Бетон с поверхностно-активными добавками

Поверхностно-активные добавки, будучи введены в бетонную смесь при затворепии, улучшают свойства бетона, повышают его водонепроницаемость.

Небольшая доза поверхностно-активных веществ, введенная в строительные растворы и в бетонную смесь, позволяет изменять структуру материалов в широких пределах. А без этого, как известно, невозможно улуч­шить и технические свойства этих материалов.

По своему действию поверхностно-активные добавки разделяются на гидрофобизующие призван­ные уменьшать смачивание поверхности частиц цемента водой, п г и д р о ф н л и з у ю щ и е, «связывающие» воду, не допускающие перемещения ее в тонких капил­лярах. .

Гидрофобизующие добавки отличаются высокой поверхностной активностью. К ним относятся — абие- тат натрия различные сорта канифолевого мыла, мыло­нафт, олеаты (мыло на основе растительных масел), а также мыло, получаемое из древесного пека, и др.

Механизм, вызывающий уменьшение смачиваемости поверхности частиц цемента водой, довольно прост: карбоксильные группы, входящие в состав добавки, вступают в соединение с поверхностью частиц цемента. Таким образом, на поверхности образуется нераствори­мое кальциевое мыло. Проникая в окружающую среду, углеводородные остатки молекулы этого мыла создают на поверхности частиц своеобразную щетинку (ворс), которая выполняет весьма полезную функцию, препят­ствуя смачиванию частиц водой.

Гидрофобизующие добавки способствуют равно­мерному вовлечению воздуха (в виде высокодисперс — їіой эмульсин), уменьшающего взаимное трение между частицами компонентов бетонной смеси. Этот же воз­дух, выполняющий функции смазки, оказывает тем са­мым пластифицирующее действие. Поэтому в практике бетонных работ гидрофобизующие добавки называют * «воздухововлекающпмп добавками».

Эти добавки существенно не влияют на прочность сцепления бетона с арматурой ‘но снижают водопотрсб — ность цементного теста и несколько удлиняют сроки схватывания. Они резко повышают морозостойкость и "водонепроницаемость бетона, уменьшая вместе с тем его усадку, и значительно повышают солестойкость це­ментных растворов и бетонов.

Влияние добавки абнетата натрия на солестон — косъ цементных растворов в свое время исследова­лось в ЛИСИ профессором В. Ф. Журавлевым и кандидатом технических наук В. М. Энденом.

Испытания проводились методом погружения образ­цов в агрессивные жидкости со сроками испытания — 1, 3, 6 и 9 месяцев. Результаты показали, что портланд — цементные растворы (приготовленные при соотношении 1:3), затворенные на чистой воде, в агрессивных жид­костях почти полностью разрушались, в то время как образцы с добавкой абнетата натрия при длительном хранении в агрессивных жидкостях оказались весьма стойкими, показав рост прочности в соляном растворе и в растворах Na2S04 и MgCb.

Портланд-цементиые растворы, приготовленные с до­бавкой абиетинового мыла и хлористого кальция, в ч, 5-процентном растворе сернокислого магния дали незна­чительное снижение механической прочности.

Аналогичные результаты были получены доктором технических наук В. В. Стольниковым при испыта­нии образцов цементных растворов, приготовленных с добавкой абнетата натрия, в насыщенном растворе Na2S04.

Из сказанного следует, что абиетат натрия и отдель­но и вместе с хлористым кальцием существенно повы­шает солестойкость цементных растворов. Оптималь­ные его дозировки должны быть в несколько раз мень­ше добавок мыла из древесного пека и мылонафта, имеющих низкую поверхностную активность и пенооб — разующую способность.

Исследованиями и производственной практикой до­казано, что оптимальной является добавка абнетата натрия в количестве 0,05% и 0,075% хлористого каль­ция к весу цемента из расчета на твердое вещество.

При таком количестве добавки значительно повы­шается пластичность, водонепроницаемость и морозо­стойкость цементных растворов и бетонов, но вместе с тем несколько снижается их механическая прочность. Хотя эго снижение и не является столь значительным, все же некоторые исследователи рекомендуют с целыо компенсации потерн прочности помимо абнетата натрия вводить до 2% хлористого кальция; последний в неболь­шом степени повышает механическую прочность бетона в начальные сроки твердения.

При совместной добавке абиетата натрия и хлори­стого кальция можно получить более высокие прочност­ные показатели. Причем эффект может быть значитель­но большим, если ввести хлористый кальций в мини­мальном количестве, обеспечивающем лишь полную ре­акцию с абнетатом натрия.

