Вопросы стандартизации характеристик химических добавок, применяемых в бетоне
В настоящее время в России практически все составы бетона разрабатываются и производятся с применением химических или органо-минеральных добавок. Химические добавки, применяемые в бетоне, производятся как в нашей стране, так и за рубежом.
Институт патентной экспертизы, получая заявки на патент, фиксирует, что добавки с разными названиями содержат практически одинаковые составляющие как по названию, так и в количественном соотношении. При этом обозначены одинаковые показатели качества при разном уровне эффективности. Вследствие этого необходимы единые стандартизированные методики для определения уровня эффективности добавок.
Применение химических добавок необходимо, т. к. современные добавки позволяют обеспечить высокие строительно-технические характеристики бетона.
На стадии приготовления и укладки бетонной смеси применение различных видов добавок помогает:
- снизить водопотребность бетонной смеси при заданной удобоукладываемости;
- обеспечить заданную удобоукладываемость бетонной смеси без повышения содержания воды на единицу ее объема;
- обеспечить сохраняемость подвижности смеси в период транспортирования и укладки;
- замедлить или ускорить схватывание бетонной смеси;
- снизить или устранить контракционную усадку или даже создать небольшое расширение;
- снизить водоотделение и расслоение смеси;
- улучшить перекачиваемость смеси при ее подаче бетононасосом и др.
После затвердевания бетонной смеси в процессе нарастания прочности и на стадии эксплуатации применение добавок позволяет:
- замедлить скорость твердения бетона с целью снижения выделения тепла в процессе гидратации цемента и набора прочности;
- ускорить процессы твердения с целью ускорения оборачиваемости опалубки;
- повысить прочность бетона в раннем и позднем возрасте;
- снизить проницаемость бетона и обеспечить сопротивляемость агрессивным воздействиям;
- повысить сцепление арматуры с бетоном;
- повысить прочность сцепления старого и нового бетона;
- повысить защитные свойства бетона по отношению к стальной арматуре и закладным деталям;
- обеспечить заданную морозостойкость бетона.
Испытание добавок проводят, применяя различные методы, определенные ГОСТ 30459 и ЕN 480, при этом решаются следующие основные задачи:
- классификация добавки на соответствие требованиям ГОСТ 24211 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия»;
- оценка эффективности действия добавки и оценка стабильности проявляемых свойств добавки в бетоне;
- определение физико-механических свойств бетона с добавкой для разработки технических условий на эту добавку;
- оценка эффективности добавок применительно к используемым для приготовления бетона материалам в конкретных условиях производства.
Основные виды наиболее широко применяемых добавок — это водоредуцирующие/пластифицирующие добавки, воздухововлекающие добавки и добавки-ускорители или замедлители твердения.
Водоредуцирующие/пластифицирующие добавки применяются с целью снижения водопотребности при заданной подвижности смеси или увеличения подвижности при том же водоцементном отношении. Важно отметить способность бетона с водоредуцирующими добавками набирать прочность во времени более активно благодаря снижению водоцементного отношения.
Эффект водоредуцирования при введении этого вида добавок проявляется в бетоне по-разному — в зависимости от вида цемента, значений В/Ц, температуры приготовленной смеси, температуры окружающей среды и условия производства работ. Водоредуцирующие/пластифицирующие добавки с повышенным эффектом действия снижения водопотребности выше 20% в отечественной практике чаще называют суперпластификаторами, хотя это не совсем точное определение. Эффект пластификации нужен только на момент укладки и уплотнения бетона, в то время как избыточная вода увеличивает суммарную пористость структуры и тем самым снижает долговечность бетона. Не случайно в американском стандарте ASTM C 494 «Химические добавки в бетон. Технические условия» этот тип добавок (всего таких добавок в этом стандарте четыре) называется в первую очередь именно водоредуцирующими добавками (water-reducing admixtures). Согласно этому стандарту сильноводоредуцирующей добавкой считается добавка, с помощью которой можно снизить количество воды затворения на 12% и более.
