Суперпластификаторы
Обычные водопонизители способны уменьшить водопотребность бетонной смеси примерно на 10—15%. Более сильное водопонижение возможно лишь при их введении в повышенной дозировке, однако при этом наблюдаются такие нежелательные эффекты, как усадка, сильное воздухововлечение, отделение воды, расслоение смеси и ухудшение процессов твердения бетона.
Суперпластификаторы принадлежат к новому классу водопонизителей, отличающихся от традиционных по химической природе и способности снизить водопотребность до 30%. Добавки этого класса известны под разными названиями: суперпластификаторы, суперразжижители, суперводопонизители и высокоэффективные водопонизители.
К преимуществам использования суперпластификаторов относят получение бетонных смесей с высокой удобообрабатываемостью и простотой укладки и производство высокопрочных бетонов с нормальной удобообрабатыва-емостью при сильно пониженном содержании воды. Возможны и промежуточные варианты: более высокая, чем обычно, удобообрабатываемость бетонной смеси при ее меньшей водопотребности или пониженный расход цемента, но при нормальных технологичности бетонной смеси и прочности бетона.
Классификация. Обычно суперпластификаторы делят на четыре группы: продукты конденсации сульфированного нафталина с формальдегидом (СНФ), меламинсульфокислоты с формальдегидом (СМФ), модифицированные лигносульфонаты (МЛС) и другие вещества, включая эфиры сульфокислот, углеводов и т. д. Однако наиболее эффективные из них — СМФ и СНФ, выпускаемые в виде натровых солей соответствующих сульфокислот.
В основе молекул лигносульфонатов — фенилпропан с гидроксильными, метоксильными, карбонильными и сульфогруппами; молекулярная масса лигносульфонатов — от нескольких сот до 100 000, СМФ — порядка 30 000.
Области применения и ограничения. Литая бетонная смесь с суперпластификатором может быть легко уложена в густоармированные конструкции, при этом снимается проблема вибрирования смеси. Простота укладки литого бетона и оперативность такого процесса, не требующего вибрации или нуждающегося лишь в ограниченной вибрации, делают подобную технологию пригодной для укладки бетонной смеси в фундаменты, пролеты мостов, дороги, междуэтажные перекрытия, настилы кровель и т. д. Существенно облегчается перекачка бетонной смеси в присутствии суперпластификаторов. Эти добавки успешно применяют при необходимости закачки бетонной смеси в тоннели, для предотвращения поднятия подземных вод, заделки трещин, при проведении реставрационных работ и т. д. Суперпластификаторы используют в промышленности сборного железобетона, так как уже через 8—18 ч они обеспечивают прочность бетона до 40 МПа или снижение расхода цемента. Их применяют также для получения высокопрочного бетона (прочностью при сжатии выше 100 МПа). Кроме того, облегчается диспергирование пигментов.
Другие важные области применения суперпластификаторов — изготовление бетона с высокой непроницаемостью, улучшенным качеством поверхности и пониженной усадкой, что обеспечивает значительный экономический эффект.
Кроме перечисленных суперпластификаторы обладают способностью улучшать другие свойства бетонов, например благодаря существенному снижению водоцементного отношения повышать долговечность; расширяется возможность использования шлакопортландцемента, золоцемента и бетонов с дисперсным армированием, а также изготовления легких бетонов. Таким образом, действие суперпластификаторов распространяется не только на портландцемент, но и на другие цементные системы.
Однако не следует полагать, что суперпластификаторы можно применять без каких-либо ограничений. Так, для бетонных смесей с этими добавками характерна быстрая потеря подвижности. Требуется еще понять причинные связи между используемыми материалами, методами и внешними условиями, влияющими на этот эффект. Предстоит установить также, насколько совместимы суперпластификаторы с добавками других типов: ускорителями, замедлителями и др. Хотя эффективность суперпластификаторов зависит от удельной поверхности цемента и содержания в нем С3А, гипса и щелочей, пока не определены окончательные зависимости.
Использование суперпластификаторов вызывает необходимость изменения традиционной технологии приготовления бетонной смеси: для исключения ее расслоения требуется изменить соотношение между цементом, песком и крупным заполнителем. Кроме того, следует учитывать, что высокоподвижные бетонные смеси оказывают большее давление на формы, поэтому последние должны обладать определенной прочностью. Литые бетонные смеси трудно укладывать при угле наклона поверхности более чем на 3° к горизонту. При использовании сильно подвижных смесей с суперпластификаторами возникают трудности при отделочных операциях: необходимо принимать во внимание возраст смеси.
Во многих случаях превышение содержания суперпластификатора в сравнении с нормальным может привести, с одной стороны, к повышению пластифицирующего действия, а с другой — к нежелательным побочным эффектам. Хотя самым сильным действием обладают суперпластификаторы меламин- и нафталинформальдегидного типа (СМФ и СНФ) их эффект зависит от молекулярной массы и от вида катиона. Следовательно, пока установлены лишь главные закономерности действия суперпластификаторов; в ближайшие годы будут получены дополнительные данные, особенно касающиеся поведения бетонов с суперпластификаторами при их длительной эксплуатации, что позволит разработать стандарты и технические условия на эти добавки. Будущее суперпластификаторов будет зависеть и от их стоимости, а главное — от общего экономического эффекта их применения в строительстве. Таким образом, использование суперпластификаторов не исключает применения ранее известных пластификаторов в ряде традиционных областей строительства.