ПОДМАЗОВА С.А. О применении химических добавок в бетоне

В настоящее время в России бетоны практически всех составов разрабатываются и производятся с химическими или минерально-химическими добавками. Химические добавки, применяемые в бетоне, производятся как в нашей стране, так и за рубежом. Причем количество названий, а соответственно и добавок, растет в геометрической прогрессии. Институт патентной экспертизы, получая заявки на патент, фиксирует, что добавки с разными названиями с сдержат практически одинаковые составляющие как по названию, так и в количественном соотношении. При этом обозначены одинаковые основные показатели эффектов действия при разном уровне эффективности.

Такой результат получен, вероятно, потому, что технические требования на добавки в бетон (ГОСТ 24211-2003) по многим показателям, а особенно по водоредуцирующему (водопонижающему) эффекту, не указаны, а по воздухоеовлечению они вовсе отсутствуют.

Современные добавки позволяют существенно повысить строительно-технические характеристики бетона. На сегодняшний день бетон без каких-либо добавок применяется все реже.

На стадии приготовления и укладки бетонной смеси введение добавок позволяет:

• снизить содержание воды при заданной удо- боукладываемости бетонной смеси

• обеспечить заданную удобоукладываемость без повышения содержания воды на единицу объема бетонной смеси

• уменьшить потерю подвижности смеси в период транспортирования и укладки

• замедлить или ускорить схватывание бетонной смеси

• снизить или устранить контракционную усадку или даже создать небольшое расширение

• снизить водоотделение и расслоение смеси

• улучшить перекачиваемость смеси при ее подаче бетононасосом и др.

После затвердевания бетонной смеси в процессе нарастания прочности и на стадии эксплуатации применение добавок позволяет:

• замедлить твердение бетона с целью снижения выделения тепла в процессе гидратации цемента и набора прочности

• ускорить процессы твердения с целью повышения оборачиваемости опалубки

• повысить прочность бетона в раннем и позднем возрасте

• снизить проницаемость бетона и обеспечить его сопротивляемость агрессивным воздействиям

• повысить сцепление арматуры с бетоном

• увеличить прочность сцепления старого и нового бетона

• улучшить защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре и закладным деталям

• обеспечить заданную морозостойкость бетона.

Испытания добавок производят, применяя различные процедуры, определенные соответствующими стандартами; при этом решаются следующие основные задачи:

1) оценка эффективности действия добавки на улучшение свойств бетонной смеси и затвердевшего бетона, а также установление стабильности проявляемых свойств добавки;

2) определение соответствия технологических свойств добавок требованиям технических условий на них;

3) оценка эффективности добавок применительно к используемым для приготовления бетона материалам и к конкретным условиям производства.

Основные виды наиболее широко применяемых добавок это водоредуцирующие, воздухововлекающие и добавки -ускорители или замедлители твердения

Водоредуцирующие добавки применяются с целью снижения водоцементного отношения (В/Ц) при той же подвижности смеси и содержании цемента или увеличения подвижности при том же водоцементном отношении и содержании цемента.

Важно отметить способность бетона с водоредуцирующими добавками более активно набирать прочность во времени благодаря снижению водоцементного отношения и более гомогенной микроструктуре материала. Следует иметь в виду, что побочным эффектом действия большинства водоредуцирующих добавок является замедление схватывания бетонной смеси.

Эффекты водоредуцирования при введении этого вида добавок проявляются в бетоне по-разному, в зависимости от вида цемента, значений В/Ц, температуры приготовленной смеси, окружающей температуры, условий производства работ.

Водоредуцирующие добавки с повышенным эффектом действия в отечественной практике чаще называют суперпластификаторами, хотя это не совсем точное определение. Эффект пластификации нужен только на момент укладки и уплотнения бетона, в то время как избыточная вода, увеличивая пористость структуры, снижает долговечность бетона в течение длительного эксплуатационного периода. Не случайно в американском стандарте ASTM С 494 «Химические добавки в бетон. Технические условия» этот тип добавок (всего таких добавок в этом стандарте четыре) называется именно водоредуцирующими добавками (water-reducing admixtures). Согласно этому стандарту, сильноводоредуцирующей добавкой считается та, с помощью которой можно снизить количество воды затворения на 12% и более (а не увеличить подвижность смеси, как записано в нашем стандарте).

