Добавки за бетон

Бетонът е един от най-масово използваните строителни материали. В съвременното строителство тенденцията е да се използват материали, които осигуряват устойчивост и здравина на завършените обекти. На първо място това се отнася за бетонните конструкции, чието изграждане изисква използването на различни химически и минерални добавки. Добавките са един модерен и технологичен начин за постигане на по-добри показатели на сместа и готовия бетон.
В статията ще разкажем за основните компоненти на бетона, за нормативните изисквания и видовете химически и минерални добавки за бетона, за съвременните високоефективни добавки за бетон.

С развитието на строителните технологии все повече нараства и стремежът към оптимизация на строителните дейности. Така стои и въпросът с оптимизиране на свойствата на бетонната смес. Строителството на все по-мащабните и предизвикателни сгради и съоръжения е предпоставка за разработването и внедряването на различни видове добавки, които подобряват свойствата на бетона и улесняват в голяма степен строителните процеси. Количеството на добавките в бетонната смес е ограничено – до 5% от масата на цимента. По-голямо количество може да влоши качеството на бетона. С употребата на добавки се подобрява обработваемостта на сместа и се намалява разслояването. Подобрява се възможността за изпомпване и регулиране на сроковете за свързване – ускоряване или забавяне. Също така може да се постигне намаляване на съсъхването, ускоряване набирането на якост, както и намаляване на водопропускливостта. Добавки могат да се използват и с цел пенообразуване и въздуховъвличане. Търсят се най-добрите и оптимални показатели за бетона.

Основни компоненти на бетона
Традиционните съставки на бетона включват цимент, вода, чакъл и пясък в определени пропорции, зависещи от специфичните изисквания за постигане на строителната цел. Бетонът е резултат от физико-химичните процеси, протичащи между водата, цимента и използваните агрегати, и минерални пълнители. В тази връзка добавянето на други химически вещества – добавки, е естествено допълнение, което води до оптимизиране на химичните процеси и постигането на полoжителни ефекти. Целта е да се получи бетон с добри технически показатели, като максимално се използват физико-химичните свойства на съставните продукти. Най-често търсеното оптимизиране е относно количеството на използваната вода. Така се променя водоциментното отношение, което е основният параметър, влияещ върху якостите на бетона. Чрез използването на различни пластификатори може да се създават по-пластични бетонови смеси с по-малко използвана вода.

Нормативни изисквания
Нормативните изисквания към добавките за бетон са посочени в БДС EN 480 „Химични добавки за бетон, разтвор и инжекционен разтвор. Методи за изпитване”. Този стандарт определя методите на установяване на съдържанието на водоразтворими хлориди, характеристиките на въздушни пори във втвърден бетон, съдържанието на алкалии в химичните добавки и други ключови характеристики. С БДС EN 934 ”Химични добавки за бетон, разтвор и инжекционен разтвор” се посочва класификацията на добавките и изискванията, съответствието, маркирането и етикирането.

Видове добавки за бетон
Използването на добавки е най-добрият начин, за повишаване качеството на бетона. Всички използвани добавки се разделят на суперпластификатори, ускорители за втвърдяване, добавки запазващи подвижността на бетоновата смес, добавки с противозамръзващ ефект, модификатори на бетона, добавки за самоуплътняващи се бетони, комплексни добавки - комбинирано ефектно въздействие върху бетонната смес.

За регулиране свойствата на бетона, бетоновите смеси и икономията на цимент, се използват различни добавки. Те се разделят на два вида - химични и минерални. Химичните добавки се добавят в бетонната смес в малко количество - 0,1 до 5% от теглото на цимента. Те изменят в желаната посока свойствата на бетоновата смес и бетона. Минералните добавки се добавят в количество 5-20%, или повече, от теглото на цимента, с цел икономия на цимент. С тях се произвежда плътен бетон с повишена устойчивост и ниски разходи за цимент.

За постигане на оптимални резултати, трябва предварително да се проверят съвместимостите между различните добавки, типа цимент и конкретните инертни материали, както и ефекта на химическата добавка върху свойствата на пресния и втвърден бетон.

Използването на химически добавки е един от най-разнообразните, достъпни и гъвкави методи за управление технологията на бетона и контролиране на неговите свойства.

Химически добавки за бетон
Химическите добавки за бетон представляват вещества, които се добавят по време на смесването на бетона, с цел модифициране свойствата, както на бетонната смес, така и на вече втвърдения бетон. Класифицират се според основния им ефект на действие, на въздуховъвличащи, водонамаляващи, пластифициращи, ускоряващи, забавящи свързването, контролиращи хидратацията, корозионни инхибитори, намаляващи свиването, пигментиращи.

