Добавки-регуляторы реологических свойств бетонных и растворных смесей

Лекции по дисциплине «Добавки в растворы и бетоны» Автор Кудряшова Р.А., к.т.н., доцент кафедры «Строительное производство и материалы» УлГТУ Добавки-регуляторы реологических свойств бетонных и растворных смесей Подразделяются на пластифицирующие добавки, суперпластификаторы, стабилизирующие и водоудерживающие. Все эти виды добавок относят к поверхностно-активным веществам. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) Академик Ребиндер предложил дифференцировать ПАВ по свойствам на гидрофильные и гидрофобные. Гидрофильные ПАВ способствуют повышению пластичности смесей, позволяя получать изопластичные смеси при разном содержании в них воды. Следовательно, смеси, в которые вводятся гидрофильные ПАВ, содержат меньше воды, что создает условия для получения бетона более высокого качества (с большей прочностью, плотностью, морозостойкостью и др.). Введение ПАВ позволяет изготовить бетон при экономии в среднем до 10% цемента. ПАВ гидрофильного типа – это ССБ и СДБ – сейчас применяют только СДБ сульфитно-дрожжевую бражку. ПАВ второго типа – гидрофобные – мылонафт, асидол-мылонафт, окисленный петролатум, абиетиновая смола, высшие карбоновые кислоты: – обладают защитным действием от слеживания цемента при его транспортировании и хранении; – обладают способностью не смачиваться водой; – возможностью повышения в бетонной смеси при перемешивании содержания воздуха и придания капиллярам несмачиваемости, следовательно, повышению ряда свойств бетона. Гидрофобные второго типа – различные кремнийорганические соединения: гидролизованный этилдихлорсилан (ГКЖ-94), метил- и этилсиликонаты натрия (ГКЖ-10 и ГКЖ-11). Кроме указанных эффектов при применении гидрофобных ПАВ второго типа, в том числе пластифицирования смесей вследствие химического взаимодействия кремнийорганических молекул с гидратом окиси кальция, наступающего вслед за адсорбцией, выделяется молекулярный водород и образуется кальциевая соль. Значительно увеличивается морозостойкость бетона, так как процесс выделения сопровождает процесс контракции. ПАВ гидрофобного типа особенно целесообразны для повышения таких свойств бетона, как соле- и морозостойкость, водонепроницаемость. Наиболее существенное повышение строительно-технических свойств бетона получается при комплексном использовании ПАВ обоих типов. Механизм действия ПАВ При введении в смеси или в цемент ПАВ адсорбируются на поверхности зерен цемента. Адсорбция – это процесс сгущения, уплотнения растворенного и парообразного вещества – адсорбтива на поверхности твердого или жидкого тела – адсорбента. Адсорбция – частный случай сорбции – процесса поглощения газов или паров твердыми и жидкими телами. ПАВ гидрофильного типа СДБ (ранее ССБ), адсорбируясь на зернах цемента, способствует снижению его качества и размеров флоккул – агрегатов, из которых состоит цемент. Этот процесс называется пептизацией. Гидрофильные вещества создают на поверхности зерен своеобразный экран – защиту минералов цемента от контакта с водой, задерживая начало гидролиза и гидратации. При этом повышается устойчивость цементного теста к коагуляции. Кроме того, гидрофильная добавка, тормозя химические процессы, создает иные условия образования зародышей кристалликов новообразований, т.е. оказывает модифицирующее действие (связанное с изменением формы, в том числе кристаллической и свойств новообразований). Исследования показали, что адсорбция СДБ различна у разных минералов. Наибольшая адсорбционная способность была определена у трехкальциевого алюмината С3А, наименьшая у двухкальциевого силиката С2S. Выявлено: - тормозящее действие добавок для ряда условий затворения цемента; - увеличение адсорбции при повышении тонкости помола цемента; - особенность пластифицирования цементов с высоким содержанием С3А; - снижение скорости диффузии воды через пленку адсорбирующейся СДБ. Перечисленные особенности имеют значение для производства. 1) Известно, что на первых этапах применения ССБ в смеси на ряде объектов был получен отрицательный результат: смесь быстро загустевала, а иногда не твердела в течение нескольких суток. Причиной, вызывающей быстрое загустевание смесей или длительную задержку твердения цемента, является различная адсорбционная способность минералов, недостаточное количество гипса в цементе, степень свежести поверхности зерен минералов и количество ПАВ в растворной или бетонной смеси. Там, где меньше C3А, может тормозиться твердение, т.к. поверхность зерен C3S и C2S покроется более толстым слоем СДБ по сравнению с цементом, в котором больше минерала С3А. 2) Эффект от адсорбции СДБ на поверхности молотых каменных материалов различен. Например, для молотого кварцевого песка он незначителен. Для молотого известняка адсорбция по численным значениям близка к адсорбции цемента с высокой тонкостью помола и средним по величине содержанием минерала С3А. По этой причине пластифицирование растворных смесей на известняковом порошке дает больший эффект. 3) Все цементы следует подразделять на группы пластифицирования, в котором введение добавок всегда приводило бы к получению технико-экономического эффекта. Соответственно этому качеству назначается дозировка СДБ в пределах 0,15÷0.3 % от массы цемента на сухой остаток этого вещества. Существует прием введения СДБ непосредственно в помольный агрегат при помоле клинкера. Цемент с добавкой СДБ назван пластифицированным. Эффект пластифицирования зависит от химико-минералогического состава клинкера, тонкости его измельчения, количества гипса, введенного при помоле клинкера, равномерности распределения пластификатора по поверхности зерен цемента. Несоблюдение этих условий вызывает меньший эффект от введения СДБ по сравнению с введением ее на строительной площадке. Существует способ введения СДБ не к кусковому клинкеру, а к цементу, образующемуся после помола. Эффект повышается от введения СДБ в жидком виде по мере развития удельной поверхности измалываемого клинкера. При пластифицировании максимальный эффект соответствует наибольшему уменьшению в смесях воды для любой заданной пластичности без торможения процесса из-за создания на поверхности твердой фазы слоев СДБ, которые задерживают ход диффузии ионов, участвующих в обменной реакции между цементом и водой. СДБ химически не участвует в этой реакции. улучшающие его текучесть; II группа - 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 в цементном тесте. К первой группе пластифицирующих добавок относят: 1) - сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) – продукт, образующийся при переработке сульфитно-спиртовой барды ССБ в кормовые гели пищевые дрожжи. Ее модификации – СДБ – кальциевая соль лигносульфоновых кислот; -вязкая темно-коричневая жидкость КБЖ или темно-коричневая твердая масса КБТ, хорошо растворимая в воде. Добавку выпускают многие целлюлозно-бумажные комбинаты. (Добавки на основе СДБ: ХДСК-1, АСТМ-2, КТС-1, НИЛ-20, НИЛ-21, МЛС, ХДСК-3, СКЗИЛ); 2) Мелассная упаренная последрожжевая барда УПБ — смесь гумусовых веществ и минеральных солей, отход производства при изготовлении кормовых дрожжей. Жидкость с запахом жженого сахара, плотностью 1,23... 1,24 г/см3; 3) Водорастворимый препарат ВРП-1 — смесь натриевых солей продуктов конденсации салициловой кислоты с формальдегидом. Жидкость светло-коричневого цвета плотностью около 1,2 г/см3. ; 4) Водорастворимый препарат С-1 — продукт поликонденсации салициловой кислоты, формальдегида и моноэтаноламина. Темно-коричневую жидкость с резким запахом, плотностью около 1,2 г/см3. Не вовлекает воздух, обладает ингибирующим действием; 5) Аплассан (АП) — продукт переработки сульфатосодержащих отходов акрилатных производств; темно-коричневую жидкость плотностью 1,10... 1,25 г/см3; 6)Пластификатор 20-03 — отходы акрилатных производств. Жидкость коричневого цвета с резким запахом; 7)Водорастворимый препарат ВРП-31 — продукт поликонденсации фенола с формальдегидом в присутствии сульфата натрия. Раствор коричневого цвета; 8)Водорастворимый препарат ВРП-34 — продукт совместной конденсации фенола, формальдегида и моноэтаноламина в присутствии сульфита натрия ; 9)Монолит-1 М-1 — смесь сульфированных фенолформальдегидных олигомеров. Жидкость от желтого до темно-коричневого цвета плотностью 1,21...1,25 г/см3; 10)Полимерный фенол ПФn — полисопряженный фенол, получаемый окислением фенола перекисью водорода в присутствии катализатора — темно-коричневый порошок, хорошо растворимый в водно-щелочных растворах. Плотность 1,46 г/см3, насыпная плотность 0,74...0,92 г/см3; 11)Плав дикарбоновых кислот ПДК — смесь адипиновой, глутаровой и янтарной кислот. От темно-зеленого до темно-серого цвета. Гидрофобизирующие добавки: - мылонафт (0.08-0,5%) – натриевые соли не растворимых в воде органических кислот (из отходов нефти); - асидол (0,08-0,5%) – нефтяные кислоты; - абиетат натрия (0,01-0,025%) – продукт омыления абиетиновой кислоты. Гидрофобизирующе – пластифицирующие – кремнийорганические жидкости: 1. ГКЖ-94 – этилгидросилоксановая жидкость; 2.ГКЖ-11 – метилсиликонат натрия; 3.ГКЖ-10 – этилсиликонат натрия. При введении в бетонную смесь гидрофобизирующих добавок значительно повышаются морозостойкость, водонепроницаемость, деформативность и другие свойства бетонов. При этом удается регулировать тепловыделение, что имеет существенное значение при бетонировании конструкций или частей сооружений больших объемов, устраиваемых без членения (опоры мостов, фундаменты, блоки гидротехнических сооружений). Особый интерес представляет применение комплексных ПАВ, когда удается использовать положительное действие каждой добавки (гидрофилизующей и гидрофобизующей). Эффект их применения значительно выше, чем от добавок одного вида. Суперпластификаторы Суперпластификаторы - высокоэффективные разжижители бетонных и растворных смесей, позволяющие в несколько раз повысить их подвижность против исходной, не вызывая при этом снижения прочности бетона или раствора при сжатии. Суперпластификаторы отличаются от традиционных по хи­мической природе и способны снизить водопотребность до 30%. Добавки называют: -суперпластификаторы;- суперразжижители, суперво­допонизители;-высокоэффек­тивные водопонизители. Про­изводство их впервые было ор­ганизовано в Японии и несколь­ко позже в ФРГ. Введение суперплас­тификатора приводит к диспер­гированию частичек цемента в цементно-водной суспензии, тогда как без добавки частички в воде агрегированы. В присутствии этой добавки цементная паста способна растекаться подобно жидкости. Можно также значительно снизить содержания воды в смесях и, следовательно, увеличить прочность бетона или раствора и уменьшить расход цемента. Суперпластификаторы относятся к поверхностно-активным веществам (ПАВ) особого рода - диспергаторам. Они отличаются