Хімічні добавки для бетонів: переваги та проблеми застосування

Спецпроекти

16 Бер 2021, 11:56

eye-icon

33

comment-icon

0

Спеціально для інформаційного порталу “ЗАПОВНЮВАЧІ” інженер-консультант, засновник технологічного центру HD Consult Данило Гадайчук підготував ґрунтовний матеріал про хімічні добавки до бетонів, у якому описав їх різновиди, переваги та окреслив питання практичного застосування. 

Данило Гадайчук – визнаний експерт у даному питанні, заснований ним центр спеціалізується на технічному супроводі та вирішенні інженерних задач у сфері технології бетону. Тож у статті зібрана максимально корисна та практична інформація. Вона буде цікава, тим хто прагне глибше розібратися у нюансах використання добавок до бетону та отримати практичну інформацію з перших вуст. 

Сучасна технологія виробництва бетонів досить наукомістка і потребує експертизи у сфері мінералогії та гранулометрії цементів, якості заповнювачів, хімічних і мінеральних добавок, що змішуючого і дозуючого обладнань, випробування бетону в стані незатверділої бетонної суміші і вже твердого бетону, будівельних конструкцій, і, очевидно (проте на жаль, не для всіх), розуміння ланцюжка доданої вартості.

Класифікація добавок до бетону 

Зупинимося на двох найголовніших ефектах добавок, які затребувані на ринку сьогодні. 

Пластифікуючий/водоредукуючий ефект

Пластифікатори є разжижителями цементного тіста, вони змінюють реологічні (реологія-наука про плинність і пластичні властивості речовин) характеристики бетонів за рахунок зниження граничної напруги зсуву (величини зусилля, яке прикладається для забезпечення бетону плинності) і в’язкості суміші. 

Малюнок 1. а) флокульовані частки, б) дисперговані частки.

Іншими словами, за допомогою пластифікаторів можна отримати бетони з меншою кількістю води замішування при рівній його рухливості (водоредукуючий ефект). Або навпаки, зробити з бетону П1 бетон П4 додаючи в нього воду (пластифікуючий ефект). 

Загальновідомо що, чим менше води замішування – тим вища міцність (згідно закону водоцементного співвідношення Даффа Абрамса, 1918). 

Відповідно, скоротивши витрати води, для отримання рівної міцності і рухливості оптимізуємо витрати цементу, заміщаючи інертними матеріалами (заповнювачами).

Екскурс в історію.

Розповідаємо, коли і де почали використовувати певні добавки, який вони забезпечували процент водоредукції, та які мали переваги/недоліки. 

  • У Римській імперії у якості добавок використовували урину, кров та солому це давало ефект уповільнення, повітряутягнення та фібри.
  • У 1930-х роках почали використовувати лігносульфатони. Вони давали до 14% водоредукції., мали низьку ціну, стабілізували суміш, забезпечували багато утягненого крупного повітря, та спричиняли виражене уповільнення.
  • У 1963 році у Японії використали нафталіносульфатони. Вони забезпечували до 22% водоредукції, низьке збереження рухливості бетонної суміші, уповільнення схвачування при високому дозуванні.
  • У 1979 – 1981 рр у Японії використали полікарбоксилати (сополімери метакрилової кислоти). Вони забезпечували до  40% (дуже сильну) водоредукцію, надавали можливість забезпечення у доброму стані рухливості (в середньому 2-3 години), без негативного впливу на набір ранньої і марочної міцності, підвищення в’язкості суміші (при рівному осаді конуса). Їх ефективність сильно залежить від якості інертних матеріалів
  • Тоді ж почали використовувати фосфоновані полікарбоксилати. Вони забезпечували до 45% водоредукції, високе збереження рухливості (до 9 годин), мали високу вартість та дозування.
  • У 2015 році в обіг увійшли поліАРИЛати. Вони забезпечували до 45% водоредукції, можливість забезпечення малої в’язкості суміші при низькому співвідношенні води та цементу та вищу ранню міцність.

Практично всі бетонні виробництва у світі використовують ті чи інші хімічні добавки в першу чергу, тому що це вигідно. Ще більшу роль відіграє підвищення цін на цемент і його доставку під час сезонного піку. Зниження витрати цементу дозволяє також більш ефективно використовувати силосне господарство підприємства, і випускати більшу кількість продукції з одного і того ж обсягу силосу.

Малюнок 2.

