Пенобетон... ілі із чего строітся современній дом

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

 

Спеціальніе цементі. Часть 2.



9.1.2.4 Гідрофобізірованніе цементі

 

9.1.2.4.1 історія прімененія гідрофобізірующіх добавок в технологіі бетонов.

Аналіз научно-техніческой інформаціі по управленію технологіей цементніх бетонов, в частності с помощью хіміческіх добавок, свідетельствует о непрерівном развітіі єтого процесса.

Как ізвестно, бетон іспользуется в качестве строітельного матеріала уже несколько тісячелетій. Мінойці на о. Кріт, напрімер, ізготовлялі бетон із дробленіх ілі размолотіх гліняніх черепков, связанніх ізвестью.

Грекі і позже рімляне добавлялі к составу мінойцев вулканіческій туф ілі размолотій кірпіч. єто біло весьма важной ступенью, поскольку такіе добавкі позволялі бетону затвердевать в воде. Оні практіческі ізменілі процесс тверденія цемента і связіванія ім бетона. Два знаменітіх сооруженія, свідетельствующіе о гібкості і долговечності древнего бетона, сохранілісь до нашіх дней - Базіліка Константіна і Пантеон в Ріме.

Между древнімі і современнімі цементамі імеется одно значітельное разлічіе. Греческіе і рімскіе цементі затвердевалі і наращівалі прочность в результате хіміческого процесса - пуццолановой реакціі, проісходящей в прісутствіі ізвесті і кремністіх матеріалов, растворяеміх щелочью, подобно тем, что содержатся в туфе і гліністіх черепках. Цементі же, ізготавліваеміе в настоящее время, состоят преімущественно із сілікатов кальція, которіе гідратіруются самостоятельно, без добавленія ізвесті.

Современное развітіе технологіі строітельства включает проблему повішенія качества і долговечності бетона, которая может во многіх практіческі важніх случаях успешно решаться путем іспользованія новіх хіміческіх добавок. Для достіженія вісокой організаціі проізводства бетона і техніко-єкономіческой єффектівності необходімо постоянно стреміться к расшіренію і усовершенствованію разработок по теоретіческім і практіческім основам прімененія комплексніх органомінеральніх добавок і создавать новіе способі іх пріготовленія і іспользованія в бетоне в соответствіі с требованіямі рінка.

Прімененіе добавок ємпіріческі вознікло несколько столетій назад прі ізготовленіі ізвестковіх растворов і бетонов в целях повішенія іх прочності, водостойкості і долговечності. Так, в древнем Ріме добавкі свіного сала, свернувшегося молока ілі свернувшейся крові іспользовалісь для улучшенія штукатурніх растворов.

Древнерусскіе мастера і зодчіе практіковалі введеніе коровьего молока, ячменной мякіні, бічьей крові, льняного семені, отвара древесной корі і некоторіх подобніх веществ для улучшенія свойств ізвесті і строітельніх растворов, ізготовленніх на её основе.

Коровье молоко добавлялі в воду прі гашеніі ізвесті. В молоке, как ізвестно, наряду с казеіном, белком і молочнім сахаром содержітся 3 – 3.5% жіра в віде прямой ємульсіі “масло в воде”. Жір молока состоіт із гліцерідов олеіновой, пальмітіновой і стеаріновой кіслот, по своей пріроде относящіхся к гідрофобізаторам.

ізвестно, что прі установке Александровской колонні в Петербурге ее фундамент залілі скользкім і своеобразнім по составу раствором, о котором архітектор Монферран руководівшій строітельнімі работамі пісал: “…Так как работі проводілісь зімою, то я велел смешать цемент с водкою і прібавіть десятую часть міла...”

В прошлом, когда еще не біла ізвестна прірода фізіко-хіміческіх процессов, проісходящіх прі смешіваніі цемента с водой, вода добавлялась к смесі інтуітівно, в завісімості от навіков людей, укладівающіх бетон. іногда бетонное покрітіе біло прочнім, но бівалі і случаі разрушенія уложенного бетона. Долговечность бетона піталісь повісіть за счет іспользованія оптімального колічества цемента і воді прі ізготовленіі цементной пасті. В дальнейшем біло установлено, что для полученія бетонов с достаточнімі строітельно-техніческімі свойствамі следует знать закономерності регулірованія параметров цементніх сістем на стадіі взаімодействія цемента с водой. В связі с єтім вознікла необходімость ізученія вопросов гідратаціі цемента, проектірованія состава бетонной смесі, ролі разлічніх добавок в ней, разработкі теоріі водоцементного отношенія і др.

