Добавки в бетон (присадки) улучшают свойства бетона для применения в строительстве с особыми требованиями. Добавки в бетон используются для достижения необходимой обрабатываемости в случае низкого водоцементного отношения, а также для увеличения времени схватывания бетона при транспортировке бетона на большие расстояния.
Поэтому для инженера-строителя очень важно знать о типах добавок и их свойствах для лучшего выбора и применения в бетонных работах.
- Механизм действия воздухововлекающих добавок для бетона
- Свойства воздухововлекающих добавок
- Основные области применения ускоряющих добавок для бетона
- Недостатки ускоряющих добавок для бетона
- Типы химических веществ для водоредуцирующих добавок
- Способ действия
- Для чего используются водоредуцирующие добавки?
- Влияние на долговечность
- Влияние на усадку
- Влияние на ползучесть
- Вредное воздействие
- Применение водоредуцирующих добавок для бетона
- Химический тип замедляющей добавки для бетона
- Способ действия
- Почему используются замедляющие добавки для бетона?
- Преимущество добавки для замедления схватывания бетона
- Вредное воздействие
- Применение замедляющей добавки для бетона
- Ниже перечислены широко используемые суперпластификаторы:
- Химический тип
- Способ действия суперпластификаторов
- Почему используются суперпластификаторы?
- Преимущества суперпластификаторов
- Недостаток
- Применение суперпластификаторов
- Источник минеральных добавок
- Причины использования минеральных добавок
- Классификация минеральных добавок
- Производство кремнеземистого дыма
- Типы сплавов, производимых в дуговых электропечах под флюсом
- Удельный вес и удельная площадь поверхности кремнезема
- Наполнитель и пуццолановые эффекты кремнеземистого дыма
Определение добавок для бетона
Согласно BIS (IS – 9103: 1999) Страница № 1, добавка в бетон определяется как материал, отличный от воды, заполнителей и гидравлического цемента и добавок, таких как пуццолан или шлак и армирующие волокна, используемый в качестве ингредиента бетона или раствора и добавляемый в партию непосредственно перед или во время его смешивания для изменения одного или нескольких свойств бетона в пластичном или затвердевшем состоянии.
Причины использования добавок (Отчет комитета ACI, страница – 298)
Добавки используются для изменения свойств бетона или раствора, чтобы сделать их более подходящими для выполняемой работы, или для экономии, или для других целей, таких как экономия энергии.
Некоторые из важных целей, для которых используются добавки, следующие:
Изменение свойств свежего бетона, раствора и затирки для:
- Повысить обрабатываемость без увеличения содержания воды или уменьшить содержание воды при той же обрабатываемости.
- Замедлить или ускорить время начального схватывания.
- Уменьшить или предотвратить оседание.
- Изменить скорость или способность к кровотечениям.
- Уменьшить сегрегацию.
- Улучшить прокачиваемость.
- Снизить скорость потери просадки.
Для изменения свойств затвердевшего бетона, раствора и затирки:
Когда используются добавки для бетона?
Как использовать добавки для бетона?
Виды добавок для бетона (присадок)
Типы добавок в соответствии с Отчет комитета Американского института бетона и IS 9103: 1999 являются:
Классификация добавок в соответствии с книгой “Добавки для бетона: Использование и применение” под редакцией М. Р. Риксома приведена на последующих страницах.
1. Воздухововлекающая добавка
Они обычно используются для улучшения обрабатываемости, облегчения укладки, повышения долговечности, повышения морозостойкости и уменьшения кровотечения. Распространенными воздухововлекающими добавками являются натуральные древесные смолы, нейтрализованные винсоловые смолы, полиэтиленоксидные полимеры и сульфонированные соединения.
Механизм действия воздухововлекающих добавок для бетона
Они являются анионными, поскольку углеводородные структуры содержат отрицательно заряженные гидрофильные группы, такие как COO, SO3 и OSO, так что в воде выделяются крупные анионы. И наоборот, если ион углеводорода заряжен положительно, то соединение является катионоактивным или катионным.
