Добавки в бетон
Использование бетона в современных условиях немыслимо без применения дополнительных добавок. В промышленном строительстве уже не встретить бетонного раствора классического состава: цемент, щебень, песок и вода. Такая рецептура применима для частного строительства, неответственных конструкций и начинающими специалистами.
Для чего нужны добавки в бетон
Чтобы ответить на этот вопрос, надо знать свойства бетона. В первоначальном виде бетонная смесь состоит из четырех компонентов. Играя пропорциями водоцементного соотношения, регулируются показатели прочности и удобоукладываемости. Например, для того чтобы получить бетон популярной марки М300 или класса В22,5 необходимо задействовать в частях следующие материалы:
- Портландцемент марки М400 – 1часть.
- Щебень гранитный или гравийный- 3,3 части.
- Песок- 2 части.
- Вода- 0,57-0,6 части.
На выходе получается бетон с характеристиками:
- Прочность на сжатие- 29 Мпа или 270 кгс/см2.
- Подвижность или удобоукладываемость - П2. Измеряется по осадке конуса бетонной смеси относительно первоначальной формы, и составляет 7-9 см.
- Морозостойкость- F150.
- Водопроницаемость- W5.
- Плотность 2400 кг/м3.
О чем говорят эти цифры на практике. В практическом применении приготовленная смесь ведет себя следующим образом. Подвижности смеси на уровне П2 недостаточно, чтобы раствор гарантированно заполнил полости сложной опалубочной конфигурации объекта. Возникает угроза образования многочисленных пор и пустот. От этого лабораторный показатель прочности будет не 29 Мпа, а значительно ниже. Данный факт влияет на надежность бетонной конструкции и возможность выполнения возложенных на нее функций. Такой бетон сложно ровнять на площадке и формировать монолит. Необходимо придать смеси текучесть, пластичность, подвижность. Это можно сделать тремя способами:
- Внести большее количество воды. Избыток влаги неминуемо приведет к потере прочности, образованию трещин, повышению истираемости.
- Увеличить показатель тиксотропности. Тиксотропность- способность жидкости разжижаться при определенном виде механического воздействия. То есть использование бетонного вибратора решит вопрос текучести смеси. Но использование технологического оборудования влияет на удорожание работ с бетонной смесью и далеко не всегда оправданно и возможно использование виброинструмента.
- Добавить к бетонному раствору вещества, которые уменьшают сцепление частиц смеси между собой, тем самым увеличивая их подвижность. Так возникли пластификаторы.
Экспериментально установлено, что прочность близкую к 100% бетон набирает через 28 дней. Строительные нормы допускают предварительное нагружение бетона и его распалубку при 70-80% прочности. Этот показатель достигается за 5-7 дней. В существующих бизнес-моделях производства и строительства такой простой считается недопустимым. С другой стороны, в массивных и объемных конструкциях важно, чтобы процесс гидратации проходил плавно. В этом случае процесс кристаллизации раствора нужно замедлять. Для регулирования скорости кристаллохимического отверждения разработаны добавки ускорители и замедлители схватывания.
В классической по составу бетонной смеси возможна реакция гидратации только при положительных температурах. При температуре раствора +50С скорость реакции серьезно снижается, при 00С, когда вода кристаллизуется, прекращается вовсе. Фактор чрезвычайно важен тем, что непрогидратированная смесь никогда не наберет проектную прочность. Этот вопрос решают подогревом смеси или введением добавок, препятствующих замерзанию влаги.
В приведенном примере водопроницаемость бетона составляет W 5. Это значит, что при избыточном давлении воды в 5 кгс/см2 она не просочится сквозь стенку толщиной в 10 см. Изделия из бетона эксплуатируются в различных условиях, в том числе при долговременном воздействии влаги: фундаменты с высоким расположением горизонта грунтовых вод, опоры мостов, пирсы, причалы, судовые верфи. В этих случаях важно снизить проникновение воды в толщу бетона во избежание вымывания частиц вяжущего компонента, агрессивного химического воздействия и уменьшения прочности бетонной конструкции. Для улучшения показателя водонепроницаемости вводят водоотталкивающие компоненты.