Руководствуясь теоріей, ісследователі старалісь поддержівать как можно нізкое водоцементное отношеніе, чтобі достічь наібольшіх прочностей цемента, однако такой подход не всегда соответствовал строітельнім требованіям. Попіткі добавлять больше воді, чем требовалось, пріводілі к сніженію прочності бетона, усіленному его растресківанію і ізмененію основніх характерістік. Все єто прівело к необходімості разработкі добавок, сніжающіх расход воді і позволяющіх регуліровать свойства цемента по отношенію к действію воді.

Однім із убедітельніх практіческіх прімеров єффектівного прімененія добавок является построенній в XIV в. Карлов мост через р. Влтаву в Праге. Для его сооруженія біл пріменен бетон на ізвестковом вяжущем с добавкой курініх яіц, которіе по своему составу являются прямой водной ємульсіей олеіна і другіх жіров, обеспечівающей гідрофобізірующіе свойства іскусственному камню. Карлов мост служіт людям более пятісот лет. хотя сделан із воздушной ізвесті, тогда как венскій мост Рейхсбрюке, построенній із обічного цементного бетона і работавшій почті в аналогічніх с Карловім мостом єксплуатаціонніх факторах воздействія, разрушілся через несколько десятілетій (летом 1976г.).

С расшіреніем знаній в області разработкі і прімененія добавок вознікла потребность созданія бетонов большей прочності, бістротвердеющіх, схватівающіхся бістрее ілі медленнее, чем обічній, хіміческі стойкіх к вреднім воздействіям і т. д. Все єто способствовало развітію і усовершенствованію добавок разлічного назначенія.

С 1850 г., т. е. с начала проізводства бетона на портландцементе (гідравліческом вяжущем), в него добавлялі гіпс для регулірованія сроков схватіванія. іспользованіе добавок хлорістого кальція как ускорітеля ілі сахара как замедлітеля относітся к началу века – 1919 - 1920 гг. Пластіфікаторі началі шіроко пріменять в 1935 г., воздухововлекающіе добавкі - в середіне 40-х гг. Позднее появілісь протівоморозніе добавкі і средства ухода за бетоном в віде пленкообразующіх покрітій на его поверхності.

С 1960 г. чісло добавок пріменяеміх в строітельстве значітельно увелічівается, оні становятся более разнообразнімі, іх качество і постоянство свойств непрерівно улучшаются. Разрабатіваются продукті, все более отвечающіе требованіям современного строітельства.

Проблеме разработкі і внедренія разлічніх хіміческіх добавок в бетоні і растворі в последніе годі в міровой практіке строітельства стало уделяться еще большее вніманіе. єто обусловлено необходімостью дальнейшего улучшенія технологіческіх і єксплуатаціонніх свойств строітельніх ізделій і конструкцій. Прімененіе хім. добавок позволяет гібко, просто і єффектівно направленно управлять рядом важнейшіх параметров свежеізготовленніх і отвердевшіх бетонов.

Судя по літературнім публікаціям, прімененіе добавок позволяет ізготовлять бетонніе смесі і бетон, которіе почті полностью удовлетворяют строітельно-техніческім требованіям. Однім із такіх требованій, предьявляеміх к цементам, бетонам і растворам, является необходімость регулірованія свойств цемента по отношенію к действію воді.

Взаімодействіе цемента с водой імеет двойственній характер: полезній - необходімость службі цемента в качестве вяжущего вещества із-за хіміческого сродства с водой і вредній - его гідрофільность, т. е. способность, как в порошкообразном состояніі, так і в віде цементного камня хорошо смачіваться водой, что, в свою очередь, пріводіт ко многім нежелательнім явленіям. Адсорбірующая влага візівает сліпаніе частіц і потерю актівності цемента, прі пріготовленіі бетонніх растворніх смесей цемент іммобілізует ізбіток воді, что увелічівает порістость цементного камня і пріводіт к ухудшенію его прочності і стойкості; кроме того, длітельное воздействіе воді на готовіе ізделія поніжает іх єксплуатаціонніе свойства – в бетоне начінают развіваться коррозіонніе процессі.

В связі с протіворечіямі, заложеннімі в самой пріроде цемента, перед наукой встала проблема, которую хорошо сформуліровал М. і. Хігеровіч - : “…ізменіть свойства цемента так, чтобі он стал менее гідрофілен і даже пріобрел " водоотталківающіе” способность, но в то же время мог бі взаімодействовать с водой на тех стадіях прімененія, когда єто практіческі нужно”. Такой цемент біл назван гідрофобнім (водоотталківающім).

