Применение специальных добавок к бетонной смеси для улучшения ее свойств

Под бетонной смесью понимают состав, который состоит из: вяжущего компонента, заполнителей, воды. В состав могут вводиться минеральные и специализированные добавки, красители, присадки. После уплотнения, схватывания и достижения проектной прочности образует прочный искусственный камень.

Востребованный в загородном, городском, промышленном и повышенной ответственности строительстве материал:

1. с его помощью производят возведение бетонных конструкций монолитного типа или зданий и сооружений по монолитной технологии;
2. обладает высокими показателями долговечности и прочности, при введении специализированных добавок может применяться при воздействии агрессивных химических средств, сурового климата и в неблагоприятных или особо сложных условиях;
3. в зависимости от технологической рецептуры для возведения мостов, разнообразных конструкций или сооружений;
4. уличные бетоны должны обладать морозостойкостью и абсолютной водонепроницаемостью.

Основные компоненты бетонной смеси и их роль:

1. Связующие компоненты: цемент, жидкое стекло, гипс и иные составляющие с подходящими свойствами. Часто применяют цементы. Это сухое порошкообразное вещество, которое превращают в смесь при добавлении воды. Именно жидкость активирует процессы гидратации;
2. Вода, лучше из городского питьевого водопровода. Ее объем должен быть достаточен, чтобы цемент был основательно смочен, но не переувлажнен. Чем меньше в будущем бетоне жидкости, тем выше его прочностные характеристики;
3. Песок. Речной песок со средним и крупным зерном будет оптимальным вариантом мелкого заполнителя. В его составе не должно присутствовать глинистые частицы, органические примеси, которые снижают качество готовых сооружений либо изделий;
4. Щебень либо гравий относятся к категории крупных заполнителей. Помогают создать надежный каркас в структуре сооружения для минимизации процесса усадки.

Свойства готовых бетонов зависят от условий твердения и процентного содержания компонентов. Придать бетонной смеси дополнительных свойств, улучшить водостойкость, прочность, пластичность, морозостойкость и иные полезные свойства помогает применение специальных добавок.

Применение смесей по традиционным рецептам приводит к возникновению целого ряда неприятных проблем:

1. Полости внутри бетонного камня и перепады высот на поверхности. Они образуются в случае нарушения технологии производства смеси, избыточного добавления воды, неправильного уплотнения с помощью строительных вибраторов;
2. Растрескивание. Появляется тогда, когда превышается уровень предельной нагрузки. Также каркас из стальной арматуры может столкнуться с коррозией, любые нарушения пропорций компонентов, которые указаны в технологической рецептуре, грубые изъяны при соблюдении норм производства;
3. Раковины внутри материала. Если во время заливки в форму либо опалубку было произведено недостаточное уплотнение, то плотной структуры не получится. Также слишком жесткий раствор дает такую же проблему. В качестве других причин строители называют: расслоение смеси, заливка ее в форму с недопустимо большого расстояния;
4. Использование при приготовлении смеси компонентов недостаточного качества. В них не должны присутствовать опасные для готового камня: угольная пыль, обожженный доломит, магнезиальная известь. Они ухудшают структуру бетонного камня, его долговечность и прочность;
5. Нарушение рецептурных пропорций составляющих смесей. Если в ней слишком много вяжущего компонента, это не только увеличивает стоимость, но и приводит к чрезмерному уровню усадки и утрате естественной подвижности.

При соблюдении норм и требований производства и твердения бетона, его применения, серьезных проблем не возникает. Необходимо делать поправку на предполагаемую нагрузку, уровень влажности, температуру воздуха, иные тонкости условий.

Сложности легко устраняются с помощью специализированных добавок:

1. Проведение бетонных работ в морозную погоду. В бетонную смесь добавляют противоморозные добавки. Низкая температура не нарушает процесс твердения;
2. Повышение пластичности смеси. Для увеличения подвижности и пластичности бетона помогают пластификаторы. Также стоимость снижается за счет уменьшения цемента, снижается опасность возникновения усадочных трещин;
3. Повышение устойчивости к климатическим капризам и прочности помогают ускорители процесса твердения. Происходит активизация процесса гидратации от 20 до 40 %. Марочная прочность возрастает от 10 до 20 %;
4. Регулирующие подвижность добавки помогают сохранить пластичность и текучесть бетонной смеси при жаркой погоде или перевозке на дальние расстояния.