от обычных ПАВ тем, что несколько снижают поверхностное натяжение, вследствие этого смеси не обладают воздухововлекающей способностью, вызывающей значительное уменьшение прочности бетона или раствора при сжатии. Максимальная пластифицирующая способность суперпластификаторов достигается при их введении в бетонные или растворные смеси в значительном количестве (до 1% массы цемента), в то время как ввод сульфитно-дрожжевой бражки даже в количестве более 0,25...0,3% массы цемента вызывает недопустимо большое снижение прочности бетона или раствора при сжатии вследствие вовлечения в бетонные или растворные смеси значительного объема воздуха. Суперпластификаторы объединяются в следующие группы (в зависимости от исходного сырья): - сульфированные меламиноформальдегидные смолы и комплексные добавки на их основе-меламинсульфокислоты с формальдегидом; - продукты конденсации нафталиносульфокислоты и формальдегида и комплексные добавки на их основе; - модифицированные (очищенные и практически не содержащие сахара) лигносульфонаты (ЛС). К ним относят: 1)Разжижитель С-З - жидкость темно-коричневого цвета, плотность 1,15 - 1,20 г/см3 или неслеживающийся темно-коричневый порошок, легко растворимый в воде. Не имеет запаха, не выделяет вредных газов и паров, малотоксичен; 2)Дофен (ДФ)- жидкость темно-коричневого цвета с плотностью, равной 1,15-1,2 г/см3; 3) Суперпластификатор 10-03 – прозрачная жидкость, желтоватая с плотностью 1,101 г/см3. Не горюч, пожаро- и взрывобезопасен, малотоксичен, не допускается прямых солнечных лучей, является производным меламиновой смолы); 4) Меламиноформальдегидная анионоактивная смола марки МФ-АР — прозрачная, желтоватая жидкость с плотностью 1,08...1,12 г/см3. Сохраняется при температуре от — 50°С до +35°С в герметично закрытой таре, защищенной от действия солнечных лучей. Раствор негорюч, малотоксичен; 5) Суперпластификатор НКНС 40-03 — жидкость с плотностью 1,05...1,20 г/см3 . Выделяется при крекинге и пиролизе нефтепродуктов; 6) Разжижитель СМФ — водный раствор коричневого цвета плотностью 1,15.. 1,2 г/см3. В большинстве суперпластификаторы — синтетические полимерные вещества, которые вводят в бетонную смесь в количестве 0,1 ... ... 1,2% от 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 особенно 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. Кроме того, суперпластификаторы разжижают бетонную смесь в большей степени, чем обычные пластификаторы. Все это 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, сократить время формования изделий, уменьшить расход цемента. Рекомендуемое количество суперпластификатора 0,5-0,7% от массы цемента в пересчете на сухое вещество. Количество увеличивается с повышением содержания в цементе активной минеральной добавки, и трехкальциевого силиката C3S, а также с повышением тонкости помола цемента. Не рекомендуется использовать в пластифицированных цементах, высокоглиноземистых. Эффективность некоторых суперпластификаторов зависит от крупности песка и от применения песчано-гравийных смесей и известняковых заполнителей. СП 40-03 – расход увеличивается при увеличении содержания C3A. Обычные водопонизители способны уменьшить водопотребность бетонной смеси при­мерно на 10 – 15%. При повышенной дозировке наблюда­ются такие нежелательные эффекты, как усадка, сильное воздухововлечение, отделение воды, расслоение смеси и ухудшение процессов твердения бетона. Существуют различные способы введения суперпластификаторов СП в бетонные и растворные смеси: • Предварительное растворение их в воде затворения бетонной (растворной) смеси; • Введение концентрированного водного раствора пластификатора в конце перемешивания бетонной смеси; • Многократное повторное введение концентрированного раствора пластификатора через определенные промежутки времени в процессе перемешивания бетонной смеси. При этом пластифицирующий эффект от применения добавки повышается, если водный их раствор вводится в смесь после добавления воды затворения. Суперпластификаторы, как и обычные гидрофильные пластифицирующие добавки, вызывают пептизацию флокул цемента, освобождая иммобилизированную в них воду, уменьшают трение между частицами. Адсорбционные пленки СП вызывают сильное электрическое отталкивание частиц твердой фазы в системах цемент-вода и цемент-вода-заполнитель. Такое воздействие в несколько раз повышает подвижность бетонных смесей при введении в них 0,5-1% суперпластификаторов. Применение суперпластификаторов позволяет упростить технологию формования изделий, отказаться от вредного и энергоемкого оборудования для виброуплотнения бетонной смеси, сэкономить до 20% клинкерных цементов, заменить дефицитные высокомарочные цементы рядовыми, ускорить нарастание отпускной прочности ж/б конструкций с уменьшением потребности в металле на опалубочные формы, снизить трудозатраты, улучшить условия труда, повысить качество изделий и их долговечность. Литая бетонная смесь с суперпластификатором может быть легко уложена в густоармированные конструкции, не требует применения вибрации. Существенно облегчается перекачка бетонной смеси. Однако не следует полагать, что суперпластификаторы можно применять без каких-либо ограничений. Так для бетонных смесей с такими добавками характерна быстрая потеря подвижности. Для исключения расслоения бетонной смеси требуется изменить соотношение между цементом, песком и крупным заполнителем. Литые бетонные смеси трудно укладывать при угле наклона более 3о к горизонту. Возникают трудности при отделочных операциях: необходимо принимать во внимание возраст смеси. Действие суперпластификаторов на свойства бетонных смесей и затвердевших бетонов Дозировка СП зависит от исходной осадки: чем она ниже, тем больше следует ввести добавки, однако при больших дозировках эта разница уменьшается. Время введения СП влияет на значение осадки конуса. Хотя они эффективны и при введении с водой затворения, лучшие результаты получают при добавлении СП через несколько минут после смешивания цемента с водой. Тип цемента влияет на значение величины осадки конуса. Расслоение и водоотделение Расслоением (сегрегацией) называется разделение компонентов смеси из-за различия их размеров и плотности. Водоотделение - частный случай сегрегации, при котором вода выделяется на поверхности бетонной смеси. Поскольку водоотделение уменьшается с понижением В/Ц, суперпластификаторы не вызывают ни расслоения ни водоотделения. При получении литых бетонных смесей с помощью СП возможны оба процесса. Следует принять особые меры - это повышение содержания в смеси мелкого песка и цемента. Минимальное кол-во Ц+П: 400, 450 и 500 кг на 1 м3 в зависимости от dнаиб крупного заполнителя. Содержание воздуха СП на основе нафталинсульфокислоты и лигносульфонатов вовлекают некоторое кол-во воздуха. В типичных смесях остается после уплотнения 1-3% воздуха. Введение СП может существенно увеличить кол-во воздуха в смеси. Сроки схватывания В принципе СП замедляют сроки схватывания цемента. Все зависит от ее кол-ва и качества. Сроки схватывания можно ускорить или замедлить, комбинируя СП с другими добавками. Совместимость с другими добавками СП совмещаются с замедлителями, ускорителями схватывания и воздухововлекающими добавками. Не всегда легко подобрать такие составы, обязательно требуется экспериментальная проверка. Направления использования суперпластификаторов СП: 1. Для приготовления бетона с очень низким В/Ц и высокопрочного. При этом В/Ц может быть снижено до 0,28 (в Японии). 2. Для приготовления бетона с пониженным расходом цемента (в США). Это обеспечивает снижение энергозатрат на приготовление бетона (себестоимость). 3. Для приготовления литого бетона СП обеспечивают получение саморастекающихся , самонивелирующихся бетонных смесей. Такие смеси удобны при укладке в густоармированные ж/б конструкции. Как при этом изменяются свойства бетона? 1. Прочностные. Rсж литого бетона с СП в 28 суточном возрасте равна или больше, чем у контрольного бетона без добавки. Если СП вводят для снижения водопотребности до 30%, то значительно возрастает Rсж и Rраст, в том числе ранняя прочность, возрастает модуль упругости. 2. Усадка и ползучесть. Усадка бетона с СП такая же или меньше, чем у бетона без добавок. В целом СП практически не влияют на ползучесть бетона. 3. Влияние повторного введения СП. Подобная задача особенно актуальна для работ в районах с жарким климатом, когда снижение о.к. может произойти во время ее транспортирования. Сохранение подвижности бетонной смеси удается решить повторным введением такого же количества добавки, какое вводили с водой затворения. 4. Долговечность бетона. Известно, что для придания бетону высокой морозостойкости в него вводят воздухововлекающие добавки, обеспечивающие определенное распределение пузырьков газовой фазы по размерам и расстоянию между ними не превышающие 200 мкм. Исследования показали, что морозостойкость бетона с добавками СП не ухудшилась. Сульфатостойкость бетона с СП также близка этому свойству бетона без добавок. Коррозия арматуры и прочность сцепления бетона с СП с арматурой - проведенными исследованиями показано, что добавки СП всех типов не вызывают коррозии арматуры, в отличие от параллельных испытаний бетонов с присутствием CaCl2, вызывающего значительные коррозионные поражения. Введение в бетоны СП улучшает (сцепление) адгезию цементного камня к арматуре как в тяжелом, так и в легком бетоне. 5. Прокачиваемость. Исследования, проведенные в полевых условиях показали, что давление, требуемое для прокачивания обычной бетонной смеси с СП, на 30%, а легкобетонной смеси на 10% меньше, чем для смеси без добавок. 6. Биологическое действие суперпластификаторов. Какие либо ограничения медицинские в отношении применения СП отсутствуют, хотя формальдегид, используемый при получении наиболее активных СП, может быть опасен для здоровья, но он прочно связан в соответствующие соединения и не может вызывать никаких нежелательных явлений. Стабилизирующие и водоудерживающие добавки К ним относят: 1. Полуэтиленоксид – высокомолекулярное ПАВ неионогенного типа. Белый порошок, растворимый в воде. 2. Гипан ГПН. 3. Метилцеллюлоза водорастворимая МЦ – 100. 