Добавки к бетонам

Для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии цемента применяют различные добавки в бетон. Их подразделяют на две группы. К первой относятся химические вещества, добавляемые в бетон в небольшом количестве (0,1-2% массы цемента) для изменения в необходимом направлении свойств бетонной смеси и бетона. Ко второй относят тонкомолотые материалы, добавляемые в бетон в количестве 5-20% и более для экономии цемента или для получения плотного бетона при малых расходах цемента. К тонкомолотым добавкам относят золы, молотые шлаки, пески, отходы камнедробления и некоторые другие материалы, придающие бетону специальные свойства (повышающие его плотность, жаростойкость, изменяющие электропроводимость, окрашивающие и т. п.).
В последнее время наибольшее применение находят химические добавки. Эти добавки классифицируют по основному эффекту действия:
1. Добавки, регулирующие свойства бетонных смесей: пластифицирующие, т е. увеличивающие подвижность бетонной смеси; стабилизирующие, т. е. предупреждающие расслоение бетонной смеси; водоудерживающие, уменьшающие водоотделение.
2. Добавки, регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетона: ускоряющие схватывание, замедляющие схватывание, ускоряющие твердение, обеспечивающие твердение при отрицательных температурах (противоморозные).
3. Добавки, регулирующие плотность и пористость бетонной смеси и бетона: воздухововлекающие, газообразующие, пенообразующие, уплотняющие (воздухоудаляющие и кольматирующие поры бетона), добавки - регуляторы деформаций бетона, расширяющие добавки.
4. Добавки, придающие бетону специальные свойства: гидрофобизирующие, т.е. уменьшающие смачивание бетона; антикоррозионные, т. е. повышающие стойкость к агрессивным средам; ингибиторы коррозии стали, повышающие защитные свойства бетона по отношению к стали; красящие; придающие бактерицидные и инсектицидные свойства.
Некоторые добавки обладают полифункциональным действием, например пластифицирующие, воздухововлекающие, газообразующие, пластифицирующие и др. Нередко для получения необходимого эффекта полифункционального действия применяют комплексные добавки, включающие несколько компонентов, например добавки одновременно пластифицирующие бетонную смесь и ингибирующие бетон и т.д.  Большое разнообразие добавок и возможностей их рационального комплексирования позволяет технологу добиваться повышения технологических свойств бетонной смеси и бетона, снижения расхода цемента, энергии и трудозатрат при производстве бетонных и железобетонных конструкций.
В качестве пластифицирующих добавок широко применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ), нередко получаемые из вторичных продуктов и отходов химической промышленности.
ПАВ делят на две группы: первая - пластифицирующие добавки гидрофильного типа, способствующие диспергированию коллоидной системы цементного теста и тем самым улучшающие его текучесть; вторая - гидрофобизирующие добавки, вовлекающие в бетонную смесь мельчайшие пузырьки воздуха, что также улучшает подвижность бетонной смеси. Молекулы поверхностно-активных гидрофобных добавок, адсорбируясь на поверхности раздела воздух - вода, понижают поверхностное натяжение воды и стабилизируют мельчайшие пузырьки воздуха в цементном тесте.
К добавкам первой группы относят сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ). Эта добавка представляет собой в основном кальциевые соли лигносульфоновых кислот. Получают ее в виде жидкости из сульфитных щелоков, образующихся при переработке целлюлозы.
К добавкам второй группы относят: абиетат натрия - натриевую соль абиетиновой кислоты, получаемую в виде порошка или жидкости путем омыления канифоли едким натром; омыленный древесный пек (препарат ЦНИИПС-1)  - паста, получаемая нейтрализацией едким натром жирных кислот древесного пека; мылонафт - мазеобразное вещество желто-коричневого цвета, представляющее собой натриевые соли нерастворимых в воде органических кислот, получаемых из отходов при переработке нефти: асидол - нефтяные кислоты, являющиеся отходами при переработке нефти, и др.
ПАВ повышают подвижность бетонной смеси, ее однородность, нерасслаиваемость, текучесть при перекачивании насосом, способствуют сохранению удобоукладываемости смеси во времени. Пластифицирующие добавки позволяют за счет уменьшения расхода воды сократить на 8-12% расход цемента либо при неизменном расходе цемента понизить водоцементное отношение и несколько повысить прочность бетона, его водонепроницаемость и морозостойкость.
В обычных бетонах в качестве пластификатора широко используют СДБ. Эта добавка несколько замедляет твердение бетона в раннем возрасте, поэтому при производстве железобетонных изделий на заводах ее применяют в сочетании с добавками - ускорителями твердения цемента. СДБ несколько уменьшает тепловыделение цемента в первые дни твердения, что облегчает возведение массивных железобетонных сооружений. СДБ в основном воздействует на цементное тесто, поэтому наиболее эффективно ее применение в бетонах с достаточно высоким расходом цемента.
Воздухововлекающие добавки используют, главным образом, в бетонах, от которых требуется повышенная морозостойкость, и в строительных растворах. Воздухововлечение в бетонную смесь несколько понижает прочность бетона. Так, по опытным данным, 1% вовлеченного воздуха снижает прочность бетона на сжатие и поэтому не следует в бетонную смесь с целью ее пластификации вводить большое количество воздухововлекающей добавки. Содержание вовлеченного воздуха составляет обычно 4-5%. В этом случае прочность бетона практически не снижается, так как отрицательное влияние на прочность бетона вовлеченного воздуха нейтрализуется благодаря повышению прочности цементного камня вследствие уменьшения водоцементного отношения за счет пластифицирующего эффекта добавки. Воздухововлекающая добавка гидрофобизирует поры и капилляры бетона, а воздушные пузырьки служат резервным объемом для замерзания воды без возникновения больших внутренних напряжений в бетоне. В результате значительно повышаются водонепроницаемость и морозостойкость бетона. Воздухововлекающие добавки более эффективны в бетонах с малыми расходами цемента.
