ХИМИЧЕСКИЕ ДОБАВКИ К БЕТОНАМ ¡ ¡ ¡ Классификация

ХИМИЧЕСКИЕ ДОБАВКИ К БЕТОНАМ ¡ ¡ ¡ Классификация химических добавок. Эффективность применения добавок в бетонах. Поверхностно-активные вещества (ПАВ). Ускорители и замедлители схватывания и твердения бетона. Противоморозные добавки. Комплексные химические добавки.

Состав бетонной смеси Портландцемент Вода Минеральные добавки Добавки Заполнители Химические добавки Бетонная смесь Для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии вяжущего применяют различные химические добавки, вводимые в бетон в небольшом количестве (0, 1… 2% от массы цемента), и изменяющие в нужном направлении свойства бетонной смеси и бетона, а также тонкомолотые добавки-наполнители (5… 20% и более), использующиеся для экономии цемента, получения плотного бетона при малых расходах цемента, повышения стойкости бетона.

Классификация химических добавок ДСТУ Б В. 2. 7 -65 -97 Будівельні матеріали. ДОБАВКИ ДЛЯ БЕТОНІВ І БУДІВЕЛЬНИХ РОЗЧИНІВ. КЛАСИФІКАЦІЯ Добавки, регулирующие свойства бетонных и растворных смесей: а) пластифицирующие: - пластифицирующие I группы (суперпластификаторы); - пластифицирующие II группы (сильнопластифицирующие); - пластифицирующие III группы (среднепластифицирующие); - пластифицирующие IV группы (слабопластифицирующие); б) стабилизирующие; в) водоудерживающие; г) улучшающие перекачиваемость; д) регулирующие сохраняемость бетонных смесей; е) замедляющие схватывание; ж) ускоряющие схватывание; з) поризующие (для легких бетонов): - воздухововлекающие, - пенообразующие, - газообразующие.

Классификация химических добавок ДСТУ Б В. 2. 7 -65 -97 Будівельні матеріали. ДОБАВКИ ДЛЯ БЕТОНІВ І БУДІВЕЛЬНИХ РОЗЧИНІВ. КЛАСИФІКАЦІЯ Добавки, регулирующие твердение бетонов и растворов : - замедляющие твердение; - ускоряющие твердение. ); Добавки, повышающие прочность и (или) коррозионную стойкость, морозостойкость бетона и железобетона, снижающие проницаемость бетона: - водоредуцирующие I, III, IV групп; - кольматирующие; - газообразующие; - воздухововлекающие; - повышающие защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре (ингибиторы коррозии стали). Добавки, придающие бетонам и растворам специальные свойства: - противоморозные (обеспечивающие твердение при отрицательных температурах); - гидрофобизирующие I, II и III групп.

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДОБАВОК В БЕТОНАХ И РАСТВОРАХ Вид добавки Пластифицирующие Стабилизирующие Критерий эффективности Увеличение подвижности бетонной смеси без снижения прочности бетона Показатель раствороотделения бетонной смеси с осадкой конуса от 20 см до 22 см не более 4 % Водоудерживающие Водоотделение бетонной смеси с осадкой конуса от 20 см до 22 см не более 0, 8 % Улучшающие перекачиваемостъ Снижение давления материала в трубопроводе бетононасоса на 20% Замедляющие схватывание Увеличение в 2 и более раза времени потери подвижности бетонной и растворной смеси

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДОБАВОК В БЕТОНАХ И РАСТВОРАХ Вид добавки Ускоряющие схватывание Критерий эффективности Ускорение схватывания на 25 % и более при температуре окружающего воздуха (20± 2)°С Воздухововлекающие (для легких бетонов) Требуемый объем вовлеченного воздуха в пределах от 6% до 15% при плотной структуре бетона Пенообразующие (для легких бетонов) Объем воздуха, введенного в бетонную смесь с заранее приготовленной пеной, в пределах 10 -25 % с получением поризованной структуры бетона. Газообразующие (для легких бетонов) Требуемый объем газа, образующегося в бетонной смеси за счет газообразования, - от 15 % до 25 %. Ускоряющие твердение Повышение прочности бетона и строительного раствора на 20 % и более в возрасте 1 суток нормального твердения