4. Структурообразователь К-9 – гидроизолированные отходы нитронового волокна 5. Бентонитовая глина БГ – природный алюмосиликат, характеризуется высокой дисперсностью, набухаемостью. Добавки – регуляторы схватывания и твердения бетонов и растворов В строительном производстве довольно часто возникает необходимость в интенсификации процессов твердения цементного теста при изготовлении железобетонных конструкций с целью максимального повышения прочности, компенсации ее снижения при вводе повышенных доз пластифицирующих добавок. Для этих целей используют добавки-ускорители. Возникает также необходимость производства бетонных работ при отрицательной температуре окружающей среды с применением незамерзающих на морозе бетонных смесей. Для таких целей используют добавки-замедлители, противоморозные добавки. Добавки – замедлители схватывания Действие этих добавок сводится в основном к торможению процессов гидратации и гидролиза клинкерных минералов, обуславливающему замедленное выделение свободной извести в раствор, а также замедлению процессов коагуляции и сближения зерен цемента и его гидратных новообразований, вследствие чего интенсивность схватывания цемента замедляется. Замедление схватывания цемента может быть вызвано и воздействием добавок, не препятствующих гидратации и гидролизу минералов, но быстро связывающих свободную известь, а также влиянием отдельных электролитов, которые, в зависимости от их содержания в цементном тесте, могут препятствовать коагуляции коллоидного раствора и гидратных новообразований в цементном тесте. К добавкам-замедлителям схватывания цементного теста, бетона и раствора относятся: - кормовая сахарная патока (меласса – отход сахарной промышленности – густая вязкая жидкость темно-коричневого цвета, хорошо растворимая в воде); - полигидросилоксан; - клеи животные (костный, мездровый); - крахмал; - декстрин; - тринатрийфосфат; - сульфат алюминия; - хлористый аммоний; - сульфат железа; - соляная кислота. Добавки – ускорители схватывания и твердения бетонов и противоморозные добавки Роль этих добавок заключается в основном в активизации процесса гидратации цемента, вызывающего ускоренное образование гелей. В результате энергичных реакций обмена ускоренно выделяется свободная известь в раствор и повышается растворимость силикатных составляющих цемента, что приводит к образованию гелей гидроксидов металла и кальция. Одновременно ускоряется коагуляция появляющегося коллоидного раствора, при котором сближаются зерна цемента и частицы гидратных новообразований. По характеру взаимодействия на цементное тесто различают добавки: - не вступающие в реакцию с компонентами цемента, но повышающие их растворимость и снижающие температуру замерзания воды; - активизирующие процессы гидратации цемента посредством диспергации его зерен, разрушения силикатных составляющих и повышения их растворимости в воде и снижающие температуру замерзания воды; - ускоряющие процессы гидратации цемента, вызываемые реакциями обмена, которые приводят к образованию гелей гидроксидов кальция и снижающие температуру замерзания воды; - способствующие выделению тепла при гидратации цемента и понижающие температуру замерзания воды. Исследованиями и многолетней практикой установлена возможность производства бетонных и каменных работ при отрицательных температурах с использованием бетонных и растворных смесей, приготовленных из предварительно прогретых и непрогретых заполнителей. При этом в бетонные или растворные смеси вводят так называемые противоморозные добавки, обеспечивающие сохранение в смесях жидкой фазы, необходимой для гидратации и твердения цементного теста и ускоряющие его схватывание и твердение при отрицательной температуре в начальный период – 10 суток и более. При растворении любой противоморозной добавки происходит не простое распределение ее частиц (молекул или ионов по всему объему воды), а химическое их взаимодействие с молекулами воды. В результате образуются сольваты (более или менее прочные соединения частиц растворенной добавки с молекулами воды), изменяющие свойство воды. Например, до превращения содержащейся в растворе воды в лед требуются затраты энергии не только на замедление движения молекул воды, но и на разрушение сольватов, чем и объясняется замерзание раствора добавки при температуре ниже 0С. Количество связанных с каждой частицей добавки молекул воды (составов сольватов) и сила этой связи зависят от состава растворенной добавки и, главным образом, от электрических свойств и размеров ее частиц, а также от их концентрации. Поскольку при увеличении концентрации частиц добавки в водном ее растворе все большая часть воды оказывается связанной в сольваты, температура замерзания раствора понижается. Однако следует иметь в виду, что при этом в растворе все меньше остается «свободных» молекул воды, способных к взаимодействию с минералами цемента. К добавкам-ускорителям схватывания цементного теста и твердения бетона и раствора, к противоморозным добавкам, обеспечивающим твердение цементного теста при отрицательной температуре окружающей среды, относятся следующие. Поташ, калий углекислый, карбонат калия (П) – соль с сильно выраженными щелочными свойствами, выпускается в виде кристаллического порошка белого цвета. При хранении во влажных условиях возможно слеживание. При работе с кристаллическим поташом и его раствором следует остерегаться попадания его на кожу и в глаза. Поставляется в мешках или барабанах. Хлорид кальция ХК – кристаллический порошок белого цвета, разлагающийся при длительном хранении на воздухе, не переносит влаги. Поставляется в мешках или барабанах. Нитрат кальция НК – бесцветные хорошо растворимые в воде кристаллы, хранить следует в упакованном виде в вентилируемых, закрытых, сухих и чистых складских помещениях, к которым предъявляются требования пожарной безопасности. Вместимость складов не более 1500 т. Нитрит-нитрат кальция ННК – смесь нитрита кальция и нитрата кальция в отношении 1:1 по массе в виде 20 %-го водного раствора или пасты. Токсичен. Разлагается в средах с рН>7. Не допускается смешивать с растворами СДБ. Нитрит – нитрат хлорид кальция ННХК – продукт, получаемый смешиванием ННК с хлоридом кальция в отношении 1:1 по массе. Водный раствор желтоватого цвета плотностью 1,1…1,3 г/см3. Токсичен. При работах должны соблюдаться все правила техники безопасности. Разлагается в кислых средах. Вызывает сильное раздражение кожного покрова. Хлористый натрий ХН – кристаллический порошок белого цвета, растворимый в воде; должен храниться в условиях, исключающих увлажнение. Перерабатывается предприятиями пищевой и химической промышленности, поставляется навалом или в мешках. Сульфат натрия СН – поставляется в виде декагидрата, но может выпускаться в виде безводной соли – кристаллов белого цвета с желтым оттенком, трудно и ограниченно растворимых в воде. При хранении в открытом виде возможно выветривание кристаллов. Поставляется в мешках, бочках и навалом. Нитрит натрия НН – кристаллы белого цвета с желтоватым оттенком. Выпускается также в виде 28 %-го раствора. Кристаллический продукт следует хранить в упакованном виде в вентилируемых, закрытых, сухих и чистых складских помещениях в соответствии с «Правилами безопасности для неорганических производств азотной промышленности». К складам предъявляются повышенные требования пожарной безопасности. Ядовит, при попадании в организм человека вызывает тяжелые поражения, опасные для жизни. Поставляется в мешках или в цистернах . Карбамид (мочевина) М – бесцветные хорошо растворимые в воде кристаллы. Продукт пожароопасный (tвсп = 182С), поэтому хранить его следует в отдельных складах с несгораемыми стенами. По эффективности действия указанные выше противоморозные добавки располагаются в такой последовательности по показателю предельно отрицательной температуры,С (т.е. когда вода еще не переходит в твердое состояние при введении 30 % добавок по массе): ХК – 50,2; ННХК – 48; ХН – 21,1; ННК – 21,5; НН – 19,6; П – 18,7; НК – 14,5; НКМ – 9,1 и М – 8,3. Значение отрицательной температуры t = - 21,1С для ХН – при концентрации 21% и t = - 19,6С для НН – при концентрации 28%, так как они для растворов этих добавок являются эвтектическими. К добавкам-ускорителям схватывания цементного теста и его твердения в бетонах и растворах относятся также такие добавки, как хлористый кальций ХК, хлористый натрий ХН, нитрит натрия НН, нитрат кальция НК, сульфат натрия СН, дистиллерная жидкость ДЖ, алюминат натрия АН и др. При введении противоморозных добавок необходимо учитывать следующее: - концентрация раствора затворения бетонной или растворной смеси, содержащего добавки (с учетом влажности заполнителей), не должна превышать, %: 31 – ХК; 30 – П; 28 – НН; 25 – НКМ; ННХК; ННК и НК; 23 – ХН; 20 – НН и ННК; - содержание в бетонных или растворных смесях противоморозных добавок не должно превышать, % массы цемента: 3- ХН; 7 – ХК; 10 – НН; 12 – ННХК и 15 – П; при необходимости применения только хлорида натрия и кальция сверх допустимого количества к ним следует добавлять ингибиторы коррозии стали; если противоморозные добавки, особенно ХК и ХН вызывают недопустимую скорость схватывания цементного теста, нужно дополнительно вводить добавки-замедлители схватывания цемента в количестве, определяемом экспериментально; - добавки НН и НКМ несколько улучшают удобоукладываемость бетонных и растворных смесей. Бетонные смеси с противоморозными добавками допускается применять для изготовления неармированных и армированных конструкций, изделий и деталей в соответствии с дополнительными указаниями. Если бетон при расчетной отрицательной температуре набирает прочность при сжатии не менее 5 МПа, к нему не предъявляются требования повышенной водонепроницаемости и морозостойкости. Кроме того, при изготовлении конструкций, предназначенных для последующей отделки, а также при предъявлении к поверхности бетона особых требований, возможность применения противоморозных добавок следует решать после испытания на образование высолов. Для проверки появления высолов или выцветов из бетона с разным количеством добавки и без нее изготовляют по три образца размером 10 х 10 х 30 см или 15 х 15 х 45 см, которые выдерживают при температуре не выше 0С. После набора бетоном 50…60% проектной прочности при сжатии образцы погружают на 3…5 см в ванну с водой, а выступающую над водой поверхность обдувают воздухом температурой 20…30С. Наличие высолов определяется визуально через 7 сут, и если они не появились, добавку можно применять. При появлении высолов следует уменьшить дозу добавки, применить другую или совместно с ней вводить ВЛХК, ГКЖ-10, ГКЖ-11, Ж136-41, СНВ, СПД или ЦНИПС-1. Выбор противоморозных добавок необходимо обосновывать результатами проверки их эффективности по такой методике. Из бетонной или растворной смеси без добавки и с добавкой 5 % ХК изготавливают по шесть образцов 10 х 10 х 10 см, которые после трехсуточного твердения в нормальных температурно-влажностных условиях испытываются на сжатие. Если прочность бетона с добавкой выше, чем без добавки не менее чем на 15 %, в качестве противоморозных могут применяться все добавки, приведенные выше. В противном случае применение добавок на основе солей кальция (хлориды, нитриты, нитраты) не желательно вследствие замедленного темпа твердения бетона; более эффективно применение нитрата натрия или поташа. Состав тяжелого бетона, твердеющего на морозе, определяют по изложенной ранее