Види воздухововлекающих добавок

Застосовувані на практиці воздухововлекающие добавки по хімічній природі можна класифікувати наступним чином:

1. солі, одержувані з деревної смоли;

2. синтетичні миючі речовини;

3. солі лігносульфонових кислот;

4. солі нафтових кислот;

5. солі, одержувані з протеїнів;

6. солі органічних сульфокислот.

Найбільш широко використовуються речовини першої групи. відомі під назвою нейтралізований вінсол. Вінсол - нерозчинний залишок процесу очищення і екстракції з нього основного скипидару. Це суміш фенолів, кислот та інших речовин. Після нейтралізації їдким натром стає водорозчинним і в такому вигляді надходить у продаж як повітровтягуюча добавка.

Друга група добавок - алкіларілсульфонати. Зазвичай їх алкіли є нафтові залишки, конденсовані з бензолом і потім сульфовані і нейтралізовані для отримання розчинних солей - найчастіше натрових. Алкіли містять 12 атомів вуглецю.

Третю групу порівняно рідко використовують в якості воздухововлекающей добавки через невисокої воздухововлекающей здатності. Отримують як супутній продукт целюлозно-паперового виробництва.

Четверта група речовин - побічні продукти нафтопереробної промисловості, які виробляють шляхом обробки сірчаною кислотою нафтових кислот з подальшою нейтралізацією, як правило, їдким натром. Якщо нейтралізацію здійснюють триетаноламіном, отримують речовини сьомої групи.

П'яту групу речовин виробляють з відходів тваринного походження, переведених в солі. Це порівняно слабкі воздухововлекающие агенти, тому використовують їх рідко.

Шосту групу речовин отримують з різних продуктів: відходів миловаріння і рослинних масел. Зазвичай довжина алкільних груп в таких ПАР складається з 12 - 20 атомів вуглецю. Крім того, в цю групу входять і продукти переробки талової масла, одержуваного як напівпродукт в целюлозно-паперовій промисловості та складається частково з ненасичених кислот і смол. Низька вартість речовин робить їх перспективними для застосування.

Воздухововлекающие добавки вводять разом з водою замішування. Якщо крім них передбачені й інші добавки, то переважно їх роздільне введення, оскільки в ряді випадків в результаті реакції між ними знижується ефект воздухововлеченія.

Довговічність більшості воздухововлекающих добавок не менше року; в процесі зберігання вони не змінюють своїх властивостей, в тому числі і при заморожуванні. Вони не токсичні, тому не вимагають спеціальних запобіжних заходів, проте слід виконувати вимоги, визначені виробниками цих добавок.

Воздухововлекающие добавки можна застосовувати при використанні бетонів не тільки на портландцементі, однак при роботі зі змішаним цементом слід вводити великі дози таких добавок для забезпечення необхідного воздухововлеченія.

Типовими представниками добавок цієї групи є:

СМОЛА нейтралізувати воздухововлекающей (СНО), що представляє собою абієтинової смолу, омиленої каустичної содой- продукт лесохимической промисловості, вводиться до складу бетону в кількостях 0,005 - 0,05% від маси цементу. Поставляється у вигляді твердого продукту в дерев'яних або металевих ємностях (бочкі- порошок) по 50 - 250 л), паперових мішках (моноліт-брила). Проводиться Тихвинський лісохімічний заводом (ТУ 13002870). Є однією з найбільш ефективних воздухововлекающих добавок для підвищення морозостійкості бетону. Твердий продукт темно-коричневого кольору, повільно розчинний у воді; малотоксичний; слабогорючих.

Області раціонального застосування. монолітний і збірний бетон, залізобетон з високими вимогами по морозостійкості і корозійної стійкості. Легкі бетони. Застосування СНО вирішує завдання отримання бетонів високої морозостійкості для конструкцій житлових і адміністративних будівель, гідротехнічних, транспортних і промислових споруд.

