Химически добавки за бетон Темата за добавките за бетон е доста обширна и интересна. Стремежът за оптимизиране на свойствата на бетоновата смес и готовия бетон се заражда почти веднага след откриването на този популярен строителен материал. С развитието на строителната наука се разработват и усъвършенстват различни вещества и смеси, които, добавени към бетона, придават по-голяма якост, по-добра пластичност или регулират сроковете на свързване. В настоящия момент, добавките за бетон се изследват задълбочено в строителните лаборатории по цял свят като техните свойства и ефекти се анализират в различни практически насоки.
текст инж. Вера Ангелова
Индустрията за производство на добавки за бетон се развива непрекъснато и е доста интересно да се следи това развитие, защото добавките оказват пряко влияние върху свойствата и вида на бетона с който строим, както и върху работата на строителите и качеството на изпълнение.
Добавките в древността
Няма конкретни доказателства точно кога започва използването на добавки за подобряване на свойствата на строителните материали и конкретно бетона. Но се знае, че много от древните цивилизации са използвани добавки към строителните си разтвори, наподобяващи съвременния бетон. Древните римляни и египтяни открили, че добавянето на вулканична пепел позволява на бетона да свързва под вода.
В Древен Рим устойчивостта на замъръзване се контролирала с добавяне на кръв, а свойствата на бетонната смес се регулирали с помощта на мляко и свинска мас. В древен Китай са използвали оризова паста, меласа и варени банани за подобряване на свойствата на бетона. За маите типични добавки били екстрактите от дървесни кори, с помощта на които се постигало забавяне на сроковете на свързване увеличаване на времето за работа със сместа.
Видове добавки
Добавките се включват в бетонната смес с цел да се подобри консистенцията й, свързването на бетона и процесите на набиране на якост.
По отношение на бетонната смес, основните причини за използване на добавки са подобряване на обработваемостта, намаляване на разслояването, подобряване на възможността за изпомпване регулиране на сроковете на свързване (ускоряване или забавяне). Върху готовия бетон различните добавки могат да имат различен ефект – намаляване на съсъхването, ускоряване набирането на якост, намаляване на пропускливостта, подобряване на връзката бетон-армировка, както и връзката между стар и нов бетон, намаляване степента на корозия. Добавки могат да се използват и с цел пенообразуване, въздуховъвличане, както и за оцветяване на бетона.
Имената на добавките обикновено показват на кои от свойствата на сместа и готовия бетон влияят.
Въздуховъвличащи добавки. Те спомагат за образуване на малки затворени въздушни мехурчета в обема на бетона. Това помага за намаляване на щетите при излагане на цикли на замразяване и размразяване. С добавките се подобрява и обработваемостта, хомогенността на сместа, гарантира се намалено разслояване и се предотвратява излизането на циментовото мляко на повърхността. Основната разлика от използването на такива добавки е, че въздуха в бетона образува малки затворени пори (0т 10 до 1000 микрона), а не големи въздушни междини. Добавката може да бъде течна за прибавяне в бетонната смес или във вид на прах, който се смесва с цимента.
Някои от най-популярните въздуховъвличащи добавки са соли на висшите мастни киселини, получавани при преработката а петрола и съединения на базата на растителни смоли.
Степента на въздуховъвличане и ефикасността на добавката зависят от рецептурата на бетона и условията на забъркване. Доказано е, че в смесите със силно изразен основен характер се реализира по-добро въздуховъвличане, в сравнение с тези с по-нисък водороден показател. Зърнометрията на пясъка също оказва влияние – при по-голям размер на частиците, въздуховъвличането се затруднява.
Добавянето на калциев хлорид обикновено увеличава въздуха в сместа. Някои супер-пластификатори си взаимодействат с цимента и въздуховъвличащите добавки. Резултатът е намаляване на специфичните повърхности на затворените пори в обема и увеличаване на разстоянията между тях.
Бетонните смеси, в които са включени минерални добавки – тецови пепели, може да се нуждаят от по-голямо количество въздуховъвличаща добавка, за достигане на същото съдържание на въздуха в сместа.
Въздуховъвличането е в обратнопропорционална връзка с температурата – когато температурата се повишава, обема на въведения в сместа въздух намалява.