К гидрофобно-пластифицирующим добавкам относят также кремнийорганические жидкости: метилсиликонат натрия (ГКЖ-П), этилсиликонат натрия (ГЖК-10) и этилгидросилоксановая жидкость (ГКЖ-94). Применяют их для увеличения стойкости бетонов и растворов в агрессивной среде, для повышения долговечности бетона, а также в качестве гидрофобизаторов поверхности ячеистых бетонов.
В последнее время разработаны и внедряются в строительство новые химические добавки - суперпластификаторы, резко увеличивающие подвижность и текучесть бетонной смеси и существенно улучшающие строительно-технологические свойства бетона. В большинстве суперпластификаторы - синтетические полимерные вещества, которые вводят в бетонную смесь з количестве 0,1 - 1.2% массы цемента.
Действие суперпластификаторов, как правило, ограничено 2-3 ч с момента введения их в бетонную смесь. Под действием щелочной среды они подвергаются частичной деструкции и переходят в другие вещества, безвредные для бетона и не тормозящие процессы его твердения. Введение суперпластификаторов эффективно для производства сборного железобетона, где увеличение скорости твердения бетона имеет важное значение и где применение обычных пластификаторов, часто замедляющих твердение, требует применения специальных мер: введения в бетонную смесь одновременно ускорителей твердения, мягких режимов, тепловой обработки и др. Кроме того, суперпластификаторы разжижают бетонную смесь в большей степени, чем обычные пластификаторы, например, увеличивают подвижность смеси с 2 см до 20 см по осадке конуса или на 20-25% уменьшают водопотребность бетонной смеси.
Все это вместе взятое, позволяет эффективно применять бетоны с низкими В/Ц и получать высокую прочность (60-80 МПа) более просто, чем при использовании других технологических приемов, шире использовать литьевой способ изготовления сборного железобетона или укладку бетонной смеси с пониженными В/Ц с помощью кратковременной вибрации, успешно бетонировать конструкции сложного профиля, сокращать время формования изделий, повышать качество лицевых поверхностей, уменьшать расход цемента.
Среди суперпластификаторов-разжижителей широко распространена добавка С-3 на основе нафталинсульфокислоты. предложенная НИИЖБ. Внедряются в строительство также добавки 10-03 ВНИИжелезобетона и КМ-30 ЦНИЭПжилица на основе меламинвой смолы.
Сильными разжиителями являются и другие полимерные добавки, например СПД, ОП-7, 40-03 и т. п. Их следует отнести к добавкам переходного типа так как они несколько замедляют твердение бетона. Это вынуждает ограничивать дозировку добавки и тем самым снижать ее пластифицирующий эффект.
В качестве ускорителей твердения применяют хлорид кальция, сульфат натрия, нитрит-нитрат-хлорид кальция и др. При этом необходимо учитывать побочное действие этих добавок. Например, хлорид кальция способствует коррозии арматуры, поэтому нормы ограничивают его максимальную дозировку в железобетоне (менее 2%). не допускают его применения в конструкциях с тонкой и предварительно напряженной арматурой, эксплуатирующихся в неблагоприятных условиях. Сульфат натрия может вызвать появление высолов на поверхности конструкций, что требует специальных предохранительных мер. В нитрит-нитрат-хлориде кальция ускоряющие действия хлорида сочетаются с ингибирующим действием нитрата кальция.
В качестве противоморознх добавок применяют поташ, хлорид натрия, хлорид кальция и др. Эти добавки понижают точку замерзания воды и способствуют твердению бетона при отрицательных температурах: чем ниже температура твердения, тем выше обычно дозировка добавки (до 10% массы цемента и больше).
В качестве газообразующей добавки хорошо использовать алюминиевую пудру (ПАК) и ГКЖ-94. Наоборот, для уплотнения структуры бетона добавляют нитрат кальция, хлорид и сульфат железа, сульфат алюминия, диэтиленгликолевую ДЭГ-1 или триэтиленглнколиевую ТЭГ-1 смолы. Для замедления схватывания применяют сахарную патоку и добавки СДБ, ГКЖ-10 ГКЖ-94 в повышенных- дозировках. Для придания бетону специальных свойств используют особые виды добавок, часто включающие несколько компонентов. Например, для получения расширяющихся бетонов применяют добавку, включающую СДБ, алюминиевый порошок, сульфат алюминия и хлорид кальция.
Большинство добавок растворимы в воде и их вводят и бетоносмеситель в виде предварительно приготовленного раствора. Некоторые добавки вводят в виде эмульсин (ГКЖ-94) или в виде взвесей в воде (ПАК). Оптимальная дозировка добавки зависит от вида цемента, состава бетонной смеси, технологии изготовления конструкции. Обычно применяют от массы цемента: 0,1-0,3% пластифицирующих добавок; 0,5-1% суперпластификаторов; 0,01-0,05% воздухововлекающих добавок; 1-2% ускорителей твердения. На практике оптимальную дозировку добавки определяют опытным путем.