Добавка СНО в кількості до 0,1% від маси цементу в легких бетонах на пористих заповнювачах скорочує витрату цементу на 20 - 30%. При укладанні таких бетонів відпадає необхідність застосування пригруза при вібрації; СНО при використанні в тяжких бетонах марок 100 - 200 істотно покращує легкоукладальність бетонної суміші і дозволяє економити цемент. Одночасно підвищується морозостійкість бетону; СНО в малих дозах застосовується для підвищення морозостійкості важких бетонів марок 200 - 500 в відповідальних спорудах. СНО вводиться в бетонну суміш у вигляді заздалегідь приготовленого розчину, концентрація розчину, як правило, не повинна перевищувати 2 - 5%. При застосуванні в складі комплексних модифікаторів СНО, щоб уникнути коагуляції, слід вводити окремо від інших добавок. При підвищених дозах спостерігається зниження міцності бетону. Транспортування здійснюється будь-яким видом транспорту у відповідності з правилами перевезення вантажів. Зберігається в закритих приміщеннях, що виключають зволоження продукту.

СИНТЕТИЧНА ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНА ДОБАВКА (СПД) - водний розчин суміші натрієвих солей вищих жирних кислот. Проводиться Ангарським нафтопереробним комбінатом. Поставляється в залізничних цистернах у вигляді 40% водного розчину. Дозування в бетон від 0,005% до 0,025% від маси цементу в перерахунку на суху речовину.

Омилення деревне ПЕК (ЦНІІПС-1) - так само, як СНО, є продуктом целюлозно-паперової промисловості та застосовується в тих же дозах. Проводиться Ветлужских лісохімічний комбінат у вигляді пастоподібного продукту і поставляється в паперових пакетах. Отримують нейтралізацією жирних кислот деревного пеку їдким натром.

СМОЛА ДЕРЕВНА омилення (СДО) - пастоподібний продукт за хімічним складом близький до СНО. Отримують шляхом омилення деревної смоли лугом. Поставляється в твердому вигляді в паперових мішках, застосовується в кількостях 0,1 - 0,3% від маси цементу. Залежно від необхідного обсягу утягненого повітря дозування добавки може бути збільшена до 0,1 - 0,3%. При застосуванні порошку або пастоподібної добавки СДО вводять безпосередньо в змішувач через дозатор, додають воду і перемішують розчин. Для прискорення процесу розчинення добавки застосовують воду, прогріту до 50 0 С. При застосуванні рідкої добавки, що поставляється в металевій тарі, її насосом перекачують в дозатор, потім зливають в змішувач. Через той же дозатор подають воду і перемішують розчин. При застосуванні твердої, важко розчинної добавки типу СДО, що поставляється в паперових пакетах, укладають на металеву решітку бака для розчинення твердих добавок, куди подають гарячу воду і під тиском 2-3 атм. Пар і повітря. Процес добавки триває 20 - 30 хв. після чого розчин підвищеної концентрації насосом перекачують в дозатор, потім зливають в змішувач. Через той же дозатор в змішувач додають необхідну кількість води і перемішують розчин. Залишки паперових пакетів затримуються гратами - фільтром, встановленої на шляху виходу розчину з бака. Перемішування розчину в змішувачі триває від 10 до 30 хв. Підготовлений розчин перекачується насосом в проміжний бак. Звідти через дозатор він надходить в бетонозмішувач. Концентрація робочого розчину добавки повинна бути в межах 2 - 5% для можливості більш точного дозування. Обсяг робочого розчину добавки визначається з умов забезпечення роботи протягом зміни або доби

Використання СДО як воздухововлекающей і пластифицирующей добавки дозволило:

- знизити на 50 - 250 кг / м 3 щільність бетону;

- застосовувати для приготування легкого бетону заданої щільності великий заповнювач підвищеної щільності або звичайний будівельний пісок (в місце пористого);

- зменшити витрату пористих пісків, знизити водопотребность суміші, поліпшити деформаційні і теплофізичні властивості;

- при пониженому вмісті дрібний заповнювач отримати виріб з злитої однорідною структурою, яка виключає можливість корозії арматури і промочек під дією дощів;

- поліпшити легкоукладальність бетонної суміші, скоротити тривалість формування виробів, забезпечити ущільнення суміші, зменшити її розшарування при транспортуванні і укладанні форми;

- поліпшити тепло- і звукоізоляційні властивості бетону;

- підвищити морозостійкість бетонних виробів.