Дополнительные добавки нередко приводят к ухудшению одного или нескольких свойств бетона. Чаще применяют многофункциональные добавки, которые содержат спектр специальных присадок.

Классификация добавок в бетонные смеси производится по разным признакам.

По происхождению:

• природные;
• синтетические.

По типу:

• неорганические (минеральные). Оксиды, кислоты, соли и иные соединения;
• органические. Имеют ограниченный срок годности;
• сложные. Содержат органические и минеральные компоненты.

По эффекту действия:

• модифицирующие (регулирующие состав);
• добавляющие особые качества бетонной смеси;
• комплексные.

По реакции с вяжущим:

• инертные. Фиброволокно, пигменты, порошки из минеральных веществ. Не вступают в реакцию с вяжущим компонентом;
• химически активные. Нерастворимые минеральные порошки с вяжущими свойствами (зола-унос, молотый шлак), растворимые в воде присадки.

По времени утраты подвижности смесью:

• увеличивающие период утраты данного свойства (транспортировка и работа в условиях низких температур);
• уменьшающие (жаркая погода).

По влиянию на коррозию в стальной арматуре:

• не влияющие на процесс;
• повышающие уровень защиты от коррозии металлов.

Направление динамично развивается, поэтому постоянно появляются новые вещества для улучшения свойств бетонной смеси.

По назначению:

• Водоудерживающие. Не дают смеси быстро терять влагу. Они помогают бетону дольше сохранять пластичность и подвижность в жарком и сухом климате и при иных специфических условиях;
• Воздухововлекающие. Органические вещества поверхностно-активного типа, которые помогают насытить бетон воздухом в процессе перемешивания;
• Газообразующие. Реакция происходит посредством взаимодействия с продуктами гидратации в смеси. Применяют для получения легких бетонов и газобетонов, которые востребованы в частном домостроении и возведении ограждающих конструкций;
• Гидрофобизирующие. Снижают показатель поглощения воды бетонного камня, гидрофобизируют его. Применяются при обустройстве гидротехнических и иных сооружений, которые эксплуатируются при повышенной влажности или в условиях периодического или постоянного контакта с водой.

Примеры других бетонных добавок: 1. Пластифицирующие. Позволяют увеличить подвижность смеси; 2. Противоморозные. Позволяют вести монолитные и бетонные работы в холодное время года даже при сильных морозах; 3. Регулирующие. Влияющие на процесс твердения.

По агрегатному состоянию:

• пастообразные;
• твердые;
• жидкие.

Обычно добавляются в замес вместе с водой.

С помощью присадок и добавок для бетонных смесей можно изменить качества первоначальной смеси.

Увеличение прочности

Если необходимо увеличить прочностные характеристики бетона, в смесь вводят добавки. Их классифицируют по основному действию на смесь либо камень:

1. Суперпластификаторы и пластификаторы. Поверхностно-активные вещества. Они снижают уровень испарения воды и продлевают время работы со смесью. Могут снижать необходимое количество цементного порошка, увеличить прочность бетона на 40 %;
2. Кальций хлористый. Помогает снизить долю цемента в смеси без уменьшения прочности бетонного камня, ускоряет процесс твердения;
3. Микрокремнезем. Повышает устойчивость к воздействию кислот, влаги, высоких температур. Позволяет получить экономию 30 % на снижении массовой доли цемента в бетоне без потери прочностных характеристик;
4. Гидрофобизирующие добавки и пропитки. Позволяют увеличить прочность бетона, его влагоустойчивость и морозостойкость;
5. Фиброволокно. Добавляют в смесь. Повышается сцепление с поверхностью чернового основания, оседания частиц внутри не происходит, микротрещины не появляются, вода лучше удерживается в смеси.

Перед тем, как замешивать большие объемы бетона, следует провести испытания в аккредитованной лаборатории и поэкспериментировать с технологической рецептурой для получения оптимального результата.

