (кроме керамзита) с сильно развитой поверх-тью и обладает в силу этого увеличенным объемом межзерновых пустот. Для заполнения этих пустот и создания достаточной смазки м/ду зернам зап-ля с целью создания нерасслаиваемых и удобообрабатываемых смесей требуется в 1,5-2 раза больше цем.теста, чем при прим-ии плотных тяжелых зап-лей.

БИЛЕТ № 6