СДО в даний час застосовують більш 500 підприємств будівельної індустрії в великих містах. Смола СДО виробляється у вигляді плаву в паперових мішках або в рідкому вигляді (70 - 75% -ний розчин СДО). Робоча концентрація застосування - 10% -ний розчин СДО (щільність 1017кг / м 3). Поставляється в бочках по 250 кг і в каністрах по 6,25 кг. Рекомендується до застосування при виробництві тротуарної плитки (бруківки) методом вібролиття. На 100 кг цементу 60-80 гр.

Крім перерахованих вище найбільш поширених видів воздухововлекающих добавок застосовуються різні синтетичні поверхнево-активні речовини неионогенного або аніонактивної типу.

В основі дії цього виду добавок лежить адсорбція органічних молекул частинками цементу з водних розчинів бетонних сумішей. Розчинні і бетонні суміші з повітроутягувальними добавками мають підвищену водоудерживающей здатністю і уповільненою седиментацією, що свідчить про їх стабилизирующем дії.

Дія воздухововлекающих добавок полягає в основному в насиченні розчинних і бетонних сумішей мікробульбашками повітря, полегшують взаємне переміщення наповнювачів і виконують роль мастила. Досягається це завдяки тому, що добавки вводяться в склад бетонної суміші у вигляді лужних мив або утворюють в бетонної суміші мила за рахунок нейтралізації гідроксидом кальцію.

Воздухововлекающие добавки широко застосовуються для зниження середньої щільності керамзитобетону в огороджувальних конструкціях і для підвищення морозостійкості важкого і легкого бетону.

Бульбашки повітря, залучені молекулами добавки в бетонну суміш, надають їй зв'язність і підвищують її однорідність. При вібрації завдяки зменшенню тертя за рахунок залученого повітря зв'язність суміші зменшується, а легкоукладуваність підвищується. Внаслідок цього суміш з добавкою по легкоукладальності відповідає суміші без добавки, що має на 1 - 6 см велику осадку конуса.

Обсяг залученого повітря залежить від типу і кількості воздухововлекающей добавки, зернового складу заповнювачів, витрати цементу і тонкощі його помелу, способу і тривалості перемішування. Практично повітря втягується розчинної складової бетону і, перш за все зернами піску розмірами 0,3 - 1 мм. Зі зменшенням крупності піску обсяг утягненого повітря зменшується.

Збільшення вмісту кисню в бетоні призводить до зниження його міцності. Однак при утриманні залученого повітря не більше 5% завдяки його пластифікуючими дії представляється знизити величину В / Ц і отримати необхідну міцність бетону зі скороченим витратою цементу. Ефективність застосування воздухововлекающих добавок для зменшення витрати цементу підвищується зі збільшенням В / Ц бетону, зменшенням витрати цементу і змісту трехкальциевого алюмінату.

Воздухововлекающие добавки, введені в бетон в кількостях 0,02 - 0,03% від маси цементу практично не сповільнюють гідратацію цементу. Тому бетони з ВВД можуть пропарюватися по тими самими режимами, що і бетони без добавок. У зв'язку з цим воздухововлекающие добавки в порівнянні з пластіфіцірующе-повітроутягувальними ефективніше застосовувати при коротких і помірних режимах прогріву.

Воздухововлекающие добавки підвищують морозостійкість бетону не менше ніж в 2 - 3 рази, кілька збільшують міцність бетону при розтягуванні і підвищують тріщиностійкість конструкцій. Застосування воздухововлекающих добавок більш ефективно в худих бетонних сумішах.

Використовуючи воздухововлекающие добавки (ВЛХК, СНО і ін.) У важких і легких бетонах, слід враховувати, що мікропухирці повітря зменшують в'язкість цементного тіста, підвищують однорідність і легкоукладальність бетонних сумішей, внаслідок чого вони набуває більш високу рухливість, ніж суміші без добавок.

Воздухововлеченіе в бетонні і розчинні суміші в присутності воздухововлекающих добавок, залежить від співвідношення в них цементу і піску, його зернового складу; ефективність воздухововлеченія знижується при зміні розміру зерен піску проти оптимального (близько 0,5 мм) або при підвищенні витрати цементу в сумішах. Кількість утримуваного в цих сумішах повітря збільшується зі зростанням дисперсності емульсії повітря, що досягається підвищенням вмісту в них добавок.