Повышение водонепроницаемости

Влагостойкость повышают путем введения в смесь добавок:

1. Пластификаторы и гидрофобизаторы. Данные химические соединения сами не вступают в реакцию со связующими компонентами. Они меняют уровень поверхностного натяжения бетона для повышения водоотталкивающих качеств;
2. Жидкое стекло. Это водный раствор силиката кальция либо натрия. Их микрокристаллы успешно заполняют поры. Бетон приобретает водоупорные и воздухонепроницаемые качества;
3. Кольматирующие добавки проникающего типа. Производят изменения структуры материала в процессе его твердения. Происходит заполнение микротрещин и пор кристаллами, которые являются нерастворимыми. Движение влаги в сооружении останавливается. Воздух и пар проходят через бетон без малейших затруднений.

Принцип действия присадок и добавок прост. Он заключается в том, что они не дают влаге проникать в бетон путем заполнения пор и микротрещин.

Замедление или ускорение схватывания и затвердевания

Если требуется замедлить схватывание смеси, то в ее состав вводят специальные добавки:

• сахарная кормовая патока (от 0,05 до 0,3 % от массы цементного связующего);
• ЛСТ (лигносульфонат технический);
• крахмал;
• декстрин;
• силиконовые масла (кремнийорганические жидкости);
• НТФ (нитрилотриметилфосфоновая кислота);
• «Релаксол-Темп 4».

Эффект замедления процесса твердения встречается почти у всех видов пластификаторов.

Добавки необходимо добавлять в смесь в ряде ситуаций:

• бетонные работы проводят в жаркую погоду;
• если надо сохранить смесь в жидком виде при перевозке специализированным транспортом на длинные расстояния;
• бетон транспортируется посредством трубопровода в случае возведения многоэтажных зданий.

Для ускорения схватывания и затвердевания применяются:

• нитраты кальция или натрия;
• нитрит-нитрат-сульфат натрия;
• сульфат натрия;
• нитрит-нитрат-хлорид кальция;
• хлорид кальция.

При выборе конкретных добавок учитывают: условия на строительной площадке, побочные эффекты (коррозия арматуры из стали и т.п.).

Повышение морозостойкости и стойкости к агрессивным средам

Если эксплуатация конструкции предполагает контакт с агрессивными средами или морозами, требуется принимать меры по приданию смеси стойкости к данным факторам внешней среды. В бетон добавляют:

1. Пластификаторы. Данные добавки повышают его пластичность и подвижность. Также происходит уменьшение содержания цементного порошка в компонентах. Опасность образования трещин усадочного типа снижается;
2. Водоредуцирующие. Помогают повысить морозостойкость и прочность за счет снижения доли воды в составе смеси;
3. Противоморозные компоненты. Реакции в бетоне происходят в нормальном режиме для получения прочного и долговечного бетонного камня при отрицательных температурах.

При выборе добавок важно учитывать следующие показатели:

• марка прочности и морозостойкости;
• степень зернистости;
• расчетный показатель температур зимой;
• класс арматуры усиливающего каркаса конструкции или изделия;
• толщина строения;
• категорию устойчивости к образованию трещин и усадке, иные показатели.

Присадки и добавки в смеси из бетона часто являются химикатами с повышенным уровнем агрессивности. Поэтому при работе следует строго соблюдать все требования безопасности и применять средства индивидуальной защиты (СИЗ).

Улучшение работоспособности и удобоукладываемости бетонной смеси

Для повышения показателей смеси «удобоукладываемость» и «работоспособность» применяют следующие добавки и присадки:

1. Суперпластификаторы и стандартные пластификаторы. Помогают бетону стать проще в работе и снижают массовую долю воды в смеси. Чтобы не получить снижение показателя прочности, пластификатор заливают в количестве, которое указано в рекомендациях производителя;
2. Армирование по всем технологическим правилам. Если применить для повышения прочности конструкции или изделия сетку или арматуру из стальных сплавов, то повышается степень прочности на растяжение и излом. Методика предотвращает растрескивание бетонного камня, если процесс усадки конструкции идет неравномерно;
3. Введение в смесь фиброволокна. Самой надежной и безотказной является базальтовая разновидность. Оно легко интегрируется в структуру бетона при перемешивании. Достигается максимальный уровень прочности;
4. Добавки, которые ускоряют процесс твердения без снижения прочности бетонного камня. Компоненты связующего активнее растворяются. Насыщение ими воды происходит быстрее. Активизируется кристаллизация.