Одним словом, добавки необходимы для улучшения технико-физических свойств цементных смесей и управления свойствами бетонов.
Какие бывают виды добавок
Для формирования проектных свойств в бетонные составы вносятся добавки:
- Пластификаторы
- Модификаторы
- Антиморозные добавки
- Водоотталкивающие
- Антикоррозийные
- Воздухововлекающие
- Для самоуплотнения
- Регуляторы набора прочности
- Для реставрационных работ
- Комплексные.
Пластификаторы
Наиболее популярный вид добавок. При использовании пластификаторов возможно увеличение подвижности бетонной смеси с П1 до П5. Использование пластификаторов делает бетонный раствор удобоукладываемым, прочным и долговечным. Пластификаторы обладают водоредуцирующими свойствами. То есть способны снижать расход воды без потери прочности цементного камня. Пластифицирующие добавки способны продлить жизнь раствору, препятствуют расслоению, позволяют задействовать на стройплощадке насосы. Привлечение техники ускоряет процесс закладки бетона в конструкцию и увеличивает производительность труда. Таким образом пластификаторы обладают рядом преимуществ:
- Повышают пластичность готового раствора.
- Экономят расход смеси
- Повышают трещиностойкость бетона.
- Увеличивают прочностные характеристики произведенного бетона до 30%.
- Пластифицированные бетонные растворы не требуют уплотнения.
- Возрастает морозостойкость бетона за счет снижения количества влаги при производстве.
- Растворы с пластификаторами обладают хорошей адгезией с разными поверхностями.
Пластификаторы выпускаются в виде жидкостей и порошковых смесей.
Антиморозные добавки
Не стоит полагать, что применяя антиморозные добавки, не нужно думать о температурных условиях, в которых происходит твердение бетонной смеси. Важно знать, что антиморозные добавки предназначены, в первую очередь, для того чтобы обеспечить доставку смеси в удобоукладываемом состоянии и не допустить кристаллизации влаги при укладке раствора. На площадке должны быть обеспечены меры по прогреву бетона и влажностный режим.
Противоморозные свойства добавки сводятся к одному принципу- понижению температуры замерзания воды в бетонной смеси. Это достигается за счет введения в бетонный раствор солей тех. квалификации: хлорида натрия, хлорида кальция, кальцинированной соды, поташа(карбоната калия), натриевой и кальциевой селитры, формиат натрия (натриевая соль муравьиной кислоты).
Применение исключительно противоморозных добавок сопряжено с рядом существенных минусов:
- Быстрое твердение бетона
- Используемые соли химически активны, способны вступать в реакцию с продуктами бетонной смеси, с последующим выделением вредных веществ, например, окислов азота или аммиака.
- Использование не по рецептуре приводит к коррозии арматуры и щелочной коррозии бетона.
- Снижается прочность бетона.
Чтобы нивелировать отрицательные проявления антиморозных наполнителей, рекомендуется использовать их только вкупе с пластифицирующими и воздухововлекающими компонентами, регуляторами твердения. Это позволяет снизить концентрацию противоморозных веществ.
О полной безопасности и экологичности антиморозных компонентов не может идти речи, пока в их составе есть хлор и опасные соединения азота. Поэтому лучшим способом повысит безопасность бетонной конструкции остается планирование работ в теплое время года.
