Воздухововлекающие добавки

Воздухововлекающие  добавки

Поверхностно-активные органические вещества, способствующие вовлечению в бетонную смесь при ее перемешивании  мелкодисперсного воздуха, равномерно распределенного в бетоне. Воздухововлекающие добавки принадлежат к тому классу химических соединений, который называют поверхностно-активными веществами (ПАВ). К ним относятся вещества, молекулы которых адсорбируются  на границе воздух-вода или твердое  тело-вода. В результате молекулы концентрируются  на границе межфазовой, что обусловлено  особенностями их строения, поскольку  одна часть молекул полярна, другая не полярная, следовательно, им присуще двойственность свойств, обусловленная присутствием полярных ("головка") не полярных ("хвосты") функциональных групп. Последние состоят обычно из относительно длинного углеводородного радикала, содержащего более чем 8-10 углеродных атомов, что важно для поверхностной активности молекул. Воздухововлекающие добавки предназначены для вовлечения в бетонную смесь заданного объема воздуха и создания в затвердевшем бетоне системы замкнутых и равномерно распределенных по всему объему воздушных пор.

Воздухововлечение – процесс образования в бетоне большого числа воздушных пузырьков, которые распределены в матрице из цементного камня, скрепляющего заполнитель. Хотя воздушные пузырьки распределены в объеме цементного камня, они остаются самостоятельной фазой. Для их образования в бетонную смесь вводят так называемые воздухововлекающие добавки. Этот класс добавок открыт случайно в конце 30-х годов, когда обнаружили, что дорожные плиты, изготовленные в штате Нью-Йорк на некоторых видах цемента, оказались менее морозостойкими, чем на других цементах. Анализ показал, что в последние при помоле ввели вещества, содержащие рыбий и животные жиры и стеарат кальция, обладающие воздухововлекающим действием. С этого времени воздухововлечение стало существенным фактором повышения морозостойкости бетона при его попеременном замораживании и оттаивании. Поскольку воздухововлекающие добавки оказались полезными и в некоторых других отношениях, их стали применять независимо от того, требовалось ли повысить долговечность бетона или эта задача не ставилась, за исключением тех случаев, когда возникала необходимость получить особо прочные бетоны.

Воздухововлекающие добавки  относятся к третьей группе классификации  по ГОСТ 24211-2003. Действие этих добавок, например смолы нейтрализованной воздухововлекающей (СНВ), своеобразно. Как известно, вода вследствие высокого поверхностного натяжения  не способна пениться. Но когда в  воду вводят СНВ, поверхностное натяжение  воды существенно понижается (а эта  добавка, в сущности, представляет собой  техническое мыло) и возникает  микропена, при этом большое количество мельчайших воздушных пузырьков заключено между тонкими слоями жидкости. Обычно, чтобы улучшить пластичность смеси, увеличивают количество цемента и воды. При введении добавок СНВ растворная или бетонная смесь вовлекает 6–8% воздуха и удерживает его. Таким образом, в бетонной смеси объем цементного теста увеличивается на 6-8%. Поскольку реологические и технологические свойства бетонной смеси в основном зависят от объема цементного теста и его вязкости, то в этом случае подвижность бетонной смеси увеличивается, при этом наиболее значительно в смесях с относительно малым расходом цемента (220-270 кг/м3). К тому же воздухововлекающие добавки образуют и ориентированные молекулярные слои, активные в смазочном отношении. При повышенном воздухововлечении возможно уменьшение плотности бетона, а так же снижение его прочности.

Виды воздухововлекающих добавок

Применяемые на практике воздухововлекающие добавки по химической природе можно  классифицировать следующим образом:

1. соли, получаемые из  древесной смолы;

2. синтетические моющие  вещества;

3. соли лигносульфоновых  кислот;

4. соли нефтяных кислот;

5. соли, получаемые из  протеинов;

6. соли органических сульфокислот.

Наиболее широко используются вещества первой группы, известные  под названием нейтрализованный винсол. Винсол – нерастворимый остаток процесса очистки и экстракции из него основного скипидара. Это смесь фенолов, кислот и других веществ. После нейтрализации едким натром становится водорастворимым и в таком виде поступает в продажу как воздухововлекающая добавка.

Вторая группа добавок  – алкиларилсульфонаты. Обычно их алкильные группы представляют собой нефтяные остатки, конденсированные с бензолом и затем сульфированные и нейтрализованные для получения растворимых солей – чаще всего натровых. Алкильные группы содержат 12 атомов углерода.

