Поверхностно-активные вещества (ПАВ)

Поверхностно-активные вещества(ПАВ) это вещества, которые широко применяют при приготовлении цементных бетонов и растворов в качестве пластифицирующих добавок, в целях экономии расхода цемента и для значительного улучшения их свойств в процессе приготовления и укладки.

Поверхностно-активные добавки собой представляют особую группу органических веществ которых вводят в бетонные или растворные смеси для существенного улучшения их удобоукладываемости. Также ПАВ позволяют существенно уменьшить водоцементное отношение и сократить соответственно расход цемента без снижения прочности бетонных материалов и изделий.

Использование ПАВ в малых дозах(0,05…0,2% от массы цемента) позволяет уменьшить удельный расход цемента  примерно на 8…12% в бетонах и растворах. ПАВ также способны повышать водонепроницаемость, коррозиеустойчивость, морозостойкость и вообще долговечность бетонных изделий и конструкций. Действие ПАВ на цементные системы основано на следующих положениях физической химии.

Читай далее на http://stroivagon.ru добавки в бетон

ПАВ способны повышать поверхностное натяжение у поверхности раздела фаз, например на границах раздела фаз-твердое тело, вода-воздух. Мельчайшие частицы ПАВ адсорбируются , другими словами связываются прочно с внутренней поверхностью раздела тел, образуя на этих поверхностях молекулярные слои толщиной в одну молекулу.

Величина этого адсорбционного слоя относится к диаметру цементной частицы, так же как толщина спички к высоте 30-этажного дома. Применение однако в малых дозах добавок ПАВ к цементным системам существенно меняет их свойства. Используемые в бетонах, цементах и растворах поверхностно-активные добавки, по определяющему эффекту действия на цементные системы условно можно разделить на три группы:

〉 Гидрофилизующие;

〉 Гидрофобизующие;

〉 Воздухововлекающие.

Гидрофилизующие добавки способны при затворении водой вяжущего предотвращать слипание отдельных цементных частиц между собой на определенный срок. В таком случае несколько замедляется коагуляция новообразований, то есть высвобождается вместе с тем некоторое количество воды  которое как бы застревает обычно в коагуляционных структурах. Требуемая удобоукладываемость смеси с добавкой по этой причине достигается при меньшем количестве воды затворения, чем у смеси без добавки.

Наибольшее распространение в практике приготовления цементных бетонов и растворов получили гидрофилирующие добавки на основе лигносульфатов-сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ). Эта добавка способна несколько замедлить твердение бетона в раннем возрасте и поэтому на заводах ЖБИ применяют ее в сочетании с добавками ускорителями твердения бетонных смесей.

Суперпластификаторы — новые эффективные разжижители бетонной смеси — в большинстве случаев представляют синтетические полимеры — производные меламиновой смолы или нафталинсульфокислоты. Применяют суперпластификаторС-3(НИИЖБ) — на основе нафталинсульфокислоты, суперпластификатор 10-03 (ВНИИЖелезобетон) — продукт конденсации сульфированного меламина с формальдегидом и др. При введении в бетонную смесь суперпластификатора резко увеличивается ее подвижность и текучесть.

Воздействуя на бетонную смесь, как правило, в течение 2…3 ч с момента введения, суперпластификаторы под действием щелочной среды подвергаются частичной деструкции и переходят в другие вещества, безвредные для бетона и не тормозящие процесса твердения. Суперпластификаторы, вводимые в бетонную смесь в количестве 0,15…1,2% от массы цемента, разжижают бетонную смесь в большей мере, чем обычные пластификаторы. Пластифицирующий эффект сохраняется, как правило, 1…2 ч после введения добавки, а через 2…3 ч он уже невелик.

Суперпластификаторы используются в бетонах как единолично, так и в комплексе с другими добавками, например с сульфитно-дрожжевой бражкой (СДБ) и нитрит-нитрат-хлоридом кальция (ННХК). При использовании комплексной добавки содержание каждой добавки составляет:«10-03»— 0,3.- 1,2%; ННХК—1,5…2,5% и СДБ—0,1…1,15 % от массы цемента.

Суперпластификаторы позволяют существенно снизить В/Ц, повысить подвижность смеси, изготовить изделия высокой прочности, насыщенных арматурой из изопластичных смесей.

Гидрофобизующие добавки, как правило, существенно повышают нерасслаиваемость, связанность бетонной (растворной) смеси, находящейся в покое. При действии внешних механических факторов (при перемешивании, укладке и т. д.) бетонная или растворная смесь с добавкой отличается повышенной пластичностью. Такое свойство гидрофобизующих смесей объясняется специфическим смазочным действием тончайших слоев по-верхностно-активныхвеществ, распределяемых в смеси.