Въздуховъвличащите добавки спомагат за образуване на малки затворени въздушни мехурчета в обема на бетона - от 10 до 1000 микрометъра. Това помага за намаляване на загубите 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. Добавката може да бъде течна за прибавяне в бетонната смес или във вид на прах, който се смесва с цимента.

Най-разпространените въздуховъвличащи добавки са соли на висшите мастни киселини.

Ефективността на добавката зависи от технологията на бетонопроизводството 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 на средата. Зърнометричният състав на пясъка също оказва влияние. По-големият размер на частиците затруднява въздуховъвличането.

Добавянето на калциев хлорид обикновено увеличава въздуха в сместа. Някои суперпластификатори си взаимодействат с цимента и въздуховъвличащите добавки. Намаляват се специфичните повърхности на затворените пори в обема и се увеличават разстоянията между тях. Въздуховъвличането е в обратнопропорционално на температурата – с повишаване на температурата, обемът на въведения в сместа въздух се намалява.

Пластификаторите са известни като добавки за намаляване на водното съдържание. Те се прибавят към бетоновата смес, за да се постигне определена консистенция, при намалено водоциментно отношение.

Якостта на бетона е обратно пропорционална на водоциментното отношение. Намаляването на количеството вода, необходимо за постигане на желаната консистенция, води до повишена якост. Намаляването на количеството вода в сместа с използване на добавки може да достигне 20% и дори 30%. Така якостта на натиск се увеличава с 25%, а якостта на опън при огъване с около 10%. Използването на такива добавки подобрява качеството на бетона и спомага за достигане на желаната якост при оптимален разход на цимент. Тяхната популярност и важност в съвременното строителство е толкова голяма, че вече може да се смятат за един от градивните компоненти на бетона. Типично приложение на пластифициращите добавки е бетонирането при висока температура, а също и улесняване на изпомпването.

Суперпластифициращите добавки могат да намалят водното съдържание в бетонната смес до 40%. Идеални са за постигане на нормална обработваемост при намалено водоциментно отношение. Могат да се използват за производство на бетон и с по-течна консистенция. Подобряват дисперността в сместа на фините частици - цимент, тецови пепели, гранулирана шлака. Химичният състав на традиционните суперпластификатори е на базата на нафталин-формалдехидни поликондензати, меламин-формалдехидни кондензати и лигносулфонати. В последните години все по-популярни са добавките-поликарбоксилни етери. Те са изключително ефективни.

Предимствата на супрерпластификаторите са значително намаляване на водното съдържание, подобрена обработваемост, улеснено полагане, по-ефективно използване на цимента, подобрена якост и намалена пропускливост.

С прибавянето на „добавките забавящи свързването” към бетонната смес, се отлага във времето хидратацията на цимента, т.е. забавя се началото на свързване на бетона. 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 забавящи добавки въвличат известно количество въздух в сместа, защото част от активните им агенти са същите, както при въздуховъвличащите добавки. Това трябва да се отчита за гарантиране на оптимално дозиране.

Забавящите добавки са идеално решение за транспортиране на бетонната смес на големи разстояния. Прилагат се при лятно бетониране, когато средната дневна температура надвишава 20°C, заради затрудненията с превозването, манипулирането и полагането на бетонната смес. Употребата им е препоръчителна при бетонни пътни настилки и съоръжения, защото удължават пластичния стадий и така дават възможност за по-добро манипулиране, уплътняване и прецизиране на работните фуги.

Ускоряващите добавки се добавят към бетона за да се намали времето за свързване и да се ускори процеса на набиране на ранна якост на бетона. За най-ефективна ускоряваща добавка се смята калциевият хлорид. Неговата употреба се ограничава поради възможността да предизвика активна корозия в армировката. Към несъдържащите хлор ускорители спадат добавки, съдържащи соли на мравчената киселина, нитрати, нитрити, серен цианид. Типичното приложение на ускоряващите добавки, е при много студено време. Тогава има опасност от замръзване на водата в сместа, преди да е протекло нормално хидратиране на цимента.

Основните предимства на ускоряващите добавки 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.

Добавките против пукнатини от съсъхване са базирани на органични съединения. Те намаляват повърхностното напрежение на водата в капилярните пори на бетона. Намаляват се опънните напрежения в бетонната матрица водещи до съсъхване.

Корозионните инхибитори се въвеждат в бетонната смес при нейното забъркване. Ефективни са при строителството на паркинги, мостове и сгради, в условията на морски климат. Тези добавки имат сравнително висока цена, заради използваната рецептура и технологията на производство.

Добавките, контролиращи вискозитета, са известни като реологични добавки. Те са разработени за смесите 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 се консолидира по-добре около армировката и се оформя по-добра връзка между двата носещи материала.