Третью группу сравнительно редко используют в качестве воздухововлекающей добавки из-за не высокой воздухововлекающей способности. Получают как попутный продукт целлюлозно-бумажного производства.

Четвертая группа веществ  – побочные продукты нефтеперерабатывающей  промышленности, которые производят путем обработки серной кислотой нефтяных кислот с последующей нейтрализацией, как правило, едким натром. Если нейтрализацию  осуществляют триэтаноламином, получают вещества седьмой группы.

Пятую группу веществ вырабатывают из отходов животного происхождения, переведенных в соли. Это сравнительно слабые воздухововлекающие агенты, поэтому  используют их редко. Шестую группу веществ  получают из разных продуктов: отходов  мыловарения и растительных масел. Обычно длина алкильных групп  в таких ПАВ состоит из 12-20 атомов углерода. Кроме того, в эту группу входят и продукты переработки таллового масла, получаемого как полупродукт в целлюлозно-бумажной промышленности и состоящего частично из непредельных кислот и смол. Низкая стоимость веществ делает их перспективными для применения.

Воздухововлекающие добавки  вводят вместе с водой затворения. Если кроме них предусмотрены и другие добавки, то предпочтительно их раздельное введение, поскольку в ряде случаев в результате реакции между ними снижается эффект воздухововлечения. Долговечность большинства воздухововлекающих добавок не менее года; в процессе хранения они не меняют своих свойств, в том числе и при замораживании. Они не токсичны, поэтому не требуют специальных мер предосторожности, однако следует выполнять требования, предписанные производителями этих добавок. Воздухововлекающие добавки можно применять при использовании бетонов не только на портландцементе, однако при работе со смешанным цементом следует вводить большие дозы таких добавок для обеспечения требуемого воздухововлечения.

Применение. Используют главным  образом для повышения морозостойкости  бетонов и растворов.  Использование  воздухововлекающих добавок повышает удельную поверхность условно замкнутых  пор примерно в 2 раза по сравнению  с бетонами без добавок, но дает большие  колебания в отношении их суммарного объема и размеров. Применение скоростного  перемешивания бетонной смеси с  воздухововлекаюшими добавками приводит к значительному выравниванию их размеров.

Эти добавки понижают прочность  бетона (1% вовлеченного воздуха снижает  прочность бетона на сжатие на 3%), поэтому  не следует в бетонную смесь с  целью ее пластификации вводить  большое количество воздухововлекающей добавки. Содержание вовлеченного воздуха  составляет обычно 4 ... 5%. В этом случае прочность бетона не снижается, так  как отрицательное влияние вовлеченного воздуха нейтрализуется повышением прочности цементного камня вследствие уменьшения водоцементного отношения  за, счет пластифицирующего эффекта  добавки. Воздухововлекающая добавка  гидорофобизирует поры и капилляры бетона, а воздушные пузырьки служат резервным объемом для замерзания воды без возникновения больших внутренних напряжений. Это позволяет повысить водонепроницаемость и морозостойкость бетона.

Смола древесная омыленная (СДО)

Смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ)

Смолу древесную омыленную  получают путем омыления частично конденсированной древесной смолы щелочью. Использование  СДО позволяет снизить на 50-250 кг/м3 плотность бетона, улучшить удобоукладываемость бетонной смеси, уменьшить ее расслоение, сократить продолжительность формования изделий, снизить водопотребность смеси, улучшить деформационные и теплофизические свойства, дозировка 0,1-0,3 % от массы цемента. СДО используют в качестве противоморозной (при введении СДО понижается точка замерзания), воздухововлекающей и пластифицирующей добавки.

Смола нейтрализованная воздухововлекающая является натриевой солью абиетиновой  кислоты. СНВ применяется для  повышения морозостойкости и  водонепроницаемости бетона, уменьшения расслаиваемости бетонной смеси при транспортировании, повышения удобоукладываемости смеси, рекомендуемая дозировка 0,005-005 % от массы цемента. Добавление СНВ в бетонную смесь позволяет повысить содержание пузырьков воздуха, уменьшить их размер. Применяется при производстве монолитного бетона повышенной морозостойкости, строительстве мостов, аэродромов в условиях крайнего севера, вечной мерзлоты, в бетонах конструкциях гидротехнических, транспортных и промышленных сооружений.