Другими словами, анионные поверхностно-активные вещества вызывают образование пузырьков, которые заряжены отрицательно, катионные – вызывают образование пузырьков, заряженных положительно, поверхностно-активные вещества всех классов могут вызывать унос воздуха в бетоне, но их эффективность и характеристики воздушно-пустотной системы варьируются в широких пределах.
Свойства Воздухововлекающие добавки
2. Ускоряющие добавки
Ускоряющие добавки используются для ускорения времени схватывания бетона. Они обеспечивают более высокое развитие ранней прочности в свежезалитом бетоне.
Основные области применения ускоряющих добавок для бетона
Недостатки ускоряющих добавок в бетон
3. Водоредуцирующие добавки
Типы химических веществ для водоредуцирующих добавок
Механизм действия
Основную роль в механизме снижения водопотребления и замедления схватывания играют примеси, которые обычно состоят из длинноцепочечных органических молекул, гидрофобных (не смачивающих) на одном конце и гидрофильных (легко смачивающих) на другом.
Такие молекулы имеют тенденцию концентрироваться и образовывать пленку на границе раздела двух несмешивающихся фаз, таких как цемент и вода, и изменять физико-химические силы, действующие на этой границе.
Механизм действия водоредуцирующих добавок заключается в дефлокуляции или диспергировании цементных агломератов на первичные частицы или, по крайней мере, на гораздо более мелкие фрагменты.
Считается, что эта дефлоккуляция является физико-химическим эффектом, при котором добавка прежде всего адсорбируется на поверхности гидратирующего цемента, образуя гидратационную “оболочку”, уменьшает отделение античастиц друг от друга.
Присутствие водоредуцирующей добавки в свежем бетоне приводит к:
Для чего используются водоредуцирующие добавки?
a) Бетон с более высокой обрабатываемостью может быть изготовлен без использования большего количества воды, поэтому потери прочности не происходит
b) Сохраняя определенную обрабатываемость, но при более низком содержании воды, можно повысить прочность бетона без необходимости дальнейшего добавления цемента
c) При сохранении того же соотношения в/ц и обрабатываемости бетон может быть доведен до заданной прочности, как в эталонном бетоне, при более низком содержании цемента.
Влияние на долговечность
Прямое добавление добавок данного типа не приводит к увеличению проницаемости, а если добавка используется для снижения В/Ц, то проницаемость значительно снижается.
Влияние на усадку
Добавки этого типа, используемые в качестве добавок для улучшения обрабатываемости при понижении водопотребности, не оказывают отрицательного влияния на усадку.
Влияние на ползучесть
Материалы с добавками данного типа не оказывают вредного влияния на ползучесть бетона.
Вредное влияние
a) При использовании водоредуцирующей добавки. Необходимо тщательно контролировать содержание воздуха в смеси. Большинство водоредуцирующих веществ увлекают воздух благодаря своим поверхностно-активным свойствам.
б) При высоких дозировках лигносульфонатных материалов происходит замедление смеси.
Применение водоредуцирующих добавок для бетона
Применение данного типа добавок следующее.
a) Когда заливка бетона ограничена из-за перегруженности арматуры или этих участков.
b) Когда имеют место жесткие смеси, например, изготовленные с использованием заполнителей (дробленых). Тогда можно получить значительное улучшение пластических свойств бетона.
в) Когда трудно получить требуемую прочность в пределах установленного максимального содержания цемента и когда требуется ранняя подъемная прочность.
d) При добавлении этой добавки в бетон можно получить экономию цемента около 10%.
4. Замедляющие добавки в бетон
Функция замедляющей добавки в бетон заключается в задержке или продлении времени схватывания цементной пасты в бетоне. Они полезны для бетона, который необходимо транспортировать на дальние расстояния в транзитных миксерах, помогают при укладке бетона при высоких температурах, специально используются в качестве добавки для затирки и водопонижения, что приводит к увеличению прочности и долговечности.
Химический тип замедляющей добавки для бетона
a) Нерафинированные лигносульфонаты, содержащие сахар, который, конечно, является компонентом, ответственным за замедление.