Пенообразуващите 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 др.

Минерални добавки за бетон
Минералните добавки за бетон са вещества, с добавянето на които се намалява разходът на цимент в бетонната смес. Добавят се в значително количество, за разлика от химическите добавки. Намаляват крайната цена на сместа при запазване на високи механични показатели и добри физични свойства.

Най-често използваните в съвременното строителство минерални добавки са летящите пепели, шлаката и силициевата пепел.

Летящите пепели са известни още като “тецови пепели”. Те са фини частици, получени като резултат от изгарянето на въглища или мазут. Като цяло са по-фини от цимента. Съставени са от сферични частици, утайки на хематит и магнетит, въглени и кристалинни фази, формирани в процеса на охлаждане.

Използването на летящи пепели има както икономически, така и екологични ползи. Те са сериозен замърсител на околната среда. При добавянето им към бетонната смес нейната обработваемост се подобрява. Намалява се разслояването и пропускливостта. Увеличава се устойчивостта на сяра и серни съединения.

Степента на заместване на портландцимента от летящи пепели е различна, в зависимост от химичния състав на двете съединения. Оптимални свойста на сместа и готовия бетон се получават, когато летящите пепели са от 15 до 25% от вложения цимент.

Процесите на набиране на якост при бетона с летящи пепели също зависят от много фактори, като марката на цимента и качеството на пепелите

Силициевата пепел, представлява много фини сиви до мръснобели сферични частици с диаметър от 0,1 до 0,3 микрометъра. Те се добавят към бетонната смес, с цел заместване на част от цимента. Препоръчителното количество е от 7 до 10%, но добри показатели се постигат и при малко по-голяма икономия на цимент – до 15% заместване.

Частиците на силициевата пепел са приблизително 100 пъти по-малки от средния размер на циментовото зърно. Поради това, и заради високото съдържание на силиций, тази пепел е много ефективен поцоланов материал. При използването му в бетонни смеси се подобрява якостта на натиск на бетона, кохезията, устойчивостта на изтриване. Намалява се и пропускливостта, което гарантира предпазване и по-дълъг живот на армировката. Силициевата пепел е много подходяща и изгодна добавка, когато трябва да се произведе бетон с много голяма якост, ниска промокаемост и добра химическа устойчивост.

Гранулираната шлака e свързващо вещество, което може да замества цимента в съотношение до 1:1. Приложението й се ограничава до 50%, когато повърхността не е изложена на агресивни соли и до 25% при реална опасност от агресивно химично въздействие.

Гранулираната шлака влияе както върху характеристиките на бетонната смес, така и върху качествата на готовия бетон. Употребата й обикновено подобрява обработваемостта и намалява необходимото водно количество. Времето за свързване на бетоните, съдържащи шлака, нараства пропорционално с увеличаването на количеството на добавката. Процесите на свързване и набиране на якост се забавят значително при големи количества шлака. Забавянето е още по-чувствително при ниски температури. Температурата на въздуха трябва да се поддържа висока до набиране на достатъчна якост за декофриране.

Съдържанието на шлака подобрява и якостта на огъване. При добавянето на шлака се заздравяват връзките цимент-шлака-добавъчни материали.

Съвременни високоефективни добавки за бетон
С въвеждането на европейските стандарти нарастват и изискванията за все по-висококачествени и ефективни продукти за строителството.

Поликарбоксил етер-полимерите-РСЕ са основната и най-прогресивна суровина, за производството на голям брой добавки за бетон. Използването на РСЕ-добавки дава възможност за значително намаляване на количеството цимент в бетона. Механизмът им на действие върху циментните разтвори се осъществява от преобладаващия стеричен-пространствен ефект. Постига се два пъти по-голямо взаимно отблъскване на циментовите частици в сравнение с традиционните суперпластификатори. Затова те намират приложение в производството на високоефективни бетони, каквито са изискванията от нарастващия строителен пазар. Използването им е едно положително предимство за околната среда.

През последното десетилетие суперпластификаторите, базирани на РСЕ, са се превърнали в пример за успешно прилагане на новата технология в производството на бетон. С приложението си първоначално в производството на самоуплътняващ се бетон, те постепенно навлизат и в областта на сглобяемия стоманобетон.

Самоуплътняващият се бетон - Self Consolidating Concrete, и свръх високоефективен бетон може да се получи само с използването на РСЕ-суперпластификатори. При производството на стандартен високоякостен бетон тази добавка заменя традиционните суперпластификатори - на базата на нафталин и метил-сулфонати. Характеризира се голямо разнообразие от свойства и висока ефективност.