4. ХИМИЧЕСКИЕ ДОБАВКИ РЕОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
При современном масштабе развития строительных технологий все больше получают распространение специализированные химические добавки в бетон. Их призвание — улучшить все важные свойства бетонной смеси (удобоукладываемость, водонепроницаемость, прочность, морозостойкость, износостойкость и другие) и таким образом повысить качество будущего бетона.
Существует специальная классификация добавок, основанная на их функциональном назначении. Различают:
-добавки призванные регулировать реологические характеристики смеси;
-добавки для улучшенного схватывания и твердения бетонной смеси;
-добавки, создающие повышенную пористость бетона;
-добавки для уменьшения расхода цемента;
-добавки призванные придать бетону специфические свойства;
-многофункциональные добавки.
Широко известно, что наиболее важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость. Смеси характеризующиеся высоким показателем этой характеристики могут полностью заполнить нужный объем под действием своего собственного веса или при помощи постороннего механического воздействия: прессования, вибрирования, штыкования. При транспортировании и укладке существует опасность расслоения смеси и чтобы не допустить этого явления нужно обеспечить ей нужные свойства — вязкость, пластичность. Именно для достижения этих свойств применяются специальные добавки реологического действия. Они регулируют структурную прочность, напряжение сдвига, пластическую вязкость и повышают удобоукладываемость смеси.
Добавки реологического действия делятся на водоудерживающие, стабилизирующие и пластифицирующие. Пластифицирующие добавки призваны уменьшить жесткость смеси без ущерба прочности бетона и являют собой поверхностно-активные вещества. В зависимости от сильнодействия их делят на четыре группы: суперпластификаторы, сильнопластифицирующие, среднепластифицирующие,слабопластифицирующие добавки. В зависимости от характера действия их делят на гидрофильно-пластифицирующие и гидрофобно-пластифицирующие. Из первой разновидности широкое применение имеет ЛСТ. Она представляет собой кальциевую соль лигносульфоновой кислоты с добавками минеральных веществ. Поставляется в жидком и твердом виде, легко растворима в воде. Ее расход — 0,1…0,5 % массы цемента. Наиболее желанным является ее применение в смесях, содержащих большое количество вяжущего. При использовании ее, как впрочем, и других добавок пластифицирующего характера, достигается удобоукладываемость, подвижность смеси, экономия воды и цемента, повышение прочности бетона. Гидрофобно-пластифицирующие добавки — мылонафт, асидол-мылонафт, ГКЖ-10 и ГКЖ-11. Они применяются в тощих смесях и придают бетону дополнительную прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и долговечность.
К разряду суперпластификаторов относят НСП и 30-03 (нафталинсульфаты), ОП-7, 20-03, СПД (результаты химического синтеза), ЛСТМ-2 (лингосульфонат). Применяют также пластификаторы неорганической природы — глину и известь. Добиваясь высоких показателей подвижности смеси, суперпластификаторы значительно улучшают укладку и транспортировку раствора.
Вышерассмотренные добавки можно охарактеризовать также как стабилизирующие и водоудерживающие. Также к этому разряду можно отнести тонкозернистые добавки минерального происхождения: ТЭС (пылевидная зола), каменная мука.
Также используется ряд добавок, относящихся к тем, которые регулируют схватывание и твердение. Это ускорители или замедлители схватывания, ускорители твердения, противоморозные добавки. Применяемые на практике ускорители: ХК (хлорид кальция), СН (сульфат натрия), НК и НН (нитраты кальция и натрия), ННК (нитрит-нитрат кальция). Нужно внимательно относиться к количеству добавляемой примеси, так как она может быть ускорителем или замедлителем в зависимости от процентного соотношения в смеси.Замедлители схватывания это вышеупомянутые ЛСТ и ГКЖ-10 и ГКЖ-11.
5. Экономическая целесообразность использования химических добавок
Эффективность любых технических решений, в том числе и введения химических добавок в бетон должна определяться экономическим эффектом (Э) и коэффициентом эффективности затрат (Кэ). Последний представляет собой отношение экономического эффекта к затратам, необходимым для его получения.