Въздуховъвличащи добавки се препоръчва да се използват за конструкции, изложени на цикли на замразяване и размразяване, действието на соли за предотвратяване на замръзването или сулфатна атака. Добавките са съвместими с повечето видове други добавки.
Пластифициращи добавки. Пластификаторите, известни още като добавки за намаляване на водното съдържание, се прибавят към сместа с цел да се постигне определена обработваемост (консистенция), при намалено водоциментно отношение.
Якостта на бетона, по правило, е обратно пропорционална на водоциментното отношение. Намаляването на количеството вода, необходимо за постигане на желаната консистенция ще доведе до повишена якост. Намаляването на количеството вода в сместа с използване на добавки може да достигне 20% и дори 30%, при което якостта на натиск се увеличава с 25% и якостта на опън при огъване с около 10%. Използването на такива добавки подобрява качеството на бетона и спомага за достигане на исканата якост при оптимален разход на цимент. Тяхната популярност и важност в съвременното строителство е толкова голяма, че вече може да се смятат като един от градивните компоненти на бетона. Типично приложение на пластифициращи добавки е бетонирането при висока температура и за улесняване на изпомпването.
Суперпластификатори. Суперпластифициращите добавки могат да намалят водното съдържание в бетонната смес с до 40%. Те са идеални за постигане на нормална обработваемост при намалено водоциментово отношение. Могат да се използват за производство за бетон с по-течна консистенция.
Суперпластификаторите допринасят за по-добрата дисперсия в сместа на фините частици като цимент, тецови пепели, гранулирана шлака. Устойчиви са на замразяване и размразяване.
Сред предимствата, които супрерпластификаторите предлагат, са значително намаляване на водното съдържание, подобрена обработваемост, улеснено полагане, по-ефективно използване на цимента, подобрена якост и намалена пропускливост. Чрез тях се получава и много голямо слягане, което ги прави идеални при бетониране на гъстоармирани носещи стоманобетонни елементи, при които уплътняването по конвенционалния начин е много трудно.
Химичният състав на суперпластификаторите е различен, но в последните години все по-голяма популярност придобиват поликарбоксилните добавки, поради изключителната си ефективност.
Добавки, забавящи свързването. Използването на забавящи свързването добавки, се препоръчва при лятно бетониране, когато средната дневна температура, надвишаваща 20 градуса и това създава редица затруднения с превозването, манипулацията и полагането на бетонната смес.
С прибавяне то към бетонната смес на забавящи добавки се отлага във времето хидратацията на цимента и съответно забавя началото на свързването на бетона. Използването им в производството на готови бетонни елементи позволява пропарване на елементите при по-висока температура, без рискове от загуба на механична якост.
Забавящите добавки са идеално решение и при големи разстояния на транспортиране на бетонната смес. Употребата им е препоръчителна при бетонни пътни настилки и съоръжения, защото удължават пластичния стадий и така дават възможност за по-добра манипулация, уплътняване и прецизиране на критични детайли, каквито са работните фуги.
Степента на забавяне на свързването зависи от водоциментното отношение и фазата, в която забавителят се прибавя към сместа. За постигане на оптимални резултати, е препоръчително това да става няколко минути след смесването на останалите компоненти. Някои забавящите добавки въвличат известно количество въздух в сместа, защото част от активните им агенти са същите, както при въздуховъвличащите добавки. Това трябва да се има предвид при използването им в комбинация, за да се гарантира оптимално дозиране.
При използване на забавители е важно да отчита факта, че ранните якости на бетона са малко занижени. За сметка на това крайните понякога са малко по-големи от проектните.
Заради всички тези предимства добавките за забавяне на свързването са едни от най-често използваните в съвременното строителство, особено при изграждане на пътна инфраструктура.
Ускоряващи добавки. Те се добавят към бетона с цел да се намали времето за свързване и да се ускори процеса на набиране на ранна якост на бетона. Типичното приложение на ускоряващите добавки е при много студено време, когато има опасност от замръзване на водата в сместа, преди да е протекло нормално хидратиране на цимента.
Основните предимства от използването им са намаляване на отделянето на циментово мляко, възможност за ранно декофриране, подобряване на устойчивостта на новата конструкция към замразяване и размразяване. В определени случаи с ускоряващи добавки се постига и възможност за по-ранно използване на конструкцията.
