Модификаторы - шаг к повышению качества бетонов и растворов

Современное строительство немыслимо без бетона. Более 2 млрд м3 в год " таков в настоящее время мировой объем его применения

Последние десятилетия XX в. ознаменовались значительными достижениями в технологии бетона. В эти годы появились и получили широкое распространение новые эффективные вяжущие, модификаторы для вяжущих и бетонов, активные минеральные добавки и наполнители, армирующие волокна, новые технологические приемы и методы получения строительных композитов. Все это позволило не только создать и освоить производство новых видов бетона, но и значительно расширить номенклатуру применяемых її строительстве материалов " оточень легких теплоизоляционных (с объем ной массой менее 100 кг/м3) до высокопрочных конструкционных (с прочностью при сжатии свыше 200 МПа).

Наибольшее развитие получили высококачественные высокотехнологичные бетоны (High Pеrfomancе Concrete, HPC). Под этим термином объединены многокомпонентные бетоны с высокими эксплуатационными свойствами, прочностью, долговечностью, низкими коэффициентом диффузии и истираемостью, надежными защитными свойствами по отношению к стальной арматуре, высокой химической стойкостью. Высококачественные бетоны, приготавливаемые из высокоподвижных и литьевых бетонных смесей с ограниченным водосодержанием, имеют прочность при сжатии в возрасте 2 сут 30"50 МПа, в возрасте 28 сут 60"150 МПа, морозостойкость F600 и выше, водонепроницаемость W16 и выше, водопоглощение менее 1"2 мас. %, истираемость не более 0,3"0,4 г/см2. В реальных условиях прогнозируемый срок службы такого бетона превышает 200 лет. Возможно получение и супердолговечных бетонов со сроками службы до 500 лет.

Одним из наиболее перспективных направлений технического прогресса в технологии бетона является формирование структуры цементного камня, позволяющей значительно повысить комплекс физико-технических свойств бетона. Эти задачи во многих случаях могут быть успешно решены с помощью различных химических модификаторов, которые при введении в малых количествах существенно влияют на физико-химические процессы твердения вяжущих и в результате на технологические свойства бетонных смесей.

Уже в начале 80-х годов ко многих промышленно развитых странах доля бетона, содержащего химические добавки " модификаторы, составляла более 50% от общего объема, а в ряде стран с добавками выпускалось 60"80% от общего объема бетона. За прошедшие годы эти цифры выросли и к настоящему времени в развитых странах мира составляют 90"100 %.

В нашей стране номенклатура модификатором, предложенных к применению, весьма обширна (количество модификаторов, только входящих в перечень строительного каталога СК.-4 "Химические добавки для бетонов и строительных растворов", превышает 80 наименований), но, к сожалению, широкого применения они не находят. Отдельные группы модификаторов придают бетону и конструкциям на его основе совершенно новые свойства.

Наиболее широко в бетонах применяются модификаторы структурирующего, пластифицирующего действия, регуляторы твердения бетона, а также комплексные модификаторы полифункционального действия.

Среди модификаторов структурообразующего действия особая роль принадлежит кремнийорганическим соединениям различных классов, применение которых позволило разработать группу бетонов высокой морозо- и коррозионной стойкости.

Модифицирование бетонов олигомерами гидрофобно-газовыделяющего действия типа полигидросилоксанов (олигомер ГКЖ-94, 136-41) позволяет получать бетоны как нормального твердения, так и пропарочные на цементах разного минералогического и вещественного состава марок F1000, F1500 и выше в соответствии с действующим ГОСТом и морозостойкостью более 300 циклов.

Бетоны, модифицированные соединениями класса полигидросилоксанов, применены в широких масштабах при строительстве ответственных сооружений в районах Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока. Особо следует отметить крупнейший гидроэнергетический комплекс на дальнем Востоке " Зейскую ГЭС, расположенную в районе с особо суровыми климатическими условиями, где был уложен высоко-морозостойкий и кавитационно-стойкий бетон с добавкой ГКЖ-94.

Образцы и керны, выбуренные из тела плотины, успешно прошли испытания на морозостойкость, выдержав более 1500 циклов замораживания-опаивания. В Новосибирске накоплен большой опыт по применению ГКЖ на заводах ЖБИ-4 и НССК.

Важное место среди химических модификаторов занимают пластификаторы и суперпластификаторы бетонных смесей.

Суперпластификаторы позволяют резко снизить продолжительность виброобработки, как правило, в 3"4 раза. Это позволяет исключить высокочастотную вибрацию или заменить ее непродолжительным низкочастотным воздействием для улучшения распределения бетонной смеси в форме, снизить энергозатраты и трудоемкость, а также повысить качество конструкций. При этом коренным образом улучшаются условия труда при укладке и уплотнении бетонных смесей.

Возможность регулирования водопотребности бетонной смеси при применении суперпластификаторов и значительного (до 20"25%) снижения водоцементного отношения обеспечивает получение высокопрочных бетонов классов В45 и выше, производство конструкций из высокопрочного бетона без наращивания объемов выпуска энергоемких цементов марок 550 и 600.

Компанией "Бенотех" разработан и производится пластификатор "Бенотех Сипласт", который обладает высокими потребительскими качествами и низкой ценой.

В состав комплексных модификаторов могут входить активные и малоактивные компоненты типа высокодисперсного микрокремнезема, золы-уноса и др., существенно улучшающие технологические свойства бетонных смесей и физико-технические свойства бетонов. Это в еще большей степени повышает актуальность применения модификаторов, позволяющих утилизировать многотоннажные неорганические отходы производства.