б) Гидроксилкарбоновые кислоты и их соли
c) Углеводы, включая сахар
г) Растворимый цинк
д) Растворимые бораты и т.д.
Способ действия
Считается, что замедляющие добавки абсорбируются на фазе C3A в цементе, образуя пленку вокруг зерен цемента и препятствуя или уменьшая реакцию с водой. Через некоторое время пленка разрушается и происходит нормальная гидратация. Это простая смесь, и есть основания полагать, что замедлители также взаимодействуют с C3S, поскольку замедление может быть продлено на много дней.
Для чего используются замедляющие добавки в бетон?
Для задержки времени схватывания бетона без негативного влияния на последующее развитие прочности.
Преимущества замедляющих добавок для бетона
a) Добавки типа гидроксилкарбоновых кислот обычно дают бетон с несколько меньшим содержанием цели, чем в контрольной смеси.
б) Материалы этого класса (лигносульфонат, содержащий сахар, и производные гидроксилкарбоновой кислоты) в некоторых случаях обладают гораздо более высоким диспергирующим эффектом и, следовательно, водоредуцирующей способностью.
в) Повышается долговечность.
a) При использовании материалов на основе лигносульфонатов содержание воздуха может быть выше на 0,2-0,3%, если не добавлять материалы типа трибутилфосфата.
b) При увеличении содержания воды наблюдается тенденция к усадке при высыхании.
Применение замедляющих добавок для бетона
Замедляющие добавки используются
a) Там, где требуется длительная транспортировка готового бетона, преждевременного схватывания можно избежать с помощью добавок этого типа.
б) Когда бетон укладывается или транспортируется в условиях высокой температуры окружающей среды.
c) При укладке больших объемов бетона
d) Бетонные конструкции с применением скользящей опалубки.
5. Суперпластификаторы или водоредуцирующие добавки высокого диапазона в бетоне
Это добавки второго поколения, которые также называют суперпластификаторами. Это синтетические химические продукты, изготовленные из органических сульфонатов типа RSO3, где R – сложная органическая группа с большим молекулярным весом, полученная в тщательно контролируемых условиях.
Обычно используются следующие суперпластификаторы:
i) сульфонированный меламиноформальдегидный конденсат (S M F C)
ii) ii) Сульфонированный нафталинформальдегидный конденсат (S N F C)
iii) iii) Модифицированные лигносульфонаты и другие сульфоновые эфиры, кислоты и т.д.,
Химический тип
a) производные формальдегида, такие как меламиновый формальдегид и формальдегид сульфоната нафталина.
Способ действия суперпластифицирующих добавок
Эта добавка действует так же, как и водоредуцирующая добавка. Она диспергирует цементные агломераты при взвешивании цемента в воде и адсорбируется на поверхности цемента, вызывая их взаимное отталкивание в результате анионной природы суперпластификаторов.
Почему используются добавки суперпластификаторов?
a) При заданном соотношении в/ц эта добавка повышает удобоукладываемость, как правило, увеличивая осадку с 75 мм до 200 мм.
б) Второе применение этой добавки – производство бетона с нормальной обрабатываемостью, но с чрезвычайно высокой прочностью (суперпластификатор может снизить содержание воды для данной обрабатываемости на 25 – 35% по сравнению с половиной этого значения в случае обычных водоредуцирующих добавок).
Преимущества добавок с суперпластификатором
a) Бетон с использованием этой добавки может быть уложен с минимальным уплотнением или вообще без него и не подвержен чрезмерному расслоению или сегрегации.
б) Можно использовать высокие дозировки, так как они не сильно изменяют поверхностное натяжение воды.
в) Они не оказывают существенного влияния на схватывание бетона, за исключением тех случаев, когда используются цементы с очень низким содержанием C3A.
г) Они не влияют на усадку, модуль упругости при ползучести или сопротивление освобождению при оттаивании.
Недостаток
Единственным реальным недостатком суперпластификаторов является их относительно высокая стоимость.
Применение добавок с суперпластификатором
a) В очень сильно армированных секциях, в труднодоступных местах в перекрытиях или дорожных плитах.
b) Там, где требуется очень быстрая укладка.