В стандарте ГОСТ 24211 записано, что суперводоредуцирующие добавки снижают водопотребность на 20% и более. Главное, что надо понимать, — нет добавок отдельно пластифицирующих и отдельно водоредуцирующих. Добавка совмещает эти качественные показатели и всегда применяется как водоредуцирующая с обеспечением заданной подвижности. Водоредуцирующие добавки при перемешивании вовлекают воздух. Объем вовлекаемого воздуха может составлять от 2 до 8%. Однако этот воздух присутствует в бетоне в виде крупных нестабильных пор, что влияет на снижение его прочности и морозостойкости.
В Европейском стандарте ЕN 934-2 «Добавки в бетоне. Технические условия» показано, что воздухововлечение должно быть не более 2,5% по отношению к контрольному составу. В ГОСТе 24211 — не более 3% по отношению к контрольному составу бетона, но как показывает практика — это основной параметр, влияющий на качество бетона, который необходимо проверять при поставках каждой партии добавок.
При подборе состава бетона с этим видом добавок следует иметь в виду, что соотношение объема растворной составляющей по отношению к крупному заполнителю должно оставаться постоянным. Изменение расхода воды, количества цемента и содержания воздуха как результат введения добавки следует компенсировать соответствующим изменением содержания мелкого заполнителя, чтобы объем растворной части в бетоне не изменился.
Воздухововлекающие добавки, вводимые с целью повышения морозостойкости бетона в затвердевшем виде, существенно меняют свойства бетонной смеси на стадии приготовления. При одинаковой осадке конуса смеси с воздухововлекающими добавками имеют лучшую удобо-укладываемость по сравнению с бетонной смесью без добавки. Воздухововлечение обычно снижает прочность бетона при умеренном и повышенном расходе цемента несмотря на некоторое снижение водопотребности. При одинаковом расходе цемента снижение прочности может быть компенсировано уменьшением водоцементного отношения и снижением расхода мелкого заполнителя. Поскольку воздухововлечение улучшает удобоукладываемость бетонной смеси, воздухововлекающие добавки целесообразно применять также для жестких, плохо уплотняемых смесей.
Контроль воздухововлечения должен проводиться периодически на месте укладки бетона, а также при снижении плотности бетонной смеси, так как снижение плотности — это увеличение содержания воздуха в бетонной смеси. Существуют различные способы этого контроля.
Такие добавки, как водоредуцирующие (водопонижающие) и воздухововлекающие, нельзя вводить в бетон одновременно. Если рекомендуется их совместное применение, одна из добавок должна быть тщательно перемешана в бетоне до того, как туда будет введена другая добавка.
Ускорители твердения сокращают время начала схватывания бетонной смеси. Сокращение этого периода зависит от вида ускорителя, дозировки ускорителей твердения, температуры смеси и температуры окружающего воздуха. Ускорители твердения не рекомендуется применять в качестве противоморозной добавки. При обычно применяемых дозировках ускорители твердения обеспечивают лишь незначительное понижение температуры замерзания смеси (не более чем на 2 оС). Среди ныне применяемых ускорителей нет таких, которые, существенно понижая температуру замерзания воды, при этом отрицательно не влияли бы на другие характеристики бетона.
Следует остановиться на разработке Технических условий (ТУ) на добавки.
В настоящее время при разнообразии выпускаемых добавок в России, а также поставляемых из разных концов света, мы не видим полноценных ТУ на конкретную добавку.
Для того, чтобы разработать ТУ, необходимо по 2–4 партиям добавки определить ее физико-химические свойства по следующим показателям:
- гомогенность;
- содержание твердой фазы;
- содержание основного компонента;
- плотность;
- содержание хлор-ионов;
- содержание щелочей;
- водный показатель pН;
- влияние на коррозию арматуры;
- уровень передозировки добавки, приводящий к критическому изменению нарастания прочности.
