""

Поликарбоксилаты добавка в бетон

«Бетон с акцентом: что мешает стройкам перейти на российскую химию»

Не секрет, что одним из обязательных условий при изготовлении высокопрочных бетонов является использование химических добавок. Как правило, это дорогостоящие материалы, технология производства которых запатентована зарубежными производителями. Что мешает бизнесу перейти на российские аналоги и почему в сфере строительной химии не работает импортозамещение, разбирался корреспондент Ради Дома PRO.

Сегодня в развитых странах весь применяемый в строительстве бетон содержит различные химические добавки. Они помогают регулировать свойства бетонных смесей на стадии изготовления, транспортировки и укладки. С помощью добавок можно повысить прочность, водонепроницаемость, морозостойкость бетона, ускорить процесс затвердевание смеси и т.д.

По данным маркетингового агентства Step-By-Step за 2007 год, в России больше 80% бетона производилось с применением добавок, в то время как в европейских странах этот показатель составляет почти 100%. «Есть добавки на основе лигносульфоната нафталина, которые использовались у нас еще с советских времен. А сейчас широко распространены поликарбоксилаты — это то, что к нам пришло из Европы. Они позволяют получать бетоны с более высокими характеристиками», — говорит и.о. руководителя испытательно-исследовательского Центра строительных материалов, изделий и конструкций ГУП НИИ Мосстрой Алевтина Ролдугина.

Нафталин против поликарбоксилата

Поликарбоксилаты — суперпластификаторы нового поколения, которые делают бетонную смесь более связной и плотной, — стали активно использоваться в строительстве с начала 2000-х годов. Именно с этими добавками связывается будущее строительной отрасли. Крупнейшие западные производители почти полностью перешли на поликарбоксилаты, однако в России по-прежнему велика потребность в традиционных добавках — на основе нафталинсульфонатов и лигносульфонатов. По словам Максима Закржевского, руководителя направления «Добавки в бетон» концерна BASF, крупнейшего международного производителя химических добавок, придя в Россию, компания переформатировала свою стратегию под местные реалии. «Когда мы выходили на рынок, 100% нашей реализации составляли добавки на основе поликарбоксилатов. Сейчас доли традиционных добавок и поликарбоксилатов абсолютно разные, они разнятся от сезона к сезону. Однако все равно на территории России большую часть реализации занимают добавки на основе нафталинсульфоната и лигносульфоната, но все чаще ведущие производители товарного бетона и железобетонных конструкций делают выбор в пользу применения добавок на основе эфиров поликарбоксилатов», — рассказал Закржевский.

Нафталиновые пластификаторы для бетона дешевле и, соответственно, доступнее. Они могут использоваться и для составления модифицированных добавок: «Те же поликарбоксилаты смешивают с нафталинами — это более дешевая, более доступная ступень. Поликарбоксилаты стоят очень дорого, не все могут позволить себе с ними работать, и они закупаются на ответственные объекты — туда, где требуются очень высокопрочные смеси», — говорит Ролдугина.

По словам эксперта, качество сульфонатов для товарного бетона, известных еще со времен СССР (причем вне зависимости от того, отечественное производство или зарубежное) часто бывает довольно высоким, а использование в строительстве — вполне оправданным. В то же время с поставками нафталинов возникают свои трудности. Как признался Ради Дома PRO высокопоставленный сотрудник одного из российских заводов, раньше компания закупала нафталин на Украине, однако с началом боевых действий на Донбассе поставки были прекращены. Теперь завод ищет внутренних поставщиков, время от времени закупая сырье в Китае.

Чем утолить сырьевой голод

Проблема сырья наиболее остро стоит перед производителями не только когда речь идет о традиционных нафталинах. Те же поликарбоксилаты производятся исключительно на зарубежных заводах — европейских, китайских, корейских. В России синтезировать столь сложные полимеры пока не научились, поэтому вещества приходится импортировать. Соответственно, импортозамещение не работает.

«Производство поликарбоксилатов запатентовано. Помните, как «Сбербанк» пытался купить Opel за 500 миллионов? Технологии нам никто продавать не собирается, а если самим разрабатывать, то нужны годы, — говорит генеральный директор компании «Спектрстрой» Сергей Витив. — Инвестировать в это могут только организации, у которых есть гарантии. Мне, например, никто таких гарантий не дает. Я не думаю, что кто-то будет сильно рисковать, вкладывать во что-то новое, когда на рынке это уже есть. Если только в космосе мы строить не начнем».

Помимо недостатка гарантий в том, что продукт приживется, против отечественных производителей работает и другой фактор — царящая на рынке убежденность в том, что импортное по определению лучше. Увы, в большинстве случаем это правда. Как рассказал порталу представитель крупной российской компании-производителя, зарубежные игроки оказались более дальновидными, чем отечественные. «Они понимали, что хорошо работать напрямую с производителем бетона, с непосредственным «конечником» продукта. Также они очень серьезное внимание уделили институтам, которые занимаются проектированием, или проектным организациям и плотно с ними работали. Где-то кого-то вывезли на экскурсии, где-то что-то проплатили, оборудование дали. Где-то дали взятки. Я могу сказать, что в 80% всех крупных федеральных проектов прописаны добавки в основном импортного производства. Даже сейчас, когда идет программа импортозамещения, это все равно переламывается с трудом. Хотя есть аналогичные добавки нашего производства», — пояснил собеседник Ради Дома PRO.

