Работа цементов с различными добавками в Центральном федеральном округе

Современная строительная индустрия с каждым годом предъявляет более высокие требования к строительным материалам. В погоне за новыми прогрессивными технологиями, доступными обществу, меняется и привычный нам бетон. Сегодня доставка товарного бетона заказчику может составлять более четырех часов, при этом бетон не теряет своих физико-механических характеристик. Домостроительные комбинаты за три месяца способны произвести достаточное количество железобетонных изделий для возведения семнадцатиэтажного здания.

В России повышается спрос на самоуплотняющийся и виброукатанный бетоны. Набирает популярность так называемая технология «белая ванна», в которой используют бетон, способный выполнять одновременно две функции: несущую и гидроизолирующую. Таким образом, вслед за новыми вызовами строительные материалы расширяют свой спектр применения и приобретают новые свойства и особенности.

Появление химических добавок главным образом повлияло на развитие технологии производства бетона и открыло новые горизонты в работе с материалом, известном человечеству уже более четырех тысяч лет.

К наиболее распространенным видам добавок в бетон можно отнести следующие:

• Пластифицирующие (водоредуцирующие);
• Воздухововлекающие;
• Противоморозные;
• Замедлители схватывания;
• Ускорители твердения;
• Гидрофобизирующие;
• Газообразующие.

Большая доля рынка, из перечисленных выше видов добавок, представлена пластификаторами.

Первые пластификаторы на основе технического лигносульфоната появились в начале двадцатого века и обладали слабо выраженными пластифицирующими свойствами. Во второй половине 1960-х годов были открыты более эффективные основы, такие как полинафталинсульфонат и маламинформальдегид.

Структура этих пластификаторов представлена на рисунке ниже.

Принцип работы данных пластификаторов основан на адсорбции на поверхности частиц цемента и образовании электростатического барьера (Рисунок 2).

Рисунок 2. Механизм действия пластификаторов на основе ЛСТ и ПНС

Рисунок 3. Структура поликарбоксилата

Сегодня все большую популярность набирают добавки в бетон на основе поликарбоксилатов (Рисунок 3), открытых еще в 1980х годах. Данный тип добавок позволяет существенно сократить расход цемента, при этом повышается плотность структуры бетонного камня, увеличивается показатель водонепроницаемости. Сила водоредукции позволяет изготавливать бетоны высоких марок (В60 и выше). Помимо этого, правильно подобранная композиция поликарбоксилатов обеспечивает длительную сохраняемость подвижности бетонной смеси.

Рисунок 4. Механизм действия пластификаторов на основе поликарбоксилатов

Поликарбоксилаты отличаются от своих предшественников механизмом действия (Рисунок 4). В данном случае за отталкивающий эффект, возникающий между частицами цемента отвечает стерический барьер, образованный незаряженными боковыми цепями.

Вместе со строительной химией, столь же стремительно развивается и цементная промышленность. Вводятся в эксплуатацию новые производственные линии, модернизируются старые. Общий тренд отрасли - это переход на более энергоэффективные технологии производства основного сырьевого компонента цемента – портландцементного клинкера. «Мокрый способ» повсеместно заменяется на «комбинированные» или «сухой». Практически все цементные заводы уже обеспечили помол цемента по замкнутому циклу, т.е. с использованием сепараторов, что также положительно сказывается на характеристики цементов.

Заводы компании ЛафаржХолсим Россия работают по «сухому» (Щурово, Ферзиково) и «комбинированному» (Вольск) способам.

Современные цементы характеризуются более высокой активностью (фактическими показателями по прочности) и отличаются по своим свойствам от цементов, производившихся ранее на «мокрых печах».

Высокие прочностные характеристики цементов позволяют обеспечивать интенсивный набор прочности при относительно невысоких расходах. Данный эффект ускоряет оборачиваемость форм, контролируя уровень экзотермии и не позволяя появляться термоусадочным трещинам на изделиях.

Цементы ПЦ 500-Д0-Н производства ЛафаржХолсим Россия в сочетании с воздухововлекающими добавками обеспечивают требуемый уровень воздухововлечения в бетонах, способный удерживаться в смеси на протяжении всего времени транспортировки, укладки в конструкцию и сохраняется в структуре бетона в виде мелких, равномерно распределенных пузырьков даже после виброуплотнения.