Кроме того, эти добавки предохраняют цементы от быстрой потери активности при перевозке или хранении. В качестве гидрофобизующих добавок раньше применялись в основном природные продукты — некоторые животные жиры, алеиновая и стеариновая кислоты. Развитие химической промышленности дало возможность широко использовать новые гидрофобизующие добавки— битумные дисперсии (эмульсии и эмульсосуспензии), нафтеновые кислоты и их соли, окисленные, синтетические жирные кислоты и их кубовые остатки, кремнийорганические полимеры и др.

Воздухововлекающие добавки

Воздухововлекающие добавки позволяют получать бетонные (растворные) смеси с некоторым дополнительным количеством воздуха. Чтобы повысить пластичность смеси, обычно увеличивают объем вяжущего теста. Вовлекая воздух, увеличивается объем вяжущего теста без введения лишнего цемента. Поэтому удобоукладываемость такой системы повышается.

К тому же воздухововлекающие добавки образуют и ориентированные слои, активные в смазочном отношении. Широко применяют воздухововлекающие добавки на основе смоляных кислот: смолу нейтрализованную воздухововлекающую (СНВ), омыленный древесный пек и др.

К ускорителям твердения цемента,увеличивающим нарастание прочности бетона, особенно в ранние сроки, относятся хлорид кальция, сульфат натрия, нитрит-нитрат-хлоридкальция и др.

Влияние хлористого кальция на повышение прочности бетона объясняется его каталитическим воздействием на гидратацию C3S и C2S, а также реакцией с С3А и C4AF. Ускорители твердения не рекомендуется применять в железобетонных конструкциях и предварительно напряженных изделиях с диаметром арматуры менее 5 мм и для изделий автоклавного твердения, эксплуатирующихся в среде с влажностью более 60%. Сульфат натрия может вызвать появление высолов на изделиях.

В нитрит-нитрат-хлоридекальция ускоряющее действие хлорида сочетается с ингибирующим действием нитрата кальция. Противоморозные добавки — поташ, хлорид натрия, хлорид кальция и другие — понижают точку замерзания воды, чем способствуют твердению бетона при отрицательных температурах. Для замедления схватывания применяют сахарную патоку и добавки СДБ, ГКЖ-10иГКЖ-94.

Пено- и газообразователи применяют для изготовления ячеистых бетонов. К пенообразователям относятся клееканифольные, смолосапониновые, алюмосульфонафтеновые добавки, а также пенообразователь ГК. В качестве газообразователей применяют алюминиевую пудру ПАК-3 и ПАК-4.

Комбинированные добавки, например пластификатор СДБ, ускоритель твердения (хлористый кальций) с ингибитором (нитратом натрия), способствуют экономии цемента. При этом ускоритель твердения нейтрализует некоторое замедление твердения смеси в раннем возрасте.

Специальные добавки обеспечивают получение водонепроницаемых растворов или бетонов, регулируют сроки схватывания и др.

 

Во время приготовления бетонных смесей добавляют следующие виды химических добавок, которые способны улучшить характеристики бетонной смеси и уменьшить расход цемента:

1.Индивидуальные- ПАВ,электролиты,полимерные смолы и другие.

2. Комплексные -ПАВ ( СДБ+ГКЖ-94,СДБ+СНВ и другие),комплексные электролиты следующих соединений(ННК+ННХК).

3.Комплексные- ПАВ и электролиты(СДБ+Na2SO4; СДБ+ННХК, СДБ+Na2SO4; СДБ+NaNO3 и другие.

Пав используются также довольно широко и в виде пластифицирующих добавок, которые позволяют не только экономить цемент но и интенсифицировать процесс твердения .Также за счет использования  пластифицирующих добавок,удается снизить энергозатраты при приготовлении бетонных смесей. Применении ПАВ в рациональных, и строго дозированных количествах, позволяет снизить энергозатраты во время приготовления бетонных смесей до 50 процентов.

Широко используются на ряду с другими видами добавок суперпластификаторы С-3,НИЛ-10 ,С-4,10-03,КМБ и другие.Использование таких пластификаторов позволяет увеличивать на много прочность бетона,уменьшить водопотребность бетонной массы не уменьшая подвижность и удобоукладываемость.использование суперпластификатора 10-03 показало что увеличение подвижности бетонной смеси происходит  в 7 раз.