Однако те, кто идет на риск, запуская собственное производство, все же есть. Один из них — ГК «Полипласт», занимающая более 50% российского рынка и активно торгующаяся на мировых рынках. «Наличие собственной сырьевой базы — актуальный для нашей компании вопрос, сейчас он находится в стадии активной разработки. В планах компании запуск производства добавок нового поколения на собственной поликарбоксилатной основе», — говорит директор московского представительства компании Сергей Архипов.

За бетон ответят университеты

Технология синтеза поликарбоксилата запатентована и держится в секрете, а для того, чтобы в России появились собственные разработки, нужны специалисты. Производители признаются, что квалифицированных кадров действительно не хватает. «Дело в том, что все, что было разработано в Советском Союзе, утекло в Европу, — рассуждает руководитель «Спектрстроя». — Приведу такой пример. У нас как-то сломалась одна деталь, и мы поехали в один институт в Дмитров, чтобы они помогли подобрать аналог. А они сказали: это наши разработки еще 1970-х годов. Просто все, что было, утекло за границу, и все запатентовано. Я часто общаюсь со специалистами этой отрасли, с профессорами. И почему-то многие живут в Германии, хотя не немцы, говорят по-русски и носят русские фамилии».

Как рассказал Ради Дома PRO представитель концерна BASF, который периодически читает в строительных вузах лекции на тему современных добавок в бетон, по уровню профессионализма российские разработчики пока уступают зарубежным. Однако ситуация постепенно меняется — силами самих же производителей. «Та база, которая есть на данный момент в ведущих вузах, активно обновляется, до студентов доносят новые технологии, которые сейчас есть на рынке. Об инновациях рассказывают в том числе производители, которые имеют контакты на различных кафедрах»», — констатирует Закржевский.

Впрочем, академическое сообщество на критику в адрес выпускников строительных вузов реагирует философски. «Это вопрос риторический. Мы можем начать с того, что стало хуже качество школьников, которых выпускает школа, — говорит заместитель заведующего кафедрой «Технологии вяжущих веществ и бетонов» МГСУ Ольга Александрова. — И потом, нельзя забывать, что мы перешли на Болонскую систему. Раньше мы учили студентов пять лет, а теперь мы их учим четыре года. Если они раньше диплом писали полгода, то теперь они его пишут два месяца. Вы сами понимаете, что тут уже не до жиру. Кроме того, сейчас все специалисты работают только на домостроении, и таких глобальных строек, которые были раньше, строек, где они могли бы применить свои навыки, — нет».

Высшее образовании — краеугольный камень, в который упираются те, кто задается вопросом о причине недостаточной компетенции наших специалистов. Тот же МГСУ обладает блестящей школой, сохранившейся с советских времен. Так, кафедрой технологии вяжущих руководит Юрий Баженов, один из ведущих российских ученых-специалистов по бетону. Однако для того, чтобы выпускники российских вузов могли создавать инновационные продукты, не уступающие европейским, нужно другое отношение к высшему образованию со стороны государства. И, разумеется, деньги, которые обеспечат ресурсы для создания собственной сырьевой базы. Но это — совсем другая история.

ПОЛИКАРБОКСИЛАТЫ: ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА

В последние годы в строительной практике при изготовлении бетонов нового поколения все большее применение находят высокоэффективные поликарбоксилатные суперпластификаторы. Они интенсивно исследуются многими ведущими фирмами, уже выпускающими в промышленных масштабах целый ряд подобных добавок, получивших коммерческое название «гиперпластификаторы», поскольку реальные возможности снижения водоцементного отношения (до 40%) и разжижения бетонной смеси у них значительно выше, чем у традиционных полиметиленнафталинсульфонатов (ПНС) и полиметиленмеламинсульфонатов (ПМС).

В основу молекулярного дизайна при создании высокоэффективных водорастворимых карбоцепных суперпластификаторов положена такая химическая модификация карбоксилсодержащих полимеров, которая позволяет ввести в эти макромолекулы длинные боковые олигоалкиленоксидные цепи через образование соответствующих сложноэфирных или амидных групп. Это обеспечивает практически неограниченные возможности контроля химического и физического поведения полимеров и их взаимодействия с цементными частицами посредством изменения длины основной и боковой цепи, электрических зарядов, плотности боковых цепей, свободных функциональных групп.

В литературе описаны многочисленные подобные карбоцепные полимеры, по форме макромолекулы получившие название «гребнеобразных».

В частности, особую роль эти суперпластификаторы приобрели при изготовлении самоуплотняющихся (8СС) и самонивелирующихся (8ЬС) бетонных смесей, реактивных порошковых бетонов (КРС), которые открывают новый весьма перспективный этап в технологии бетонов. Собственно, лишь с появлением поликарбоксилатных суперпластификаторов стало реальным широкое производство и применение этих модифицированных бетонов.

Читать еще:  Размер блока газобетона для стен дома

Как правило, основой карбоцепных полимеров служат акрилаты и метилметакрилаты. Впервые эти добавки были получены в начале 80-х годов и достаточно быстро завоевали заметное место на рынке. Строение их молекулы представлено на рисунке.

Здесь К! — Н, СН3; К2 — полиэфирные цепи; X — полярные (например, СМ) или ионные группы (например, 8О3).

В самом общем виде, химический состав современных поликарбоксилатных суперпластификаторов смешанной функциональности нового (уже четвертого с момента их появления) поколения можно представить следующей структурной формулой:

Однако, возможно использование и других мономеров. Так, например, химическое строение полученных российскими специалистами карбоксилсодержащих сополимеров оксиэтилированного аллилового спирта и малеиновой кислоты можно выразить следующей формулой:

Оптимизацию химического состава, молекулярной массы и молекулярно-массового распределения таких карбоксилсодержащих суперпластификаторов осуществляют, используя при синтезе бинарных сополимеров как индивидуальные производные оксиэтилированного аллилового спирта с различным числом звеньев окиси этилена, так и смеси этих производных, взятых в разных молекулярных соотношениях. В частности, варьирование температуры синтеза карбоцепных сополимеров и его продолжительности, концентрации мономерной смеси и инициатора радикальной полимеризации позволяет оптимизировать такие характеристики бинарных сополимеров, как молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение, а также выход готового продукта.