Примеры использования добавок в бетонную смесь в различных строительных проектах

За примерами далеко ходить не придется:

1. При возведении конструкций из кирпича в цементный раствор дополнительно вводят пластификаторы. Добавка увеличивает показатели адгезии, пластичности. Расширяется диапазон рабочих температур;
2. Заливка бетонных полов. Хороший материал для систем «теплые полы». Он должен быть замешан на основе зернистого отсева и с применением свежего цемента. В этом случае камень после твердения станет прочным, с повышенной пластичностью. Это позволит избежать растрескивания в случае столкновения с температурными колебаниями или резким их перепадом;
3. Гидробетон. Тут в смесь добавляют специализированные марки бетонов. Лишних примесей в них быть не должно. Добавки помогают увеличить следующие показатели: воздухововлекающие, противоморозные, гидрофобизирующие, замедлители либо ускорители процесса твердения;
4. Производство густоармированных или тонкостенных изделий либо конструкций с добавлением присадок в зависимости от будущих условий и области эксплуатации;
5. Работы в условиях отрицательных температур или в сильную жару.

Выбор конкретных добавок и их содержание в смеси рассчитываются индивидуально в разрезе проектных характеристик и актуальных условий строительства.

Оценка эффективности использования добавок

Оценка эффективности применения добавок и присадок производится по методике сравнения показателей качества 2 образцов: контрольного и основного бетонного состава.

Оптимальной дозировкой принято считать то минимальное количество присадки или добавки, которые позволяют достичь максимального показателя эффекта.

Оценка может производиться по следующим критериям:

• насколько снизилось содержание воды в смеси без снижения удобоукладываемости (прочность);
• увеличение показателя водонепроницаемости;
• морозостойкие свойства.

Свойства бетонной смеси и добавки для их получения следует выбирать строго в соответствии с индивидуальными задачами и условиями реализации проекта. Необходимо понимать механизм действия добавок с модифицирующими свойствами, их назначение и классификации.

Соображения при выборе добавок: цена, доступность, экологическая безопасность

Следует обратить внимание на ключевые моменты выбора:

1. Цена;
2. доступность: можете ли вы сразу заказать весь объем необходимых присадок и добавок, которые понадобятся вам в рамках конкретной задачи и рабочих условий в разрезе конкретного проекта;
3. Экологическая безопасность. Особенно важный момент, когда речь идет о частном, общественном, многоэтажном жилом домостроении;
4. Производители и поставщики обязательно должны быть надежными и проверенными. Только в таком случае компания или частное лицо получат сертификаты и гарантии на свои добавки. Некачественные компоненты опасны тем, что могут привести к возникновению опасных ситуаций и нежелательных последствий;
5. Цель применения присадок. Нередко они придают смеси несколько дополнительных свойств, которые могут не совсем или совсем не подходить в вашем случае. Грамотный строитель четко понимает, какими свойствами должна обладать модифицированная смесь;
6. Пропорции с применением добавок должны соблюдаться. Все нюансы отражаются в инструкции от производителя. Малейшая неточность или случайная ошибка может испортить дорогостоящий строительный материал. Либо сделать его чрезмерно дорогим и негативно сказаться на длительности строительного цикла.

Рекомендации по выбору добавок в зависимости от конкретных условий и задач

Строители предлагают воспользоваться проверенными рекомендациями:

1. Если работы ведутся в опалубку с подогревом либо в теплое время года, то будет достаточно ввести в смесь 1 пластификатор;
2. Если прочная бетонная смесь заливается в холодный период, то добавляют ускоритель процесса твердения;
3. Если необходимо обеспечить быстрый набор прочности и высокий ее показатель, то выбирают добавки комплексного типа;
4. Морозостойкость повышают путем введения в бетон водоредуцирующие (пластификаторы) добавок. Они ускорят процесс гидратации смеси и улучшат саму структуру искусственного камня. Плотность повышается, воде сложнее проникнуть через бетон;
5. Если требуется достигнуть определенных показателей плотности (бассейн, искусственный водоем и т.п.), тут нужен для чаши бетон с повышенным уровнем водонепроницаемости, а для конструкций несущей категории необходима повышенная прочность.

