Пластификаторы имеют колоссальное значение в современном строительном секторе. Они способствует снижению водно-цементного соотношения и сохраняют подвижность бетонной смеси, повышают легкоукладываемость, придают прочность и долговечность конструкциям.

Обзорная работа по исследованию суперпластифицирующих добавок (СД) и свойств цементных композиций представлены в работе [1]. Механизм диспергирующего и реологического действия СД различных классов на цементно-водные системы связан со следующими физикохимическими процессами: адсорбцией молекул СД на поверхности цементных частиц; коллоиднохимическими явлениями предотвращения коагуляцию; электрокинетическим явлением, которые определяют электростатическое отталкивание частиц.

Химизм действия СД связано с присутствием кислородсодержащих функциональных групп в молекуле, на которых локализован или делокализован отрицательный заряд за счет ионизации мономерной или олигомерной молекулы при рН ? 7. Адсорбция СД происходит вследствие нуклеофильной атаки активных центров поверхностных частичек. Адсорбционная и суперпластифицирующая способность зависит от значения индукционных эффектов, мезомерных (резонансных) эффектов и связей вследствие делокализации и растекания электронов по анионоактивной функциональной группе или в целом по молекуле. Для обеспечения максимального разжижающего эффекта СД не должны способствовать образованию пространственных коагуляционных структур, как в объеме, так и в поверхностных слоях твердых веществ при адсорбции. Они должны препятствовать протеканию многослойной адсорбции воды на поверхности частиц и способствовать образованию минимальной прослойки динамически свободной воды, переводя полусухие порошки в жесткие пасты и жесткие пасты в жидкообразное состояние [2].

В работах [3, 4] выявлено влияние на механизм действия СД следующих факторов: моно - или полимолекулярная адсорбция СД на поверхности гидратных структур. При этом снижается межфазная энергия и обеспечивается дезагрегация частиц, высвобождается большая часть свободной Н2О, обеспечивающей пластифицирующий эффект; изменение коллоидно-химических явлений на границе раздела фаз в присутствии СД; химические взаимодействия между цементными минералами, продуктами их гидратации и СД.

СД оказывают существенное влияние на морфологию гидратных фаз. В процессе адсорбции уменьшается рост кристаллов, и, следовательно, структура цементного камня становится более дисперсной и плохо закристаллизованной. Сорбируясь на наиболее активных гранях, добавки СД изменяют форму гидратных фаз, которые становятся короче и тоньше, изменяется их анизометрия.

Механизм пластифицирующего действия СД зависит от степени поликонденсации п. Максимальный эффект обеспечивают высокомолекулярные (п = 10-17), а не олигомерные СД. Кроме того, с ростом длины цепи увеличивается вероятность появления связующего эффекта одновременной адсорбции полимерных молекул на двух частицах и более вяжущего, и это может привести к снижению дезагрегирующей способности СД.

По своей природе СД делятся на 4 класса: сульфированные меламиноформальдегидные смолы; продукты конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида; модифицированные (без углеводов) лигносульфонаты и добавки на основе поликарбоксилатов и т.д.

СД - анионоактивные коллоидные органические вещества с большим количеством полярных групп в цепи. При адсорбции на зернах цемента и новообразованиях СД создают эффект отталкивания. В основном это обусловлено формами цепей и характером зарядов на поверхности зерен цемента и гидратов. Применение СД позволяет повысить пластичность растворных и бетонных смесей в 3-4 раза.

Действие СД заканчивается в течение 2-3 часов с момента их введения, а после начального замедления процессов гидратации и формирования структуры коагуляции происходит ускорение упрочнения бетона. Это объясняется тем, что адсорбционный слой добавки на поверхности зерен цемента проницаем для Н2О, а дефлокулирующий эффект СД увеличивает контактную поверхность цемента и Н2О, приводя к увеличению степени гидратации и увеличение числа гидратированных новообразований.

В общем виде пластифицирующая и адсорбционная способность СД различных классов определяется несколькими факторами, главными из которых являются длина и строение углеводородной цепи и молекулярная масса соединения. Следовательно, пластификаторы линейной структуры действуют намного эффективнее, особенно при наличии радикалов большой молекулярной массы, например, антрацен, меламин, нафталин, фенол и с активными радикалами: сульфогрупп, аминогрупп и карбоксигрупп моно - или поликарбоновых кислот.