При використанні пластифікаторів для водоредукціонування можна не тільки знизити витрати цементу, зберігаючи те ж саме водоцементне співвідношення, а також і знизити витрати води замішування при рівній кількості цементу, що істотно зменшить пористість і проникність бетону.

Це, в свою чергу, призведе до збільшення його довговічності. При розробленні складу інженер враховує обидва чинники. На малюнку 2 бачимо умовний графік, що демонструє цю залежність.

Ефект уповільнення термінів схоплювання цементу 

Даний ефект дає можливість без втрати рухливості транспортувати продукцію на далекі відстані, а також мати “страхувальний” час для додаткового вивантаження матеріалів. 

При цьому, для основної маси споживачів бетону дуже важливо, щоб уповільнення схоплювання бетону не було також і вираженим уповільненням його твердіння на ранніх термінах після заливки. 

Найчастіше зниження міцності на 1 добу тільки додає до проектної міцності 28 діб, але підрядні організації і ЗБВ комбінати хочуть великої оборотності дорогої опалубки. Ця залежність так само працює і у зворотний бік: виражене прискорення знижує проектну міцність.

Тому за рахунок грамотного вибору хімічних модифікаторів є можливість отримати конкурентну перевагу і задовольнити спеціальні запити клієнтів.

Розглянемо декілька яскравих випадків із практики. 

Приклад 1.

Бетон у ковзаючій опалубці під бетонний силос: підряднику потрібен був бетон В30 F200 W6 класу рухливості П4-П5, який повинен був після приготування і укладання 8 годин зберігати рухливість, але на наступний день (через 16 годин) вже мати мінімальну міцність – 4.5 МПа для початку пересування опалубки. Підрядник припускав можливість помилок при бетонуванні, тож хотів мати достатньо часу, щоб їх усунути. 

Малюнок 3.

Давайте подивимося, які варіанти були для вирішення цієї взаємовиключаючої (для вже застарілих технологій) задачі: на малюнку 3 представлений графік залежності ефективного дозування пластифікаторів на різній основі відповідно до їх пластифікуючого ефекту.

Малюнок 4.

Графік на малюнку 4 демонструє залежність пластифікуючого ефекту (тих же пластифікаторів) від їх впливу на терміни схоплювання на бетонну суміш при рівній витраті цементу і води.

Сучасні полікарбоксилатні пластифікатори мають краще співвідношення ефективного дозування/уповільнення зчеплення, тому була підібрана добавка на цій основі в комплексі з точним дозуванням сповільнюючого компонента на основі комплексу полісахаридів.

Приклад 2.

Часткове вирішення проблеми штучних необроблених пісків з підвищеною водопотребою, тенденцією до розшарування суміші, і прискореної втратою збереження її рухливості.

Розглянемо на реальному прикладі бетонів В25 П4, на основі цементу СЕМ ІІ 42.5, гранітного щебеню і частини піску із відсівів дроблення. Перший склад без добавки, другий з комплексною добавкою на основі ефірів полікарбоксилатів, 1% від маси цементу.

 

Тип бетонуБез добавкиЗ добавкою, витрата цементу та жЗ добавкою, цемент знято
Витрата СЕМ ІІ 42.5,кг/м3290290225
Витрата води, кг/м3240185180
Осад конусу, см222222
Міцність на 7 добу, МПа12.421.913.1
Міцність на 28 добу, МПа18.632.819.0

Вартість добавки на 1 м3 бетону становить приблизно $ 2.1, вартість 65 кг цементу $ 5.4. Інертні, які займуть об’єм в суміші замість цементу – $ 0.9. Разом вигода за матеріалами $ 2.4.

Технічні переваги застосування добавки в даному конкретному випадку:

  1. Додаткова маржа виробника бетону, який зазвичай працює у висококонкурентному полі.
  2. За рахунок грамотного підбору добавки можливість додаткового регулювання термінів схоплювання, раннього набору міцності, довговічності бетону.
  3. Один з ключових механізмів вирішення проблеми застосування раніше неліквідного матеріалу – піску з відсіву дроблення.

Технічні недоліки застосування добавки в даному конкретному випадку:

  1. Необхідність установки одного або декількох дозаторів хімічних добавок, включення їх в систему автоматики існуючого БСУ.
  2. Необхідність посилення лабораторного контролю. Бетон без добавок «пробачає» набагато більше помилок при дозуванні матеріалів і додаванні води на будівельному об’єкті.
  3. Вибір надійного постачальника хімічних добавок. На жаль, деякі представники компаній (як локальних, так і великим міжнародним ім’ям) грішать тим, що привозять зразок у лабораторію або перші поставки продукції з більшим вмістом дорогих компонентів. Згодом вони знижують їх кількість без попередження клієнта, дискредитуючи цим всю індустрію. Тому, рекомендується аудит незалежної сторони і/або висококваліфікованих технологів в добре обладнаній лабораторії на місці.
  4. Більш високі вимоги до стабільності вхідної сировини, особливо піску.

