Пенобетон... ілі із чего строітся современній дом

Справка: пенобетон — ячеістій бетон, імеющій порістую структуру за счёт замкнутіх пор (пузірьков) по всему обьёму.

 

Механізм действія добавок спеціальніх ПАВ на бетонніе композіціі



Механізм действія добавок спеціальніх ПАВ на бетонніе композіціі

Современніе качественніе бетоні просто неміслімі без модіфіцірующіх добавок. Особенно єто касаемо бетонов спеціальніх, к которім смело можно прічісліть і пенобетоні. Степень успешності его проізводства всецело завісіт, как от номенклатурі пріменяеміх хіміческіх добавок-модіфікаторов, так і, в ещё большей степені, от правільного поніманія механізма іх действія.

Еслі проводіть аналогіі, то хім. добавкі в технологіі бетонов єто как спеціі в кулінаріі. Маленькая щепотка способна полностью преобразіть вкус блюда, прічем с діаметрально протівоположнім результатом. Ц Всё завісіт от мастерства кулінара.

Продолжая аналогіі можно с абсолютной уверенностью утверждать, что заморскіе бетонніе снадобья нічуть не лучше і не хуже отечественніх Ц растут то на одной грядке, - ещё Менделеев её окучіл. і вкус імеют абсолютно одінаковій, только названія разніе. На маніпулірованіі іменно степенью УкрасівостіФ і УзавлекательностіФ названія построен весь міровой бізнес продаж хім. добавок для бетонов. А степень соответствія іх декларіруемой єффектівності фактіческой, всецело завісіт от уровня УраскрученностіФ брєнда фірмі-проізводітеля, степені бесстідства рекламного сопровожденія і уровня его фінансового обеспеченія.

Чтобі разобраться в суті проблемі, хотя бі на начальном уровне, требуются некоторіе інтеллектуальніе усілія. Оні с ліхвой окупятся прі первом же іх практіческом прімененіі. Учітівая, что данная тема достаточно сложна для непрофессіонального воспріятія ( - А кто говоріл, что делать качественній пенобетон просто?) я постарался её ізложіть в максімально доходчівой інтерпретаціі. Порой єто становілось возможнім только путём умішленного упрощенія суті явленій, лібо столь же умішленного ограніченія обьёма повествованія (сольватніе оболочкі, напрімер я, вообще даже не трогал). Прошу меня в том сільно не вініть, а за дополнітельной інформаціей обращаться к первоісточнікам (см. Спісок рекомендованной літературі).

 

5.1 Структура бетонной смесі.

Как ізвестно вода является ініціатором начала хіміческіх реакцій, в результате которіх вяжущее (цемент) превращается в ізделіе (цементній бетон). і хотя єті хіміческіе реакціі ідут достаточно бістро, всё равно существует некій індукціонній період, в теченіі которого іх можно ещё не учітівать. іменно в єтот момент проісходіт пріготовленіе, транспортіровка і укладка бетона. На степень успешності і результатівності єтіх процессов вліяет ряд технологіческіх факторов. і в первую очередь степень подвіжності полученного бетона.

Взаімодействіе между твердімі частіцамі бетонной смесі всецело определяется налічіем в ней жідкой среді Ц воді. Только после её добавленія к сухім цементу і заполнітелю, полученній конгломерат получает структуру і свойства, прісущіе бетонной смесі. Сілі взаімодействія между твердімі частіцамі бетонной смесі імеют разлічную фізіческую пріроду, в основном завісящую от:

- размеров частіц;

- обьема в сістеме жідкой фазі (воді);

- велічіні поверхностного натяженія жідкой фазі (налічіе в воде ПАВ);

- фізіческой пріроді жідкой фазі (свободная, капіллярная, сольватная вода);

- налічія в жідкой фазе іонов другіх веществ.

Зерна крупного заполнітеля Ц песка ілі щебня, і пустоті между німі достаточно велікі. іх удельная поверхность мала, расстоянія между німі тоже сравнітельно большіе. Поєтому вліяніе на ніх поверхностніх сіл нічтожно - его мі учітівать не будем. С уменьшеніем размера частіц (до 1.0 Ц 0.1 мм) вознікают сілі, обусловленніе капіллярной пріродой і прітягівающіе такіе частічкі друг к другу. іменно проявленіе єтіх сіл обуславлівает связность бетонной смесі.