Водоредуцирующие добавки, особенно лигносульфонаты, при перемешивании в определенной степени вовлекают воздух (объем его может колебаться от 2 до 8%). Однако этот воздух присутствует в бетоне в виде крупных нестабильных пор, что может повлиять на снижение его прочности и морозостойкости.

При подборе состава бетона с этим видом добавок следует иметь в виду, что соотношение объемов растворной составляющей и крупного заполнителя должно оставаться постоянным. Изменения расхода воды, количества цемента и содержания воздуха, как результат введения добавки, следует компенсировать соответствующим изменением содержания мелкого заполнителя, с тем чтобы объем растворной части в бетоне не изменился.

Воздухововлекающие добавки, вводимые с целью повышения морозостойкости бетона, существенно меняют свойства бетонной смеси на стадии ее приготовления. При одинаковой осадке конуса смеси с воздухововлекающими добавками имеют лучшую удобоукладываемость, по сравнению с бетонной смесью без добавки. Также отмечено снижение водоотделения и расслаиваемости. Воздухововлечение обычно снижает прочность бетона при умеренном и повышенном расходах цемента, несмотря на некоторое снижение водопотребности. При одинаковом расходе цемента снижение прочности может быть компенсировано уменьшением водоцементного отношения и расхода мелкого заполнителя. Поэтому бетон, содержащий максимально возможное количество крупного заполнителя, при введении воздухововлекающей добавки может не снизить, а даже увеличить проектную прочность. Поскольку воздухововлечение улучшает удобоукпадываемость бетонной смеси, воздухововлекающие добавки целесообразно применять также для жестких, плохо уплотняемых смесей.

Контроль воздухововлечения должен осуществляться периодически на месте укладки бетона, а также при снижении плотности бетонной смеси, а значит при изменении содержания в ней воздуха. Существуют различные способы этого контроля. Важен также контроль структуры пор, поскольку только мелкие равномерно распределенные поры обеспечивают необходимый эффект повышения морозостойкости.

Такие добавки, как водоредуцирующие и воздухововлекающие, нельзя вводить в бетон одновременно. Если рекомендуется их совместное применение, одна из добавок должна быть тщательно перемешана в бетоне до того, как туда будет введена другая добавка.

Ускорители твердения уменьшают время начала схватывания бетонной смеси. Сокращение этого периода зависит от дозировки добавки, температур смеси и окружающего воздуха.

Ускорители твердения не рекомендуется использовать в качестве противоморозной добавки. При обычно применяемых дозировках ускорители твердения обеспечивают лишь незначительное понижение температуры замерзания смеси (не более чем на 2°С). Среди ныне применяемых ускорителей нет таких, которые, существенно понижая температуру замерзания воды, при этом отрицательно не влияли бы на другие характеристики бетона.

Контроль качества и эффекта действия добавок следует проводить по соответствующим стандартам на методы испытаний, которые должны включать определение содержания твердой фазы (для водных растворов добавок), плотности, содержания хлор- ионов, щелочей, pH и других показателей, влияющих на снижение долговечности бетона.

При определении эффекта действия добавки в бетоне следует оценить влияние ее на следующие характеристики бетонной смеси и затвердевшего бетона: водопотребность, воздухововлечение, возможные потери воздухововлечения в процессе транспортировки, подвижность (осадка конуса), водоотделение, время до начала и конца схватывания, прочность, плотность, морозостойкость и водонепроницаемость. Эти процедуры достаточно сложны и длительны, поэтому проектирование составов бетонов с добавками для крупных (желательно и для средних) объектов следует выполнять до начала строительства.

Для того, чтобы при подборе состава бетона эффективно и направленно применять добавку, необходимо иметь Технические условия (ТУ) на данную добавку. Наличие ТУ на добавку при ее поставке является обязательным. Изготовители добавок для разработки ТУ обычно привлекают специализированные организации, иногда готовят этот документ и сами. Разработку Технических условий на добавку в бетон во всех случаях следует начинать с проверки ее на соответствие требованиям ГОСТ 24211-2003 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технический условия», используя процедуры, излаженные в ПОСТ 30459-2003 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Методы определения эффективности».