методике с учетом дополнительных требований: - достижение проектной прочности бетона при сжатии может быть принятым в возрасте до 180 сут; марку бетона следует назначать, пользуясь дополнительными данными ; - удобоукладываемость бетонной или растворной смеси назначается, как и для смеси без добавок. Установленный таким способом состав бетона проверяют приготовлением контрольных замесов бетонных смесей с определением температуры, подвижности и времени, в течение которого сохраняется требуемая подвижность смеси. Если противоморозные добавки излишне пластифицируют смесь, то подвижность понижают уменьшением воды без изменения содержания добавки. Когда необходимо увеличить время сохранения требуемой подвижности бетонной смеси, особенно с добавкой поташа, понижают температуру ее замерзания или вводят замедлители схватывания. При приготовлении бетонных смесей с противоморозными добавками следует учитывать, что: - бетонную смесь с добавкой хлорида или нитрата натрия рекомендуется применять с температурой 10…35 С, а с остальными добавками – 10…15 С; - температура бетона после укладки и уплотнения должна быть выше температуры замерзания водного раствора затворения не менее чем на 5 С; - для приготовления бетонной смеси могут применяться не подогретые материалы, но не содержащие включений льда, снега и замерзших комьев. При применении холодных заполнителей следует загружать сначала песок, щебень и рабочий раствор добавки, после их смешивания в течение 1,5…2 мин – цемент, после чего продолжать перемешивание еще 2,5…3 мин. Для обеспечения требуемого качества возводимых конструкций и сооружений из бетонных смесей, содержащих противоморозные добавки и твердеющих в условиях отрицательной температуры окружающей среды, следует учитывать требования нормативов. Технико-экономическая эффективность применения противоморозных добавок определяется разницей затрат на обеспечение твердения бетона в условиях паропрогрева, электропрогрева или «термоса» и его твердения в условиях отрицательной температуры окружающей среды без каких-либо мер защиты от ее воздействия. ДОБАВКИ-РЕГУЛЯТОРЫ СТРУКТУРЫ БЕТОНА И РАСТВОРА Для придания бетону или раствору требуемой пористости или плотности вводят микро-, поро-, пенно-, газообразующие или уплотняющие добавки. Исследованиями установлено, что общая пористость бетона зависит, в основном, от количества вводимого порообразователя и воды, вида и расхода вяжущего. Контракционная и гелевая пористость в меньшей мере влияет на физико-механические свойства бетона; капиллярная же существенно сказывается на его отношении к воде (водопоглощение, капиллярное всасывание, сорбционное увлажнение), его морозо - и коррозионной стойкости. Физико-механические и теплотехнические свойства поризованных и ячеистых бетонов зависят от характера микропористости - газовой пористости. Наилучшее строение и физико-механические свойства ячеистого бетона достигаются при наличии в нем большого количества мелких и равномерно распределенных пор шаровидной формы. Однако при газовой пористости свыше 53% появляется возможность деформации и разрушения стенок пор, что приводит к ухудшению его физико-механических характеристик. ПЛАСТИФИЦИРУЮЩЕ-ВОЗДУХОВОВЛЕКАЮЩИЕ ДОБАВКИ Действие пластифицирующее - воздухововлекающих добавок сводится к замедлению процесса гидратации затворенного водой цемента и, как следствие, к снижению интенсивности увеличения вязкости цементного теста в бетонных и растворных смесях в начальной стадии. Достигается это благодаря свойству добавок образовывать на поверхности зерен цемента тонкие (мономолекулярные) гидрофобные пленки, резко уменьшающие смачивание цементных зерен водой, что приводит к замедлению процесса их гидратации и, следовательно, к сохранению на некоторое время начальной вязкости цементного теста. Помимо этого, в связи с некоторой пенообразующей способностью добавок этой группы при перемешивании в бетонных и растворных смесях возникают мельчайшие пузырьки вовлеченного воздуха, повышающие подвижность смесей. К пластифицирующее - воздухововлекающим добавкам относятся следующие: пластификатор адипиновый щелочной ПАЩ, смола омыленная водорастворимая, понизитель вязкости фенольный лесохимический ПФЛХ, лесохимическая добавка ЛХД, нейтрализованный черный контакт, контакт черный нейтрализованный рафинированный КЧН, этилсиликонат натрия ГКЖ-10, метилсиликонат натрия ГКЖ-11, сульфатный черный щелок ЧЩ, подмыльный щелок, асидол масляный, асидол- мылонафт и др. ВОЗДУХОВОВЛЕКАЮЩИЕ ДОБАВКИ Действие воздухововлекающих добавок состоит, в основном, в насыщении растворных и бетонных смесей микропузырьками воздуха, облегчающими взаимное перемещение заполнителей и выполняющих роль смазки. Достигается это благодаря тому, что добавки вводятся в растворные или в бетонные смеси в виде щелочных мыл или образуют в них мыла (за счет нейтрализации гидрооксидов новообразований гидратирующегося цемента), обладающие пенообразующей способностью. К воздухововлекающим добавкам относятся следующие: Смола нейтрализованная воздухововлекающая СНВ, СНВК- добавка на основе натриевых солей абиетиновой смолы. Сухое вещество темно-коричневого цвета, малотоксично и слабогорюче. Производится Тихвинским лесохимическим и Волгодонским канифольным заводами; поставляется в виде порошка или монолит-глыбы. Клей таловый пековый КТП – смесь производных смоляных и жирных кислот, образующаяся при выделении талового  масла из сульфатного лигнина. Твердый продукт коричневого цвета, содержащий около 10% влаги, растворим в воде, малотоксичен, слабогорюч. Производится Братским лесопромышленным комплексом и поставляется в виде глыб. Пек таловый омыленный ОТП - натриевые соли смоляных и жирных кислот с общей щелочностью 10%. Монолит-глыба и порошок добавки с температурой размягчения около 70 С, мало токсичен, слабогорюч. Производится целлюлозно-бумажными комбинатами и транспортирует монолит-глыбой. Смола древесная омыленная СДО - пастообразный продукт на основе натриевой соли абиетиновой смолы, получаемый омылением древесной смолы щелочью. Поступает в плотных бумажных мешках и должен храниться в сухих складских помещениях, защищенных от атмосферных осадков. Синтетическая поверхностно-активная добавка СПД - водный раствор смеси натриевых солей высших жирных и алкилнафтеновых кислот и неомыленных веществ. Жидкость красно-коричневого цвета, предельная концентрация паров в воздухе  рабочей зоны 10 мг/м³ (по высшим жирным спиртам). Вспомогательный препарат ОП. Пастообразный продукт белого цвета, получаемый обработкой моно- и диалкилфенолов оксидом этилена. Омыленный древесный пек ЦНИПС-1 – пастообразный продукт, получаемый нейтрализацией жирных кислот древесного пека едким натром. Микропенообразователь БС - представляет собой нейтрализованные едким натром или едким калием жирные кислоты растительного или животного происхождения, содержащие белки и углеводы: полынь, стебли подсолнечника и кукурузы, сено, сосновая хвоя и пр.; белковые отходы боен, копыта и рога, отходы клееварочного и кожевенного производства и т.д. Микропенообразователь ОС- паста черного цвета, представляющая собой отходы соапстока, образующиеся на  мыловаренных заводах и содержащие 10...15 % по массе омыленных жиров. Подмыльный щелок ПМЩ - отходы мыловаренного производства. Дегтеизвестковый пластификатор ДИЮжНИИ, представляющий собой комковатую сырую массу желто-коричневого цвета, получаемую в результате тщательного смешивания дегтя(галипота) из древесных хвойных пород, извести и воды. Канифольное мыло КМ, представляющее собой мазеобразную пасту от темно-коричневого до светло-желтого цвета, получаемую в результате обработки канифоли водным раствором едкого натра или кальцинированной соды и состоящую, в основном, из натриевых солей, содержащихся в канифоли. Как воздухововлекающие добавки большой интерес представляют натриевые соли нафтеновых кислот (М1, НРВ, АМ, АМН, А1, А2, ДНК) и натриевые соли нефтяных сульфокислот (НЧК, КЧНР, ПО-1, Н, СХ), приведенные выше. Все они водорастворимы, имеют нейтральную или слабощелочную среду, за исключением ДНК, АМН и АМ, водорастворимость которых обеспечивается нейтрализацией их NaOH или NA2CO3. В результате этого воздействия образуются легко растворимые в воде натриевые соли нафтеновых кислот. Воздухововлечение связано, в основном, с поверхностной активностью и пенообразующей способностью добавок, что характеризуется поверхностным натяжением, пенообразованием, стойкостью пены и воздухововлечением . ПЕНО - И ГАЗООБРАЗУЮЩИЕ ДОБАВКИ Эффективность пенообразующих добавок зависит от поверхностной активности и пенообразующей способности, которая в свою очередь связана с поверхностным натяжением растворов, понижающимся с увеличением концентрации пенообразующей добавки в растворе. Концентрация раствора, обеспечивающая максимальную стабильность пены, должна быть близкой к концентрации, при которой достигается адсорбционное насыщение на границе  раствор - воздух. Для уменьшения размеров воздушных пузырьков эмульсии должно быть понижено поверхностное натяжение раствора, что достигается повышением в нем концентрации поверхностно-активного вещества. Стабилизация эмульсии воздуха достигается кальциевым мылом, фиксирующимся в адсорбционных оболочках воздушных пузырьков. Действие газообразующих добавок сводится к образованию в бетонных или растворных смесях равномерно распределенных замкнутых пор. Практически не влияя на формовочные свойства бетонных и растворных смесей, добавки за счет образования до 2 % газовых микропузырьков в единице объема бетона или раствора и частичной гидрофобизации внутренней поверхности пор позволяют улучшить качество бетона и раствора. Поризация ячеистых газобетонов основана на образовании в тесте вяжущих газовых пузырьков, создающих ячеистую структуру цементного или известково-силикатного теста. К пенообразующим добавкам относятся следующие. Смола древесная омыленная СДО - см. выше. Сульфанол С- смесь натриевых солей алкилбензолсульфатов белого или светло-желтого цвета. Порошок хорошо растворим в воде, нетоксичен. Клееканифольный пенообразователь ККП, приготовляемый на основе животного клея (ГОСТ 2067-80), канифоли (ГОСТ 2118-84), едкого натра (ГОСТ 2263-79*) и воды. Смолосапониновый пенообразователь ККП, приготовляемый на основе мыльного корня (ОСТ 43-03) и воды. Клеенекалевый пенообразователь КНП, приготовляемый на основе некаля, получаемого в виде 18%-ного раствора, содержащего 7..10 % сернокислого натрия и до 1 % хлористого натрия, клея и воды. Жидкостекольный пенообразователь ЖСП, приготовляемый на основе канифоли, едких щелочей, жидкого стекла ( ГОСТ13078-81) и воды. Пенообразователь для ячеистого бетона ПЯБ, состоящий из органического клея (0.6…1), алкиларилсульфоната (0.6..1%), хлорного железа (0.03..0.04 % по массе) и воды - остальное- до 