Цементные бетоны с новыми поликарбоксилатными
гиперпластификаторами серии "Биопан™"
В последние годы в архитектурно-строительной инфраструктуре четко наметились тенденции к применению сложнейших инновационных конструктивных железобетонных элементов, требующих применения бетонных смесей и бетонов с высокими строительно-техническими свойствами: интенсивным структурообразованием, высокой прочностью, плотностью, морозостойкостью, деформативностью, устойчивостью к различным видам агрессии и т.д.
Повсеместное получение таких долговечных бетонов сдерживается значительными трудностями, возникающими, как на стадии подбора материалов для бетонных смесей, их оптимального соотношения и приготовления на бетонном заводе, так и на стадии их транспортирования и укладки на месте производства работ.
В современной прогрессивной технологии получения бетонных смесей, отвечающих самым высоким стандартам качества, доминирующую роль играют различного назначения и химического состава добавки-модификаторы. Современный уровень химизации отрасли дает практически неограниченные возможности для целенаправленного регулирования физико-механических и структурно-реологических свойств получаемых с применением таких добавок бетонных композитов.
Привилегированное положение среди химических модификаторов занимают пластифицирующе-водоредущирующие добавки, количество разновидностей которых растет с каждым годом. Получившие широчайшее распространение, ввиду своей высокой эффективности, они стали неотъемлемой частью любой бетонной смеси.
Ставшие уже традиционными в России добавки на основе лигносульфонатов и полинафталинсульфонатов хотя и занимают пока доминирующее положение среди пластификаторов, но, как и в ведущих промышленно развитых странах, постепенно уступят свой сегмент рынка новым высокоэффективным полимерам на поли(акрил)карбоксилатной основе. Это объясняется не только все более и более широким использованием новых типов бетонных смесей (литых, самоуплотняющихся), требующих обязательно введения в состав такого типа модификаторов, но и их высокой технико-экономической эффективностью.
Еще несколько лет назад широкое применение полимерных гиперпластификаторов сдерживалось не только их высокой, по сравнению с традиционными добавками, стоимостью, но и не готовностью персонала бетонных и железобетонных заводов, а также потребителей бетона, к новым технологическим особенностям приготовления и работы с бетонными смесями, содержащими сложные многокомпонентные полимерные диспергаторы.
Немаловажной сдерживающей практическое применение особенностью модификаторов данного типа является также их избирательный характер влияния (высокая чувствительность) к химико-минералогическому составу цемента. Например, подвижность бетонных смесей, содержащих гиперпластификатор одного вида, но приготовленных с использованием различных цементов, уменьшается с увеличением содержания ионов сульфата в цементе.
В настоящее время идет процесс интенсификации использования высокотехнологичных бетонных смесей и бетонов с полимерными гиперпластификаторами, все более сложной и совершенной становится их молекулярная структура, все более привлекательным становится их ценовой коридор.
В результате продолжительной поисковой работы сотрудников научно-производственной лаборатории (НПЛ) "Биотех-Лаб", являющейся структурным подразделением компании "Биотех", с участием отраслевой научно-исследовательской лабораторией (ОНИЛ) "Цемент" Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета), была разработана и запущена в производство линейка полимерных многокомпонентных полифункциональных гиперпластификаторов на поликарбоксилатной основе "Биопан™".
Добавки серии "Биопан 7" позволяют снизить водопотребность бетонных смесей на 20…25%, обеспечить сохраняемость удобоукладываемости в течение 3…4 часов, как благодаря эффекту электростатического диспергирования, так и благодаря эффекту стерического отталкивания боковых цепей полимерной составляющей. Стоит также отметить, что гидрофильный стерический защитный барьер, формирующийся за счет прочных водородных связей при взаимодействии кислородных атомов эфирных связей в дисперсионной среде и молекул воды, является фактором, в значительной мере способствующим дисперсионной устойчивости, т.е. однородности и стабильности (нерасслаиваемости) бетонной смеси.