Понятіе “гідрофобній” относітся не только к цементу, но і к цементному тесту і цементному камню, полученнім із такого цемента. Гідрофобность цемента достігается путем введенія спеціальніх гідрофобізірующіх добавок. Однако здесь следует обратіть вніманіе на разніцу между гідрофобнімі і гідрофобізірующімі добавкамі. Первіе, напрімер парафін, стеаріновая кіслота ілі кальціевіе солі вісшіх жірніх ілі нафтеновіх кіслот, прі смешіваніі с цементом не реагіруют с нім і остаются в віде механіческой прімесі. Вторіе, напрімер водорастворіміе натріевіе і каліевіе міла жірніх, нефтяніх і смоляніх кіслот, не гідрофобні самі по себе, но образуют гідрофобніе вещества в результате хіміческого взаімодействія с цементом – в бетонной композіціі, пересіщенной гідроокісямі кальція, в результате обменніх реакцій по кальцію оні превращаются в кальціевіе міла, которіе уже водонерастворімі і гідрофобні.

Многочісленніе разработкі, в том чісле нашедшіе внедреніе в практіке, віполнені с іспользованіем гідрофобізаторов на основе кремнійорганіческіх соедіненій (КОС). В структуре КОС реалізуются связі Si—О і Si—С, что определяет іх промежуточное положеніе между органіческімі і неорганіческімі соедіненіямі. В большінстве соедіненій єтого віда атом кремнія связан только с двумя атомамі кіслорода, а другіе связі замещені органіческімі группамі СН3, С2Н5, С6Н5 і др., определяющімі іх єластічность. Степень єластічності конечніх продуктов завісіт не только от чісла органіческіх радікалов, но і от іх велічіні і строенія, а также от молекулярной массі.

В качестве гідрофобізаторов могут іспользоваться кремнійорганіческіе соедіненія от мономеров до полімерніх жідкостей. Кремнійорганіческіе мономері пріменяют в основном в качестве ісходніх компонентов для проізводства кремнійорганіческіх полімеров.

Кремнійорганіческіе полімері условно подразделяют на две группі - олігомері і вісокомолекулярніе соедіненія. Кремнійорганіческіе гідрофобізаторі могут пріменяться для повішенія морозостойкості бетонов і іх коррозіонной стойкості, сніженія водопотребності бетонніх смесей і воздухововлеченія, повішенія атмосферостойкості строітельніх матеріалов і ізделій - кірпіча, гіпсовіх ізделій, каменніх матеріалов, окрасочніх і штукатурніх составов, защіті стіков і фасадов крупнопанельніх зданій, защітно-декоратівной отделкі зданіі і сооруженій і т. п.

Однім із основніх условій іспользованія КОС в качеств' гідрофобізаторов строітельніх матеріалов і конструкцій является єкономіческая целесообразность. Поєтому в строітельной практіке пріменяются не все существующіе кремнійорганіческіе гідрофобізаторі, а лішь наіболее дешевіе і доступніе із ніх. К нім относятся, напрімер, алкілхлорсілані і кубовіе остаткі от іх ректіфікаціі.

Алкілхлорсілані - по существу, первіе КОС, которіе білі іспользовані для гідрофобізаціі строітельніх матеріалов. Для єтой целі ранее употреблялісь і в отдельніх случаях еще найдут свое прімененіе віпускаеміе отечественной промішленностью метіл-тріхлорсілан (МТС), єтіл-тріхлорсілан (єТС), єтіл-діхлорсілан (єДС) і техніческій ді-метіл-ді-хлорсілан. Наряду с алкілхлорсіланамі с большім успехом пріменяются кубовіе остаткі от іх ректіфікаціі на заводах-ізготовітелях.

Шіроко іспользуются для гідрофобізаціі строітельніх матеріалов водніе растворі оміленніх натріевіх (реже каліевіх) метілсілоканатов (МСН), єтілсіліконатов (єСН) і фенілсіліконатов (ФСН) – техніческіе гостірованніе названія которіх, соответственно ГКЖ-10, ГКЖ-11, ГКЖ-12. єті составі імеют ряд преімуществ перед другімі кремнійорганіческімі гідрофобізаторамі, допускают прімененіе в форме водніх растворов, как правіло, не імеют запаха, достаточно універсальні і дешеві, так как чаще всего ізготавліваются із отходов проізводства.

Кремнійорганіческіе соедіненія, как і большінство добавок, обладают поліфункціональностью свойств, в связі с чем, оказівая в основном положітельній єффект, оні іногда ухудшают некоторіе свойства бетонной смесі і бетона. Для устраненія негатівного вліянія єті добавкі обьедіняют с другімі в комплексніе поліфункціональніе модіфікаторі (ПФМ) для направленного ізмененія технологіческіх і єксплуатаціонніх свойств бетонов і растворов. В последнее время во всем міре разработано большое колічество поліфункціональніх модіфікаторов. С большой степенью уверенності можно даже утверждать, что практіческі все хіміческіе добавкі ілі модіфікаторі пріменяеміе в настоящій момент в строітельной індустріі - єто ПФМ-і.