100%, получаемый на основе сульфанола. Пенообразователь ПТД, представляющий нейтрализованный водный раствор смолы термолиза древесины известью пушонкой при 70…90С до рН=12…13 с последующей фильтрацией раствора. К газообразующим добавкам, применяемым для производства ячеистых газобетонов относятся порошки алюминия, магния, цинка и тд. В результате химического взаимодействия этих добавок с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидратации цемента, или со щелочными добавками, образуют свободный водород; техническая перекись водорода с хлорной известью (ГОСТ 1692-85), карбонаты кальция или магния. Получению газобетона более высокого качества способствует добавка алюминиевой пудры, которая к тому же не приводит к коррозии стали. При применении пергидроля и карбоната образуется хлористый кальций, ускоряющий схватывание и твердение цементного теста и одновременно вызывающий коррозию стали. Однако этот недостаток может быть частично или полностью устранен вводом ингибиторов, о которых подробно излагается ниже. Наиболее распространена в производстве газобетона алюминиевая пудра ПАК-3 и ПАК-4, представляющая собой тонко измельченный, подвергнутый специальной полировке алюминий. Поверхность частиц пудры покрыта защитной парафиновой пленкой. Пудра алюминиевая ПАП и ПАП-1 – серебристый тонкий дисперсный порошок, растворимый в кислотах и щелочах и не растворимый в воде и органических растворителях. Порошок чрезвычайно пожароопасен, поставляется в банках. Менее распространен пергидроль технический, представляющий собой бесцветную неустойчивую жидкость, разлагающуюся на свету на кислород и воду. К газообразующим добавкам, применяемым для поризации бетонов и строительных растворов, относятся: полигидросилоксаны: Ж 136-41 и Ж 136-157 М - полимеры этилгидросилоксана, образующиеся при гидролизе этилдихлорсилана. Содержание активного водорода 1.30…1.76%. При использовании добавок температура бетонных смесей не должна превышать 30С. Электропрогрев бетона следует исключить. УПЛОТНЯЮЩИЕ ДОБАВКИ Увеличение плотности бетонов и растворов, долговечности изделий достигается применением минеральных и водорастворимых добавок.  Тонкодисперсные минеральные вещества, содержащие активный кремнезем (в аморфном состоянии), не только заполняют поры в бетоне или растворе, но и химически взаимодействуя с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидратации цементов, образуют дополнительные соединения двухкальциевого силиката. В конечном счете, это приводит к повышению плотности цементного камня, росту его прочности при сжатии и улучшению других характеристик. В качестве добавок-уплотнителей бетонов и растворов следует применять тонкомолотые и тонкодисперсные минеральные добавки из сырьевых материалов, обладающих гидравлической активностью: доменные гранулированные шлаки, золы и шлаки ТЭС, кремнеземистая опоковидная порода, трепел и др., данные о которых и их физические характеристики приведены далее. К водорастворимым добавкам-уплотнителям бетонов и растворов относят следующие. Полиаминная смола С-89- прозрачная темная однородная жидкость с зеленоватым оттенком. Содержание связанного хлористого водорода 15.5..18.5%. Концентрация смолы в водном растворе 29..45%. Устойчива к разведению водой при отношении 1:100. Алифатическая эпоксидная смола ДЭГ-1- однородная жидкость желтого цвета плотностью 1.155 г/м3. Содержание гидроксидных групп 21, гидроксильных-4.5%. Сульфат аммония СА производится в безводном виде и в виде гидрата. Бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде, малотоксичны. Кристаллогидрат при хранении в открытом воздухе легко выветривается, безводный продукт гигроскопичен. Порошок пожаро- и взрывобезопасен. Бетоны с водорастворимыми смолами ДЭГ-1,ТЭГ-1 и С-89 твердеют в воздушно - влажных, влажных и водных условиях. Они способствуют некоторому увеличению прочности бетона и пластифицируют бетонные смеси, в некоторых случаях создают усадку и ползучесть бетона, повышают плотность, водонепроницаемость, морозостойкость и трещиностойкость бетона. ГИДРОФОБИЗИРУЮЩИЕ ДОБАВКИ Эти добавки придают бетонам гидрофобные ( водоотталкивающие) свойства. Фенилэтоксисилоксан 113-63 (ФЭС-50) – прозрачная подвижная жидкость, нерастворимая в воде, образует эмульсию. Кинематическая вязкость 50%-го раствора в толуоле при 20С- 1.6…2.2*10-4 м2/с. Добавка невзрывоопасна. Алюмометилсиликонат натрия АМСР - продукт взаимодействия металлического алюминия с метилсиликонатом натрия. Бесцветная или желтовая жидкость, смешивающаяся с водой в любых соотношениях, нетоксична. Поставляется в виде 33%-го раствора. Сернокислые соли пеназолинов ССП - водный раствор от светло-желтого до светло-коричневого цвета, рН-7. Снижает поверхностное натяжение. Поставляется в виде порошка в мешках. Применение добавок - регуляторов структуры бетона и раствора Добавки-регуляторы структуры бетона и раствора (пластифицирующе-воздухововлекающие, воздухововлекающие, пенно -и газообразующие, уплотняющие, гидрофобизирующие) применяются в виде водных растворов рабочей или повышенной концентрации. При этом водные растворы рабочей концентрации добавок-регуляторов структуры бетона и раствора применяют взамен воды затворения бетонных или растворных смесей, когда на бетоно - или растворосмесительных установках в течение смены приготовляют бетонные или растворные смеси неизменных составов или когда смеси разных составов готовят в отдельных смесителях. Поризация бетонных или растворных смесей происходит в процессе их приготовления в смесителях при введении с водой затворения водного раствора пластифицирующее - воздухововлекающих или воздухововлекающих добавок. При этом следует учитывать, что применение пластифицирующее - воздухововлекающих добавок становится неэффективным при содержании в цементе менее 40% трехкальциевого силиката С3S и более 10% трехкальциевого алюмината. Эффективность использования этих добавок возрастает с повышением содержания в цементе С3S и уменьшением C3А . Натриевые соли нефтяных сульфокислот НСНСК обеспечивают большее (почти в два раза) воздухововлечение, чем натриевые соли нафтеновых кислот НСНК. Пластифицирующе - воздухововлекающие добавки особенно сильно воздействуют при виброуплотнении бетонных смесей, сильно увеличивая их подвижность на 15…30%. Добавки, особенно ГКЖ-10 и ГКЖ-11 замедляют темп твердения бетонов или растворов. Используя воздухововлекающие добавки в тяжелых и легких бетонах и строительных растворах, необходимо учитывать, что микропузырьки воздуха уменьшают их вязкость, повышают однородность и удобоукладываемость, вследствие чего смеси с этими добавками приобретают подвижность, эквивалентную смесям без добавки, имеющим на 30…35% большую подвижность. Воздухововлечение в цементно-песчаные растворы зависит от соотношения в них цемента и песка, его зернового состава; эффективность воздухововлечения снижается при изменении размера зёрен песка против оптимального (около 0,5 мм) или при повышении расхода цемента в смесях. Количество удерживаемого в этих смесях воздуха увеличивается с ростом дисперсности эмульсии воздуха, достигаемой повышением содержания в них порообразующих добавок. Поэтому оптимальное количество добавки эмульгатора воздуха в зависимости от требуемого воздухововлечения должно назначаться с учётом зернового состава всей смеси (цемент+добавка). Помимо порообразования, воздухововлекающие добавки повышают воздухонепроницаемость и морозостойкость бетонов и растворов, снижают коррозию стали. Введение в состав строительных растворов воздухововлекающих добавок позволяет исключить или уменьшить расход извести в растворах, увеличить подвижность растворных смесей при их перекачивании растворонасосами (без увеличения расхода цемента) и получать легкие литые растворы. Применение воздухововлекающих добавок наиболее эффективно в низкомарочных бетонах и растворах, когда Rц/Rб≥3, а Rц/Rб≥ 8. В этом случае исключается необходимость введения в состав бетона или раствора извести, глины или других минеральных пластифицирующих добавок. Применение пластифицирующе - воздухововлекающих и воздухововлекающих добавок, как правило, приводит к снижению прочности бетона и раствора, особенно при их твердении в условиях ТВО. Однако потеря прочности в значительной мере может компенсироваться уменьшением В/Ц вследствие пластифицирующего эффекта добавок, применение добавок-ускорителей схватывания и твердения цементного теста, добавок, повышающих прочность бетонов и растворов при сжатии. Предварительное выдерживание перед ТВО бетона с этими добавками (около 3 ч) также может частично уменьшить потерю прочности бетона, вызываемую добавками. Применяя газообразующие добавки для получения микропористой структуры бетона или раствора, необходимо учитывать, что эффект газообразования зависит от количества добавок, температуры бетонных или растворных смесей и содержания в них щёлочи и цемента и что добавки существенно замедляют твердение бетонных и растворных смесей на ранних стадиях. В связи с этим необходимо выдерживать отформованные изделия перед ТВО в течение не менее 4 ч при температуре окружающей среды 20..30 градусов или 6ч при 10..200С. Интенсивность подъема температуры до максимального значения экзотермического прогрева должна быть не более 10 градусов в час. Основное же отрицательное воздействие газообразующих добавок – повышение водосодержания и снижение прочности бетона или раствора – может быть частично или полностью локализовано введением в бетонные или растворные смеси добавок, увеличивающих его прочность при сжатии и газообразующих добавок. Пенобетонные смеси на основе пенообразующих добавок получают путем раздельного приготовления пены и теста вяжущего и последующего их смешивания. Пена приготовлена в смесителях при скорости вращения лопастей 200…250 оборотов в минуту и такой продолжительности вспенивания, мин: 2..3 –пенообразователь АСНП; 5…6 – ККП, ССП, КНП ЖСП, ПБ; 6…8 – ПО-6, ДиЮжНИИ, ПЯБ, ПТД. Рабочий водный раствор пенообразователя заливают в смеситель совместно с водой, взбивают до получения однородной, устойчивой и прочной пены, которую затем смешивают с тестом вяжущего в соотношении, зависящем от средней плотности приготовляемого бетона. Оптимальное содержание рабочего водного раствора пенообразователя в 1л воды, обеспечивающее получение пены требуемого качества, определяется экспериментально приготовлением пены трех составов. По результатам испытания пенобетона принимается то соотношение рабочего состава пенообразователя и воды, при котором пена через один час будет иметь осадку не более 10мм, отход жидкости не более 80кубич. сантиметров и кратность пены (отношение объёма пены к объёму отделившейся жидкости) не менее 20. Если же пена не удовлетворяет этим требованиям, увеличивается количество рабочего раствора пенообразователя. Оптимальным