При звичайному перемішуванні бетонної суміші (без ВВД) відбувається два основних процеси: перший - захоплення порцій повітря, який потім диспергується на окремі повітряні бульбашки, і другий, в якому беруть участь зерна заповнювача, що характеризується стабілізацією бульбашкою повітря. Повітровтягувальна добавка, збільшує кількість повітряних бульбашок в порівнянні з бетонною сумішшю без добавок, сприяє зменшенню їх розмірів і, що більш важливо, зберігає їх в бетоні до початку схоплювання. Стабілізуючу дію таких добавок забезпечується адсорбцией їх молекул на поверхні повітряних бульбашок. Молекули орієнтовані функціональними полярними групами в сторону води, а неполярними - в сторону повітряних бульбашок. Останні, заряджаючись однойменно, відштовхуються один від одного, що перешкоджає їх злиття. Таким чином, молекули, орієнтуючись на міжфазних межах вода-бульбашки повітря, створюють шари товщиною в кілька молекул ( «частокіл»), що також сприяє стабілізації поризованной системи (згідно з літературними даними, саме цей факт пояснює воздухововлекающей дію добавок ПАР неионогенного типу). З іншого боку, адсорбируясь на кордоні розділу «повітря - рідина», добавки, будучи ПАР, зменшують величину поверхневого натягу, що позначається на підвищенні термодинамічної стійкості повітряних бульбашок і знижує тенденцію до їх злипання. Крім того, така дія добавок полегшує диспергування великих повітряних включень, що забезпечує більшу безпеку поризованной структури. Все це призводить до того, що міцність бульбашок повітря проти механічних впливів зростає. Інший шлях стабілізації поризованих систем полягає в інтенсивній адсорбції молекул ПАР на частинках гідратних новоутворень, які заряджені позитивно (через адсорбції кальцій іонів). ВВД адсорбуються на цих заряджених частинках за рахунок сил електростатичного впливу, тобто негативно зарядженими іонами аніоноактивних речовин, які, як правило, відрізняються ефективним повітровтягнення. В результаті відбувається гідрофобізація твердих частинок, які фіксуються на повітряних бульбашках і «екранують» їх, перешкоджаючи злиття, тобто відбувається «прилипання» бульбашок повітря до частинок гідратованого цементу.

Традиційні воздухововлекающие добавки (СДО, СНО і ін.) Є недостатньо ефективними, щоб забезпечити високу ступінь поризації бетонної суміші. Останнім часом в нашій країні і за кордоном розроблені нові «супервоздухововлекающіе» добавки. Це, наприклад, АОС-1214, ТЕАС, Морпен (Росія), що відносяться до класу поверхнево-активних речовин (ПАР), піноконцентрат фірми «Неопор» (Німеччина), отриманий на основі протеїнів. Результати вимірювань показали, що на відміну від добавки АОС-1214, ТЕАС, Морпен, піноконцентрат фірми «Неопор» практично не знижує величину поверхневого натягу, в той час як вітчизняні добавки відносяться до розряду «сильних» ПАР. Серед них найбільш ефективною є ТЕАС, під дією якої величина поверхневого натягу зменшується при концентрації 0,25% до 35 # 8729, 10 3 Дж / м 3. З іншими вивченими добавками близьке за значенням поверхневий натяг досягається при концентрації 0,5%.

Перераховані вище добавки значно відрізняються за інтенсивністю воздухововлеченія. Як бачимо, найбільш ефективною за ступенем поризації цементноводной суміші є добавка ТЕАС, вона проявила себе і як найбільш «сильна» щодо зменшення величин поверхневого натягу. Дозування цієї добавки при отриманні поризованной цементної матриці з середньою щільністю 1000 кг / м 3 в 7 разів менше ніж, наприклад, дозування добавки пеноконцентрата фірми «Неопор», із середньою щільністю 700 кг / м 3 - в 4 р.

Таким чином, експериментально встановлено, що при виборі воздухововлекающих добавок для поризації цементних систем необхідно оцінювати їх здатність знижувати величину поверхневого натягу, так як це безпосередньо пов'язано з величиною їх дозування, і тим більше, якщо враховувати високу вартість цих хімічних сполук.