Ускорителите не действат като противозамръзващи добавки, затова трябва да бъдат взети мерки за предпазване на бетонна в ранен стадии, когато се очакват отрицателни температури за периода след полагането.
За най-ефективна ускоряваща добавка се смята калциевият хлорид, но неговата употреба се ограничава поради възможността да предизвика активна корозия в армиовката. Към несъдържащите хлор ускорители спадат добавки, съдържащи соли на мравчената киселина, нитрати, нитрити, серен цианид.
Добавки против съсъхване. При отделянето на водата от бетона след неговото втвърдяване обема му намалява и се появяват пукнатини от съсъхване. Този ефект може да бъде редуциран чрез намаляване на водното съдържание в бетонната смес или в по-голяма степен с използване на специални добавки. Това са базирани на органични съединения рецептури, които намаляват повърхностното напрежение на водата в капилярните пори на бетона, редуцирайки по този начин опънните напрежения в бетонната матрица, водещи до съсъхване.
Корозионни инхибитори. Армировката на стоманобетона, подложен на действието на агресивни соли, е изключително податлива на корозия, следствие на въздействието на хлориди.
Те могат да бъдат въведени в бетон от субстанции, предотвратяващи замръзването, които се използват през зимните месеци върху пътните настилки, от морска вода, или от други добавки.
Един от начините за справяне с този проблем е използването на корозионни инхибитори Те се въвеждат в бетонната смес, при нейното забъркване и са ефективни при паркинги, мостове и сгради, в условията на морски климат.
Обикновено тези добавки имат сравнително висока цена, която се дължи на рецептурата им и технологичната производствена процедура.
Както при всички добавки, така и тук, е важно да се спазват указанията на производителя. При използване на няколко вида добавки е необходимо голямо внимание и задължително точно спазване на дозировата, за да бъде ефективна получената смес.
Добавки, контролиращи вискозитета. Добавките, контролиращи вискозитета, известни още като реологични добавки, са сравнително нови на пазара. Те са разработени за сместите с особено висок вискозитет и „трудна консистенция” (земновлажни бетони), каквито са бетоните за пътни настилки, готови пресовани изделия или за конструкции с пълзящ кофраж. Този бетон, обикновено се излива много трудно, защото дори под действието на силата на тежестта е трудно подвижен. С добавянето на добавки, контролиращи вискозитета, консистенцията се променя, като полагането се улеснява значително.
Реологичните добавки не влияят върху якостните характеристики на бетона. Тяхното основно предимство е, че бетонната смес консолидира по-добре около армировката и оформя по-добра връзка между двата носещи материала.
Други добавки. Съществуват и различни други видове химически добавки за бетон, в зависимост от конкретното приложение и исканите от сместа и бетона свойства. Пример за такива са добавките за подводно бетониране. Основния проблем при такова бетониране е възможността за отмиване на сместа при нейното полагане, преди да е втвърдила. Добавките стабилизират сместа, увеличават кохезията и намаляват възможността за отмиване.
Съществуват и добавки, чието добавяне позволява повторното използване на водата и остатъците, с които се почистват бетоносмесителите в края на работния ден.
Пенообразуващи добавки позволяват да се произведе бетон с много голямо съдържание на въздух. Такъв бетон обикновено се използва в приложения, изискващи ниска якост и малко тегло, каквито са много неносещи стени. Бетонната смес става лесна за обработка и не се нуждае от уплътняване.
Добавките за водоплътност пречат на капилярното проникване на вода в порите на втвърдения бетон и са особено подходящи за съоръжения като резервоари и басейни.
За промяна на цвета на бетона при конструкции с видим бетон се използват оцветяващи добавки. Използваните активни съставки са железен оксид, хромов оксид, титанов оксид и други.
Нормативната база в областта на добавките за бетон, тяхното изпитване и употреба включва няколко документа, хармонизирани с европейските норми. БДС EN 480: „Химични добавки за бетон, разтвор и инжекционен разтвор. Методи за изпитване” определя процедурата на установяване на съдържанието на водоразтворими хлориди, характеристиките на въздушни пори във втвърден бетон, съдържанието на алкалии в химичните добавки и други ключови характеристики. В БДС EN 934: ”Химични добавки за бетон, разтвор и инжекционен разтвор” е поместена класификация на добавки и изисквания, съответствие, маркиране и етикиране. 27/06/2010 |