составом водного раствора пенообразователя является тот, при котором получаемая на его основе пена при перемешивании с цементным тестом будет иметь наибольший показатель коэффициента выхода Кв=, Где Vc, Vп, Vp – объём ячеистой смеси, пены, израсходованной для получения Vp, раствора (вяжущее+заполнитель+вода), соответственно. Устойчивость пены может быть увеличена вводом в рабочий раствор пенообразователей - стабилизаторов пены: солей железа и алюминия, крахмала, клея, глицерина или добавок-минерализаторов: тонкодисперсных грунтов, талька, золы-уноса ТЭС и др. Количество стабилизаторов и минерализаторов определяется экспериментально. Степень использования газообразующих добавок характеризуется количеством газа, возникшего к моменту приобретения тестом вязкости, обеспечивающей фиксацию ячеистой структуры газобетона. При этом важное значение имеет соответствие сроков схватывания теста вяжущего и кинетики газообразования. Основными факторами, оказывающими влияние на кинетику газообразования, вызываемого химической реакцией алюминиевой пудры, являются температура, щёлочность и химический состав смеси, а также дисперсность алюминиевой пудры. Не прокаленную алюминиевую пудру вводят в газобетонную смесь в виде её водной суспензии, приготовленной из алюминиевой пудры, воды и поверхностно-активного вещества в соотношении 1:10:0,625 по массе. Эффект от применения суспензии алюминиевой пудры достигается при оптимальной температуре газобетонной смеси (40..50 градусов); щелочности среды в газобетонной смеси, соответствующей 8%-у содержанию активного CaO; оптимальном (400…500 кг/м кубич.) содержании вяжущих в мелкозернистых и крупнозернистых газобетонах. Для интенсификации процесса вспучивания газобетонной смеси рекомендуется применять едкий натр в количестве 2% массы вяжущего. Содержание алюминиевой пудры, обеспечивающей получение газобетона заданной плотности, колеблется в пределах 0,075…2% массы вяжущего и уточняется экспериментально. Пергидроль в виде 30%-го водного раствора подают в смеситель за 30…40 с до окончания смешивания вяжущего с водой. Перед выгрузкой смеси в смеситель вводят требуемое количество водного раствора хлорной извести, определяемое экспериментально в зависимости от плотности газобетона. При изготовлении газобетонных или пенобетонных смесей по обычной технологии добиться максимальной эффективности порообразования практически невозможно. Относительно управляемое формирование многомерной пористости может быть достигнуто за счет воздухововлечения во время перемешивания бетонной смеси, содержащей соответствующие добавки и за счет обычных газообразователей, которые в бетонной смеси образуют поры средних и крупных размеров. Такой технологический прием назван газопенным способом. Холодный раствор, содержащий воздухововлекающие добавки, и алюминиевую пудру, предварительно поризуют, заливают в формы и вспучивают воздействием газовыделения при повышении температуры. Можно сначала поризовать горячий раствор, содержащий воздухововлекающие добавки, а затем в него при перемешивании вводить водную суспензию алюминиевой пудры. По такому же принципу можно управлять формированием многомерной ячеистой структуры бетона и одновременным пенообразованием в ячеистобетонных смесях, происходящим под воздействием газообразующих добавок и приготовленной пены. Исходя из изложенного выше, можно сделать вывод о наиболее целесообразной технологии получения ячеистых бетонов на основе сочетания различных добавок. Пена и газообразующие добавки: сначала перемешивают в смесителе тесто вяжущего, содержащее газообразующие добавки, затем к нему добавляют отдельно приготовленную пену и продолжают их смешивать до получения однородной ячеистобетонной смеси. После этого смесь сливают в формы и выдерживают в них до окончания газовыделения и приобретения структурной прочности, при которой производится выравнивание поверхности. Газообразующие добавки: поначалу приготовляют в смесителе тесто вяжущего, затворенное водой, содержащей растворенные в ней газообразующие добавки, потом смесь сливают в формы и выдерживают в них до окончания газовыделения и приобретения структурной прочности, при которой производится подрезка «горбуши». При использовании тонкодисперсных минеральных добавок с целью повышения плотности и прочности ячеистого бетона тонкость их помола или дисперсность должны сочетаться с зерновым составом смеси цемента с песком из условий достижения максимальной её средней плотности. В качестве минеральных добавок-уплотнителей ячеистого бетона или раствора целесообразно применять активные минеральные вещества, характеристика которых, условия их приготовления, подготовки и применения далее. Водорастворимые уплотняющие добавки используются в виде водных растворов рабочей концентрации взамен воды затворения или повышенной концентрации – взамен части воды. Количество тонкодисперсных минеральных и водорастворимых уплотняющих добавок определяют экспериментально по показателям средней плотности и прочности при сжатии ячеистого бетона. Пено – и газообразователи применяются без ограничений. ДОБАВКИ, УЛУЧШАЮЩИЕ КАЧЕСТВО БЕТОНОВ И РАСТВОРОВ Качество бетонов и растворов обычно оценивается показателями свойств, основными из которых являются: прочность при сжатии и растяжении, средняя плотность, водонепроницаемость, морозостойкость, воздухо-, газонепроницаемость, долговечность и др. Значения этих показателей зависят от вида, свойств, качества применяемых цементов и заполнителей. Однако, как показывает практика строительного производства, свойства бетонов и растворов могут значительно изменяться при использовании соответствующих добавок. Полимерные добавки Полимерные добавки, вводимые в бетонные или растворные смеси для повышения качества бетонов и растворов действуют как поверхностно-активные вещества. Одни из них, увеличивая пластичность смесей и уменьшая водоотделение, снижают водопотребность, в результате чего прочность бетонов и растворов значительно возрастает. Добавки при определённых условиях переработки способны образовывать материал с пространственной структурой. При ТВО бетона полимеры переходят в вязко-текучее состояние; кольматируя поры бетона и повышая сцепление заполнителей с цементом, они улучшают показатели качества таких физико-механических свойств бетона, как воздухо- , газо- и водонепроницаемость, морозостойкость, прочность при растяжении и пр. Кремнийорганические полимеры обладают способностью к газовыделению в бетонной или растворной смеси, способствуют воздухововлечению. Это свойство в сочетании с частичной гидрофобизацией поверхности пор и капилляров повышает морозостойкость бетона и раствора. К таким полимерам относятся: этилсиликонат натрия ГКЖ-10, метилсиликонат натрия ГКЖ-11, полигидросилоксаны Ж 136-41 и Ж 136-157М, этилгидридсесквиоксан ПГЭН, алкил (арил-гидрид) силсесквиоксаны ААС, полигидридсилсесквиоксаны N, вводимые в бетонные смеси для их самоуплотнения в замкнутом пространстве, повышения морозостойкости и долговечности бетонов и растворов. Термореактивные полимеры при твердении бетонов и растворов полимеризуются и повышают их плотность, растяжимость, уменьшают фильтрацию и повышают пластические деформации. К ним относятся: фуриловый спирт ФС - прозрачная жидкость желтого цвета, содержащая основного вещества не менее 90% и фурила - 1...3%; истинная плотность при 23 градусах 1,22..1,34 г/см. куб., коэффицент преломления при 23 градусах 1,482...1,489, кислотное число pH=0,3..0,5; солянокислый анилин технический СКА с температурой плавления 197,5...199 градусов и содержанием нерастворимых в воде веществ и сульфатов не более 0,5%; истинная плотность 1,22 г/см куб.; применяется в качестве добавки к фуриловому спирту для ускорения процесса полимеризации фурило-анилиновой смолы. Термопластические полимеры, образуя в бетоне эластичные прослойки, кольматируют поры цементного камня, значительно изменяют деформативные и упругие свойства бетонов. Не влияя на прочность бетона при сжатии во влажных условиях, они могут значительно повышать его прочность на осевое растяжение и на растяжение при изгибе при твердении в воздушно-сухих условиях. К этим полимерам относятся: технический дивинилстирольный латекс СКС-65 ГП, содержащий, %: дивинила и стирола 35...65, сухого вещества 47, летучих 0,7, неозона 0,15; температура полимеризации 50...60 градусов С. водородный показатель pH 10...11,5; эмульгаторы к нему - некаль, паравинат калия, лейконол. латекс ДВХБ-70, содержащий сухого вещества 20 и летучих 0,5%; температура полимеризации 60 градусов; pH 8...9; эмульгатор к нему - олеат аммония. латекс СКД-1 - смесь дивинила с метакриловой кислотой в отношении 100:2, содержащий сухого вещества 13, летучих 0,5 и неозона 1,5%; температура полимеризации 30 градусов, pH 8...9; эмульгаторы к нему - некаль, лейконол; поливинилацетатная эмульсия ПВАЭ, содержащая сухого вещества около 50%. Добавки, повышающие водонепроницаемость бетонов и растворов Действие этих добавок сводится в основном к кольматации в бетоне или растворе капилляров и других неплотностей сечением более 1мкм, через которые мигрирует влага, а также к улучшению структуры, повышению плотности цементного камня и приданию бетону и раствору водоотталкивающих (гидрофобных) свойств. К таким добавкам относят: уплотняющие добавки, которые размещаются в поровом пространстве и набухают в условиях насыщенного раствора гидроксида кальция и при этом кольматируют капилляры и неплотности: трепел и диатомит, кремнеземистая опоковидная порода, глина; церезит Ц - водная суспензия из нерастворимых смесей олеиновой кислоты и извести в насыщенном известковом растворе; битумная эмульсия БЭ "Эмульбит" , состоящая из 56..57% битума марки БН-III, СДБ 3...4% и воды 40%; уплотняющие добавки НК, СА, С-89, НЖ, ДЭГ-1, ТЭГ-1, НК; последняя добавка при содержании в бетонной или растворной смеси в количестве 0,5...1% массы цемента обеспечивает наилучшую водонепроницаемость бетона и повышение прочности цементно-песчаного раствора на 20%; добавка НК в бетон приводит к интенсификации процессов гидратации цементных минералов и увеличению объема гелеобразных масс, которые закупоривают капиллярные и седиментационные поры и каналы. Кроме того, присутствие в жидкой фазе электролита приводит к уплотнению адсорбционных плёнок воды и понижению их подвижности. При ТВО бетона добавка НК не повышает его водонепроницаемости. К добавкам, улучшающим структуру и повышающим плотность цементного камня образованием мелкокристаллической структуры, относятся: хлоралюмокальций ХАК – смесь из 15% безводного хлористого кальция, 5% безводного хлористого алюминия и 30% воды по массе; азотнокислое железо (нитрат железа НЖ) - готовый товарный продукт; пластифицирующие вещества сами по себе и в сочетании с абиетатом натрия и хлористым кальцием в виде