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДОБАВОК В БЕТОНАХ И РАСТВОРАХ Вид добавки Критерий эффективности Замедляющие твердение Снижение прочности бетона и раствора на 30 % и более в возрасте до 7 суток Водоредуцирующие Снижение расхода воды. Повышение прочности бетона и раствора. Повышение марки бетона по водонепроницаемости Кольматирующие Газообразующие Воздухововлекающие Повышение марки бетона по водонепроницаемости Объем выделившегося газа в уплотненной бетонной и растворной смеси - от 1, 5 % до 3, 5 %. Повышение морозостойкости бетона Воздухосодержание в уплотненной бетонной смеси - от 2 % до 5 % (по объему). Повышение морозостойкости бетона

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДОБАВОК В БЕТОНАХ И РАСТВОРАХ Вид добавки Повышающие защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре Противоморозные Гидрофобизирующие Критерий эффективности Обеспечение значения тока пассивации стали не менее 10 м. А/см 2 потенциала пассивации стали не менее минус 450 м. В Обеспечение твердения бетона и раствора при температуре минус (15± 5)град. С с набором прочности 30% и более от прочности в возрасте 28 суток нормального твердения Снижение водопоглощения бетона и раствора

Схема действия водопонизителей на бетонную смесь и бетон Без добавок С добавками (+цемент) прочности Для увеличения Меньше В/Ц, выше прочность и долговечность; выше усадка и тепловыделение; та же подвижность ти с но я Дл (- вода - цемент) (+вода +цемент) подвижности Дл я Для увеличения оч пр я ни ) е да ич л во ве (у Для экономии цемента Контрольный бетон Та же прочность; выше усадка и тепловыделение; выше подвижность Меньше В/Ц, выше прочность и долговечность; та же подвижность бе Те же прочность, долговечность и подвижность; ниже усадка и тепловыделение по вы ше зи ни зм яп ен од ен ви ия жн со ос ст ти ав а) Те же прочность и долговечность, выше подвижность

ИСТОРИЯ ПЛАСТИФИКАТОРОВ И СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ 1938

ЛИГНОСУЛЬФОНАТ LGS LS Кальциевые (натриевые) соли лигносульфоновых кислот Получают в виде смолоподобного продукта при гидролизе древесины на целлюлозно-бумажных комбинатах OH OH Мср. =20 000 -30 000 (от нескольких сот до 100 000 С С H O С SO 3 Na - HO OCH 3 отрицательно заряженная группа Технические лигносульфонаты, используемые в качестве водопонижающих добавок, содержат до 30% углеводов (редуцирующие вещества или редуцирующие сахара). - - Патент США N. 2, 141, 570 27 декабря 1938 Джейкоб Марк - n

ИСТОРИЯ ПЛАСТИФИКАТОРОВ И СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ 60

НАФТАЛИНСУЛЬФОНАТ PNS BNS NSFC βNS NS Конденсация полимера между нафталинсульфоновой кислотой и формальдегидом - - - Британский патент N. 1391818 Кеничи Хаттори (KAO Corp. ) - n

КОНДЕНСАТ МЕЛАМИН СУЛЬФОНАТА MS MSFC Конденсация полимеров между меламин сульфонатом и формальдегидом - - - CH 2 SO 3 Na N N N OCH 2 HN N NH CH 2 N - CH 2 SO 3 Na OCH 2 HN CH 2 SO 3 Na N NH CH 2 OCH 2 HN NH CH 2 N OCH 2 HN N NH CH 2 N N - CH 2 SO 3 Na Немецкий патент № 1745441 Айгнесбергер (SKW) n

ИСТОРИЯ ПЛАСТИФИКАТОРОВ И СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ ИЕ 93 ЛЕН В 19 КО РО 6 Е ПОКАТО 93 РО ФИ 1 ТО ТИ В С И ЛА Е О РП РВ ПЕ ПЕ СУ 1994

В 1994 компания MAPEI впервые в Европе начала производство MAPEFLUID X 404 Сополимер акриловых кислот и акриловых этоксилированных эфиров С MAPEFLUID X 404 началось третье поколение суперпластификаторов в Европе

Разные технологии могут быть использованы для производства такого класса молекул - - Поликарбоксилаты - Полиэфиры - Акрилаты CAE PCA PCE

Ключевые отличия полимеров: - - -длина основной цепи; - -длина боковой цепи; - - - -плотность заряда основной цепи - - -

РЕОЛОГИЯ ЦЕМЕНТНОЙ ПАСТЫ БЕЗ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА + + - + Потенциальная энергия - - + + - + - - + + - ОТТАЛКИВАНИЕ Растояние ПРИТЯЖЕНИЕ