Как известно, механизм действия традиционных суперпластификаторов связан с их адсорбцией на гидратных новообразованиях (прежде всего, гидроалюминатах), причем продолжительность пластифицирующего действия обеспечивается избытком суперпластификатора в жидкой фазе. Образование адсорбционного слоя приводит к дефлокуляции, изменению электрокинетического потенциала и, как следствие, к увеличению объема дисперсионной среды и сил электростатического отталкивания.

В основе действия поликарбоксилатов лежит другой механизм — стерическое отталкивание боковых цепей адсорбированных макромолекул (см. рис.) при отсутствии ярко выраженного влияния ^-потенциала на пластифицирующую способность.

Важно подчеркнуть, что поликарбоксилаты адсорбируются преимущественно на гидросульфоалюминатах, но дальнейшее фазообразование приводит к практически полному подавлению пластифицирующего действия за счет «перекрывания» зон стерических эффектов. Таким образом, при «проектировании» молекулы суперпластификаторов важно учесть конкурентные скорости адсорбции и гидратации-фазообразования для того, чтобы обеспечить необходимую продолжительность их действия и, следовательно, сохраняемость бетонных смесей. Поэтому современные продукты содержат, как правило, молекулы нескольких типов, действие каждого из которых начинается в строго определенное время.

Оптимизация химической структуры поликарбоксилатов за счет применения нанотехнологий («сборки» молекул заданного строения) обеспечивает лучшее использование всего вводимого количества суперпластификаторов, что заметно снижает их дозировку, а также позволяет минимизировать их чувствительность по отношению к химическому составу цемента. Так, например, уменьшение водопотребности бетонной смеси определяется электрическими зарядами и боковыми цепями, сохраняемость, связанная со скоростью адсорбции полимеров на частицах цемента, — функциональными мономерами, а развитие ранней прочности бетона — формой (конфигурацией) полимерной молекулы, в целом.

Следует иметь в виду еще один важный аспект, связанный с использованием поликарбоксилатов. Эти продукты имеют достаточно высокую поверхностную на границе раздела «жидкость-газ», т.е. проявляют заметное воздухововлекающее действие. Поэтому все промышленные формы поликарбоксилатных суперпластификаторов содержат компоненты, подавляющие этот эффект!’Это важно учитывать, если появляется необходимость применения воздухововлекающих добавок для повышения морозостойкости бетона, поскольку при этом можно использовать только специальные их виды.

Другой особенностью проектирования состава бетона с поликарбоксилатами является необходимость увеличения доли песка в смеси заполнителей и особые требования к гранулометрии заполнителей, в целом.

Поликарбоксилаты обеспечивают весьма высокую сохраняемость бетонной смеси, что делает их весьма привлекательными для монолитного строительства и при продолжительном транспортировании бетонной смеси. В то же время, отсутствие заметного влияния специальных видов поликарбоксилатов на кинетику твердения в процессе ТВО открывает перспективу их применения и в индустрии сборного железобетона. Понятно, что подход к «конструированию» их молекулы при этом меняется: в первом случае важно замедлить схватывание и ускорить набор прочности сразу после укладки, а во втором — обеспечить хорошую удобоукладываемость при максимальном снижении водосодержания бетонной смеси, что, в свою очередь, обеспечивает высокую скорость твердения и значительное повышение прочности бетона.

Эти новые возможности позволили развить концепцию всеобъемлющего контроля характеристик бетона (То1а1 РегГогтапсе СоШго! — ТРС), начиная от реологии свежеприготовленной смеси и заканчивая долговечностью и другими строительно-техническими свойствами конструкции, а также придти к новому рубежу -направленному синтезу «адаптивных», приспособленных к требованиям технологии и исходным материалам, поликарбоксилатов («ТаПог» тас!е Рпх1ис1:8).

Это особенно важно в условиях, когда, в силу известных и понятных причин, значительно возрастает объем применения смешанных цементов, минеральных добавок, наполнителей, вторичного сырья («зеленых» цементов и бетонов), наноматериалов и других продуктов, заметно повышающих адсорбцирнную емкость твердой фазы.

Три других новых направления развития поликарбоксилатов — создание «сшитых», «гиперразветвленных» и гибридных («привитых») продуктов. Схематически эти новые «семейства» изображены на рисунках.

«Сшитые» поликарбоксилаты за счет регулирования скорости гидролитического расщепления двух основных цепей в щелочной среде позволяют в очень широком диапазоне регулировать сохраняемость бетонной смеси, поскольку количество «активного» продукта в жидкой фазе может постоянно «подпитываться» при конвертировании основного продукта в «нормальные» поликарбоксилатные гиперпластификаторы.

Годовое потребление поликарбоксилатов в мировой промышленности строительных материалов составляет сегодня около 150 тыс. т (для сравнения: суммарное потребление ПНС и ПМС — 550 тыс.т, а лигносульфонатов — 700 тыс.т), однако несомненно, что с учетом всех возможностей этих продуктов и существующей сырьевой базы — это только начало.