Экологическую чистоту и безопасность регулируют положения строительных нормативов и технических стандартов.

Безопасность положено подтверждать оценкой санитарно-гигиенических характеристик, санитарно-эпидемиологического заключения уполномоченных на законодательном уровне органов санитарного надзора.

Заключение возобновляется по истечении срока его действия, изменения в технологическом процессе, качества сырья.

Работа с добавками в бетонную смесь предполагает неукоснительное соблюдение требований технических и нормативных документов, техники безопасности, системы стандартов безопасности, утвержденных норм гигиенического типа.

Риски для здоровья и окружающей среды при использовании добавок

Следующие типы рисков возникают при применении добавок в бетонные смеси для окружающей среды и здоровья:

1. Опасность выделения в воздух вредных веществ: фенол, аммиак и иные вредные летучие соединения, которые негативно сказываются на здоровье человека, домашних питомцев и окружающей среде в целом;
2. Коррозия арматуры и бетонного камня. Добавки могут вызывать запуск процесса кристаллизации вредных для его свойств веществ в порах. Также запускать коррозию в камне и арматурном каркасе;
3. Провоцировать загрязнения воды, воздуха, почвы компонентами смеси (производство бетона на заводах): газами, цементной пылью, дым и т.п.

Для адекватной оценки реальной безопасности добавок в бетонные смеси проводят экологическую экспертизу материалов и помещения.

Рекомендации по обеспечению безопасности и экологической чистоты при использовании добавок

Строители советуют выполнять действующие рекомендации для повышения безопасности работ с добавками и присадками в цементную смесь:

• к работе с ними допускают лиц, которые прошли инструктаж по технике безопасности и медицинское освидетельствование по всем правилам;
• обязательно применение спецодежды и средств индивидуальной защиты;
• необходимо точное соблюдение персоналом, который занят на производстве, систем стандартов в части безопасности труда, норм по снижению риска получения травмы, несчастных случаев, утвержденных норм гигиены.

Рекомендации по обеспечению требуемого уровня экологической чистоты:

• недопустимо выделение добавками вредных химических веществ с превышением норм предельно допустимой концентрации (ПДК). Данные показатели утверждаются органами санитарного надзора;
• добавление присадок в бетонные смеси не должно провоцировать ухудшение санитарно-эпидемиологических свойств;
• сточные воды должны утилизироваться по предварительно разработанной схеме;
• тара должна быть утилизирована с учетом актуальных правил и норм.

Бетонные добавки являются динамично развивающимся направлением. В ближайшем будущем возможен прорыв по ряду уникальных направлений:

1. Ультратонкое гибкое волокно. Позволит равномерно распределять нагрузки по всей площади бетонной конструкции. После деформаций всегда будет возвращаться в первоначальное состояние;
2. Споры бактерий и грибки. Эти организмы способны процветать в агрессивных щелочных условиях и подарить смеси уникальные дополнительные свойства. Наиболее востребован будет там, где затруднено проведение регулярных осмотров и мелкого ремонта;
3. Бетоны с проводящими ток свойствами. Придутся к месту для обустройства взлетно-посадочных полос и дорожных покрытий, тротуаров, стоянок и т.п. незамерзающего типа. Для мониторинга деформаций в автоматическом режиме и для специализированного строительства;
4. Наночастицы. Будут снижать риск растрескивания, развития эрозии бетонного камня. Позволят уменьшить количество пустот в структуре, увеличат механическую прочность.

Использование специальных добавок в бетонные смеси открывает широкие возможности для создания высококачественных, долговечных и экологически безопасных строительных материалов, способных удовлетворить самые разнообразные требования современного строительства.