При уменьшении доли цемента и при использовании такого же пластификатора 10-03,водопотребность бетонной массы уменьшается в два раза.Прочность бетонной массы,при этом после суточного твердения возрастает примерно до 70 процентов,а при тепловой обработки до 20 процентов.

Суперпластификаторы готовятся на основе меламиноформальдегидных смол.Также на основе продуктов конденсации нафталинсульфокислоты,формальдегида,модифицированных лигносульфонатами.На ряду с этими суперпластификаторами на предприятиях по производству бетонов применяются активно и более дешевые пластификаторы.

В частности в роли ПАВ широко используют более дешевую добавку -хлорид кальция в качестве ускорителя твердения вяжущих веществ.Но такой пластификатор вызывает коррозию стальной арматуры и уменьшает стойкость бетона ( цементного камня) в сульфатной среде. Поэтому применение такой добавки в бетонах ограничено.

Сульфат натрия используют преимущественно при тепловлажностной обработке бетона.Использование сульфата натрия  дает снижение расхода цемента до 10 процентов,а также сокращается время тепловлажной обработки бетона, цикл обработки может сократится от 20 до 30 процентов.

Нитрат натрия также применяется в основном при тепловлажной обработки бетонной смеси. Использование нитрат натрия совместно с пластификатором СДБ сокращает время пропаривания до 25%, а расход цемента уменьшается до 14%. Для увеличения водопроницаемости бетона в состав бетона вводят нитрат кальция.

Комплексные добавки

Комплексные добавки в основном влияют на такие важные характеристики бетона, как темп роста прочности бетона,подвижность,сроки схватывания, усадка, морозостойкость, коррозионная стойкость и другие.

Применение комплексных добавок в бетонной смеси главным образом вызвано необходимостью уменьшить коррозию стальной арматуры,усадку,а также возможность увеличения прочности. Введение комплекса таких солей как CaCl2+NaNO2, позволяет исключить практически полностью коррозию стальной арматуры. Коррозия арматуры в бетоне происходит  за счет агрессивных ионов хлора, которые регулируется солями CaCl2+NaNO2. Для увеличения прочности в бетонную смесь вводят хлорид кальция.

Применение добавки Na2SO4 ( от 0,8 до 1.2 % ) совместно с СДБ (0,15…0,2%)  при использовании кассетной технологии ,существенно снижается расход цемента -от 8 до 10 процентов.Экономить цемент и сокращать время затраченное на пропаривание бетонных изделий позволяет также добавка СДБ+NaOH. Влияние расхода цемента на прочность пропаренного бетона с добавками : KCl + (0,5 + 1,2)% Na2SO4 и Na2S2O3 + (0,7 + 1)% Na2SO4 и других показано в таблице-1.

Таблица-1. Влияние вида и количество комплексных добавок на расход цемента

 

 

 

 

 

Предложенные комплексные добавки позволяют снизить расход цемента с 350 до 298 кг/м³, то есть получить экономию до 15% вяжущего с сохранением отпускной и марочной прочности бетона. В связи с ограниченным  обеспечением строительной индустрии электролитами большое значение имеет их применение в комплексе с ПАВ. При этом резко повышается эффективность химических добавок, сокращается в 3…6 раз потребное количество электролитов.

При добавке ННХК в количестве 2…3 % от массы цемента заданная подвижность бетонной смеси достигается при меньшем ( на 6,1…6,5 %) расходе цемента. При добавке 0,5 % ННХК пластифицирующее действие отсутствует. Применение комплексной добавки из СДБ и 0,5 % ННХК оказывает сильное пластифицирующее действие и позволяет не только снизить расход цемента на 10% но и уменьшить жесткость смеси с 19 до 10 с.

Введение комплексных добавок из ПАВ и ННХК улучшает  технологические свойства бетона. При введении в бетон комплексных добавок ( при соответствующем сокращении расхода цемента на 9…12 %) получается бетон с F 500…F 1000,что увеличивает срок службы конструкций. Предельное количество пластифицирующих добавок в расчете на сухое вещество приведено в таблицу-2.

Таблица-2. Рекомендуемое количество пластифицирующих добавок а также пластифицирующе-воздухововлекающих добавок для тяжелого и легкого бетонов.

 

 

 

 

 

Рекомендуемое количество воздухововлекающих добавок для тяжелых и легких бетонов ,% по массе следующее:

СНВ, СПД, ЦИНПС 1-0,005…0,025;

КМ, БС, ГК, СМПН-0,05…0,15;

ГКЖ-94-0,06…0,08( расход приведен по сухому веществу).

 

 

***** РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!

*****