В бетонные смеси вводят водные растворы СД с концентрацией в пределах 0,3-1,5% от массы цемента. Количество СД для растворов и бетонов на основе высокоалюминатных цементов, возрастает, т.к. интенсивность уменьшения подвижности бетонной смеси во времени зависит от количества метастабильных гидроалюминатов кальция, образующихся в цементных системах на ранних этапах гидратации.

К среднепластифицирующим добавкам относятся вещества гидрофильного типа - лигносульфонаты, некоторые эфиры и др., молекулы которых содержат значительное число функциональных групп различной полярности и неполярные радикалы.

При адсорбции на частицах цемента часть полярных групп направлены в сторону твердой фазы, а другая часть (как правило, неполярные органические радикалы) направлены наружу. Такой адсорбционный слой влияет прежде всего на состояние зерен цемента. Однако, пленка может быть моно - или бимолекулярной (в зависимости от дозировки пластификатора), за счет дальнодействующих межмолекулярных сил она удерживает объемные слои Н2О, создающие гидродинамическую смазку между частицами.

Важной особенностью гидрофильных пластификаторов является их пептизирующее действие. Пептизация происходит в результате того, что агрегаты разделяются на отдельные частицы под влиянием раздвигающего действия активной поверхности цементных частиц в процессе гидратации и гидролиза, и, следовательно, взаимодействие цемента с Н2О ускоряется и уменьшает количество непрореагировавшего клинкерного материала.

Обычные пластификаторы, даже при небольших концентрациях (0,2-0,25 % от массы цемента) замедляют процессы гидратации и твердения цементных материалов. Ингибирование связано с адсорбцией добавок на поверхности цементных минералов и новообразований. Повышение концентрации пластификаторов в смеси проницаемость адсорбционных слоев понижается, что приводит к значительному замедлению процессов гидратации и твердения и, следовательно, к снижению прочности бетона. Такой механизм действия, характерный для ряда гидрофилизирующих СД, связан с особенностями пространственного строения молекул этих соединений. Замедление роста отдельных зародышей приводит к увеличению их общего числа, т.е. значительно увеличивается дисперсность кристаллических продуктов гидролиза и гидратации цемента, что может положительно влиять на плотность формирующихся структур, деформационную емкость, деформативную способность цементного камня и предельную растяжимость бетона.

При высоких концентрациях СД происходит увеличение вязкости среды и увеличение адсорбции СД до гидратных новооброзований, что приводит к значительному замедлению процесса твердения бетона. В случае передозировки гидрофилизирующего СД возможно вовлечение пузырьков воздуха в бетонную смесь.

Пластифицирующий эффект анионоактивных олигомеров на основе лигносульфонатов зависит от степени конденсации молекулы. Активными функциональными группами в лигносульфонатах с различными катионами являются сульфо - и гидроксильные группы, способные к хемосорбции с поверхностью твердой фазы [2].

Механизм действия пластифицирующе-воздухововлекающих добавок (вещества гидрофобного типа) связано с вовлечением в бетонную смесь мельчайших пузырьков воздуха и образовании на поверхности зерен цемента тонких мономолекулярных гидрофобных пленок. Следовательно, резко уменьшается смачивание цементных зерен водой, что приводит к замедлению реакций гидратации и гидролиза клинкерных минералов.

Количество вовлеченного воздуха может составлять до 5 % от объема смеси и происходит увеличение объема цементного теста, выполняющего роль реологической матрицы и возникает эффект пластификации. Наиболее эффективным являются пластификаторыгидрофобного типа в "тощих" смесях.

Слабопластифицирующие добавки, как и гидрофилизирующие, замедляют период начального структурообразования и рост пластической прочности цементных смесей.

пластифицирующая добавка бетонная смесь

Список литературы

1. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. М.: Технопроект, 1998. - 768 с.

2. Калашников В.И. Основы пластифицирования минеральных дисперсных систем для производства строительных материалов. Воронеж, 1996. - 90 с.

3. Ратинов В.Б. Добавки в бетон. М.: Стройиздат, 1989. - 188 с.

4. Добролюбов Г. Прогнозирование долговечности бетона с добавками. М.: Стройиздат, 1983. - 212 с.

Размещено на Allbest.ru