Водоотталкивающие добавки
Наличие влаги в готовой бетонной конструкции может существенно влиять на ее свойства в худшую сторону. Если бетон способен впитывать, пропускать влагу, то непременно снижается прочность, долговечность и морозостойкость конструкции. Бетон способен накапливать влагу благодаря наличию в структуре пор и капилляров; присутствию внутренних напряжений и деформаций, которые ведут к образованию микро-и макротрещин. Водопроницаемость бетона обозначается буквенным индексом W. Нормируется от W2 до W20. Бетон с водопроницаемостью W4 используется в тех ситуациях, когда показатель гидрофобности (водоотталкивания) не имеет значения. W6- бетон с таким показателем наиболее часто используется в строительных работах. W8- бетон с таким показателем пропускает мало влаги и применяется для возведения фундаментов на сухих основаниях. Бетон с показателем гидрофобности выше W8 применяется для возведения гидротехнических сооружений.
Водоотталкивающие добавки в бетонную смесь работают по одному принципу: уплотняют бетонный монолит, уменьшают вероятность появления пор и капилляров. Такого эффекта удается добиться в результате химических реакций между водой цементом и наполнителем. В результате образуются нерастворимые соединения, заполняющие микропустоты. Водонепроницаемость бетона повышают нитраты, сульфаты, хлориды железа, сульфаты алюминия, добавки на основе битумных эмульсий.
Защитить бетон от проникновения влаги можно используя проникающие составы, нанося их на застывшую конструкцию. В этом случае гидрофобизатор проникает вглубь материала на 5-15 см., реагирует, образует полимерные соединения, надежно закупоривает капилляры и поры. Такой метод применяется не только для вновь возведенных строительных конструкций, но и для подверженных растрескиванию изделий.
Антикоррозийные добавки
Служат для снижения щелочной коррозии бетона. Антикоррозийный класс добавок призван связать свободные гидроксильные группы. За счет этого происходит уплотнение бетона, повышается его гидрофобность и долговечность.
Воздухововлекающие добавки
Воздухововлекающие добавки используются для увеличения морозостойкости бетона. Пузырьки воздуха в монолите образуют микропустоты. При отрицательных температурах свободная вода застывает, расширяясь и при этом разрывает бетонный камень. В случае наличия мелких пустот, вода заполняет микро- пространство, не нанося вреда монолиту. Воздухововлекающие добавки способствуют снижению плотности бетона, и следственно, прочности. Поэтому вносить воздухововлекающий наполнитель следует с осторожностью и строго следуя указаниям производителя. Воздухововлекающие компоненты применяются также для намеренного снижения удельной массы бетонной смеси; улучшения тепло-и звукоизоляции; снижения расслаиваемости раствора, увеличению трещиностойкости, предотвращению высолов. На практике оправдано применение воздухововлекающих добавок с пластификаторами бетона.
Добавки для самоуплотнения
Необходимы там, где невозможно провести механическое уплотнение смеси, в частности в часто армированных конструкциях. Применение самоуплотняющих наполнителей гарантирует заполнение опалубочного пространства без потери прочностных характеристик. Отличительной чертой самоуплотняющихся бетонных растворов является отсутствие расслаиваемости при высокой подвижности смеси. Такие свойства обеспечивает значительная вязкость раствора. Добиться этого удается внесением в рецептуру состава добавок на основе:
- Целлюлозы
- Гидролизованного крахмала
- Полиэтиленгликоля
- Полимеров.
Самоуплотненные бетоны характеризуются:
- Низким водоцементным соотношением
- Существенными водоотталкивающими свойствами
- Высокой подвижностью- П5
- Малой пористостью. Содержание пузырьков воздуха не более 5%
- Значительной прочностью на сжатие, до 100 Мпа
Регуляторы набора прочности
В строительной практике существуют ситуации, когда необходимо ускорить или замедлить схватывание бетонного раствора.
Замедлители гидратации требуются:
- В жаркую погоду. При повышенной температуре и пониженной влажности из бетонного раствора происходит активное испарение влаги, что приводит к преждевременному схватыванию.
- При заливке больших по площади объектов. При неравномерном схватывании существует угроза образования холодных швов. Это ухудшает свойства монолитной конструкции
- При возведении ответственных массивных и гидротехнических сооружений, чтобы избежать появление трещин, вызванных нелинейным твердением бетона.
