Добавки-модификаторы - такой же обязательный компонент бетонной смеси, как вяжущие заполнители и вода. Рассмотрим основные виды и назначение добавок к бетонам.
Хлористый кальций используется при работе в холодное время для увеличения скорости нарастания прочности бетона. Применение хлористого кальция (хлористого натрия, углекислого калия (поташа)) позволяет увеличить производительность при изготовлении изделий из цемента. Он позволяет бетону затвердевать и набирать достаточную прочность при температуре -20-30 град.С (тогда как обычный бетон замерзает уже при -5 град.С). При наступлении плюсовых температур бетон оттаивает и набирает оставшуюся прочность.
Хлористый кальций обычно добавляется в количестве, равном 2% от веса цемента. При такой его концентрации возрастает прочность бетона (особенно в начале) и несколько сокращается срок схватывания. Повышение содержание хлористого кальция уже не дает заметного роста прочности, а вот усадка при этом увеличивается.
Гидравлические минеральные добавки - вещества, обладающие гидравлической активностью, т.е. способностью связывать известь или окись кальция, выделяющуюся в цементе при его твердении с образованием труднорастворимых силикатов.
Гидравлические добавки увеличивают долговечность бетона, его сопротивляемость к агрессии сульфатов, болотных вод и т. д. Используются для производства пуццоланового портландцемента, сульфатостойкого пуццоланового портландцемента, известково-пуццолановых вяжущих.
Молотый доменный шлак - отход производства чугуна, гранулированный материал. От размалывается примерно до степени дисперсности портландцемента и вводится в раствор, также применяется при изготовлении сборных бетонных изделий.
Шлак обладает вяжущими свойствами. При добавлении в бетон способствует развитию его прочности. Шлаком можно заменить до 50% портландцемента (в ряде случаев этот показатель достигает 80%).
Зола образуется при сжигании пылевидного угля, основным ее поставщиком являются тепловые электростанции. Зола оказывает на бетон тройное действие. Как и инертные добавки, она делает его более плотным. Создает пластифицирующий эффект, что позволяет снизить количество воды в бетоне, повысить его прочность и плотность. И, наконец, введение золы способствует химическому уплотнению и уменьшению пор в затвердевшем бетоне.
Гидрофобизаторы. Чем опасна вода для бетона? Ее впитывание и последующее испарение приводит к выщелачиванию. Из бетона вымываются соединения кальция, он становится менее прочным. Одновременно вода, особенно дождевая, приносит в бетон минеральные соли, которые могут стать причиной трещин.
Действие гидрофобных добавок направлено на защиту бетона от воды. В качестве гидрофобизаторов применяют соли жирных кислот и некоторых металлов, ПАВ (поверхностно-активных вещества), составы на основе кремнийорганики (силиконаты и силоксаны). Силиконовые гидрофобизаторы повышают коррозионную стойкость и морозостойкость бетона, позволяют регулировать подвижность, водопотребность, удобоукладываемость бетонной смеси.
Ускорители схватывания. В ряде случаев при бетонировании конструкций нужно ускорить рост прочности уложенного бетона и сократить срок его выдержки перед распалубкой.
Основной критерий эффективности добавок-ускорителей - ускорение процесса схватывания на 25% и более (при температуре окружающего воздуха 20 град.С). По требованию надежности необходимо повышение прочности бетона на 20% и более в возрасте 1 суток нормального твердения.
В качестве добавок-ускорителей применяются карбонат калия, хлорид кальция, тринатрийфосфат и другие.
Воздухововлекающие добавки применяются главным образом для повышения морозостойкости бетонов и растворов. Эти добавки в некоторой степени понижают прочность бетона (1% вовлеченного воздуха снижает прочность бетона на сжатие на 3%).
Воздухововлекающие добавки гидрофобизируют поры и капилляры бетона, а воздушные пузырьки служат резервным объемом для замерзания воды без образования больших внутренних напряжений. В результате повышаются водонепроницаемость и морозостойкость бетона.
Суперпластификаторы. Эти добавки увеличивают подвижность и текучесть бетонной смеси, улучшают строительно-технологические свойства бетона и могут в значительной степени сэкономить цемент.
В большинстве своем суперпластификаторы - это синтетические полимерные вещества, которые вводят в бетонную смесь в количестве 0.1-1.2% от массы цемента.
Применение суперпластификаторов позволяет применять бетоны с низким водоцементным соотношением и получать высокую прочность, сократить время формования изделий, уменьшить расход цемента и пр. Применение суперпластификатора позволяет увеличить подвижность бетонной смеси без снижения прочности и долговечности бетона.
Биоциды - модификаторы, применяемые для защиты бетона и других строительных материалов от биоповреждений. Они предназначены для придания биоцидности (бактерицидности, фунгицидности). В качестве химических средств защиты бетона используются неорганические соединения (окислы и соли бора, меди, хрома, цинка, мышьяка и др.), органические соединения (фенолы и хлорфенолы), элементоорганические и комплексные соединения олова, меди, свинца, мышьяка, кремния, ртути и пр.
В зависимости от условий эксплуатации бетона, дозировка биоцидов составляет 0.5-2% от массы цемента. Оловоорганический биоцид - ластонас - вводится в количестве 0.1-0.3% от массы цемента.
Биоцидные добавки выбираются в зависимости от вида бетона или строительного раствора, видов микроорганизмов, которые могут поселиться на поверхности или внутри железобетонных конструкций. Биоциды должны обладать высокой активностью и не воздействовать на окружающую среду.
В армированных конструкциях применение хлоридных ускорителей твердения, включая хлористый кальций, всё чаще ограничивается из-за риска коррозии арматуры — для зимнего бетонирования железобетонных элементов вместо них используют бесхлоридные ускорители на основе нитрата кальция или тринатрийфосфата, не создающие агрессивной среды вокруг стальных стержней при долгосрочной эксплуатации конструкции.
Поликарбоксилатные суперпластификаторы практически полностью вытеснили более старые нафталинформальдегидные и меламиновые составы: они эффективны в меньшей дозировке, лучше совместимы с современными цементами низкой щёлочности и позволяют получать самоуплотняющиеся бетонные смеси (СУБ), которые заполняют плотно армированную опалубку без вибрационного уплотнения, — это особенно востребовано в монолитных конструкциях со сложной геометрией и большим количеством закладных деталей.
Использование минеральных добавок из вторичного сырья — золы-уноса и микрокремнезёма — расширяется не только как способ уплотнения структуры бетона, но и как элемент стратегии снижения углеродного следа: замена части клинкера этими материалами уменьшает выбросы CO2 при производстве без потери эксплуатационных характеристик готовой конструкции, что становится всё более значимым критерием при выборе состава бетона для крупных объектов.