Все, что нужно знать о суперпластификаторах, или как уменьшить расход цемента

Стандартный состав бетона ограничен в компонентах, из-за чего легко подвергается негативному влиянию внешних и внутренних факторов. В то же время современное строительство требует применения материалов с лучшими характеристиками прочности, долговечности и устойчивости к агрессивным воздействиям и реагентам. В отношении бетона добиться этого помогает в том числе и добавка суперпластификатор, которая позволяет придать смеси или раствору нужные свойства.

Что такое суперпластификатор

Суперпластификатором называют химическую добавку, которую вводят в цементную или бетонную смесь с целью улучшить ее физико-химические характеристики. Иначе добавку еще называют модификатором или присадкой.

Поскольку скорректировать основной состав бетона нельзя, использование суперпластификаторов становится хорошим способом улучшения его характеристик. Они не меняют основные компоненты (цемент, воду, песок), а лишь придают смеси дополнительные качества.

Обратите внимание: наиболее распространенными модификаторами сегодня являются поверхностно-активные вещества (ПАВ). На их основе можно получать практически любые типы добавок, но наиболее эффективными считаются суперпластификаторы и гиперпластификаторы.

Из чего состоят суперпластификаторы

В составе суперпластификаторов присутствуют органические или неорганические соединения и их комбинации. В качестве основы присадок могут использоваться:

лигносульфонаты, очищенные от сахаров;

сульфированный нафталинформальдегидный поликонденсат и пр.

Наиболее эффективными считают полиакрилаты, который имеют небольшой расход. Как и поликарбоксилаты, они стоят дороже остальных видов суперпластифицирующих добавок, поэтому их рекомендуют совмещать с другими пластификаторами.

На заметку: к плюсам поликарбоксилатов относят и высокую сохраняемость бетонных смесей. Это особенно важно в монолитном строительстве и длительной транспортировке бетонных смесей.

В качестве примера популярного суперпластификатора можно привести CemPlast. Как и в большинстве классических добавок этой группы, его основу составляет полиметиленнафталинсульфонат натрия. Дополнительно в составе есть сульфат натрия и вода. Сама присадка представляет собой мутную жидкость светло-коричневого оттенка.

В целом, по форме выпуска суперпластификаторы бывают представлены:

Химическими веществами, которые вводят в смесь в небольшом количестве. В эту категорию относится и суперпластифицирующая присадка CemPlast, которая действует направленно на свойства смеси.

Тонкомолотыми материалами: золой, песком, шлаками, отходами камнедробления. Их концентрация в составе бетонной смеси ограничивается 5-20%, а целью использования является экономия вяжущего и получение более плотного состава.

Классификация суперпластификаторов

Современные добавки для бетона представлены в очень большом количестве. Чтобы упорядочить информацию о них и облегчить выбор конкретной присадки, на законодательном уровне была предложена основная классификация добавок. Ее положили в основу ГОСТа 24211-03 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия». В этом документе в зависимости от основного эффекта действия представлены следующие классы модификаторов:

Для регуляции свойств бетонных и растворных смесей. Такие присадки могут улучшать перекачивание бетона или сохраняемость смесей, замедлять или ускорять схватывание, увеличивать пористость и пр.

Для контроля твердения бетонов и растворов: замедлители и ускорители этого процесса.

Для повышения прочности, стойкости к коррозии и (или) морозостойкости железобетона и бетона, а также понижения проницаемости последнего.

Для придания бетонам и растворам специальных свойств: противоморозные, гидрофобные, гидрофобизирующие и повышающие устойчивость к высолообразованию присадки.

По механизму действия

В основе механизма действия суперпластификаторов может лежать один из следующих эффектов:

Электростатический. Заключается в отталкивании частиц цемента от молекул присадки и выталкивании молекул воды из адсорбционного слоя на зернах цемента. В этом и заключается пластифицирующее действие.

Стерический. Этот эффект преобладает в действии полиакрилатов. Его суть в том, что молекулы добавки центральной частью соединяются с молекулами цемента, а боковыми «отростками» отталкиваются от них. За счет взаимного отталкивания значительно усиливается пластифицирующий эффект.

Область применения

Применение суперпластификаторов сегодня практически повсеместное. Трудно представить объекты, где используются «чистые» бетонные смеси без каких-либо добавок. Суперпластификаторы нашли широкое применение в много- и малоэтажном строительстве. Их часто используют и в частных условиях.

Основные сферы применения суперпластифицирующих добавок:

Изготовление товарного бетона (при нормальной или повышенной температуре).

Производство железобетонных конструкций нормального твердения.

Работа с бетонами высоких классов или на пористых заполнителях.

Изготовление густоармированных или особо ответственных конструкций.

Приготовление ремонтных растворов.

Изготовление шлакоблоков, тротуарной плитки и мелкоштучных изделий.

Работа с гидротехническим или дорожным бетоном.

Читать еще:  Сбор нагрузок на ленточный фундамент пример

Видео: изготовление тротуарной плитки

Эффект от применения добавок

Суперпластифицирующие добавки в первую очередь экономят цемент, за счет чего снижаются затраты на приготовление бетонной смеси. Экономия цементного порошка достигает 15% на 1 м3 смеси. Еще один эффект от подобных присадок – увеличение подвижности бетонной смеси. За счет этого с ней легче работать.

Важно, что при увеличении подвижности не страдает прочность железобетона. Такой эффект особенно ценится в монолитном строительстве, поскольку автобетононасосы могут работать со смесью подвижностью на уровне П4-П5.

Видео: проверка бетона на подвижность. Форма конус Абрамса

Другие эффекты суперпластификаторов:

Увеличение прочности на 25%.

Получение состава с высокой плотностью, что обеспечивает готовым конструкциям водонепроницаемость.

Повышение морозостойкости до F 300

Увеличение стойкости к трещинообразованию.

Снижение усадки при твердении.

Возможность без проблем заливать смесь в густоармированные конструкции (колонны, узкие опалубки и пр.)

Уменьшение количества воды до уровня, достаточного для полноценной гидратации цемента.

Получение смеси с марочной прочностью, которая будет больше марки цемента, использованного при затворении.

Увеличение сцепляемости с арматурой в 1,5 раза.

Все эти эффекты в условиях производства позволяют снизить температуру в сушильных камерах и сократить сроки пропаривания. В результате уменьшаются затраты на электроэнергию и уменьшается время изготовления, а еще повышается оборачиваемость формооснастки. В итоге значительно увеличиваются объемы производства.

Можно рассмотреть эффект от действия суперпластификаторов и на примере добавки CemPlast, которая:

Повышает удобоукладываемость бетонных и растворных смесей с П1 до П5, что позволяет укладывать их без вибрации.

Снижает их потребность в воде на 10-20%.

Увеличивает марочную прочность на 10-20% и раннюю на 10-25%.

Повышает живучесть смеси до 1,5-2 ч.

Увеличивает долговечность в 2-3 раза.

Исключает раннее расслоение и твердение бетонной смеси.

Видео: что происходит с бетонной смесью после добавления пластификатора С3

Видео: расплыв цементного теста с CemPlast, CemThermo и без добавки

Рекомендации по использованию

Суперпластификатор для бетона часто сочетают с другими добавками. Но в этом случае важно провести лабораторные испытания, чтобы опытным путем оптимизировать состав бетонной смеси и проверить ее свойства.

Дозировку присадки на 100 кг цемента определяют:

эксплуатационные характеристики бетонного раствора;

расчетная концентрация в вяжущем трехкальциевого алюмината;

К примеру, расход суперпластификатора CemPlast в зависимости от перечисленных факторов составляет от 0,6 до 1,2 л на 100 кг цемента. Стоимость такого количества добавки – всего 72-144 руб.

Работа с готовым жидким составом гораздо проще, чем с порошками. Достаточно залить добавку с жидкостью замеса в смеситель, после чего добавить сухие составляющие бетонной смеси и все тщательно перемешать.

Важно: перед применением обязательно прочтите инструкцию по применению, чтобы разбавить смесь в соответствии с рекомендациями производителя.

Замешивать раствор необходимо под навесом во избежание попадания атмосферных осадков. Резервуары для замешивания должны быть промытыми и чистыми.

Совет: при добавлении супер пластификатора со второй частью воды обеспечит цементной смеси наиболее пластифицирующий эффект.

Видео: пластификатор CemPlast

Отличия от других пластификаторов

Суперпластификаторы – это пластификаторы с модернизированным составом, в котором действующий компонент содержится в более высокой концентрации. Их производят, как правило, с применением:

нафталин-формальдегидных поликонденсатов (НФ);

меламино-формальдегидных поликонденсатов (МФ);

очищенных лигносульфонатов (ЛСТ).

Отличительная особенность суперпластификаторов в том, что их действие основано на электростатическом эффекте. В отличие от них гиперпластификаторы работают как раз на основании стерического эффекта, который в 2 раза сильнее, чем у пластификаторов. Еще одно их отличие в том, что они производятся на основе поликарбоксилатов (ПК) и полиакрилатов (ПА).

По оценкам некоторых экспертов характеристики суперпластификаторов примерно в 1,5-2 раза слабее, чем у гиперпластификаторов. Это объясняется как раз той разницей в эффекте, который лежит в основе действия добавок. Сила взаимного отталкивания частиц цемента при введении гиперпластификаторов почти в 2 раза больше, чем при использовании суперпластификаторов МФ и НФ. Таким образом, гиперпластификаторы снижают вязкость бетонной смеси при очень малой концентрации.

Техника безопасности

Согласно инструкции, при работе с присадкой необходимо соблюдать меры предосторожности. Нельзя допускать попадания добавки на кожу. Если это произошло, необходимо сразу промыть пораженные участки водой. При попадании в глаза их нужно сразу промыть большим количеством воды и обратиться к врачу.

Утилизировать состав необходимо согласно местным правилам. Ни в коем случае нельзя выливать добавку в воду, почву или канализацию.

Видео: приготовление бетонной смеси

Аналог для приготовления в домашних условиях

В бытовых условиях вместо суперпластификатора можно использовать всем известные вещества:

клей ПВА (поливинилацетат);

жидкое стекло (водные растворы силикатов натрия).

Самое главное – правильно выбрать пропорции, иначе из-за нарушения соотношения свойства бетонной смеси будут совсем не такими, какие нужны. Рекомендованные соотношения:

Гашеная известь – 1:1 для штукатурных работ внутри помещений и 1:6 снаружи.

Жидкое стекло – 2-10% от общей массы бетонной смеси.

Клей ПВА – 5-20 мл на 1 м3 раствора.

Видео: пластификатор или моющее средство?