комплексной добавки; абиенат натрия - сухой водорастворимый порошок красно-кирпичного цвета, получаемый из нейтрализованной абиенитовой смолы. Добавки, повышающие морозостойкость бетонов и растворов Бетоны и растворы, как и другие каменные материалы, разрушаются под воздействием отрицательной температуры, когда в результате увеличения объема воды при переходе в твердое состояние развиваются значительные усилия. Следовательно, сопротивляемость материалов воздействию этих усилий (морозостойкость) зависит от их плотности, прочности и наличия в них незаполненных или не полностью заполненных пор, в которых может размещаться лёд, не создавая давления на стенки пор. Эффективным способом повышения морозостойкости бетонов является введение в их состав добавок поверхностно-активных веществ. Благоприятное влияние пластифицирующих добавок типа СБД на морозостойкость бетона заключается в том, что в их присутствии формируется более оптимальная структура бетона, не микропористая, а плотная за счет замедления процесса схватывания цементного теста и более полной седиментации. Введение в бетонные или растворные смеси пластифицирующе-воздухововлекающих, воздухововлекающих и газообразующих добавок обеспечивает возникновение в смесях микропор шаровидной формы, что повышает морозостойкость бетонов и растворов. К добавкам, повышающим морозостойкость бетонов и растворов относятся: пластифицирующие, пластифицирующее - воздухововлекающие и воздухововлекающие добавки; газообразующие добавки-полигидросилоксаны и этилгидридсесквиоксан ПГЭН; эмульсия полиуретана (ВЭП) вводится в бетонную смесь в количестве 1,5...18% массы цемента. Для повышения морозостойкости бетона в состав смеси, помимо указанных выше, можно вводить противоморозные добавки. При этом значительно повышается прочность при сжатии и стойкость бетонов к одновременному действию хлористых солей и низких температур. Такие добавки как НК, ННК, ННХК и их смеси с мочевиной обеспечивают наибольшее повышение морозостойкости бетонов, твердеющих на морозе. В присутствии этих добавок формируется стабильная морозостойкая структура порового пространства бетона с преобладанием микропор и пор геля, уменьшается количество льда при замораживании, повышается предельная растяжимость, динамический модуль упругости и прочность бетона. Морозостойкость бетона также повышается при совместном введении в его состав суперпластификатора МФ-АР и воздухововлекающих добавок типа СНВ или СДО в количестве 0,005...0,035% массы цемента. ТОНКОДИСПЕРСНЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ДОБАВКИ В БЕТОНАХ И РАСТВОРАХ Исследованиями и производственной практикой установлено, что естественные минеральные вещества, измельченные до тонкости помола цемента или находящиеся в тонкодисперсном состоянии, весьма ценное сырье, применение которого позволяет значительно экономить клинкерные цементы в строительстве. Этими тонкодисперсными материалами можно заменять часть высокомарочных клинкерных цементов, используемых при изготовлении низко- и среднемарочных бетонов или растворов для приведения в соответствие соотношения класса бетона к марке цемента (Rб/Rц) или марки раствора марке цемента (Rр/Rц). Тонкодисперсными минеральными веществами также можно заменять часть (до 30% по массе) клинкерных цементов, содержащихся в тяжелом бетоне и строительном (цементно-песчаном) растворе для обеспечения требуемой подвижности бетонных и растворных смесей Минеральные добавки-наполнители в бетонах и растворах В практике строительного производства довольно часто возникает необходимость снижения расхода клинкерного цемента, если его марка (Rц) по условиям требуемой прочности при сжатии, класс бетона(Rб) или раствора(Rp) излишне высокие, при которых расчетное количество цемента недостаточно для придания бетонным или растворным смесям требуемой удобоукладываемости. Для этого к расчетному количеству цемента добавляются тонкодисперсные минеральные добавки наполнители. Они же применяются и для повышения плотности бетонов и растворов независимо от соотношений Rб:Rц . Эффективность применения добавок и возможность замены ими части клинкерных цементов основаны на их пластифицирующем и уплотняющем действии, на химическом взаимодействии содержащегося в них активного кремнезема с гидроксидом кальция Ca(OH)2, образующимся при гидратации цементов. Добавки подразделяются на неактивные (инертные) активные ,обладающие самостоятельной или скрытой гидравлической активностью. Неактивные минеральные добавки – наполнители - тонкомолотые или тонкодисперсные материалы, состоящие из кристаллического кремнезема, глинозема и пр., не обладающие даже скрытой гидравлической активностью. Их получают измельчением таких материалов до тонкости помола клинкерных цементов: глинистых, песчаных, кремнистых и доломитизированных известняков - осадочных горных пород, состоящих из обломков раковин и панцирей различных организмов, из мелких кристаллических зерен известкового шпата (кальцита) и частично - органита; ракушечника - крупнопoристой осадочной горной породы, образовавшейся из сцементиpовавшихся известняковых раковин; песчаника - осадочной горной породы, состоящей из сцементированных зерен кристаллического кварца; песков- рыхлой смеси зерен крупностью 0...5 мм, образовавшихся в результате выветривания твердых горных пород и состоящих в основном из кристаллического кварца. К неактивным минеральным добавкам-наполнителям также относятся тонкомолотые или тонкодисперсные (растворимые и нерастворимые в воде) материалы: глинистые грунты - горная обломочная порода, связанная глинистой связкой; в зависимости от содержания глинистых частиц бывает тяжелая глина, глина, суглинок и супесь; лессы - богатые известью бурые и светло-желтые рыхлые отложения известково-песчаной глины; маршалит- естественная кварцевая пудра, образовавшаяся в результате выветривания кварцсодержащих горных пород, состоящая в основном из мельчайших зерен кристаллического кварца; колошниковая пыль - пылевидные частицы железосодержащей руды ,улавливаемые скрубберами из отходящих доменных газов и состоящие из оксидов FeO, Аl2O2. В соответствии с действующими нормативами минеральные добавки-наполнители, получаемые из перечисленных выше сырьевых материалов, должны соответствовать следующим техническим требованиям: тонкость помола или дисперсность - не более 15% по массе остатка на сите № 008 или не менее 3500 см2/г удельной поверхности; добавки не должны содержать примеси, снижающие прочность бетона или вызывающие его коррозию; в частности, содержание органических веществ не должно превышать такого количества, при котором цвет раствора при колориметрической пробе получается не темнее цвета эталона. Активные минеральные добавки-наполнители - тонкомолотые или тонкодисперсные материалы, состоящие в основном из аморфного кремнезема, обладающего гидравлической активностью, и получаемые тонким помолом: горных пород осадочного органогенного происхождения (диатомиты, трепелы, трепеловидные опоки, кремнеземистая опoковидная порода), горных пород вулканического происхождения (пеплы, туфы, пeмзы, витрофы, трассы, перлит необожженный), а также получаемые тонким помолом или соответствующей подготовкой тонкодисперсных промышленных отходов: доменных гранулированных и отвальных шлаков, зол, гранулированных шлаков тепловых электростанций (ТЭЦ, ГРЭС), нефелинового (белитового) шлама. По данным геологоразведки на территории нашей страны имеются месторождения диатомита, трепела, трепеловидной опоки. Указанные сырьевые материалы являются модификациями одной и той же горной породы находящейся в различном структурном состоянии. Эти разновидности диатомитовой породы при одинаковом химическом составе отличаются лишь своей дисперсностью: диатомит более грубое сырье, трепел более тонкодисперсное; опока - камневидный материал, требующий тонкого помола . Аморфно - кремнеземистая опoковидная порода органогенного происхождения сложена в подавляющем большинстве из аморфного кремнезема, представленного в виде глобул и спикул морских губок, радиолярий, раковин и пр. К недостаткам опoковидной породы относятся ее незначительная воздухостойкость, что объясняется слабой интенсивностью процесса гелеобразования гидросиликатов, их обезвоживанием и, как следствие, уменьшением в объеме, приводящем к возникновению внутренних напряжений в породе и ее разрушению .При достаточной влажности окружающей среды это не происходит. После удаления из опоки гидратной воды (около 10% по массе) под воздействием температуры 900…1000ОС она становится полностью воздухостойкой. Этот недостаток породы следует учитывать при ее использовании как сырья для производства бесклинкерного вяжущего; для получения из породы активных минеральных добавок требуемая воздухостойкость смешанного вяжущего будет обеспечиваться цементом. В качестве сырья для получения активных минеральных добавок могут также применяться: вулканический туф, пемза, витроф, трасс, перлит необожженный, разновидности доменных шлаков, зола и гранулированные шлаки ТЭС. Золы и особенно гранулированные шлаки ТЭС являются прекрасным сырьем для производства активных минеральных тонкодисперсных добавок в бетоны и растворы. Предпочтение остается за золой, так как она может применяться без предварительной подготовки, что экономически весьма целесообразно. При использовании зол и шлаков следует учитывать, что их свойства и химический состав зависят от свойств состава исходного сырья. При выплавке чугуна в доменных печах образуется значительное количество щлакового расплава, представляющего собой многокомпонентную массу. Содержание компонентов зависит от вида выплавляемого чугуна, химического состава сырьевых материалов, теплового режима ( хода) работы доменной печи и других факторов. Результаты изучения свойств доменных шлаков как добавок в бетоны и растворы позволяют дать некоторые рекомендации относительно их применения. Для производства активных тонкодисперсных минеральных добавок целесообразно отбирать расплавы доменных щлаков, образующихся при горячем или нормальном “ходе” доменной печи. При этом следует учитывать, что для получения добавок наиболее подходят гранулированные расплавы (быстрое охлаждение). Другая разновидность доменных шлаков как сырья для производства тонкодисперсных активных минеральных добавок - это отвальные шлаки, образовавшиеся в результате остывания шлаковых расплавов, послойно сливаемых в отвалы. В их составе имеются остеклованные (быстроостывшие), пористые (с различной степенью пористости и размером пор) и плотные разновидности остывших шлаков, а также продукты их распада (шлаковая мука). Наиболее пригодны для производства тонкодисперсных активных минеральных добавок остеклованные шлаки; из плотных получаются наименее активные тонкодисперсные минеральные добавки. Однако наличие их