Модификаторы бетона — шаг к высококачественным бетонам и растворам

Наиболее полно современные возможности технологии бетона воплотились в создании и производстве высококачественных, высокотехнологичных бетонов (Нigh Perfomance Concrete, НРС). Под этим термином объединены многокомпонентные бетоны с высокими эксплуатационными свойствами, прочностью, долговечностью, низким коэффициентом диффузии и истираемостью, надежными защитными свойствами по отношению к стальной арматуре, высокой химической стойкостью. Высококачественные бетоны, приготавливаемые из высокоподвижных и литых бетонных смесей с ограниченным водосодержанием, имеют прочность на сжатие в возрасте двух суток 30—50 МПа, в возрасте 28 суток — 60—150 МПа, морозостойкость F 600 и выше, водонепроницаемость W16 и выше, водопоглощение менее 1—2% по массе, истираемость не более 0,3—0,4г/кв. см. В реальных условиях прогнозируемый срок службы такого бетона превышает 200 лет. Возможно получение и супердолговечных бетонов со сроками службы до 500 лет, что подтверждается исследованиями японских ученых. Одним из наиболее перспективных направлений технического прогресса в технологии бетона является формирование благоприятной структуры цементного камня, позволяющее значительно повысить его стойкость и улучшить комплекс физико-технических свойств бетона. Эти задачи во многих случаях могут быть успешно решены с помощью различных химических модификаторов, которые при введении в весьма малых количествах, существенно влияют на физико-химические процессы твердения вяжущих и, в результате, на технологические свойства бетонных смесей и физико-технические свойства бетона. В нашей стране номенклатура модификаторов, предложенных к применению, весьма обширна (количество модификаторов, только входящих в перечень строительного каталога СК-4 «Химические добавки для бетонов и строительных растворов» превышает 80 наименований), но к сожалению обширного применения они не находят. Отдельные группы модификаторов придают бетону и конструкциям на его основе совершенно новые свойства, которыми он в их отсутствие не обладал. Наиболее широко в технологии бетона применяются модификаторы структурирующего, пластифицирующего действия, регуляторы твердения бетона, а также комплексные модификаторы полифункционального действия. Среди модификаторов структурообразующего действия особая роль принадлежит кремнийорганическим соединениям различных классов, применение которых позволило разработать целую группу бетонов высокой морозостойкости и коррозионной стойкости. Результатами многочисленных исследований показано, что модифицирование бетонов олигомерами гидрофобно-газовыделяющего действия типа полигидросилоксанов (олигомер ГКЖ-94, «136-41») позволяет получать бетоны как нормального твердения, так и пропаренные на цементах разного минералогического и вещественного состава марок F1000, F1500 и выше в соответствии с действующим ГОСТом и F >300 при низких отрицательных температурах. Бетоны, модифицированные соединениями класса полигидросилоксанов, применены в широких масштабах при строительстве ответственных сооружений в районах Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока. Особо следует отметить крупнейший гидроэнергетический комплекс на дальнем Востоке — Зейскую ГЭС, расположенную в районе с особо суровыми климатическими условиями, — где были уложены сотни тысяч кубометров высокоморозостойкого и кавитационностойкого бетона с ГКЖ-94. Образцы и керны, выбуренные из тела плотины, успешно прошли испытания на морозостойкость, выдержав более 1500 циклов переменного замораживания и оттаивания. В Новосибирске большой опыт по применению ГКЖ приобрели и успешно используют на заводе ЖБ�-4 и НССК. Важное место среди множества химических модификаторов занимают пластификаторы и суперпластификаторы бетонных смесей. Суперпластификаторы позволяют резко снизить продолжительность вибрации. Как правило, она без особых трудностей может быть снижена в 3—4 раза. Это позволяет в ряде технологий исключить высокочастотную вибрацию или заменить ее непродолжительным низкочастотным воздействием для улучшения распределения бетонной смеси в форме, снизить энергозатраты и трудоемкость, а также повысить качество конструкций. При этом коренным образом улучшаются условия труда при укладке и уплотнении бетонных смесей. Большие возможности регулирования водопотребности бетонной смеси при применении суперпластификаторов и значительного (до 20—25%) снижения водоцементного отношения обеспечивают получение высокопрочных бетонов классов В45 и выше, производство конструкций из высокопрочного бетона без наращивания объемов выпуска энергоемких цементов марок 550 и 600. В состав комплексных модификаторов могут входить активные и малоактивные компоненты типа высокодисперсного микрокремнезема, золы-уноса и некоторых других, позволяющих существенно улучшить технологические свойства бетонных смесей и физико-технические свойства бетонов. Это в еще большей степени повышает актуальность применения модификаторов, позволяющих утилизировать многотоннажные неорганические отходы производства. Особая роль в этом плане принадлежит микрокремнезему, на основе которого получены комплексные порошкообразные модификаторы полифункционального действия насыпной плотностью 750—800 кг/куб. м. С применением комплексных модификаторов получены бетоны нового поколения с уникальными свойствами: высокой прочностью (Rсж более 100 МПа), низкой проницаемости (выше марки W12 по водонепроницаемости), высокой коррозионной стойкости при0 действии растворов солей, в том числе сульфатов. Следует особо отметить, что эти эксплуатационные характеристики бетонов получены из бетонных смесей высокоподвижной и литой консистенции (марки П4, П5), характеризующихся высокой связностью, о чем свидетельствуют данные об однородности бетона при сбросе бетонных смесей с высоты 24 м при бетонировании буронабивных свай на строительных объектах Москвы. На сегодняшний день разработан, внедрен и успешно применяется комплексный модификатор КМХ и проходит последние испытания модификатор КМБ, которые применяются как многофункциональные добавки в основном при монолитном способе ведения работ и особенно эффективны в дорожном строительстве. Обеспечение класса бетона по прочности до В55, марки по водонепроницаемости до W 20 и марки по морозостойкости до F 400 (II базовый метод) достигается за счет химико-физических свойств добавки. В ближайшее время стоит задача создания высокоэффективных регуляторов процесса схватывания и твердения бетонов. Применяемые в настоящее время ускорители твердения на основе хлоридов имеют ряд ограничений, связанных с понижением защитных свойств бетона по отношению к арматуре. Намечены основные направления создания бесхлоридных ускорителей твердения на основе солей органических кислот и модифицированных олигомеров . Решение этой задачи позволит создать высокоэффективные комплексные модификаторы полифункционального действия, позволяющие создать беспропарочные технологии ускоренного твердения бетона, успешно конкурирующие с ТВО. Применение таких ПФМ позволит, вероятно, более эффективно и экономично использовать экзотермические процессы гидратации цемента в герметичной опалубке.