Поликарбоксилаты добавка в бетон

Современная строительная индустрия предлагает ряд технических решений по улучшению качества бетона и бетонных работ. В частности, для повышения прочности бетона, снижения энергозатрат и трудоемкости бетонных работ в состав бетона вводят суперпластификаторы [1, 3, 6, 9]. Практика показала высокую эффективность применения синтетических суперпластификаторов на основе сульфированных меламин- и нафталинформальдегидных полимеров (MSF и NSF) [1, 6]. Однако, пластифицирующий эффект от применения суперпластификаторов MSF и NSF ограничен во времени вследствие их быстрой адсорбции. Быстрая потеря подвижности бетонных смесей затрудняет производство бетонных работ. Например, жизнеспособность литых бетонных смесей с суперпластификатором С-3 обычно не превышает 45 минут [7]. Для повышения периода жизнеспособности модифицированных бетонных смесей в состав суперпластификаторов NSF вводят регуляторы сохраняемости свойств. Увеличение периода сохраняемости консистенции бетонных смесей с суперпластификатором С-3 достигается за счет их комплексного использования с замедлителями схватывания, например с кормовой патокой или нитрилотриметиленфосфоновой кислотой [7]. При этом проявляется другой недостаток: применение комплексных суперпластификаторов NSF и MSF с регуляторами схватывания сдерживает рост ранней прочности бетона, увеличивает период оборачиваемости опалубки, что снижает темпы бетонных работ [4, 5].

Суперпластификаторы для бетона в России представлены как отечественными, так и иностранными производителями. Лидерами этого сегмента рынка являются швейцарский концерн Sika, испанский химконцерн Drizoro, немецкий концерн BASF. Для производства самоуплотняющихся бетонов сегодня применяются высокоэффективные суперпластификаторы на базе эфиров поликарбоксилатов – PCE суперпластификаторы [2, 3, 8, 9]. Их применение позволяет значительно увеличить время сохранения консистенции бетонных смесей. Принцип действия PCE суперпластификаторов основан на диспергировании вследствие стерического отталкивания [2, 3].

Целью исследования является сравнительное изучение влияния PСE суперпластификаторов на свойства и кинетику схватывания цементных паст.

Материалы и методы исследования

Исследовано влияние содержания добавок PCE суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430, Glenium C 323MIX и ускорителя твердения X-SEED 100 компании BASF на растекаемость, сроки схватывания и среднюю плотность цементных паст. В качестве вяжущего применялся портландцемент ЦЕМ 42,5Б производства ОАО «Мордовцемент». Добавки вводились в цементное тесто нормальной густоты при соотношении вода : цемент = 29,75 %. Содержание PСE суперпластификаторов в цементных пастах варьировалось от 0,1 до 2,0 % от массы цемента. Для контроля растекаемости цементных паст при постоянном водоцементном отношении 29,75 % применялся конус Хегерманна.

Результаты исследования и их обсуждение

На рис. 1 приведено влияние содержания исследуемых модифицирующих добавок на растекаемость цементных паст при постоянном водоцементном отношении. Исследования показали, что графики зависимости растекаемости цементных паст от содержания всех трех PСE суперпластификаторов (Glenium-51, Glenium ACE 430 и Glenium C323MIX) практически идентичны: разница в расплыве паст при использовании различных суперпластификаторов при равном их расходе не превышает ± 4,0 %.

При повышении содержания PCE суперпластификаторов растекаемость паст увеличивается. Интервал наиболее активного роста растекаемости соответствует повышению содержания PCE суперпластификаторов от 0,1 до 1,5 % от массы цемента: диаметр расплыва паст при испытании в конусе Хегерманна повышается со 120 до 370…400 мм, то есть увеличивается более чем в 3 раза.

Рис. 1. Влияние содержания суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430, Glenium C 323MIX и ускорителя твердения X-SEED 100 на растекаемость цементных паст при постоянном водоцементном отношении

При дальнейшем увеличении содержания PCE суперпластификаторов от 1,5 до 2,0 % от массы цемента прирост диаметра расплыва паст для каждой из трех добавок не превышает 10 %.

Исследования показали также, что 1 % ускорителя твердения X-SEED 100 не влияет на растекаемость цементных паст, однако его совместное применение с суперпластификатором Glenium ACE 430 (0,5 % от массы цемента) повышает растекаемость паст на 16 %. При содержании Glenium ACE 430 2 % от массы цемента введение ускорителя твердения не повлияло на величину растекаемости цементных паст.

Установлено, что с повышением содержания PCE суперпластификаторов не только повышается растекаемость паст, но и увеличивается период времени от момента затворения до конца их схватывания. На рис. 2 представлена зависимость конца схватывания цементных паст от вида и содержания добавок при постоянном водоцементном отношении.

Рис. 2. Влияние содержания суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430, Glenium C 323MIX-ускорителя твердения X-SEED 100 на конец схватывания цементных паст при постоянном водоцементном отношении

Анализ полученной зависимости показал, что влияние суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430 и Glenium C 323MIX на схватывание цементных паст практически не отличается. При минимальных дозировках суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430 и Glenium C 323MIX в пределах от 0,1 до 0,3 % от массы цемента конец схватывания наступает позднее на 9…35 минут в сравнении с немодифицированным составом. При дальнейшем повышении содержания суперпластификаторов период схватывания значительно увеличивается. Так, при дозировке добавок в количестве 0,5 % от массы цемента конец схватывания наступает позднее на 3,5…4,0 часа. Повышение содержания суперпластификаторов до 1,5 % увеличивает период времени от момента затворения до конца схватывания в сравнении с немодифицированным составом на 7,0…8,0 часов. При дальнейшем повышении содержания PCE суперпластификаторов от 1,5 до 2,0 % от массы цемента приращение времени до конца схватывания составляет 1 час.

Читать еще:  Плиты для забора из железобетона

Увеличение содержания ускорителя твердения X-SEED 100 от 0,5 до 2 % от массы цемента приводит к сокращению периода времени от момента затворения до конца схватывания на 17…40 минут, что составляет 5…12 % в сравнении с результатами, полученными при испытании немодифицированного состава.