Практичні нюанси використання добавок 

Розглянемо основні практичні нюанси використання добавок.

Витрата добавки 

Практично всі добавки працюють саме з цементом, але насправді також велику роль грають й інші дисперсні матеріали (порошки), що входять до складу бетонної суміші: тонкі фракції піску <0.16 мм, активні мінеральні добавки в складі цементу і/або бетону, заповнювачі, барвники і т.д. Тому кордони робочого дозування добавки зазвичай вказуються у процентному співвідношенні від маси цементу або змішаного в’яжучого. 

Значну роль також відіграє технологічний процес – межа точності дозування, спосіб і тривалість перемішування, місце і час введення добавки на технологічній лінії. Тому оптимальні дозування підбираються вже на конкретних матеріалах під конкретне виробництво.

Комплексні добавки

Також варто враховувати, що майже в усіх комплексних і однокомпонентних добавках крім первинного ефекту, є також вторинний, третинний … і т.д. Наприклад, всі пластифікуючі добавки попередніх поколінь також мають ефект уповільнення зчеплення і/або набору міцності, також відчутне повітряутягнення.

Логіка розробки комплексних добавок полягає в тому, щоб:

  1. Нівелювати небажані ефекти від основних діючих компонентів.

2. Використовувати можливі адитивні і синергічні ефекти:

  • адитивний ефект, коли 10% водоредукціі від одного компонента в певному дозуванні + 5% водоредукціі від іншого в певному дозуванні дають разом 15%. Часто, це поширені суміші полікарбоксилатів і лигносульфонатів. 
  • синергічні, коли компоненти мають посилювати один одного, а не просто підсумовуються, тобто коли 1 + 1> 2 (або 5 + 10> 15). Такі композиції зберігаються як комерційна таємниця виробника. Бувають випадки, коли через недосвідченість або навмисно змішують добавки, які є антагоністами, наприклад, полікарбоксилати з нафталінформальдегідами.

     3. Отримати зниження собівартості.

     4. Зробити так званий “tailor-made” (дослівний переклад – “зшитий на замовлення”) – тобто спеціально розроблений, індивідуальний продукт. Часто це дуже вигідно і для клієнта (виробника бетону) і для продавця (виробника добавок). 

Але, слід зауважити, що розробка індивідуальних продуктів вимагає:

  • чималих трудозатрат,
  • кваліфікованого персоналу,
  • наявності великого обсягу споживання у клієнта,

Саме тому великі системні компанії працюють по-іншому, застосовуючи в основному кілька типових продуктів для своїх клієнтів.

Добавки в бетон можуть значно впливати на його властивості.

Дамо відповіді на найбільш популярні запитання, з якими експерт стикався у своїй практиці.  

– Чи можна добавками вирішити всі проблеми бетоноведення?

– Ні. Добавки – це фінальний етап оптимізації бетонної суміші. Якщо є прорахунки у гранулометрії, мінералогії, технологічній лінії – за допомогою добавок вирішувати ці проблеми найчастіше неефективно.

– Якщо ми працюємо з декількома постачальниками/марками цементу, як підібрати добавки?

– Цементи мають різну мінералогію клінкеру, композицію введених мінеральних добавок, гранулометрію частинок і при їх помелі різні виробники застосовують різні добавки-інтенсифікатори/модифікатори цементу. Це істотно впливає на адсорбцію молекул поверхнево-активних речовин до них і відповідно на оптимальне дозування добавки в бетон. Особливо це стосується добавок на полікарбоксилатній основі. 

Наприклад, цементи одного класу СЕМ II/42.5R від трьох різних виробників із Західної, Центральної та Східної України мають оптимальні дозування по одній з добавок 0.65%, 0.425%, 0.5%. Тобто, різниця у півтора рази! Тому моя особиста рекомендація – по можливості вибрати один стабільний продукт.

 – Я чув, що добавки потрібні тільки взимку, щоб бетон не замерзав!

– Бетон без сильних наслідків переживе заморожування, якщо він встигне набрати хоча б третину від проектної міцності до того як замерзне.