Достигаемый экономический эффект от введения добавки (Эд) может быть реализован как при производстве бетона, изделий, конструкций и сооружений на его основе, так и при их эксплуатации в соответствии с проектом. Полный экономический эффект от введения добавки в бетоны является смешанным, расчет его достаточно сложен и на практике обычно не выполняется. Для производителей бетона (бетонной смеси, изделий и конструкций) важно дифференцировать экономический эффект, обеспечиваемый добавкой за счет экономии других ресурсов в процессе производства (Эд1), и эффект, достигаемый при применении бетона (Эд2). Первый непосредственно сказывается на себестоимости бетона, второй должен учитываться при назначении цены на него. Как Эд1, так и Эд2 через изменение себестоимости и цены на бетон должны активно влиять на прибыль и рентабельность предприятий-производителей. Для потребителей бетона эффективность использования добавок определяется величиной Эд2. В зависимости от целевой установки введение одной и той же добавки может быть направлено преимущественно на достижение эффекта Эд1 или Эд2. Известно, например, что добавки-пластификаторы могут быть использованы или для экономии цемента без ухудшения свойств бетона, или для повышения пластичности бетонной смеси и облегчения ее укладки.
На стадии изготовления бетона введение добавки позволяет уменьшить его стоимость, главным образом, за счет уменьшения стоимости необходимых материальных ресурсов, например, в результате снижения расхода цемента, перехода на другие его виды или марки и др. Неучет, однако, дополнительных затрат на добавку и нерациональность технологических решений может не позволить снизить стоимость бетона.
Пусть нормируемые свойства бетона обеспечиваются без добавки при расходе цемента Ц3. При введении добавки можно обеспечить необходимые свойства бетона при расходе цемента Ц1, но это будет невыгодно, т.к. стоимость бетона будет выше, чем бетона без добавки. Уменьшив расход добавки можно обеспечить необходимые свойства бетона при компромиссном расходе цемента Ц2 и это будет самый выгодный вариант. Подобрать оптимальный расход добавки в данном случае можно перебором вариантов, основываясь на результатах подборов составов или при использовании эмпирических зависимостей, связывающих нормируемые показатели свойств с расходом добавки и другими параметрами состава.
При выполнении условия предполагается, что показатели свойств бетонной смеси с добавкой не ниже показателей без добавки. Аналогично можно рассчитать допустимые затраты при производстве изделий, конструкций и возведении сооружений, учтя дополнительно стоимость арматуры, тепловой энергии, строительных работ.
Характерно, что при введении добавок для экономии цемента в рядовых бетонах наиболее эффективной оказалась традиционная добавка ЛСТ и наименее – суперпластификатор С-3, введение которого несомненно более целесообразно при получении литых, высокопрочных бетонов и т.д.
Несмотря на значения для ряда предприятий при сложностях, связанных с поставкой цемента, топлива, пара на первый план может выдвигаться эффект физической экономии соответствующих ресурсов при введении добавок в бетон.
Качественные преимущества бетонов с добавками в конкретных условиях применения бетона могут использоваться с различной целью. Так, повышение прочности бетона может быть использовано для изменения сечения конструкций, уменьшения расхода арматуры, ускорения ввода строительных объектов в эксплуатацию и т.д. Соответственно изменяется стоимость сэкономленных ресурсов и величина коэффициента эффективности.
Коэффициент эффективности качественных показателей бетона позволяет не просто указать на определенный технический эффект введения добавки (пластифицирующий, ускоряющий твердения, антиморозный и т.д.) но и определить "цену" такого эффекта. В некоторых случаях она может быть такой, что традиционные сравнительно дешевые добавки могут оказаться эффективнее чем новейшие "супердобавки". Однако такой вывод является справедливым лишь тогда, когда не обязательна при сравнении различных добавок примерная одинаковость величины достигаемого технического эффекта.
Заключение
Применение химических добавок является одним из эффективных способов регулирования реологических и физико-механических свойств бетона. Зарубежный опыт показывает, что более 70% всего объема бетона укладывается с применением химических добавок. Несмотря на некоторое удорожание стоимости бетона, применение добавок экономически оправдано из-за улучшения ряда технологических параметров и повышения эксплуатационных свойств.
Следует отметить и тот факт, что применение химических добавок является эффективным средством получения специальных свойств бетона - коррозийной стойкости, электропроводности, защитных свойств бетона по отношению к стальной арматуре, закладным деталям и других. К сожалению, специально изготовляемых для этих целей добавок у нас практически нет. К числу перспективных направлений дальнейшего совершенствования технологий бетона и получения изделий с высокими эксплуатационными свойствами относится также создание высокоэффективных химических добавок для бетонов с надежной на основе специально разработанных продуктов из экологически чистого сырья, в том числе, для литьевой технологии из самоуплотняющихся бетонов, высокопрочных и специальных бетонов, широкое внедрение эффективных добавок и комплексных модификаторов бетона, всесторонне исследованных в специализированных НИИ и прошедших производственную проверку.