Изучено схватывание цементного теста в условиях комплексного применения ускорителя твердения X-SEED 100 в количестве 1 % от массы цемента при варьировании содержания добавки Glenium ACE 430 от 0,5 до 2,0 % от массы цемента. Анализ результатов эксперимента свидетельствует о повышения влиянии ускорителя твердения X-SEED 100 на сокращение периода схватывания цементного теста в случае его использования в составе цементных паст, содержащих поликарбоксилатный суперпластификатор. Результаты испытания, приведенные на рис. 2, показали, что конец схватывания цементного теста наступает раньше на 3,0…3,5 часа в сравнении с таким же составом без ускорителя твердения.

На рис. 3 представлена зависимость средней плотности цементного камня от содержания модифицирующих добавок.

Исследования показали, что увеличение количества суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430 и Glenium C 323MIX в рецептуре цементных паст повышает их способность к самоуплотнению. В качестве критерия самоуплотнения рассмотрено изменение средней плотности исследуемых составов. Наибольшую способность к самоуплотнению проявил суперпластификатор Glenium-51. Увеличение содержания суперпластификатора Glenium-51 с 0,1 до 2,0 % от массы цемента повысило среднюю плотность цементного камня с 1920 до 2070 кг/м3.

Анализ рис. 3 показывает, что при повышении содержания в цементных пастах ускорителя твердения X-SEED 100 от 0 до 1,5 % от массы цемента средняя плотность цементного камня повышается с 1900 до 2000 кг/м3. Результаты исследования позволяют сделать вывод о существовании зависимости между увеличением периода схватывания и повышением средней плотности цементного камня с поликарбоксилатными суперпластификаторами.

Рис. 3. Влияние содержания суперпластификаторов Glenium-51, Glenium ACE 430, Glenium C 323MIX и ускорителя твердения X-SEED 100 на среднюю плотность цементного камня

Выводы

  1. Суперпластификаторы на основе поликарбоксилатных эфиров Glenium-51, Glenium ACE 430 и Glenium C 323MIX увеличивают растекаемость цементных паст и повышают их способность к самоуплотнению.
  2. Увеличение содержания суперпластификаторов на основе поликарбоксилатных эфиров Glenium-51, Glenium ACE 430 и Glenium C 323MIX от 0,1 до 2,0 % удлиняет период времени от момента затворения до конца схватывания от 6 до 14 часов и повышает среднюю плотность цементного камня c 1920 до 2070 кг/м3.
  3. Введение ускорителя твердения X-SEED 100 в цементные пасты, модифицированные суперпластификатором Glenium ACE 430, не снижает растекаемости цементных паст, но способствует сокращению периода схватывания на 3 часа.

Рецензенты:

Кондращенко В.И., д.т.н., профессор кафедры «Строительные материалы и технологии», ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения», г. Москва;

Салихов М.Г., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Автомобильные дороги», ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», г. Йошкар-Ола.

Поликарбоксилаты добавка в бетон

ПОЛИКАРБОКСИЛАТЫ: ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА

Фаликман В.Р., (Москва, Россия)

В последние годы в строительной практике при изготовлении бетонов нового поколения все большее применение находят высокоэффективные поликарбоксилатные суперпластификаторы. Они интенсивно исследуются многими ведущими фирмами, уже выпускающими в промышленных масштабах целый ряд подобных добавок, получивших коммерческое название «гиперпластификаторы», поскольку реальные возможности снижения водоцементного отношения (до 40%) и разжижения бетонной смеси у них значительно выше, чем у традиционных полиметиленнафталинсульфонатов (ПНС) и полиметиленмеламинсульфонатов (ПМС).

В основу молекулярного дизайна при создании высокоэффективных водорастворимых карбоцепных суперпластификаторов положена такая химическая модификация карбоксилсодержащих полимеров, которая позволяет ввести в эти макромолекулы длинные боковые олигоалкиленоксидные цепи через образование соответствующих сложноэфирных или амидных групп. Это обеспечивает практически неограниченные возможности контроля химического и физического поведения полимеров и их взаимодействия с цементными частицами посредством изменения длины основной и боковой цепи, электрических зарядов, плотности боковых цепей, свободных функциональных групп.

В литературе описаны многочисленные подобные карбоцепные полимеры, по форме макромолекулы получившие название «гребнеобразных».

В частности, особую роль эти суперпластификаторы приобрели при изготовлении самоуплотняющихся (8СС) и самонивелирующихся (8ЬС) бетонных смесей, реактивных порошковых бетонов (КРС), которые открывают новый весьма перспективный этап в технологии бетонов. Собственно, лишь с появлением поликарбоксилатных суперпластификаторов стало реальным широкое производство и применение этих модифицированных бетонов.

Как правило, основой карбоцепных полимеров служат акрилаты и метилметакрилаты. Впервые эти добавки были получены в начале 80-х годов и достаточно быстро завоевали заметное место на рынке. Строение их молекулы представлено на рисунке.

Здесь К! — Н, СН3; К2 — полиэфирные цепи; X — полярные (например, СМ) или ионные группы (например, 8О3).