В табл. 1 и 2 представлены составы бетонных смесей общестроительного назначения и для транспортного строительства, а также прочностные характеристики бетонов из этих смесей. В экспериментах использовались следующие материалы: портландцемент ПЦ 500-Д0-Н Мальцовского цементного завода; песок кварцево-полевошпатовый Мкр=2,5; щебень гранитный Фр. 5…20 мм.
Из приведенных данных, следует, что прирост прочности бетона в проектном возрасте с добавкой "Биопан 7" (табл.1, рис. 2) достигает 190% и более прочности бетона контрольного состава, что существенно превосходит ожидаемую прочность, которую можно ориентировочно определить по известной формуле Боломея-Скрамтаева. Столь большой прирост прочности объясняется, по нашему мнению, которое согласуется и работам специалистов кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов РХТУ им. Менделеева, изменением морфологии кристаллогидратов цементного камня в сторону образования большего количества мелкодисперсных фаз, значительно более сильно уплотняющих структуру цементного камня, способствующих сведению к минимуму дефектов и неоднородностей.
Добавки линейки "Биопан 7" хорошо совместимы с повсеместно используемыми в РФ воздухововлекающими добавками (СНВ, СДО). В табл. 2 приведены некоторые составы бетонных смесей для транспортной инфраструктуры. Сохраняемость удобоукладываемости таких смесей – высокая (рис. 1), и доходит до 3 ч.
Важным показателем долговечности бетона конструкций и сооружений, особенно таких, как дорожные и аэродромные покрытия, является его деформативность. В этой связи, специалистами НПЛ "Биотех-Лаб" были определены модули упругости бетонов для транспортного строительства, измеренные в соответствии с требованиями ГОСТ 24452-80. Их значения составили: для состава №1 – 34265 МПа, состава №2 – 38770 МПа. Полученные результаты свидетельствуют об однородной структуре, не склонной к хрупкому разрушению.
Результаты проведенных экспериментов свидетельствуют о возможности получения бетонных смесей и бетонов с высокими показателями по морозостойкости, водонепроницаемости и стойкости к различным видам агрессии при использовании добавок "Биопан 7".
Несмотря на сложную экономическую обстановку в стране, компания наращивает темпы исследований в области прогрессивных полимерных диспергаторов поликарбоксилатного типа. Так, ввиду высокой технико-экономической эффективности рассматриваемых модификаторов и возможности их широкого использования в различных областях строительного производства, специалистами компании, совместно с ОНИЛ "Цемент" МАДИ (ГТУ), продолжаются комплексные всесторонние исследования строительно-технических свойств бетонных смесей и бетонов с добавками линейки "Биопан™". Изучение влияния современных гиперпластифицирующих добавок на физико-механические и деформативные показатели бетона, в том числе в длительные сроки твердения, позволит с высокой надежностью проектировать, возводить и эксплуатировать конструкции различной степени сложности, в том числе сооружения транспортной инфраструктуры.
Ни для кого не секрет, что на современном этапе развития строительной индустрии, физико-химические свойства цементов значительно разнятся от партии к партии, даже при постоянной работе без посредников с одним цементным заводом, не говоря уже о перевалочных станциях, где зачастую бесконтрольно смешиваются цементы не только разных производителей, но и разных марок. В связи со сложившейся обстановкой технологам бетонных заводов зачастую приходиться корректировать расход модификаторов и количество воды затворения для достижения постоянства показателей бетонных смесей. Учитывая вышесказанное, специалисты компании "Биотех" практикуют индивидуальный подход к каждому потребителю своей продукции и, по его желанию, производят необходимую корректировку состава добавок (их адаптацию), вплоть до индивидуальной разработки модификатора, под конкретные требования.
Одним из направлений деятельности НПЛ "Биотех-Лаб", помимо выполнения входящего, операционного, периодического и приемо-сдаточного контролей сырьевых компонентов и готовой химической продукции компании, разработки новых высокоэффективных добавок, являются совместные с потребителями исследования бетонных смесей и бетонов, на что лаборатория имеет все необходимое оборудование и сертификат соответствия менеджмента качества ИСО 9001.