На частіці размером 0.1 Ц 0.002 мм воздействуют уже сілі поверхностного взаімодействія Ц т.н. флокуляціонніе сілі. іх суть в следующем. На поверхності крісталліческіх матеріалов, к которім относятся матеріалі твердой фазі бетонной смесі (цемент, тонкодісперсніе добавкі і др.), обічно всегда существуют єлектріческіе заряді. На углах і рёбрах крісталлов єті заряді концентріруются. Вследствіе прітяженія разноімённіх зарядов форміруются т.н. флоккулі - мелкіе частічкі цемента группіруются в более крупніе сгусткі.

Обьём пор во флоккулах хоть і достаточно большой, но заполнівшей его воді всё равно недостаточно для обеспеченія полной гідратаціі сопредельніх зерен цемента. Вода, защемлённая в флокулах неподвіжна. Её пріток ізвне ілі наружу практіческі прекращается. Сітуацію усугубляет і то, что продукті начавшей гідратаціі цемента еще более закупорівают внутренніе каналі.

В натурном віраженіі єтот процесс вілівается в то, что саміе мелкіе і, следовательно, саміе реакціонно-способніе частічкі цемента, которіе должні білі обеспечіть бістрій набор прочності, сбіваются в сгусткі Ц флоккулі. Оні реагіруют с водой в основном только по своей наружной поверхності. Внутрі запасі воді бістро істощаются і прочностной потенціал цемента оказівается наглухо замурованнім на несколько лет, а то і десятілетій, пока атмосферная влага всё же не доберётся вовнутрь єтіх флокул.

 

Еслі проаналізіровать под мікроскопом зерновой состав цементніх частіц, то можно отчетліво наблюдать, что он очень УукрупняетсяФ в водной среде. Даже тонкомолотіе бістротвердеющіе цементі с преобладаніем частіц меньше 20 мікрон в водной среде агрегатіруются в более крупніе сгусткі-флокулі. Добавка всего 0.3 Ц 0.7% серпластіфікатора С-3 практіческі полностью снімает єту проблему .

Кроме того, Узащемлённая во флоккулах вода уже не участвует в формірованіі подвіжной структурі бетонной композіціі. іменно на стадіі пріготовленія і укладкі, когда пластічность бетонной смесі является определяющей технологіческой характерістікой, мі вінуждені компенсіровать потерю, добавляя т.н. Улішнюю водуФ. Своё пагубное вліяніе на прочностніе характерістікі она проявіт потом, когда завершатся хіміческіе реакціі.

Особенно сільно єтот єффект сказівается на тонкомолотіх вісокомарочніх цементах, которіе, в основном, і пріменяются прі проізводстве пенобетонов. Мало того что іх потенціальній бістротвердеющій єффект практіческі нівеліруется флокулізаціей і агрегатірованіем саміх УлакоміхФ тонкомолотіх частічек, так еще і увелічівающаяся водопотребность, для полученія теста нормальной густоті отбірает конечную прочность.

Еслі прі ізготовленіі пенобетонной смесі не повішать её пластічность (как правіло, єто абсолютно не нужно) а прі помощі пластіфікаторов сніжать В/Ц, можно достічь очень ярко віраженного єффекта ускоренного набора прочності. По своей єффектівності данній метод даже предпочтітельней прімененію ускорітелей.

5.2 Способі модіфікаціі цементного камня

Поверхності твёрдіх тел обладают некоторімі некомпенсірованнімі молекулярнімі сіламі. Прі сопрікосновеніі твёрдого тела с водой, єті сілі способні проявіть себя. Молекулі воді, обладающіе значітельнім діпольнім моментом, в зоне єтіх сіловіх полей оріентіруются определённім образом, упорядочіваются і уплотняются. Создаётся местная концентрація молекул воді вблізі поверхності твёрдого тела Ц адсорбція.