В самом общем виде, химический состав современных поликарбоксилатных суперпластификаторов смешанной функциональности нового (уже четвертого с момента их появления) поколения можно представить следующей структурной формулой:

Однако, возможно использование и других мономеров. Так, например, химическое строение полученных российскими специалистами карбоксилсодержащих сополимеров оксиэтилированного аллилового спирта и малеиновой кислоты можно выразить следующей формулой:

Оптимизацию химического состава, молекулярной массы и молекулярно-массового распределения таких карбоксилсодержащих суперпластификаторов осуществляют, используя при синтезе бинарных сополимеров как индивидуальные производные оксиэтилированного аллилового спирта с различным числом звеньев окиси этилена, так и смеси этих производных, взятых в разных молекулярных соотношениях. В частности, варьирование температуры синтеза карбоцепных сополимеров и его продолжительности, концентрации мономерной смеси и инициатора радикальной полимеризации позволяет оптимизировать такие характеристики бинарных сополимеров, как молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение, а также выход готового продукта.

Как известно, механизм действия традиционных суперпластификаторов связан с их адсорбцией на гидратных новообразованиях (прежде всего, гидроалюминатах), причем продолжительность пластифицирующего действия обеспечивается избытком суперпластификатора в жидкой фазе. Образование адсорбционного слоя приводит к дефлокуляции, изменению электрокинетического потенциала и, как следствие, к увеличению объема дисперсионной среды и сил электростатического отталкивания.

В основе действия поликарбоксилатов лежит другой механизм — стерическое отталкивание боковых цепей адсорбированных макромолекул (см. рис.) при отсутствии ярко выраженного влияния ^-потенциала на пластифицирующую способность.

Важно подчеркнуть, что поликарбоксилаты адсорбируются преимущественно на гидросульфоалюминатах, но дальнейшее фазообразование приводит к практически полному подавлению пластифицирующего действия за счет «перекрывания» зон стерических эффектов. Таким образом, при «проектировании» молекулы суперпластификаторов важно учесть конкурентные скорости адсорбции и гидратации-фазообразования для того, чтобы обеспечить необходимую продолжительность их действия и, следовательно, сохраняемость бетонных смесей. Поэтому современные продукты содержат, как правило, молекулы нескольких типов, действие каждого из которых начинается в строго определенное время.

Оптимизация химической структуры поликарбоксилатов за счет применения нанотехнологий («сборки» молекул заданного строения) обеспечивает лучшее использование всего вводимого количества суперпластификаторов, что заметно снижает их дозировку, а также позволяет минимизировать их чувствительность по отношению к химическому составу цемента. Так, например, уменьшение водопотребности бетонной смеси определяется электрическими зарядами и боковыми цепями, сохраняемость, связанная со скоростью адсорбции полимеров на частицах цемента, — функциональными мономерами, а развитие ранней прочности бетона — формой (конфигурацией) полимерной молекулы, в целом.

Следует иметь в виду еще один важный аспект, связанный с использованием поликарбоксилатов. Эти продукты имеют достаточно высокую поверхностную на границе раздела «жидкость-газ», т.е. проявляют заметное воздухововлекающее действие. Поэтому все промышленные формы поликарбоксилатных суперпластификаторов содержат компоненты, подавляющие этот эффект!’Это важно учитывать, если появляется необходимость применения воздухововлекающих добавок для повышения морозостойкости бетона, поскольку при этом можно использовать только специальные их виды.

Другой особенностью проектирования состава бетона с поликарбоксилатами является необходимость увеличения доли песка в смеси заполнителей и особые требования к гранулометрии заполнителей, в целом.

Поликарбоксилаты обеспечивают весьма высокую сохраняемость бетонной смеси, что делает их весьма привлекательными для монолитного строительства и при продолжительном транспортировании бетонной смеси. В то же время, отсутствие заметного влияния специальных видов поликарбоксилатов на кинетику твердения в процессе ТВО открывает перспективу их применения и в индустрии сборного железобетона. Понятно, что подход к «конструированию» их молекулы при этом меняется: в первом случае важно замедлить схватывание и ускорить набор прочности сразу после укладки, а во втором — обеспечить хорошую удобоукладываемость при максимальном снижении водосодержания бетонной смеси, что, в свою очередь, обеспечивает высокую скорость твердения и значительное повышение прочности бетона.

Эти новые возможности позволили развить концепцию всеобъемлющего контроля характеристик бетона (То1а1 РегГогтапсе СоШго! — ТРС), начиная от реологии свежеприготовленной смеси и заканчивая долговечностью и другими строительно-техническими свойствами конструкции, а также придти к новому рубежу -направленному синтезу «адаптивных», приспособленных к требованиям технологии и исходным материалам, поликарбоксилатов («ТаПог» тас!е Рпх1ис1:8).

Это особенно важно в условиях, когда, в силу известных и понятных причин, значительно возрастает объем применения смешанных цементов, минеральных добавок, наполнителей, вторичного сырья («зеленых» цементов и бетонов), наноматериалов и других продуктов, заметно повышающих адсорбцирнную емкость твердой фазы.

Три других новых направления развития поликарбоксилатов — создание «сшитых», «гиперразветвленных» и гибридных («привитых») продуктов. Схематически эти новые «семейства» изображены на рисунках.

«Сшитые» поликарбоксилаты за счет регулирования скорости гидролитического расщепления двух основных цепей в щелочной среде позволяют в очень широком диапазоне регулировать сохраняемость бетонной смеси, поскольку количество «активного» продукта в жидкой фазе может постоянно «подпитываться» при конвертировании основного продукта в «нормальные» поликарбоксилатные гиперпластификаторы.

Годовое потребление поликарбоксилатов в мировой промышленности строительных материалов составляет сегодня около 150 тыс. т (для сравнения: суммарное потребление ПНС и ПМС — 550 тыс.т, а лигносульфонатов — 700 тыс.т), однако несомненно, что с учетом всех возможностей этих продуктов и существующей сырьевой базы — это только начало.

Ссылка на основную публикацию
"
×
×
"
Adblock
detector