в массе отвальных шлаков не так уж велико. Некоторые шлаковые расплавы в результате силикатного распада превращаются в тонкодисперсный порошок- доменную муку, состоящую почти полностью из гидравлически активных минералов белита. В процессе гидратации из этой муки образуется в толще отвала вторичный шлак, который при по следующем контакте с атмосферой вновь превращается в тонкодиcперсный порошок, не теряя, однако, своих гидравлических свойств. Поэтому доменная мука в отвалах повышает гидравлическую активность доменных отвальных шлаков, а в чистом виде может применяться как активная минеральная добавка без дополнительного помола. Помимо указанных выше сырьевых материалов для производства активных минеральных добавок в бетоны и растворы могут быть рекомендованы: фосфорные шлаки (отходы электротермического производства фосфора), содержащие в основном СаО и SiO2 (в сумме до 95%), соединения фосфора (P2О3), фтора (F2O5); нефелиновый (белитовый) шлам (отходы глиноземного производства), содержащие до 80% минерала белита - частично гидратированного. Минеральные добавки, получаемые из диатомитов, трепела, опоки (трепельной), вулканического пепла, туфа, пемзы, витрофа, трасса и перлита, а также получаемые из кремнеземистой опoковидной породы, доменного гpанулированного отвального шлака, шлаковой муки, фосфорных шлаков, золы, гранулированных шлаков ТЭС и нефелинового шлама, считаются активными, если они обеспечивают: конец схватывания, приготовленного на основе добавки и извести не позднее 7 сут после затворения водой и водостойкость образца из этого же теста не позднее трех суток после конца его схватывания. Кроме того, в добавках получаемых из кремнеземистых пород, допускается содержание ангидрида серной кислоты (SO3) не более 3% по массе, а в кремнеземистой опоковидной породе должно быть, %, не менее 75 SiO2 и 5 Al2O3 не менее 0,3 SO3, 7 выгорающих частиц и 2 растворимого глинозема по массе. Если добавки получены из нефелинового шлака ,общее содержание щелочных оксидов не должно превышать 2,5% по массе, в том числе водорастворимых -не более 0,5. В добавках, получаемых из золы ТЭС, содержание SO3 должно быть не более 3%, выгорающих частиц -20, в том числе угля не более 10% по массе. Образцы-лепешки, изготовленные из теста, содержащего 25% добавки 75% портландцемента по массе должны выдерживать испытание на равномерность изменения объема. Химический состав доменных отвальных и гранулированных шлаков , и доменной муки должен соответствовать ГОСТ 3476. Тонкость помола или дисперсность активных и неактивных добавок и содержание в них примесей должны быть одинаковы. Принципиальное отличие активных минеральных добавок-наполнителей от неактивных состоит в том, что для снижения прочности цемента до требуемого значения можно вводить в значительно большем количестве (об этом изложено ниже). Минеральные добавки-заменители части цемента в бетонных и растворных смесях При приготовлении пластичных бетонных или растворных смесей в их состав вводят такое количество клинкерных цементов, которое обеспечит и требуемую прочность при сжатии бетона и раствора , и подвижность этих смесей. При этом доля цемента зависит от его вида и их минералогического состава, ,а так же от заданной подвижности этих смесей . Цементы различных видов и даже цементы одного и того же вида при затворении водой обладают различной пластичностью, что может характеризоваться показателем песчано-цементного отношения (П/Ц), при котором достигается требуемая (для растворных смесей) или оптимальная (для бетонных смесей) подвижность. Чем выше значение П/Ц, тем меньше можно заменить цемента, который обеспечивает требуемую подвижность бетонных или растворных смесей. Количество цемента, вводимого в состав смеси для придания ей требуемой подвижности, увеличивается с повышением подвижности этих смесей. В нормальных условиях твердения бетонов и растворов тонкодисперсная активная минеральная добавка, вводимая взамен части цемента, играет в основном плacтифицирующую роль. При твердении в температурно-влажностных условиях добавка, выполняя роль пластификатора, образует с продуктами гидратации цемента активное вяжущее и поэтому eе количество может быть значительно увеличено . Исходя из этого, целью применения таких добавок является замена ими части цемента, содержащегося в бетонной и растворной смесях, для придания им требуемой подвижности, не приводящая к снижению прочности раствора или бетона при сжатии. К таким добавкам-заменителям части цемента относят тонкoизмельченные доменные гранулированные шлаки, кремнеземистая опoковидная порода, гранулированные шлаки ТЭС и используемые без помола - тонкодисперсная зола ТЭС и доменная мука. Характеристика этих материалов как сырья для получения тонкодисперсных минеральных добавок-заменителей части цемента в бетонных и растворных смесях, а также технические требования, которым они должны удовлетворять, аналогичны изложенным выше для сырьевых материалов, из которых производятся активные минеральные добавки-наполнители в бетонах и растворах. Минеральные пластифицирующие добавки Минеральные пластифицирующие добавки вводят в бетонныe и растворные смеси низкомарочных бетонов и растворов с целью обеспечения требуемой удобoукладываемости и водоудерживающей способности смесей при минимальном расходе в них клинкерных цементов. Это достигается за счет их высокой дисперсности, способности образовывать коллоидный клей и физически связывать воду. К таким добавкам относятся: Умеренно - и среднепластичные и бентонитовые глины, способные образовывать при затворении водой тонкодисперсное глиняное тесто; известковое тесто; тонкомолотые кремнеземистыe горные породы, способные образовывать при затворении водой тонкодисперсное тесто; минеральные остатки дистиллерной жидкости ДЖ-отходы содового производства, представляющие собой тонкодисперсную сметанообразную массу, состоящую, % по массе: из мела- 16,9; гидроксида кальция 24,1; хлористого кальция 31,6; cернокислого кальция- 6,97; углекислого магния- 15; хлористого натрия 11,3; оксида кремния-6,88 и полуторных оксидов- 4,14. Минеральные пластифицирующие добавки должны удовлетворять следующим техническим требованиям: глина обыкновенная ГОСТ 23464-79*; ее жирность приближенно определяется по плотности глиняного теста (табл.1); глина бентонитовая(монтмориллонитовая)- должна содержать SiO2-58...63% и CaO-1,5...5,8% по массе ,ее набухаемость находится в пределах 8...14,а бентонитовое число- 22...25; Т a б л и ц a 1. Плотность глиняного теста Глина с содержанием песка, % по массе Плотность глиняного теста кг/м3 средняя предельная Жирная до 5 1350 1300...1400 Средней жирности ( нормальная), до 15 1450 1400...1500 Толщая или суглинок, до 30 1500 1500...1550 известь строительная – ГОСТ 9179-77; ее качество ( сортность) может приближенно определяться по средней плотности известкового теста (см.ниже): Средняя плотность известкового теста ,кг/м3 Сорт извести:..................................1300 1350 1400 1450 1450 Кальциевой………………………… I II III Отходы Отходы Магнезиальной…………. I I II III Отходы тонкомолотые кремнеземистые горные породы - техническим требованиям к ним, изложенным выше; минеральные остатки дистиллерной жидкости - должны иметь дисперсность не ниже дисперсности известкового теста и быть свободными от примесей, вредно влияющих на цемент (SO3- не более 3% по массе), и органических веществ- не выше количества, при котором цвет раствора при колоримerрической пробе получается не темнее цвета эталона. Качество минеральных пластифицирующих добавок определяется по тонкости их помола (молотых добавок), химическому составу, дисперсности и подвижности теста - для тестообразных добавок. ПОДГОТОВКА И ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК Тонкодисперсные сырьевые материалы (маршалит, колoшниковая пыль, доменная мука, золы ТЭС, молотая негашеная известь, известь-пушoнка) применяются без помола, если их дисперсность удовлетворяет установленным техническим требованиям. При более грубой дисперсности их домалывают до требуемой - в сухом или увлажненном состоянии в любых мелющих агрегатах, обеспечивающих требуемую тонкость помола . Остальные сырьевые материалы, применяемые для производства неактивных и активных минеральных добавок, подвергают дроблению до крупности не более 10 мм. При этом помол сухих материалов более целесообразно осуществлять на централизованных установках, а влажных - на бетонорастворных узлах при заводах в соответствии с известными технологическими схемами. Для производства неактивных минеральных добавок целесообразно применение мало - или слабопрочных горных пород, и в первую очередь отсевов (крупностью до 5 мм), образующихся при производстве щебня. Измельчать влажные сырьевые материалы следует при их минимально допустимой влажности для обеспечения нормальной работы помольного агрегата. При этом, во избежание потери активности влажных добавок, следует стремиться, чтобы время от приготовления шлама добавки до его смешивания в смесителях с другими составляющими бетона или раствора было не более 4 ч. При помоле или домоле сырьевых материалов следует стремиться к наибольшей дисперсности получаемых минеральных добавок (но не более 5000 см2/г), обеспечивающей эффективное их применение в качестве заменителей части клинкерных цементов в бетонах и растворах (это должно подтверждаться технико-экономической целесообразностью). Качество минеральных добавок проверяют по тонкости помола (ГОСТ 310.1-76*) или дисперсности (удельной поверхности), содержанию органических кислот (ГОСТ 8735-75), активности добавок и их химическому составу, а также по содержанию выгорающих частиц и равномерности изменения объема (для зол ТЭС). Подготовка и приготовление минеральных пластифицирующих добавок состоит из таких этапов: приготовление минеральных пластифицирующих добавок, получаемых помолом сырьевых материалов; осуществляется аналогично производства минеральных добавок-наполнителей; известковое тесто приготовляется гашением комовой строительной извести с выдерживанием его после гашения не менее 30 сут; минеральные остатки дистиллерной жидкости нуждаются в дополнительной подготовке лишь в случае избытка в ней жидкости, которую следует удалять выпариванием, центрифугированием и т. д. до подвижности теста, соответствующей 12 см погружения в него стандартного конуса. ПРИМЕНЕНИЕ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК Тонкодисперсные минеральные добавки-наполнители и активные добавки-заменители части клинкерных цементов в бетонных и растворных смесях перед применением предварительно смешивают с клинкерными цементами; расходуют их или в виде смешанного вяжущего, или раздельного дозирования добавок и клинкерных цементов и последующего их смешивания в процессе приготовления бетонных или растворных смесей.