Главная → Статьи

Классификация добавок к цементам

Существующие добавки можно разделить на следующие группы:
1) пластификаторы,
2) ускорители и катализаторы,
3) водоотталкивающие вещества,
4) регуляторы расширения,
5) пуццолановые вещества,
6) замедлители.

Каждая из этих групп может быть в свою очередь разбита на подгруппы, которые имеют свои специфические особенности.

Например, пластификаторы включают в себя: а) диспергирующие (пептизирующие) добавки, в) смачивающие и воздуховов-лекающие добавки, в) уплотнители и г) другие материалы, как, например, некоторые виды летучей золы, диатомиты, известь. Однако следует иметь в виду, что не все пластификаторы обладают свойством уменьшать водопотребность бетона (например, диатомиты и известь).

Диспергаторы (пептизаторы)

О различии между диспергацией и смачиванием и о значении диспергирующих добавок для технологии портландцемента и бетона было сообщено впервые в 1936 г. Первыми такими добавками, получившими практическое применение, были соли лиг-носульфоновой и нафтасульфоновой кислот.

Следует отметить, что первоначально исследовательская работа в этой области была недостаточно глубокой, и многие гипотезы, предложенные в то время, оказались впоследствии ошибочными. Например, считалось, что снимки, приведенные на рис. 36, характеризуют действие диспергирующей добавки на портландцементное тесто. Между тем добавка фактически действовала лишь на разбавленную водную суспензию, а не на цементное тесто нормальной густоты. Этот вид дисперсии был описан Пауэрсом под названием «стихийной дисперсии», которая не имеет ничего общего с тем, что действительно происходит в портланднементном растворе или бетоне.

Сомнительно, чтобы дисперсию в растворах или бетонах можно было разглядеть даже при помощи самого сильного микроскопа. При микроскопическом исследовании частицы должны казаться слитными даже в присутствии диспергирующей (пепти-зирующей) добавки.

Большинство моющих или мыльных веществ являются одновременно воздухововлекающими и диспергирующими добавками. Но бывают и исключения. Например, триэтаноламин, который вводится для ускорения твердения портландцементного бетона, не вовлекает воздуха. Однако он является эффективной смачивающей добавкой в косметической промышленности. Не все смачивающие добавки способствуют понижению водопотребности бетона, зато все воздухововлекающие добавки, как и диспергирующие, значительно понижают содержание воды.

Смазочное масло, которое не является ни диспергирующей, ни смачивающей и ни моющей добавкой, обладает способностью воздухововлечения. Вовлеченный при введении этой добавки воздух повышает долговечность бетона. Между тем имеются такие воздухововлекающие добавки, которые вовлекают нормальное количество воздуха, но не повышают долговечности бетона.

Следует отметить, что воздухововлекающие добавки не обладают аддитивными свойствами в отношении вовлечения воздуха. Например, смазочное масло само по себе, введенное при помоле портландцемента, вызывает вовлечение воздуха. Но если ввести эту добавку вместе с другой воздухововлекающей добавкой, например смолой винсол, то вовлечение воздуха может оказаться меньшим, чем при применении одной лишь смолы. Вместе с тем установлено, что одновременное введение в бетонную смесь двух воздухововлекающих добавок — дарекс и винсол — приводит к увеличению содержания воздуха. Так как воздухововлекающие добавки играют большую роль в технологии цемента и бетона, они будут подробно рассмотрены ниже.

«Уплотняющие» добавки

Как уже говорилось, введение воздухововлекающих и диспергирующих добавок понижает водопотребноеть бетона. Такое же действие в отношении снижения водопотребности оказывает и еще одно вещество, содержащееся в патентованной добавке «пластимент». Эта добавка, увеличивающая подвижность бетона, изготовляется из химических соединений, принадлежащих к группе винной, лимонной, сахарной и тетраоксиадипиновой кислот. Пластимент не только понижает водопотребноеть, но и замедляет схватывание. Благодаря пониженной водопотребности бетона с этой добавкой он приобретает более высокую прочность. Следует указать, что пластимент — это уплотняющая, а не воздухововлекающая добавка.

Другие пластификаторы

Пластифицирующие добавки, которые рассматривались до сих пор, понижают водопотребноеть растворов и бетонов. Но, как уже указывалось, это свойство присуще не всем пластифи-кагорам. Например, одним из старейших пластификаторов является известь, которая уже давно применяется для повышения пластичности цементных растворов и бетонов. Она, как известно, может повысить водопотребность. Другим примером служит диатомит, который улучшает пластичность и сцепление бетона, но обычно требует дополнительного количества воды для получения нормальной консистенции.