Особая роль в этом принадлежит микрокремнезему, на основе которого получены комплексные порошкообразные модификаторы полифункционального действия насыпной плотностью 750"800 кг/м3.

Получение бетона класса прочности до В55, водонепроницаемости до W 20 и морозостойкости до F 400 (II базовый метод) достигается за счет физико-химических свойств вводимой добавки.

ООО "Компания "Бенотех" разработала свою комплексную добавку "Бенотех Уником", которая применяется как многофункциональная в основном при монолитном способе ведения работ и в дорожном строительстве. Использование комплексных модификаторов в бетонах и строительных растворах позволяет:

- обеспечить подвижность бетонной смеси до марки П5 включительно и получить литьевые смеси без расслоения;

- при той же подвижности смеси за счет введения добавки повысить прочность бетона в возрасте от 3 до 28 сут соответственно на 40"85%;

- обеспечить марку бетона по водонепроницаемости на 5"7 ступеней выше, чем марка по водонепроницаемости бетона без добавок;

- обеспечить марку бетона по морозостойкости Р200-Р400 (II базовый метод).

В ближайшее время стоит задача создания высокоэффективных регуляторов схватывания и твердения бетонов. Применяемые в настоящее время ускорители твердения на основе хлоридов имеют ряд ограничений, связанных с понижением защитных свойств бетона по отношению к арматуре.

Намечены основные направления создания бесхлоридных ускорителей твердения на основе солей органических кислот и модифицированных олигомеров. Решение этой задачи позволит разработать высокоэффективные комплексные модификаторы полифункционального действия для беспропарочных технологий ускоренного твердения бетона. Применение таких ПФМ позволит, вероятно, более эффективно и экономично использовать экзотермические процессы гидратации цемента в герметичной опалубке с целью самотермообработки бетона без подачи дополнительного тепла извне.

Разработка компании "Бенотех" в этой области " противоморозная добавка "Бенотех ПМП-1" " позволяет производить работы в зимних условиях при температуре от 0 до -25"С. И хотя в основе этой добавки лежит СаС12, с помощью введения ингибиторов удалось решить проблему коррозии. При введении не более 5% от массы цемента коррозии арматуры не происходит. Эта добавка также является ускорителем твердения и позволяет через сутки получить до 80% прочности 28-суточного бетона. Ведутся дальнейшие разработки по усовершенствованию добавки, целью которых является:

" уменьшение количества СаС12 без потери эффективности;

" возможность производства работ при более низкой температуре (-30 - -35"С).

Наиболее эффективным и распространенным способом ускорения твердения бетона на рядовых цементах является прогрев изделий.

В заводских условиях пропаривание производится в безнапорных камерах или автоклавах при давлении 8"12 атм. В российской стройиндустрии лидирует производство сборного бетона и железобетона с прогревом в технологическом цикле, что в недавние времена стабильно низких цен на все виды энергии было экономически вполне приемлемо. Однако в настоящее время при непрерывном росте цен на энергоносители доля энергозатрат в структуре себестоимости изделий и конструкций из бетона и железобетона соответственно увеличивается.

На предприятиях строй индустрии для тепловой обработки 1 м3 железобетонных изделий затрачивается около 0,6 Гкал тепловой энергии, а это 202 м3 природного газа, или 73 кг условного топлива. Доля технологического пара в себестоимости железобетонных изделий достигает 10"15%. Поэтому ее снижение путем сокращения продолжительности ТВО бетона или полное устранение прогрева является актуальной технологической задачей. Кроме того, прогрев бетона по сравнению с естественным твердением вызывает неизбежное увеличение дефектности его структуры, рост внутренних напряжений, что в конечном итоге снижает морозостойкость и долговечность бетона в изделиях и конструкциях.

В рамках решения проблемы сокращения энергоемкости производства сборного железобетона интересны разработки белорусских ученых и компании "Бенотех" (добавка "Бенотех Модус"), которые позволяют в осенне-весенний период значительно сократить время пропаривания (в 3"4 раза), а в летний период применять беспропарочную технологию. Применение добавки "Бенотех Модус" при нормальных условиях твердения бетона через 48 ч обеспечивает до 80% марочной прочности изделий.

Широкое применение химических модификаторов позволяет решить многие задачи, стоящие перед строительным комплексом. Теперь можно и необходимо получать высококачественные и высокотехнологичные бетоны и растворы, которые имеют увеличенный срок эксплуатации материала до 100 лет и более. Но к сожалению, наши нормативные документы устарели и не учитывают возможностей современных модификаторов. Более того, стандарты позволяют производить и использовать низкокачественные бетоны и растворы. В данной ситуации есть только два пути решения этой проблемы:

" принятие нормативных документов и требований европейских стандартов;

" создание мер, исключающих незаинтересованность заказчиков и строителей в качественном строительстве.

Для обеспечения строительства новым поколением композитов и бетонов необходимо интенсифицировать развитие сопряженных отраслей промышленности: цементной " для создания и производства новых композиционных вяжущих, в том числе с уменьшенным содержанием клинкера, на бесклинкерной основе, с применением гипса, извести, зол, шлака и других видов сырья; строительной химии " для создания и производства химических модификаторов различного назначения и расширяющих добавок, в том числе из техногенных отходов, ультрадисперсных активных минеральных наполнителей, ультрадисперсных волокнистых наполнителей, пигментов, смазок, клеев и других материалов; нерудной промышленности " для создания и производства новых видов заполнителей, в том числе суперлегких.