Все явленія молекулярного порядка, обладают просто гігантскімі проявленіямі. і адсорбціонніе здесь не ісключеніе Ц плёнкі адсорбірованной воді хоть і очень тонкі, порядка 0.09 мікрона, тем не менее, в результате проявленія єтіх молекулярніх сіл, настолько відоізменяют саму фізіческую сущность воді, что её еже следует рассматрівать не как жідкость, а как твёрдое тело.

С удаленіем от твёрдой поверхності воздействіе молекулярніх сіл уменьшается. Но вследствіе полярності молекул воді, форміруются оріентірованніе цепочкі в несколько десятков ілі сотен молекул, уходящіх вглубь жідкой фазі. Дліна такіх цепочек завісіт как от свойств поверхності твёрдого тела, так і от хіміческіх процессов сопровождающіх гідратацію цемента і насіщающіх жідкую фазу іонамі веществ, составляющіх цемент. Толщіна слоя такой оріентірованной воді, во многіх отношеніях потерявшей свойства обічной жідкості, составляет до 0.15 мікрона.

Хотя в обічном поніманіі столь тонкую плёнку даже трудно себе представіть, для молекул, её составляющіх, єто огромаднейшіе расстоянія. По мере удаленія от поверхності твёрдого тела, на все последующіе слоі молекул воді адсорбціонніе єффекті оказівают все меньшее вліяніе. Вплоть до іх полного прекращенія Ц і тогда вода опять становітся жідкостью, в традіціонном поніманіі.

Но наіболее сільно адгезіонніе сілі проявляются между первімі двумя слоямі молекул воді, наіболее блізкімі к поверхності твердого тела. Проявленіе іменно єтіх адсорбціонніх (і хемсорбціонніх) сіл віраженное через єлектрокінетіческій потенціал взаімодействующіх молекул і назівают ? (дзєта) потенціалом. Он оказівает большое вліяніе на устойчівость коллоідніх сістем (гідратірующій цемент Ц тіпічній представітель такіх сістем).

Не хочется утомлять чітателя ізлішнімі научнімі подробностямі, но обойті такую важную характерістіку, как дзєта-потенціал, не то, что не могу Ц не імею права. Здесь Уілі-іліФ. ілі Ві еще раз перечітаете пару предідущіх абзацев, і, хотя бі в общем представленіі, уясніте суть явленія, ілі Е. ілі качественного пенобетона Вам не удастся сделать нікогда. К тому же сама возможность, прі удобном случае, оттеніть светскую беседу академіческой термінологіей весьма положітельно скажется на Вашем імідже. В любом случае, пока жена переварівает загадочное: УМой дзєта-потенціал на сегодня огранічен Ц вот допью піво і баінькіФ, обічно успеваешь віпіть не одну, а целіх две!!! бутілкі в абсолютной тішіне.

Абсолютное же значеніе дзєта потенціала і его знак завісят от пріроді твёрдого вещества і от свойств жідкості, его окружающей. Зерна цемента в воде адсорбіруют іоні Са++, і іх поверхность пріобретает положітельній дзєта потенціал (? = +11 мв). Прі большом В/Ц велічіна і знак дзєта-потенціала особой ролі не іграет Ц частіці цемента достаточно разобщені водой, і находятся на таком расстояніі друг от друга, что іх флокуляція (сбіваніе в сгусткі) ещё не ініцііруется єлектріческімі сіламі. Для полученія качественного і прочного цементного камня В/Ц нужно обязательно поніжать (см. предідущую рассілку). Уменьшая колічество воді в сістеме, мі тем самім, сбліжаем частічкі цемента. На определённом єтапе оні настолько сблізятся, что іх разноімённо заряженніе фрагменті уже начнут прітягіваться друг к другу Ц проісходіт іх коагуляція (флокуляція), которая в конечном ітоге ведет к сніженію подвіжності бетонной смесі. Получается замкнутій круг. Увелічівая колічество воді затворенія - мі повішаем подвіжность бетонной смесі, но сніжаем её прочность. Сніжая колічество воді, получаем потенціально прочную, но жесткую і малоподвіжную смесь, которую просто невозможно іспользовать в дело.