Будь-яка комплексна зимова добавка в основному вирішує кілька проблем:

  • не замерзає на вулиці;
  • знижує кількість води замішування, знижуючи водоцементне співвідношення і тим збільшуючи виділення тепла бетоном;
  • прискорює реакцію гідратації, зменшуючи терміни схоплювання і прискорюючи набір ранньої міцності;
  • знижує евклектичну точку замерзання бетонної суміші. Залежно від дозування це не більше ніж 1 – 2 градуси. Тобто, якщо суміш замерзла б при нулі градусів, вона при великих дозах (> 1% солей-прискорювачів) замерзне при -2 градусах Цельсія.
  • збільшує ефективність електрообігріву бетону, а це знижує витрати на електроенергію. 

Окремо хочеться нагадати, що добавки на основі хлоридів – дуже ефективні прискорювачі як схоплювання, так і твердіння. Але їх застосування суворо заборонено в бетонах, що контактують з арматурою через дуже швидку корозію металу хлоридами.

Я рекомендую використовувати окремо пластифікуючу добавку, окремо протиморозний комплекс, так як при різній температурі дозування пластифікатора і прискорюючої добавки змінюється у різній мірі.

– Чи шкідливо жити у будинку, де були застосовані хімічні добавки у бетон?

– Сучасні хімічні добавки – це не шкідливі речовини. Частина компонентів перетинається з компонентами із харчової промисловості, а перші полікарбоксилати взагалі замислювалися як підсилювач прального порошку. 

Побоювання може викликати зимове бетонування стін або панелей із застосуванням (знову ж непрофесійним) азотовмісних протиморозних добавок. Під час реакції може утворюватися аміак, а жити в такому будинку буде дійсно дуже некомфортно. Але це поодинокі випадки, і якщо довіряти інвестиції перевіреного девелоперу або особисто проінспектувати об’єкт на стадії покупки, цих ризиків можна уникнути.

– Я замовив товарний бетон від виробника. Через затримку в прийманні і втрати рухливості суміші лаборант заводу або водій долили добавку в автобетонозмішувач. Це не знизить його експлуатаційні характеристики?

– Є такий технологічний прийом – дробне дозування добавки. 80% добавки вноситься на заводі, а 20% добавки – безпосередньо на будівельному об’єкті перед вивантаженням. Пропорції різні для різних продуктів, але якщо не перевищувати максимальну межу дозування для конкретного бетону (це має бути випробувано в лабораторії), то можна отримати більше збереження рухливості бетонної суміші при тому ж дозуванні добавки без втрати очікуваних властивостей затверділого бетону. Однак у разі, якщо бетонна суміш вже дуже помітно втратила рухливість, рекомендую її вивантажувати швидко, так як після додавання добавки будуть лічені хвилини до того, як вона повернеться у попередній малорухливий стан.

Якщо у вас виникли додаткові питання, то можете їх відправляти на електронну адресу автору статті – [email protected].

Подпишись на нашу рассылку

Дайджест главных новостей, презентации оборудования, обзоры мероприятий и многое другое.

Залишити коментар:

Advertisement

Скреперы K-Tec

Материалы по теме

Огляд бетоноукладального обладнання від компаній Power Curbers і Wirtgen

Огляд бетоноукладального обладнання від компаній Power Curbers і Wirtgen

Розглянемо докладно бетоноукладальне обладнання, яке пропонують на ринку провідні виробники дорожньо-будівельної техніки Wirtgen та Power Curbers.

30 Бер 2021, 09:47

eye-icon

8

comment-icon

0

31 березня відбудуться аукціони з продажу 11 спецдозволів на користування надрами

31 березня відбудуться аукціони з продажу 11 спецдозволів на користування надрами

9 лотів з 11, по яких заплановані найближчі торги, номіновані надрокористувачами, 2 – ініційовані з Інвестиційного атласу.

24 Бер 2021, 17:59

eye-icon

12

comment-icon

0

Чому безпілотні вантажівки з'являться спочатку в кар'єрах

Чому безпілотні вантажівки з'являться спочатку в кар'єрах

Одна із задач для всіх галузей промисловості - створення рішень, що здатні забезпечити максимальну ефективність використання рухомого складу на гірничих підприємствах за рахунок сучасних засобів автоматизації. Першою галуззю, де це станеться, швидше за все буде видобуток корисних копалин шахтним способом та розробка кар'єрів, де автоматизація виробничих процесів іде на повну. Таку думку висловлюють у Volvo Autonomous Solutions.

19 Бер 2021, 16:35

eye-icon

77

comment-icon

0

Advertisement

?>