И на II этапе определения уровня эффективности действия добавки в бетоне на стандартном составе необходимо установить следующие физико-механические свойства бетона при равноподвижных смесях:
- снижение водопотребности ;
- кинетика твердения с замерами прочности в возрасте 1, 3, 7 и 28 сут. (сравнительные испытания);
- расслаиваемость (водо- и раствороотделение);
- сохраняемость подвижности;
- воздухосодержание;
- водонепроницаемость
- при равном водоцементном отношении увеличение подвижности;
- прочность на сжатие в возрасте 28 суток.
Все эти параметры должны быть получены при оптимальной дозировке добавки для бетонных смесей стандартного состава на цементе ПЦ 500-ДО с содержанием С3А не более 5%, поэтому разработку ТУ на добавку в бетон следует начинать с определения оптимального количества добавки.
Чтобы при подборе состава бетона эффективно и направленно применять добавку, необходимо иметь ТУ на данную добавку. Наличие ТУ на добавку при ее поставке является обязательным. Изготовители добавок для разработки ТУ обычно привлекают специализированные организации, иногда готовят этот документ и сами.
Разработку ТУ на добавку в бетон следует начинать специализированной организации или изготовителю с проверки добавки на соответствие требованиям ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия», используя процедуры, изложенные в ГОСТ 30459-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Определение и оценка эффективности», а также с проверки на соответствие стандарту EN 934:2-2001 «Добавки для бетона. Определения, требования, соответствие, маркировка и этикетирование», проводя испытания по EN 480.1 и по методикам других стандартов из этой серии. Гармонизация с евростандартами по некоторым позициям тоже необходима. Например, в ГОСТ 24211 раздел «Общие требования» следовало бы указать ограничения, аналогичные разделу EN 934, в т. ч. по содержанию хлора, щелочей и величине водородного показателя. Эти требования, указанные в международном стандарте, помогают обеспечивать заданную долговечность бетона.
Раздел 5 ГОСТ 24211 «Технические требования» показывает избыточное количество классификационных групп добавок, которые подразделяются по довольно узкому диапазону действия. При этом одни и те же добавки указаны в двух разных группах, потому что они подразделяются по эффекту действия на смеси бетонные и на затвердевший бетон. В ГОСТ 24211 пластифицирующие и водоредуцирующие добавки представлены в табл. 1 раздельно, хотя эти добавки обладают одновременно двумя эффектами действия в бетонной смеси. В то же время в EN 934 и ASTM C 494 этот показатель водоредуцирования, измеряемый на равно-подвижных смесях, является основным показателем для водоредуцирующих/пластифицирующих добавок.
Если рассматривать противоморозные добавки, то оценка эффекта действия противоморозных добавок — одна из самых сложных процедур. В редакции ГОСТ 24211, принятой в 1991 г., приемочным критерием для испытываемой противоморозной добавки является достижение 30% от уровня прочности контрольного состава бетона, твердеющего в нормальных условиях. При этом указано, что бетон с противоморозной добавкой должен твердеть в климатической камере 28 суток при температуре минус 15 оС.
В ГОСТ 24211, в редакции 2008 г., противоморозные добавки разделены на два вида:
- противоморозные для «холодного бетона» (обеспечение твердения бетона при отрицательной температуре);
- противоморозная добавка для «теплого бетона» (обеспечение защиты смеси от замерзания на время ее поставки до укладки и подачи внешнего тепла).
Редакция стандарта 2008 г. более отвечает действительности, так как сегодня мы видим противоморозные добавки только для использования их в «теплом бетоне».
Применение бетона с добавками — это наиболее быстро развивающаяся область технологии бетона, которая диктует необходимость достаточно частого пересмотра стандартов. Поэтому разработка единой согласованной стратегии в этой области является общей задачей разработчиков ГОСТ на добавки, производителей добавок, а также производителей бетона.
| Автор: С. А. Подмазова Дата: 08.10.2011 Журнал Стройпрофиль 7-11 Рубрика: бетоны и жби: технологии, оборудование Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |