Химические добавки к бетонам

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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, II, 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.

5.

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

6.

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

7.

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

8.

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
мА/см2 потенциала пассивации
стали не менее минус 450 мВ
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

9.

Схема действия водопонизителей на бетонную
смесь и бетон
Без добавок
С добавками
(+вода +цемент)
подвижности
Контрольный
бетон
Для увеличения
Меньше В/Ц, выше прочность
и долговечность; та же
подвижность
(+цемент)
прочности
Для увеличения
Меньше В/Ц, выше прочность
и долговечность; выше
усадка и тепловыделение; та
же подвижность
Та же прочность; выше
усадка и тепловыделение;
выше подвижность
Для экономии цемента
(- вода - цемент)
Те же прочность,
долговечность и
подвижность; ниже усадка и
тепловыделение
Те же прочность и
долговечность, выше
подвижность

10.

ИСТОРИЯ ПЛАСТИФИКАТОРОВ
И СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ
1938

11.

ЛИГНОСУЛЬФОНАТ LGS
LS
Кальциевые (натриевые) соли лигносульфоновых кислот
Получают в виде
смолоподобного продукта
при гидролизе древесины на
целлюлозно-бумажных
комбинатах
OH
O
Мср.=20 000-30 000 (от
нескольких сот до 100 000
OH
С
С
С
H
SO3Na
-
HO
OCH3
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

12.

ИСТОРИЯ ПЛАСТИФИКАТОРОВ
И СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ
60

13.

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

14.

КОНДЕНСАТ МЕЛАМИН
СУЛЬФОНАТА
MS MSFC
Конденсация полимеров между
меламин сульфонатом и
формальдегидом
-
-
-
CH2 SO3 Na
N
N
N
OCH2 HN
N
NH CH2
N
-
CH2 SO3 Na
OCH2 HN
CH2 SO3 Na
N
N
N
NH CH2
OCH2 HN
NH CH2
N
OCH2 HN
N
NH CH2
N
N
-
CH2 SO3 Na
Немецкий патент №1745441 Айгнесбергер (SKW)
n

15.

ИСТОРИЯ ПЛАСТИФИКАТОРОВ
И СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРОВ
1994

16.

В 1994 компания MAPEI впервые в
Европе начала производство
MAPEFLUID X404
Сополимер акриловых кислот и
акриловых этоксилированных эфиров
С MAPEFLUID X404 началось третье
поколение суперпластификаторов в Европе

17.

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

18.

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

19.

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

20.

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

21.

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

22.

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

23.

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

24.

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

25.

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

26.

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

27.

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

28.

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

29. 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.

30. Гидрофобизирующие ПАВ

1
2
+
+
+
+
+
+
3
+
+
+
+
+
4