6. Минеральные добавки для бетона
Минеральные добавки – это тонкодисперсные материалы, которые добавляются в бетон в относительно больших количествах, обычно порядка 20-100% по весу портландцемента.
Источник минеральных добавок
a) Сырые или кальцинированные природные минералы
б) Побочные продукты промышленности
Причины использования минеральных добавок
a) В последние годы цементная промышленность во всем мире прилагает значительные усилия для снижения энергопотребления при производстве портландцемента. Поэтому частичная замена портландцемента минеральными добавками, которые могут составлять порядка 50-60% по весу от общего количества цементирующего материала, представляет собой значительную экономию энергии.
б) Способность цементной и бетонной промышленности потреблять миллионы тонн промышленных побочных продуктов, содержащих токсичные металлы, позволяет отнести эти отрасли к экологически чистым.
c) Поскольку природный пуццолан и побочные продукты промышленности обычно доступны по значительно более низкой цене, чем портландцемент, использование пуццолановых и цементирующих свойств минеральных добавок в качестве частичной замены цемента может привести к значительной экономической выгоде.
г) Возможные технологические преимущества от использования минеральных добавок в бетоне включают повышение непроницаемости и химической стойкости, улучшение сопротивления термическому растрескиванию и увеличение предельной прочности.
Классификация минеральных добавок
Минеральные добавки могут быть классифицированы следующим образом.
a) Пуццолановые – кремний или кремнезем и примеси, которые сами по себе обладают малой или нулевой цементирующей способностью, но в присутствии влаги химически реагируют с CalOH2 при обычной температуре с образованием соединений, обладающих цементирующими свойствами.
b) Пуццолановые и цементирующие – материалы, которые сами по себе обладают некоторыми цементирующими свойствами.
Спецификация ASIM C618 признает следующие три класса минеральных добавок.
a) Класс N – Сырые или прокаленные природные пуццоланы, такие как кизельгур, глина и сланцы, туфы и вулканический пепел.
b) Класс F – зола, полученная при сжигании антрацита или битуминозного угля.
c) Класс C – зола, обычно получаемая из бурого или суббитуминозного угля, которая может содержать аналитический CaO более 10%.
7. Кремнеземистый песок в качестве добавки в бетон
Хотя за последние несколько лет использование кремнеземистого дыма (КД) в бетоне значительно возросло, его полезные свойства не были хорошо осознаны, пока в конце 70-х и начале 80-х годов в Норвежском технологическом институте не были проведены комплексные исследования по изучению влияния КД на свойства бетона.
Производство кремнеземного волокна
Кремний, ферросилиций или другие сплавы производятся в так называемых “погружных электропечах”. Существует два типа электропечей: с системой рекуперации тепла и без системы рекуперации тепла.
Типы сплавов, производимых в электропечах с погруженной дугой
a) Ферросилиций с различным содержанием Si
– FeSi – 50% с содержанием Si от 43 до 50%
– FeSi – 75% с содержанием Si от 72 до 78%
– FeSi – 90% с содержанием Si от 87 до 96%
б) Кальциевый кремний
c) Феррохромный кремний
d) Силикомарганец
Удельный вес и удельная площадь поверхности SF
Удельный вес SF обычно равен удельному весу аморфного кремния, который составляет около 2,20. Однако, в зависимости от химического состава, удельный вес частиц SF может достигать 2,40 и 2,55, как в случае с FeGSi.
Удельная площадь поверхности SF, измеренная методом поглощения азота, приведена ниже.
SF
Расчетная площадь поверхности (м2/кг)
Измерено методом адсорбции азота
Средний диаметр (мм)
Si
20000
18500
0.18
FeCrSi
16000
–
FeSi – 50%
15000
0.21
FeSi – 75%
13000
0.26
Однако, независимо от различий в химическом составе, цвете и содержании углерода, все виды SF имеют определенное количество общих, но важных физико-химических характеристик, которые делают их эффективными дополнительными цементными материалами к цементному бетону. эти свойства следующие –
a) SF происходит из конденсированных паров SiO и обычно имеет высокое содержание кремнезема от 35 до 98%.
b) SF является аморфным материалом
c) SF состоит в основном из мелких сфер со средним диаметром от 0,1 до 0,2 мм.