Исследованиями кандидата технических наук В. Д. Кузьмина установлено, что для полной реакции с абнетатом натрия, введенным в бетонную смесь и ко­личестве 0,05% от веса цемента, необходимо брать 0,075% хлористого кальция, считая на сухое вещество. Этими же исследованиями получены и другие, не менее важные результаты. При расходе цемента от* 260 до 300 кг/м3 и уплотнении бетонной смеси обычными спо­собами вибрации благодаря этой добавке можно полу­чить практически водонепроницаемые бетоны. Это под­тверждалось тем, что образцы бетона — цилиндры раз­мером 15 X 15 см не пропустили воду даже при давле­нии в 50 ати.

Практически водонепроницаемость бетона была до­стигнута путем снижения количества воды затворення благодаря пластифицирующему действию добавки при необходимой технологической подвижности смеси. Это­му также способствовало уплотнение бетонной массы вибрацией, когда большинство воздушных капилляров превращается в замкнутые шаровидные поры, и водоот­талкивающее действие гидрофобизированной поверхно­сти пор и капилляров.

Таким образом, преимущества гидрофобизующих добавок сводятся к следующему: он» несколько замед­ляют сроки схватывания цемента; увеличивают подвиж­ность бетонной смеси и цементных растворов, что дает возможность при постоянной удобоукладываемости при­нять меньшее водоцементное отношение; снижают во — доогделение; несколько уменьшают усадочные явления в бетоне; повышают сопротивляемость бетонных смесей расслоению и не влияют на сцепление Погона с арма­турой.

При использовании этих добавок количество вовле­ченного в бетонную смесь воздуха возрастает, что спо­собствует изменению формы и структуры нор. Нараста­ние прочности бетона в начальный период несколько замедляется. Водонепроницаемость, морозостойкость и солестойкость бетонов повышаются.

Гидрофилнзующне добавки оказывают непосред­ственное пластифицирующее действие на частицы це­мента, образуя на поверхности зерен водные пленки. При этом гидратация цемента и нарастание механиче­ской прочности в начальные сроки твердения несколько замедляются. Впоследствии они не препятствуют на­растанию прочности.

К гидрофилизующим добавкам прежде всего ну­жно отнести сульфитно-спиртовую барду (ССБ), кото­рая увеличивает подвижность цементных растворов и бетонов. Это позволяет в свою очередь уменьшить водо­цементное отношение при сохранении необходимой удо­боукладываемости. При достижении бетоном 7-дневного возраста ССБ замедляет выделение тепла при гидрата­ции цемента; повышает прочность, морозостойкость и во­достойкость при неизменном расходе цемента и сниже­нии водонемситного отношения; способствует сохране­нию однородности бетонной смеси при перевозках за счет повышения связности; не оказывает существенного влияния на сцепление бетона с арматурой; несколько замедляет сроки схватывания цемента, причем замедле­ние возрастает с увеличением количества вводимой до­бавки.

Дальнейшими исследованиями Е. Д. Кузьмина была установлена возможность и эффективность совместного применения гидрофобных и гидрофильных добавок, а именно абиетата натрия и сульфитно-спиртовой бар­ды; в этом случае последняя способствует образованию мелкой кристаллической структуры цементного камня и несколько повышает прочность.

По данным некоторых исследователей, введение ССБ в количестве 0,2% при помоле цементного клин­кера оставляет без изменений такой важный показатель, как водопроницаемость бетона. Но если ввести эту до­бавку при затворении бетонной смеси, то водонепрони­цаемость бетона повышается. Абиетат натрия, хотя не­сколько и снижает его прочность, благодаря образова­нию замкнутой пористости и гидрофобизации поверх­ности капилляров повышает водонепроницаемость бе­тона.

На практике наилучшие результаты были получены при совместном введении 0,15% сульфитно-спиртовой барды и 0,02% абиетата натрия (от веса цемента). При этом водонепроницаемость и морозостойкость бетона значительно повышаются, а прочность его остается не­изменной.

Для подтверждения этих результатов были прове­дены лабораторные испытания. Водонепроницаемость бетона определялась на образцах в виде усеченных ко­нусов (высота и верхний диаметр составляли 15, а ниж­ний— І9 см) при помощи прибора Амслера. Этот при­бор позволил осуществить регулирование давления воды в пределах от 0 до 50 ати.