В последнее время широкую популярность приобрела добавка летучей золы. Это — мельчайшие частицы пылевидной золы, которые уносятся отходящими газами котельных устройств и улавливаются электрическими или механическими пылеуловителями. Как правило, частицы летучей золы имеют шаровидную форму и могут повысить текучесть бетона, если они содержат немного угля (меньше 6%). Несомненно, шаровидные частицы действуют на смесь как многочисленные шарикоподшипники подобно пузырькам вовлеченного воздуха. Но некоторые виды золы с высоким содержанием угля вызывают увеличение водопотребности.

Кстати, следует указать, что при добавке летучей золы к бетонной смеси обычно приходится увеличивать количество вводимой воздухововлекающей добавки, чтобы получить желаемое количество воздуха. Хорошая летучая зола является гидравлической добавкой.

Имеются и другие пластификаторы, но мы не будем останавливаться на их рассмотрении. Наша задача состояла в том, чтобы рассказать лишь о наиболее распространенных пластифицирующих добавках.

Ускорители и катализаторы

Старейшим и испытанным ускорителем твердения портланд-цементного бетона является хлористый кальций. Ускорителем называется добавка, введение которой в бетон приводит к быстрому росту прочности в раннем возрасте. Она участвует в химической реакции между цементом и водой, соединяясь с продуктами гидратации. При введении хлористого кальция прочность большинства портландцементных бетонов возрастает в сроки твердения до 7 суток и даже позже. Действие хлористого кальция зависит от состава цемента. Обычно рекомендуется вводить хлористый кальций в количестве 1—2% от веса цемента. Но в ряде случаев даже добавка 0,2% значительно повышает прочность в раннем возрасте (до 7 суток).

Разумное применение хлористого кальция дает хорошие результаты и в тех случаях, когда бетон укладывают при температуре 5°С и даже более низких — ниже точки замерзания. Это объясняется тем, что присутствие хлористого кальция понижает точку замерзания бетона. Кроме того, при ускорении реакции между цементом и водой затворения происходит более быстрое выделение тепла, которое предупреждает замерзание и помогает дальнейшей гидратации цемента.

Раньше все опыты с хлористым кальцием проводились лишь с целью выяснить его влияние на прочность, особенно в раннем возрасте. В феврале 1952 г. Шидлер представил Американскому институту бетона доклад о влиянии хлористого кальция на другие свойства цемента и бетона. Результаты работы Шидлера показывают, что хлористый кальций не устраняет вредной реакции между щелочами цемента и активным кремнеземом заполнителей, а также не повышает сульфатостойкости бетона. Наоборот, по данным Шидлера, хлористый кальций даже несколько ухудшает эти свойства бетона. Но так как реакция щелочи — заполнители и сульфатная агрессия встречаются далеко не всюду и ограничены определенными географическими пределами, ценность хлористого кальция как ускорителя твердения большинства портландцементных бетонов остается несомненной.

Катализатором называется химическое вещество, которое ускоряет химические реакции, однако само при этом не изменяется и остается в несвязанном виде.

Наиболее распространенным катализатором для портландцементного бетона является триэтаноламин, который по-разному влияет на цементы различного состава. Очевидно, он более эффективно действует на высокоалюминатный цемент. Добавка триэтаноламина, как правило, повышает прочность портландцементного бетона в раннем возрасте, но в меньшей степени, чем хлористый кальций. Вместе с тем повышение прочности в раннем возрасте, достигнутое в результате добавки триэтаноламина, обычно сохраняется и в последующие сроки твердения.

Триэтаноламин является составной частью добавки ТДА, которая представляет собой смесь триэтаноламина и очень чистых растворимых солей кальция модифицированной лигносуль-фоновой кислоты.

Несомненно, что в дальнейшем будут найдены и другие катализаторы, введение которых в малых количествах позволит улучшить свойства портландцементного бетона.

Водоотталкивающие добавки

Водоотталкивающие добавки, введенные в мельницу при помоле, придают ему гидрофобные свойства. Примером таких добавок могут служить жиры и металлические соли стеаратов. Водоотталкивающие добавки чаще применяются при производстве кладочного цемента, чем при изготовлении бетона. Они могут представлять интерес для бетонщика лишь с точки зрения воздухововлечения, но в цементной технологии они могут принести пользу, потому что небольшая добавка водоотталкивающего вещества значительно повышает способность цемента к длительному хранению.

Гидрофобные свойства сухого цементного порошка не гарантируют водонепроницаемости затвердевшего раствора или бетона. Однако при применении этого цемента часто наблюдается временное улучшение водонепроницаемости под низким давлением. Обычно водоотталкивающие добавки являются и воздух «вовлекающими.