Замедлить схватывание и увеличить трещиностойкость бетонного раствора способны пластификаторы. Добиться этого можно, увеличив количество вещества, вносимого в раствор. Но в данном случае возникает угроза коррозии арматуры. Поэтому с задачей замедления твердения лучше справляются следующие специализированные препараты:
- Нитрилотриметиленфосфоновая кислота, в абревиатуре НТФ, шестиосновная органическая кислота. Широко применяется для торможения процессов гидратации.
- Молочная сыворотка. Остаточный продукт переработки пищевого молока.
Механизм замедления твердения заключается в связывании гидроксильных групп веществами замедлителя, и с изоляцией частиц цемента от воздействия воды, то есть препятствию, снижению скорости реакции гидратации.
Ускорители набора прочности
Ускорение схватывания требуется для того, чтобы снизить простои на стройплощадке и оптимизировать процесс строительства объекта.
Ускорение твердения бетонного раствора- комплексный процесс, который включает в себя внесение добавок-ускорителей в смесь, повышение температуры раствора, снижение испаряемости, контроль температурно-влажностных показателей.
К добавкам, способным увеличить скорость набора прочности бетона относят такие вещества как поташ (карбонат кальция), хлорид кальция и натрия. К применению добавок- ускорителей следует относится крайне внимательно и не превышать рекомендованных производителем норм. Иначе возможно снижение прочности бетона и коррозии стальной арматуры в железобетонных изделиях.
Реставрационные добавки
Особый вид добавок, который отличается специфическими свойствами. Применяется для проведения реставрационных работ железобетонных изделий и бетонных конструкций. Реставрационные добавки должны отвечать следующим требованиям:
- Иметь повышенную адгезию.
- Препятствовать коррозийным процессам.
- Бетон с добавлением добавок должен обладать значительной прочностью.
- Раствор обязан иметь высокую пластичность и укладываемость.
Комплексные добавки
Наряду с добавками специфического, узконаправленного действия, на практике часто используются составы, в которых сбалансированы вещества, решающие несколько задач одновременно. Это удобно тем, что при замесе бетонного раствора нет необходимости в дополнительной дозировке компонентов, снимается вопрос о химической агрессивности материалов друг к другу. Эта задача решена производителем при подборе компонентов комплексной добавки.
Как правильно подобрать смесь
В заключении необходимо выделить шаги для правильного выбора состава бетона для строительства. Во-первых, состав бетонной смеси должен быть просчитан специалистами, согласно проектной документации. Во-вторых, важно произвести пробный замес, и провести экспертизу бетонного образца. Это важный момент, так как компоненты бетонного раствора неоднородны, количество примесей варьируется. В-третьих, необходимо учесть все особенности использования бетонной смеси: время на доставку, климатические особенности, технические нюансы, квалификацию работников, подъездные пути, метод разгрузки и укладки бетона. Не секрет, что даже очень качественная бетонная смесь может быть загублена халатностью и непрофессионализмом человеческих рук.
Алексей Емельянов: «Небольшие затраты могут дать серьезную экономию»
Российская компания «Полипласт» вышла на рынок в 1999 году. Сегодня холдинг объединяет три больших завода (на Урале, в Подмосковье и в Ленобласти), а также ряд локальных производственных площадок, а выпускаемые им химические добавки для различных отраслей промышленности хорошо известны не только в РФ и СНГ, но и во многих странах дальнего зарубежья. О том, почему экономить на добавках в бетон экономически невыгодно, «Строительному Еженедельнику» рассказал генеральный директор ООО «Полипласт Северо-Запад» Алексей Емельянов.
– Алексей Валерьевич, не только от частников, возводящих малоэтажные дома для себя, но даже от строителей порой можно услышать такое мнение, что «бетон – он и есть бетон, какие добавки в него не сыпь». Каково Ваше мнение об этом?