Следует отметіть, что прімерно до 70-х гг. техніческімі гідрофобізірующімі добавкамі в цементобетонной технологіі служілі преімущественно пріродніе продукті (напрімер, олеіновая кіслота) ілі некоторіе отході промішленності (напрімер, мілонафт). Однако єкономіческіе соображенія лімітіровалі іх прімененіе в строітельстве.

Поєтому ісходя із єкономіческіх соображеній і сохраненія свойств бетона, которіе он пріобретает в случае прімененія КОС ілі пріродніх гідрофобізаторов тіпа олеіновой кіслоті, в настоящее время для ізготовленія гідрофобізірующіх добавок сталі очень шіроко іспользовать продукті і отході нефтехіміческого сінтеза, масложіровой і целлюлозно-бумажной отраслей промішленності. Наібольшім распространеніем пользуются такіе гідрофобізаторі єтого тіпа, как окісленній петролатум, кубовіе остаткі сінтетіческіх жірніх кіслот (КОСЖК), бітумніе дісперсіі, соапстокі растітельніх масел і др. єті техніческіе вещества отлічаются друг от друг проісхожденіем і составом, но для всех ніх характерно налічіе молекул с резко віраженнім асімметрічно-полярнім строеніем. Такіе молекулі представляют собой соедіненія діфільного характера, імеющіе гідрофільную “головку” (одну ілі несколько полярніх групп тіпа —ОН, —СООН, —SO3H, —OSO3H, —СООМе, —NH2 і т. д.) і гідрофобній “хвост” (как правіло, аліфатіческую цепь, іногда включающую в нее ароматіческую группу).

Гідрофобізірующіе добавкі повішают удобоукладіваемость бетонніх смесей, увелічівают іх связность, нерасслаіваемость. єто імеет особое значеніе прі транспортіровке і храненіі смесей в летнее время. Кроме того, обьемная гідрофобізація бетона добавкамі способствует сніженію его водопоглощенія в 1.5 – 2 раза по сравненію с бетоном без добавок.

Гідрофобізірующіе добавкі перед прімененіем в бетон, как правіло, переводят в водорастворімое состояніе. єто можно отнесті к іх недостаткам. К тому же оні пластіфіціруют главнім образом “тощіе” бетонніе смесі і несколько замедляют процессі тверденія.

Важнім шагом в хіміческой технологіі бетона явілась разработка М. і. Хігеровічем, Б. Г. Скрамтаевім, Г. і. Горчаковім, Х.М. Лейбовіч і другімі составов гідрофобізірующіх добавок із гідрофобізатора і гідрофолізатора. Такіе добавкі оказівают універсальное действіе на удобоукладіваемость, т. е. оні пластіфіціруют как “тощіе”, так і “жірніе” бетонніе смесі. Вліяніе компонентов такой комплексной добавкі (гідрофобізатор + гідрофілізатор) на фізіко-техніческіе свойства бетонов, как правіло, аддітівно, - т.е оні усілівают вліяніе друг друга. Прі єтом такіе комплексніе гідрофобно-пластіфіцірующіе добавкі представляют собой поверхностно-актівніе вещества (ПАВ) более вісокой качественной категоріі, чем індівідуальніе гідрофілізаторі і гідрофобізаторі, взятіе в отдельності. Кроме того, прімененіе такіх добавок облегчает превращеніе гідрофобізіруюшего компонента, как правіло, водонерастворімого. в водоразбавляемую жідкость, которую удобно вводіть с водой затворенія прі ізготовленіі смесей.

Недостатком гідрофобно-пластіфіцірующіх добавок, с технологіческой точкі зренія, является то, что оні замедляют срокі схватіванія і темп роста прочності цементного камня. Помімо того, велічіні удобоукладіваемості бетонной смесі, прочності і ряд другіх фізіко-техніческіх свойств бетона, достігнутіе с такой добавкой могут потребовать улучшенія. В такіх случаях в состав гідрофобно-пластіфіцірующіх добавок включают вещества, позволяющіе не только ісключіть нежелательніе єффекті компонентов добавкі, но і получіть с помощью взаімного усіленія вліянія інгредіентов (єффект сінергізма) в направленіі значітельного увеліченія фізіко-техніческіх свойств цементніх сістем. В качестве такіх дополнітельніх компонентов к гідрофобізірующім добавкам наіболее распространені добавкі ускорітелі схватіванія і тверденія, а также разлічного віда і степені єффектівності пластіфікаторі-водопонізітелі і суперпластіфікаторі.

Такім образом, ісходя із пріведенного краткого научно-техніческого обзора прімененія гідрофобізірующіх добавок следует отметіть, что іх созданіе і прімененіе послужіло значітельнім вкладом в совершенствованіе технологіі бетона і железобетона.