РЕОЛОГИЯ ЦЕМЕНТНОЙ ПАСТЫ БЕЗ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА Потенциальная энергия + + - - +ФЛОККУЛЯЦИЯ + + -+ + + ОТТАЛКИВАНИЕ Растояние ПРИТЯЖЕНИЕ ВЫСОКАЯ ВЯЗКОСТЬ

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ ПЕРВОГО И ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЙ ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ЧАСТИЦ ЦЕМЕНТА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМ ОТТАЛКИВАНИЕМ Сульфоновые группы АДСОРБЦИЯ (отрицательно заряженные) “анкерные группы” Основная цепь полимера Частица цемента

РЕОЛОГИЯ ЦЕМЕНТНОЙ ПАСТЫ С СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРАМИ ПЕРВОГО И ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ - -- - - - -- - - - - -- - -- - ----- - - - -- Потенциальная энергия -- - ----- - - - -- -- -- - --- - - -- - - - -- ОТТАЛКИВАНИЕ Растояние ПРИТЯЖЕНИЕ

РЕОЛОГИЯ ЦЕМЕНТНОЙ ПАСТЫ С СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРАМИ ПЕРВОГО И ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ ОТТАЛКИВАНИЕ Растояние ПРИТЯЖЕНИЕ НИЗКАЯ ВЯЗКОСТЬ -- - - -- - -- - -- - - - -- - ----- - - - -- Потенциальная энергия -- - ----- - - - -- -- -- - --- - - -- - - - -- ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ОТТАЛКИВАНИЕ

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ЧАСТИЦ ЦЕМЕНТА ЭЛЕКТРОСТЕРИЧЕСКИМ ОТТАЛКИВАНИЕМ Карбоксилатные группы Основная цепь (отрицательнозаряженные) полимера “анкерные группы” Нейтральная боковая цепь “пространственные пружины” АДСОРБЦИЯ Цементная гранула

РЕОЛОГИЯ ЦЕМЕНТНОЙ ПАСТЫ С СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРАМИ ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ - -- -- -- - - -- - - -- -- - - -- - Потенциальная энергия --- - --- ОТТАЛКИВАНИЕ Растояние ПРИТЯЖЕНИЕ

РЕОЛОГИЯ ЦЕМЕНТНОЙ ПАСТЫ С ПЛАСТИФИКАТОРАМИ ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ - - - -- -- -- - - --- -- - Potential Energy - -- - -- - -- ЭЛЕКТРОСТЕРИЧЕСКОЕ ОТТАЛКИВАНИЕ --- --- Одновремен-ное - -- - - присутствие -- отрицательно заряженных и неионных групп в молекуле полимера повышает его диспергирующую способность ОТТАЛКИВАНИЕ Растояние ПРИТЯЖЕНИЕ НИЗКАЯ ВЯЗКОСТЬ

Ранний набор прочности Сборный Ж/Б NRG СИСТЕМА DYNAMON SP Товарный бетон SX SR Сохранение удобоукладываемости

Классификация и относительная стоимость СП Классификация СП Относительная стоимость полимера, % по составу по основному эффекту в механизме действия СНФ На основе сульфированных нафталин– формальдегидных поликонденсатов электростатический 40 СМФ На основе сульфированных меламин –формальдегидных поликонденсатов электростатический 80 МЛСТ На основе очищенных от сахаров лигносульфонатов (модифицированные лигносульфонаты) электростатический 20 Обозначение На основе

Гидрофобизирующие ПАВ Основной признак гидрофобизирующих ПАВ – резкая асимметрия их молекул. Для гидрофобизирующих ПАВ физическая адсорбция обычно является только первой стадией, за которой следует основная для них – хемосорбция или даже химическая реакция в объеме. В результате углеводородная неполярная гидрофобизирующая часть молекулы добавки оказывается прочно фиксированной на поверхности твердой фазы. Благодаря наличию полярных групп молекулы поверхностно-активных гидрофобных добавок концентрируются на поверхности раздела фаз «воздухжидкость» , с полярными группами в жидкости и неполярными частями вне ее. При перемешивании бетонной смеси вовлекается воздух в виде пузырьков, однако в отсутствие добавок ПАВ большинство их разрушается из-за поверхностного натяжения воды. Воздухововлекающие добавки снижают поверхностное натяжение и стабилизируют мельчайшие пузырьки воздуха в цементном тесте. Внутренняя поверхность пузырька, таким образом, состоит из гидрофобного вещества, образованного неполярными частями молекул, которые действуют как барьер проникновению воды в период перемешивания или укладки бетонной смеси.

Гидрофобизирующие ПАВ + -- - - - + + +- - - + + -+ - + + + - -+ 4 3 + + - 2 - 1 - --