Наполнитель и пуццолановые эффекты кремнеземистого дыма
Уникальные характеристики SF, которые делают его пригодным для использования в качестве дополнительного цементирующего материала, – это его тонкость, высокая аморфность и повышенное содержание SiO2.
Маленькие сферы SF действуют как наполнители, поскольку они занимают часть пространства между относительно крупными зернами цемента, которое в противном случае может быть занято водой. В результате получается более плотная матрица с лучшей градацией мелких частиц.
Баче заявил, что в суперпластифицированном бетоне с низким соотношением в/ц небольшие сферы SF могут вытеснять воду, находящуюся между зернами флокулированного цемента, тем самым увеличивая количество свободной воды в пасте, что повышает текучесть.
Несколько исследователей изучали пуццолановые свойства SF. В результате реакций между SF и Ca(OH)2 увеличивается объем CSH и уменьшается общий объем капиллярных пор в цементной пасте. Пуццолановые реакции SF с Ca(OH)2 уменьшают количество портландита в гидратной цементной пасте.
Мехта объяснил, что отсутствие крупных кристаллов портландита в смеси SF может быть связано с тем, что каждая частица SF может действовать как “место зарождения” для осаждения Ca(OH)2. В результате могут образоваться многочисленные мелкие кристаллы Ca(OH)2, а не несколько крупных.
Отсутствие крупных и недельных кристаллов портландита улучшает механические свойства бетона.
Благотворное действие SF также объясняется уменьшением пористости переходной зоны между цементной пастой и заполнителем, что повышает прочность и непроницаемость бетона. В обычном бетоне переходная зона может иметь крупные и ориентированные кристаллы портландита, которые образуют слабые зоны в бетоне.
Толщина переходной зоны может быть значительно увеличена путем добавления в бетон SF, так как SF уменьшает кровотечение и количество воды, скапливающейся под заполнителем. В результате уменьшается пористость переходной зоны, а также снижается концентрация ориентированных кристаллов Ca(OH)2.
Выбор добавок для бетона
Добавки для бетона должны быть тщательно подобраны в соответствии со спецификацией и использоваться в соответствии с рекомендациями производителя или отчетом о лабораторных испытаниях. Количество добавок, используемых для конкретного применения добавок, рекомендуется производителями.
Для использования в крупных строительных проектах количество добавки должно быть получено из отчетов об испытаниях бетона, смешанного с добавками при различном процентном содержании добавок. Эти испытания проводятся для того, чтобы понять, как влияют добавки на желаемое качество и прочность бетона при различном количестве используемых добавок. Таким образом, на основе полученных результатов можно выбрать оптимальное количество добавок для конкретного применения.
Выбор конкретных добавок для использования в бетоне для изменения свойств бетона должен быть тщательно подобран в соответствии с требованиями бетонных работ. Добавки для бетона следует использовать разумно, в соответствии со спецификацией и методом применения, чтобы избежать негативного влияния на свойства бетона в свежем и затвердевшем состоянии.
После выбора добавки необходимо тщательно выбрать поставщика с качественным продуктом, своевременным обслуживанием и конкурентоспособной ценой. Поставщик добавок должен быть с хорошей историей и обладать персоналом с эффективным и профессиональным опытом, который сможет подсказать эффективное применение/использование добавки правильным способом.
Добавки для бетона должны быть приняты с сертификатом испытаний, датой изготовления и химическим составом, должны соответствовать спецификациям, установленным властями.
Подробнее о добавках в бетон
- 15 видов добавок, используемых в бетоне.
- Выбор суперпластификаторов для высокоэффективного бетона.
- Свойства и применение различных видов добавок в бетон.
- Виды химических веществ для бетона (добавок) и их применение.
- Противовымывная добавка для подводного бетонирования – виды, преимущества и применение.
- Замедлители схватывания бетона – механизм, виды и влияние на свойства.
- Требования к добавкам в бетон для использования в строительстве.