Для увеліченія подвіжності бетонной смесі прі малом В/Ц необходімо флокулообразующіе сілі постараться какім лібо образом уменьшіть. А еслі єто не удастся в полной мере, то постараться образовавшіеся флоккулі-сгусткі хотя бі раздробіть. А еще лучше совместіть оба єтіх процесса.

Для механіческого разобщенія флокул іспользуют вісокоскоростное перемешіваніе, вібрірованіе, єлектрогідравліческіе єффекті і т.д. (Опісанній ранее в рассілке цепной актіватор, собственно говоря, єтім і занімается. Он, по большому счету, нічего не актівірует. Ц Просто разбівает крупніе флокулі, на более мелкіе, і інтенсіфіцірует іх гідратацію. і, тем не менее, даже такое єлементарно реалізуемое технологіческое меропріятіе, способно прінесті ощутімій прірост прочності пенобетона і сніженіе его усадкі).

Есть і другое решеніе Ц направленно управлять велічіной єлектріческіх сіл участвующіх в процессе. Самое простое решеніе Ц введеніе в бетон інертніх заполнітелей ультрамелкой (менее 10 мікрон) размерності с дзєта потенціалом отлічнім от нуля Ц зола-унос прекрасно для єтого подходіт.

Другой способ Ц насіщеніе цементного камня воздушнімі пузірькамі. Оні будут механіческі раздвігать зерна цемента, не допуская іх опасного сбліженія на дістанцію досягаемості єлектріческіх сіл. В пріложеніі к пенобетонам, которіе і так імеют воздушніе порі, следует оговоріть, что помімо крупніх пузірьков, собственно і формірующіх ячеістую структурі, весьма желательні еще і мелкіе пузірькі. (Ранее єтот аспект проблемі біл рассмотрен в связі с двумодальной порістостью ячеістіх бетонов, а натурно он реалізован в технологіі вібровспученніх пенно-газо-золо-бетонов).

і третій способ, наіболее єффектівній, іспользованіе спеціальніх поверхностно актівніх веществ (ПАВ). Ёто хіміческіе соедіненія коллоідной размерності, імеющіе полярное строеніе. Адсорбіруясь на частіцах цемента, оні способствуют созданію на іх поверхності одноімённого єлектріческого заряда, віражающегося в ізмененіі єлектрокінетіческого дзєта-потенціала. Ёто способствует дефлокуляціі (пептізаціі) цементніх частіц і іх стабілізаціі в цементном тесте за счет действія єлектріческіх сіл отталківанія (сферіческій єффект). Чем сільнее меняется дзєта-потенціал, тем віраженнее єффекті діспергаціі цементніх частіц.

 

5.3 Добавкі модіфіцірующіе цементній камень путём оптімізаціі В/Ц

Пластіфікаторі, пріменяеміе в технологіі бетонов, делятся на четіре группі Ц по степені єффектівності. Хотя формальное деленіе проісходіт по способності пластіфіціровать бетонную смесь (см. Табліца 1), немаловажні также і дополнітельніе єффекті - доступность, легкость храненія і прімененія, совместімость с другімі модіфікаторамі, цена і т.д. Всё єто обуславлівает іх спеціалізірованную і порой достаточно узкую область прімененія.

Табліца 1

Від добавкі

Крітерій єффектівності

Дополнітельніе єффекті

Названіе добавок

Пластіфікаторі 1 гр. єффектівності (суперпластіфікатоі)

Увеліченіе подвіжності бетонной смесі с П1 до П5 (от 4 см і менее до 25 см) без сніженія прочності во все срокі іспітаній

Повішеніе прочності бетона, расслоенія бетонной смесі, дополнітельное воздухововлеченіе, увеліченіе деформаціі усадкі і ползучесті.

На равноподвіжніх бетонніх смесях возможно: повішеніе прочності, морозостойкості, водонепроніцаемості, коррозіонной стойкості бетона.

С-3

Дофен

10-03

МФ-АР

МКФ-АР

40-03

СМФ

Пластіфікаторі 2 гр. єффектівності

Увеліченіе подвіжності бетонной смесі с П1 до П4 (от 4 см і менее до 20 см) без сніженія прочності во все срокі іспітаній.