– С моей точки зрения, это подход совершенно ошибочный. И если при стройке «для собственных нужд» он еще допустим (редко когда малоэтажный дом требует каких-то специфических строительных характеристик), то при промышленном строительстве такое отношение ведет не только к снижению качества здания, но и, по сути, к финансовым потерям девелопера.
Дело в том, что добавки позволяют получить бетон с заданными свойствами, оптимально соответствующими назначению объекта, а также конкретным условиям работы. Это пластификаторы и гиперпластификаторы, позволяющие снизить количество воды в смеси, что повышает прочность бетона, делает его тягучим, значительно облегчая работу. Это добавки, которые предотвращают преждевременное застывание бетона при низких температурах, что позволяет работать в зимних условиях. Это различные специализированные добавки, предназначенные для решения конкретных задач, таких, например, как особая прочность, предотвращение появления трещин, пониженная истираемость, повышенная водонепроницаемость и пр. Их целесообразно применять на объектах специального назначения, требующих особых качеств строительных материалов. Это такие области применения, как высотное строительство, гидротехнические сооружения, медицинские учреждения и др.
– И у всех строительных компаний есть специалисты, знающие, какие именно добавки в каких случаях целесообразнее использовать?
– У крупных профессиональных игроков рынка обычно уже есть понимание необходимости использования добавок для эффективной работы, некоторые пока еще слабо знают об имеющихся возможностях. Поэтому «Полипласт» выполняет, в частности, и консалтинговую функцию в этой сфере. Наша задача сегодня – довести до девелоперов и крупных подрядчиков информацию о новых возможностях добавок, бетонов и инновационных технологий в строительстве.
Наши специалисты готовы помочь строителям определить, какие именно добавки наиболее эффективно использовать для решения стоящих перед ними задач в каждом отдельном случае. Все объекты разные, поэтому рецептуру лучше подбирать исходя из конкретной ситуации. Свое влияние оказывают и условия строительства, и специфика сооружения, и даже регион, в котором идет стройка. Ведь, например, на Северо-Западе инертные материалы, входящие в бетон, имеют одни свойства, а в Центральный России – уже несколько иные. Поэтому наши научно-исследовательские центры, действующие при каждом большом заводе, работают не только над созданием новых добавок, но и над оптимизацией их использования.
– Вы упомянули также экономический фактор.
– И этот фактор для строителей наиболее важен. По сути, небольшие затраты на добавки могут не только обеспечить высокое качество строительства, но и дать серьезную экономию по результатам работы.
Дело в том, что стоимость бетона не превышает 8–10% от общих расходов на возведение объекта. И много сэкономить на нем в любом случае не получится. А использование более качественного бетона с современными добавками и инновационными технологиями при небольшом повышении цены материала (ориентировочно на 10–15%) позволяет существенно – на несколько месяцев – ускорить возведение объекта. А это – экономия на обслуживании кредитов, на оборачиваемости опалубки, на оплате рабочей силы, арендованного оборудования и пр. Это работа без неустоек и конфликтов с властями и заказчиками, а в случае госзаказа или при возведении жилья – это соблюдение сроков ввода, отсутствие необходимости переделок и прочих «радостей» (достаточно вспомнить «аммиачные квартиры»).
Таким образом, «перерасход» средств на качественный бетон полностью компенсируется и даже обеспечивает снижение общих затрат на возведение объектов.
Максим Лазуткин: «Умные» стекла защитят от холода и солнечного света»
Директор по техническому регулированию и поддержке клиентов компании Pilkington Glass (холдинг SP Glass) Максим Лазуткин рассказал «Строительному Еженедельнику» об особенностях выпускаемого на предприятии энергосберегающего стекла с напылением. Такое стекло сейчас используется во всем мире.
– Расскажите о вашем предприятии. Каковы ассортимент выпускаемой вами продукции и объем производства?