Испытанию подвергались бетонные конусы в 7-днев­ном возрасте, предварительно находившиеся в течение суток в условиях влажного и в течение 6 дней — вод­ного хранения (без форм). К моменту испытаний боко­вая поверхность образцов была покрыта расплавленным битумом, а затем образцы запрессовывались в горячие формы и устанавливались на прибор. Давление повы­шалось через каждые 24 часа. Сравнительная оценка водонепроницаемости бетона производилась по макси­мальному давлению, которое выдерживали образцы без признаков просачивания воды.

В качестве вспомогательного фактора характеризу­ющего до некоторой степени капиллярную влагопрони — цаемость, было исследовано водопоглощение бетона. Кроме того, сопоставление данных водонепроницаемо­сти, морозостойкости и прочности позволило дать более объективную оценку влияния на свойства бетона раз­личных добавок.

I

Испытание бетонных образцов (10X10X10 см)

Расход цемента, о Кгімл, и соетап

Улобоуклпдыв ае- мость-

Осадка конуса, п см

В/Ц

Вид и лобаики от Deca цемента

Сетона (по весу!

Полвнжность, с сек.

320; 1:5,9

0,5 55

0,5

Без добавки………………………………………

1

38

0,5

Крем нефтористоводородная кис­лота (0,05)…………………………………………………………..

0,5

55

0,41

Абиетат натрия (0,05); хлористый кальцин (0,075)…………………………………………………

0.5 58

0,41

Сульфитно-спиртовая барда (0,15); абиетат натрия (0,02)………………………………………..

1,5

37

0,45

Сульфитно-спиртовая барда (0,2)

0.3 38

0,7

Сез добавки………………………………………

0,8

40

0,7

Кремнефтористоводородиая кис­лота (0,05)…………………………………………………………..

260; 1:7,6

1.2

25

0,55

Абиетат натрия (0,05); хлористый кальций (0,075)…………………………………………………

1.3

22

0,55

Сулі. фітіо-сіііфнпі. тя <>.!|>д,1 (0,15); абиетат натрия (0,02)……………………………

220; 1:10,9

0,6 40

0,7

Абиетат натрия (0,05); хлористый кальций (0,075)…………………………………………………

0.5 50 0,2 55

0,65

Сульфитно-спиртовая барда (0,15); абиетат натрия (0,02)………………………………………..

0,65

Сульфитно-спиртовая барда (0,2)

0,8 30

0.6

Таблица 6

Возраст

Приведенная к стандартным образ­цам прочность бетона, в кгцм’

Потерн образцов о

Весе

ИГфа ниш перед

IICI11J111- ШІЄМ. в сутках

После 100

Циклов заморажи­вания

После водного хранения

Слижений прочности 1

После 100 цик­лон заморажи­вании

Но сравнении) С несом и(>\ША — ЦОН, хранив шихся и воде

D

Кг/см3

D 9S

В г

В %

О г

В И

150

204

292

88

29,0

6

0 26

31

1,31

150

350

360

10

2,8

3

0,13

13

0,57

150

305

316

И

3,2

3

0,11

16

0,68

150

377

344

-33

—9,6

3

0,11

16

0,68

150

347

368

21

5,7

2

0,08

12

0,49

151

178

205

27

13,1

6

0,26

26

1.17

150

208

215

7

3,2

6

0,26

27

1,17

150

223

245

22

9,0

8

0,35

8

0 35

150

250

270

11

5,2

V

0,08

3

0.11

151

151

186

35

18,8

6

0,26

25

1,12

150

173

191

18

9,4

0

0

23

1,04

150

176

194

18

9,3

6

0,26

27

1,21

150

195

241

46

19,1

0

0

0

0

С различными добавками на морозостойкость

Пята за 100% 3*

Испытание бетонных образцов

Расход цемента, в кг/м’, И состав

Улобоуклалывае — мость: осалка конуса, в см

В/Ц

Пил н я вводимой лоСавки от неса цементи

Бетона (по иесу)

Иолвижность, в сек

320; 1:5,9

0.5 55 0,8 39 1

36

0,5 0,67

Без добавки………………………………………

Кремнефтористоводороднаи кис­лота (3,0).

0,5

То же (1,0)………………………………………..

1

38

0,5

То же (0,3)………………………………………..

0,3 58

0.5

Алюминат натрии (1,5) …..

0,5 58

0,41

Сулі. фитно-спиртовая барда (0,15); абиетат натрия (0,02)………………………………………..

0,5 55 1.5 37

0,41

Абиетат натрия (0,05); хлористый кальций (0,075)…………………………………………………

0,45

Сульфитно-спиртовая барда (0,2)

0,3 38

0,7

Без добавки………………………………………

260; I : 7,6

0,8 30

0,6

То же……………………………………..