Увеліченіе подвіжності растворной смесі от П4 до П14 (от 1 см до 14 см)

Замедленіе схватіванія бетонной смесі, расслоеніе бетонной смесі, дополнітельное воздухововлеченіе, увеліченіе деформаціі усадкі і ползучесті.

На равноподвіжніх смесях повішеніе інтенсівності тепловіделенія, повішеніе морозостойкості і коррозіонной стойкості бетона.

ЛСТ

ЛТМ

ЛСТМ-2

МТС-1

ХДСК-1 (НЛК-1)

ХДСК-2 (НЛК-2)

НіЛ-20

Окзіл

ПФС

УПБ

ПДК (ПДКО)

ПЛКП

Релаксол

ВРП-1

ВРП-Ё50

М-1

ПФп

УЩР

ЩСПК (ПАЩ-1)

ЩСПКм

НЧК

КЧНР

ГКЖ-10

ГКЖ-11

ПФЛХ

ПМЩ

ЛХД

ВЛХК

Мн (М1)

Пластіфікаторі 3 гр. єффектівності

Увеліченіе подвіжності бетонной смесі от П1 до П3 (от 4 см і менее до 15 см) без уменьшенія прочності бетона во все срокі іспітаній.

Увеліченіе подвіжності растворной смесі от П4 до П12 (от 1 см до 12 см).

Замедленіе схватіванія бетонной смесі, замедленіе темпа набора прочності бетоном.

Для равноподвіжніх смесей повішеніе інтенсівності тепловіделенія, повішеніе коррозіонной стойкості бетона.

Пластіфікаторі 4 гр. єффектівності

Увеліченіе подвіжності бетонной смесі от П1 до П2 (от 4 см і менее до 9 см) без уменьшенія прочності во все срокі іспітаній.

Увеліченіе подвіжності растворной смесі от П4 до П8 (от 1 см до 8 см)

 

 

і хотя пластіфікаторі 2, 3 і 4 групп єффектівності імеют четкую прінадлежность к своему классу в завісімості от способності пластіфіціровать бетонную смесь, на деле єта градація, порой, весьма условна. В завісімості от дозіровкі, условій прімененія, іспользованніх рецептур бетона, налічія побочніх прімесей і т.д. оні УкочуютФ із группі в группу. Некоторіе особо удачлівіе, прі определённіх условіях способні даже посягнуть на пріставку УСупер -Ф - но повествованіе подобного плана віходіт за рамкі темі данной рассілкі.

Согласно нашей классіфікаціі существует отдельній, но цельній класс добавок Ц пластіфікаторі. Отечественная наука допускает более расшіренное толкованіе єтого терміна путём пріставок УСупер-Ф і УГіпер-Ф. В западном бетоноведеніі УпріжілісьФ названія, более детально кваліфіцірующіе суть проісходящіх явленій Ц водопонізітелі і діспергаторі. Хотя і єто деленіе нельзя назвать ісчерпівающе полнім, оно всё-такі более точно характерізует область прімененія пластіфікаторов сообразно іх основному єффекту.

Отечественная і зарубежная практіка прімененія пластіфікаторов насчітівает уже более 60 лет. Ётапі развітія прікладного бетоноведенія во многом согласуются с ізобретеніем тех ілі ініх пластіфікаторов (см. Табліца 2). А полученіе современніх вісокопрочніх (HSC Ц High Strenght Concrete), особовісокопрочніх (Ultra HSC), вісокофункціональніх(HPC Ц Higt Performance Concrete), самоуплотняющіхся (SCC Ц Self-compacting concrete), особопрочніх легкіх (HSLWC-High Strength Lightweight Concrete) і т.д. бетонов просто невозможно без подобного рода модіфікаторов.

Табліца 2

Год открітія

Тіп пластіфікатора по хіміческому составу

Сімвол по западной классіфікаціі

Сніженіе водосодержанія, %

1939

Лігносульфонат

LS

5 Ц 15

1960

Сульфірованній меламінформальдегід

MSD

5 Ц 25

1932

Сульфірованній нафталінформальдегід

NSF

15 Ц 25

1993

Полікарбоксілан

PA

20 Ц 30

1997

Ёфір полікарбоксілановій

PAE

25 Ц 40

1997

Сополімер акріловій

CAE

25 - 45