В сочетании с пластификаторами нового поколения улучшается поверхность бетона (Рисунок 5), что немаловажно для производства железобетонных изделий. Эффект достигается за счет снижения расхода воды затворения, что уменьшает количество крупных пор, образованных избыточной химически не связанной водой в бетонном камне. При этом количество химически вовлеченного воздуха, имеющего форму мелких, равномерно распределенных в структуре пузырей, сохраняется, обеспечивая требуемый уровень воздухововлечения в бетонной смеси, что положительно влияет на морозостойкость. Таким образом происходит уплотнение структуры бетона, что в свою очередь повышает показатели по прочности и водонепроницаемости.

Рисунок 5. Слева – образцы, изготовленные с применением пластифицирующей добавки на основе технического лигносульфоната и полинафталинсульфоната. Справа –образцы аналогичного состава бетонной смеси, но в качестве пластификатора использовали добавку на основе поликарбоксилата.

Цементы ЛафаржХолсим Россия эффективны в самоуплотняющихся бетонах, где особую роль играет стабильность качества материалов, сохраняемость подвижности смеси, сочетаемость цемента с высокоэффективным пластификатором, отсутствие водоотделения, сохранение химически вовлеченного воздуха в смеси при транспортировке и укладке в конструкцию.

В работе цементов ЛафаржХолсим Россия с нафталиновыми пластификаторами при производстве железобетонных изделий отмечается интенсивный набор прочности после тепловлажностной обработки. К примеру, на одном из предприятий, занимающимся выпуском стеновых панелей, для оценки эффективности добавок в бетон были сопоставлены прочностные характеристики изделий, изготовленных с применением различных типов пластификаторов. Также для сравнения изготовили изделия без использования добавок в составе бетонной смеси. В результате прочность изделий после тепловлажностной обработки с применением меламинформальдегида в составе бетонной смеси увеличилась на 15% в сравнении с изделиями, изготовленными на бездобавочном бетоне. Использование поликарбоксилата позволило достичь 24% повышения прочности. Разница между бетонными изделиями с применением нафталинов и бездобавочного способа составила 30% в сторону увеличения прочности при использовании добавок.

К минусам работы с нафталиновыми добавками стоит отнести отсутствие сохраняемости подвижности смесей, что важно при транспортировке от бетоносмесительного цеха до участка, где производится формование изделия, а также высокий расход самой добавки.

В товарном бетоне высоких классов наиболее эффективно использование комплексных пластификаторов на основе технических лигносульфонатов и поликарбоксилатов. Такие комплексы в полной мере раскрывают потенциал, например, быстротвердеющего СЕМ I 42,5Б (Ферзиковский завод). Данный тандем цемента и добавки обеспечивает длительную сохраняемость подвижности и высокую кинетику набора прочности в товарном бетоне, а также ускоряет темпы оборачиваемости опалубки.

Основными недостатками добавок на основе поликарбоксилатов является их чувствительность к качеству заполнителей и относительно высокая стоимость. В случаях, когда на производстве бетона используется заполнитель низкого качества, экономически эффективно выбирать пластификаторы на основе лигносульфонатов и полинафталинсульфонатов.

Подводя итоги стоит выделить наиболее явные преимущества и недостатки упомянутых пластификаторов.

Сравнение двух типов пластификаторов

Однако в последние годы стоимость добавок в бетон на основе поликарбоксилатов существенно снизилась. В России появилось много производителей, оборудовавших свои производственные площадки промышленным синтезом, и с каждым годом количество таких производителей растет. В связи со снижением цен на поликарбоксилаты, все больше производителей бетона рассматривают возможность изменения своих карт подборов в пользу более технологичных материалов.

Несмотря на тенденцию к снижению стоимости поликарбоксилатов, у данного вида добавок остается вторая очень важная проблема, связанная с чувствительностью к стабильности и качеству остальных сырьевых материалов для изготовления бетона.

Цементы ЛафаржХолсим Россия обеспечивают высокий уровень стабильности изготовленных на их основе бетонных смесей и наилучшим образом сочетаются с современными технологичными добавками, а также во многом позволяют сгладить ряд недостатков инертных материалов.