Расширяющие добавки

Из этой группы мы берем лишь те добавки, которые вызывают расширение бетона в процессе схватывания и раннего твердения. Обычно они вводятся в бетон с водой затворвния, но могут применяться и для совместного помола с цементом. Наиболее известны такие расширяющие добавки, как алюминиевый порошок и железные опилки.

При введении в бетонную смесь порошкообразного металлического алюминия внутри бетонного массива выделяется водород. Скорость его выделения зависит от количества введенной добавки, тонкости ее помола и состава цемента, особенно содержания в нем щелочей. Выделение водорода происходит в результате реакции между алюминием и щелочами в водном растворе.

Довольно большие количества алюминиевого порошка добавлялись одно время при изготовлении легкого бетона (пенобетона). Количество выделяющегося при этом газа определялось опытным путем на смеси из цемента, заполнителей и алюминиевого порошка. Таким образом, предварительно устанавливалась степень расширения пластичной бетонной смеси, обеспечивающая заданный объем затвердевшего бетона. Аналогичным материалом, изготовление которого основано на том же принципе, является аэрокрет.

В противоположность указанному способу, при котором в бетон вводится сравнительно большое количество алюминиевого порошка, Карлсон [20] провел в Массачусетском технологическом институте ряд опытов по применению малых добавок этого вещества. На основе своих исследований Карлсон пришел к следующим выводам:

Морозостойкость бетона с добавкой хлористого кальция может быть увеличена путем введения достаточного количества тонкомолотого алюминия, который вызывает уменьшение веса бетона на много процентов; если алюминий вводится в мельницу при помоле цемента, то добавка должна составлять 0,02%, а если он просто примешивается к бетону, то 0,014%.

Добавка тонкомолотого алюминия к бетонной смеси в количестве от 0,005 до 0,014% значительно улучшает сцепление бетона с арматурой.

При добавке от 0,005 до 0,014% алюминиевого порошка повышается прочность бетона на изгиб; прочность на сжатие понижается.

Добавка алюминиевого порошка понижает прочность на сжатие всех бетонных смесей, кроме жестких.

Оптимальная прочность достигается при добавке 0,007% алюминиевого порошка (от веса цемента). Для получения оптимальной морозостойкости бетона с добавкой хлористого кальция необходимо ввести в 2—4 раза больше алюминиевого порошка.

Железные опилки применяются в качестве добавки к цементному раствору для заливки фундаментов тяжелого оборудования. После схватывания раствора происходит его небольшое расширение, вызываемое окислением железа. Оно оказывается достаточным для того, чтобы компенсировать естественную усадку, свойственную цементному раствору.

Замедлители

Наиболее известным и применяемым замедлителем является сульфат кальция или гипс, который широко используется в цементном производстве. Он добавляется при помоле цемента для замедления схватывания и предупреждения мгновенного схватывания. Однако в некоторых исключительных случаях этот универсальный замедлитель перестает оказывать свое действие. Например, клинкер, выпускаемый на заводе фирмы Перманент в Калифорнии, имел бы чрезвычайно большие сроки схватывания, если бы не добавка гипса. В этом случае гипс служит как ускоритель, а не как замедлитель схватывания цемента; без гипса цемент не имел бы нормальных сроков схватывания, отвечающих требованиям стандартов АСТМ или Федерального .правительства.

Действие замедлителя на портландцементный бетон зависит от химико-минералогического состава цемента. Одним из наиболее изученных замедлителей является сахар. Известно, что сахар, добавленный к портландцементному бетону в избыточных количествах, может задержать на неопределенное время его схватывание и тем самым замедлить строительство. В то же время добавка сахара в небольших количествах позволяет получить удовлетворительное замедление схватывания без всяких вредных последствий для дальнейшего роста прочности. Большинство замедлителей вызывает снижение прочности g раннем возрасте, что является естественным результатом замедленной гидратации. Но это снижение прочности в раннем возрасте не распространяется на последующие сроки твердения. Наоборот, как показал опыт, небольшая добавка сахара может вызвать существенное повышение прочности бетона в поздние сроки твердения.

Упоминавшийся выше пластимент также является замедлителем. Это относится и к различным диспергирующим добавкам. Но все они значительно понижают водо-цементное отношение, что частично компенсирует некоторую потерю прочности в связи с эффектом замедления гидратации. В более поздние сроки твердения может быть даже достигнуто существенное повышение прочности.

Помимо упомянутых выше веществ, замедлителями являются сульфат меди, соединения бора и казеин.

Пуццолановые вещества

Пуццолановые вещества все шире применяются как добавки к бетону. Они ослабляют вредное действие реакции между щелочами цемента и активным кремнеземом заполнителей.

Ваш отзыв