– Прежде всего хочу отметить, что наше предприятие является частью всемирно известной британской компании Pilkington. Начала она свою деятельность в 1826-м, а сегодня активно работает в 49 странах мира. В 2006 году компания Pilkington запустила завод по изготовлению прозрачного листового стекла в России. Расположен он в Подмосковье, в Раменском районе. В 2012 году владельцем завода стала группа компаний SP Glass, чьими акционерами выступили «РОСНАНО», NSG Group, Glasswall и Европейский банк реконструкции и развития. В 2014 году был открыт цех по нанесению нанопокрытий магнетронным способом. В настоящее время наш завод выпускает плоское прозрачное листовое стекло с размерами до 3210 на 6000 мм и толщиной от 4 до 12 мм – и объемы производства достигают 250 тыс. т в год. Выпускаем также стекла c нанопокрытиями – солнцезащитные и энергосберегающие – под торговыми марками Suncool, Optitherm, Lifeglass, всего около 10 млн кв. м в год.
– В чем технологическая особенность выпускаемой вами продукции?
– В уникальности технологии напыления. Магнетронный способ напыления позволяет наносить покрытие на стекло в несколько слоев на молекулярном уровне. Покрытие такое тонкое, что оно незаметно человеческому глазу, в тысячу раз тоньше листа бумаги. Кстати, в 2014 году наша продукция первой в строительной области получила знак «Российская нанотехнологическая продукция».
Состав и комбинация слоев напыления позволяют из обычного стекла получить стекло, обладающее удивительными способностями: препятствовать охлаждению и сберегать тепло помещений в холодное время года, защищать от теплового излучения солнца в летний период.
Наши флагманские продукты с покрытием Double Silver (два слоя серебра в напылении) являются высокоселективными, то есть деликатно и избирательно работают с солнечными излучением, пропуская внутрь помещения только видимый свет, препятствуя проникновению остального солнечного излучения, которое негативно влияет на микроклимат в помещении.
– Ваши стекла задействуются в архитектурных решениях при строительстве офисных, развлекательных центров, других объектов. Можете ли привести примеры объектов, где использовано ваше стекло?
– В портфолио Pilkington Glass Russia – более 4,5 тыс. объектов по всему миру. Стекло с покрытием Double Silver отправляется в Австралию, Катар, Мексику и Индию. Сейчас заканчивается строительство госпиталя Al Ain в Абу-Даби и бизнес-центра Nuevos Horizontes в Гондурасе, для них было выбрано «прохладное» стекло Pilkington Suncool 40/22. Продукт пропускает лишь 22% солнечного жара, что значительно снижает нагрузку на кондиционирование.
Высокое светопропускание и высокую защиту от солнца пассажирам аэропорта «Платов» в Ростове-на-Дону обеспечивает стекло Pilkington Suncool 70/35.
Наша продукция задействована в ЖК «Воробьев Дом», ЖК «Донской Олимп» и ЖК «Лица» в Москве. Если говорить о Санкт-Петербурге, то наших рук дело – лофт-квартал Docklands, бизнес-центр Fort Tower и МФК «М-1 Арена».
– Кто является вашим партнером из компаний, занимающихся жилищным строительством?
– Политика нашей компании – долгосрочные партнерские отношения. Сложно выделить кого-то из партнеров, учитывая географию наших поставок. Количество деловых партнеров превышает сотни компаний по всему миру.
– Как выбрать остекление? На какие характеристики следует обратить внимание?
– Лучшая рекомендация – обратиться к профессионалам. Правильно выбранные стекла с «умным» напылением позволяют решить вопросы сохранения тепла, защиты от солнца и шума.
Сотрудники нашей компании выясняют малейшие нюансы будущего здания, чтобы предложить оптимальный баланс наиболее важных характеристик остекления (пропускание света, энергосберегающие и солнцезащитные параметры, показатели защиты от шума), которые отличаются от региона установки, длительности теплых и холодных периодов времени, интенсивности солнечного излучения.
При этом мы не забываем о надежности и помогаем выбрать оптимальную толщину стекол, которые будут выдерживать порывы ветра, перепады давления и температур в течение длительного срока эксплуатации.