Закон «О техническом регулировании», указывая на добровольность применения того или иного стандарта, в то же время требует, чтобы отечественные стандарты были гармонизированы с международными аналогами (статья 12). Поэтому изготовитель добавок, планирующий экспорт своей продукции или предложение ее иностранным фирмам, ведущим строительство в Российской Федерации или странах СНГ, должен проверить свою добавку и на соответствие требованиям евростандарта EN 934:2-2001 «Добавки для бетона. Определения, требования, соответствие, маркировка и этикетирование», проводя испытания по EN 480.1 и по методикам других стандартов из этой серии.

Гармонизация с евростандартами также необходима в части табл. 1 «Общие требования» EN 934:2- 2001. В разработанном в 2003 г. ГОСТ 24211 отсутствует раздел «Общие требования», где следовало бы указать ограничения, в том числе по содержанию хлора, щелочей и величине водородного показателя. Т.е. особенно важны те требования, содержащиеся в международных стандартах, выполнение которых обеспечит заданную долговечность бетона.

ГОСТ 24211, раздел 4 «Классификация и общие технические требования» грешит избыточным количеством классификационных групп добавок, которые подразделяются по довольно узкому диапазону действия. Например, одни и те же добавки указанны в двух разных группах - по эффекту действия на бетонную смесь и эффекту действия добавок в затвердевшем бетоне. В табл. №1 этого стандарта показан уровень эффекта пластификации, но не показан уровень эффекта водоредуцирования. В то же время в EN 934 и ASTM С 494 этот показатель водоредуцирования, измеряемый на равноподвижных смесях, является основным для водоредуцирующих/ пластифицирующих добавок.

При пересмотре ГОСТ 24211 целесообразно перейти к укрупненным классификационным группам, например:

• водоредуцирующие/пластифицирующие - 2-4 типа по уровню эффективности

• воздухововлекающие добавки для обеспечения заданной морозостойкости

• ускоряющие схватывание и твердение бетона

• замедляющие схватывание

• многофункциональные - замедляющие схватывание, водоредуцирующие/пластифицирующие (2- 4 типа)

• многофункциональные - ускоряющие схватывание и твердение бетона, водоредуцирующие/пластифицирующие (2-4 типа по степени водоредуцирования)

• противоморозные с различными дополнительными эффектами.

Следует отметить, что оценка эффекта действия противоморозных добавок - одна из самых сложных процедур. В редакции ГОСТ 24211, принятой в 1991 г., приемочным критерием для испытываемой противоморозной добавки является достижение 30% от уровня прочности контрольного состава бетона, твердеющего в нормальных условиях. При этом указано, что бетон с противоморозной добавкой должен твердеть в климатической камере 28 сут при температуре -15°С.

В ГОСТ 24211 в редакции 2003 г. все аналогично, но не указано значение отрицательной температуры в климатической камере. Между тем очевидно, что и в той, и в другой редакциях ГОСТ 24211 заданные уровни эффективности не правомерны, так как при современной технологии строительства при отрицательных температурах действие противоморозной добавки в бетоне необходимо лишь на период транспортировки бетонной смеси, ее укладки и уплотнения, до укрытия гидро- и теплоизоляцией и начала прогрева бетона конструкции. Очевидно, что методику испытаний и оценку основного эффекта действия этого вида добавок следует пересмотреть.

При пересмотре этого ГОСТа добавки достаточно узкого применения, например такие, как биоцидные или повышающие стойкость к высолообразованию, или повышающие стойкость против коррозии, вызванной реакцией кремнезема заполнителей со щелочами цемента и добавок, следует исключить, имея в виду разработку отдельных ТУ на эти добавки, контролируя их свойства, указанные в общих требованиях на добавки.

Применение бетона с добавками это наиболее быстро развивающаяся область технологии бетона вообще, что диктует необходимость достаточно частого пересмотра стандартов. Поэтому разработка единой согласованной стратегии в этой области является общей задачей составителей ГОСТов на добавки, производителей добавок, а также производителей бетона.

Бетон и железобетон, 2007 №4