1

1,3

22

0,55

Сульфитно-спиртовая барда (0,15); абиетат натрия (0,02)………………………………………..

1

220; 1 : 10,9

0,3 56 0,5 50

0,75 0,65

Алюминат натрия (1,5)………………………

Сульфитно-спиртовая барда (0,15); абиетат натрия (0,02)………………………………………..

0,6 40

0,7

Абиетат натрия (0,05); хлористый кальций (0,075)…………………………………………………

0,2 "55

0.65

Сульфитно-спиртовая барда (0,2)

1,2

25

0,53

Абиетат натрия (0,05); хлористый кальций (0,075)…………………………………………………

Примечание. Результаты испытаний на сжатие кубиков "20 см) умножением на коэффициент 0,85.

Їиб. шци .

На сжатие, в кг/см"

Влажное хранение

Во иое храпение

1—2 І

•28-

-180

2—ІЬі

И[) і|>лгг ohp. i щон и сутках

7

.’и

!Н1 | 1!»1

7

"in

ЖІІ

144

219

282

292

138

223

276

287

32

131

203

34

126

196

268

115

175

194

23 Э

115

162

195

248

147

255

254

264

131

238

273

280

161

233

265

289

148

197

268

272

165

224

33 2

396

160

230

328

386

162

280

340

368

192

264

350

380

217

264

330

375

205

289

350

372

100

192

221

228

90

159

212

212

112

196

240

116

165

223

130

222

207

138

201

211

72

138

167

194

77

134

179

188

85

143

197

204

73

120

162

170

97

150

187

188

94

140

170

172

99

155

196

229

93

132

180

200

115

214

252

____

126

183

230

_

10 X Ю X Ю см приведены

К нормальным образцам

(с ребром

Оптимальные дозы сульфитно-спиртовой барды — 0,15% и абнетата натрия — 0,02% от веса цемента в ка­честве добавки в бетонную смесь с целью повышения водонепроницаемости бетона устанавливались в процес­се испытания цементно-песчаных растворов, а затем уже на бетонах.

Совместное введение этих двух добавок дало весь­ма положительные результаты.

В табл. 5 приводятся результаты испытаний бетон­ных образцов в виде усеченных конусов 7-дневного воз­раста на водонепроницаемость, причем давление воды повышалось через каждые 24 час. В табл. 6 даны ре­зультаты испытаний образцов размером 10 X 10X Ю см с различными добавками на морозостойкость, а в табл. 7 — на сжатие.

Данные, приведенные в табл. 5, 6, 7, показывают прежде всего, что повышение водонепроницаемости бе­тона с добавкой абнетата натрия объясняется умень­шением количества воды затворения (благодаря пласти­фицирующему действию добавки) и нарушением непре­рывности системы капилляров вследствие образования гидрофобной оболочки из кальциевых мыл, бронирую­щих эмульгированный воздух.

Прн совместном введении абнетата натрия и хлори­стого кальция получается новое соединение — абиетат кальция, по-видимому более плотно бронирующее ми­нерализованные пузырьки воздуха, так как водонепро­ницаемость бетона в этом случае оказывается выше предела, установленного многими исследователями.

Повышение морозостойкости бетона с добавкой только абнетата натрия и его совместной добавки с хло­ристым кальцием подтверждается и другими исследова­ниями. Проведенными в ЛИСИ Е. Д. Кузьминым опы­тами установлено, что после 100-кратного замораживания при температуре —20°С и оттаивания у 28-дневных образцов (при расходе цемента 320 кг/м3) прочность снизилась на 3%, в то время как у контрольных образ­цов (без добавок)—на 29%.

Прочность на сжатие бетона с добавкой абнетата натрия и хлористого кальция по общепринятому поло­жению находится в зависимости от количества вовле­ченного воздуха. Некоторые исследователи считают, что на каждый процент увеличения содержания воздуха в бетоне прочность его па сжатие снижается на 3,5%, А на растяжение—на 2—3%.

Исследованиями В. В. Стольникова, Ю. М. Бутта со­вместно с Т. И. Берковнчем доказано, что эта зависи­мость не является пропорциональной, так как, напри­мер, при малых расходах цемента (150—190 кгім3) Прочность бетона возрастает. По данным В. Ф. Журив лева, при совместной добавке абнетата натрия и хлори­стого кальция к бетону прочностные показатели образ­цов в 6-месячном возрасте становятся одинаковыми с контрольными.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *