Добавки для бетонов и строительных растворов

[Filippcha]

Один из наших недавних обзоров мы посвятили опалубочной системе "Модостр", выпускаемой в Белоруссии. И необходима эта опалубочная система, прежде всего, при строительстве домов из монолитного железобетона. В этом же обзоре мы попытались сформулировать условия успешного перехода на новые формы и методы строительства и в качестве одного из основных была указана необходимость применения для строительства самых современных материалов, прежде всего, быстротвердеющего бетона или бетона, дающего возможность производства работ в зимних условиях. Но во всех случаях речь может идти не о просто бетоне, а о бетоне с комплексом различных добавок.



Конечно же, и у нас самих, и у наших читателей тут же появился вопрос: "Что же это за комплекс добавок?". Честно говоря, мы этим вопросом мучались не очень долго, поскольку ответ на него очень быстро нашли на той же выставке "Отечественные строительные материалы", проходившей в Манеже с 29.01 по 02.02.2001 г., на которой познакомились с опалубочной системой. Был на этой выставке небольшой и очень скромный стенд фирмы "Биотех-Д", который украшали всего два лозунга: "Отечественные добавки к бетонам" и "Приглашаем к сотрудничеству". И больше никаких излишеств. Все остальное сотрудники фирмы поясняли посетителям стенда на словах. Причем очень доходчиво. И потому, несмотря на такое скромное оформление стенда, около него постоянно находилось довольно много посетителей. Для того, чтобы познакомиться с предлагаемыми добавками более подробно уже после окончания работы выставки мы отправились в офис фирмы "БИОТЕХ-Д", где встретились с её директором Михаилом Ефимовичем Цельнером. Материалы нашей беседы мы и предлагаем сегодня Вашему вниманию.
Давайте начнем наш разговор, что называется, "от печки". Зачем нужны добавки, и каковы основные направления их применения? Прежде всего - для ускорение темпов строительства, его удешевление, а так же повышения качества бетона и получения дополнительных специальных свойств. Специальные свойства бетону необходимы при строительстве дорог и аэродромных покрытий, гидротехнических сооружений, причалов и целого ряда специальных сооружений, связанных с хранением нефтепродуктов и коррозионно-активных веществ. В связи с этим есть несколько направлений использования бетонов, причем таких, которых раньше не было.
Раньше применялся в основном сборный железобетон. Делали панели, блоки, их привозили на стройку, сваривали, собирали и получали, таким образом, дома. Потом велись отделочные работы, вставляли окна, двери, и все было в порядке. При всей кажущейся большой скорости возведения дома по такой технологии, действительное время, затраченное на его строительство, было довольно большим, а само строительство не таким уж и дешевым. Во-первых, надо было создать панели и блоки. Эта операция включает в себя укладку бетона в опалубку, пропаривание и т.д. С этим связан и довольно значительный расход пара и электроэнергии. Дальше расходы начинают накапливаться - транспорт, бензин, загруженность строительной площадки, крана и т.д. и т.п.
Это направление в строительстве применения каких то специальных добавок, в общем-то, и не требовало. Бетон готовился и тут же заливался в опалубку и на дальние расстояния его практически никогда не возили.
Потом постепенно, по мере развития строительных технологий, пришли к тому, что проще то же самое делать с применением скользящей опалубки. Процесс возведения дома при этом стал выглядеть следующим образом: устанавливают опалубку, заливают бетон, укладывают (уплотняют) его там и дня два выдерживают. Потом снимают опалубку и поднимают её выше. Весь цикл работ повторяется по необходимости. Конечно, есть у такой технологии свои недостатки, но преимуществ у неё гораздо больше, чем недостатков при работе со сборным железобетоном. Это первое направление в строительстве, которое требует применения специальных добавок.
Позже стали переходить к другим методам. В частности к объемному строительству. Делают из металла или из дерева форму, например, в виде комнаты, причем не одну, а сразу десяток. Формы устанавливаются непосредственно на место и между ними заливают бетон. Когда бетон застывает, опалубку разбирают сразу и получается готовая комната. Это второе направление, так же требующее применения добавок.
Третье направление - это получение бетона со специальными свойствами, например, с высоким термическим сопротивлением. То есть бетон, позволяющий экономить электроэнергию, тепло и не обогревать улицу.
Какие же конкретные проблемы позволяет решить применение добавок? Первой проблемой, с которой столкнулись строители при переходе на монолитное домостроение, стала проблема доставки бетона от изготовителя до потребителя с сохранением необходимых качеств. Прежде всего, это сохранение подвижности, позволяющей насосом закачать бетон на второй, третий, а то и на четвертый этаж. Для подъёма бетона на такую высоту стали применять высокопроизводительные бетононасосы. А это уже вторая проблема.
Третья проблема - чтобы через сутки - двое после того, как Вы бетон уложили, уже можно было снимать опалубку. Если же бетон твердеет медленно, то количество используемой опалубки приходится увеличивать пропорционально удлинению времени отвердения бетона, что значительно удорожает строительство. Естественно, за такой короткий срок, бетон окончательно застыть физически не может, но он должен успевать набрать необходимый уровень прочности.
Четвертая проблема - это то, что бетон, который идет на монолитное домостроение, должен укладываться по безвибрационной технологии. Потому что в большинстве случаев его физически невозможно обработать вибратором, т.к. некуда этот самый вибратор поместить.
Так вот, все перечисленные проблемы решаются введением в бетон специальных добавок.
Кроме уже перечисленных проблем добавки позволяют решать еще целый ряд вопросов, часто возникающих у строителей. Например, проблему зимнего строительства (ведь строят сейчас и зимой, и летом). Необходимо довести бетон до стройки, уложить его, и чтобы он при этом не замерз. А бетон зимой стынет просто на глазах. Уже в миксере температура бетона падает на 6-7°, и если его загружают с температурой +15°, то на стройку он приходит с температурой +7+8°. А дальше после выгрузки он поступает к месту укладки по холодному лотку и затем ложится на холодное основание. Задача в том, чтобы в момент контакта и дальше при затвердевании он не замерз. На этот случай создана специальная добавка на основе солей органических кислот, снижающая температуру замерзания воды до -30°. Конечно, при отрицательной температуре скорость реакции гидратации в бетоне уменьшается, и он не набирает прочность так быстро, как в теплую погоду, но 30% марочной прочности он, как и положено по ГОСТу, через 28 дней наберет. И, значит, добавка со своей задачей полностью справляется.
Еще одна задача - улучшение свойств кладочных растворов для кирпича. Цементный кладочный раствор не должен замерзать и впоследствии на поверхности кирпича не должно появляться высолов. Использовать для предотвращения замерзания раствора специальную добавку - идея далеко не новая. Например, добавки нитрита натрия и хлористый кальций используются уже довольно давно. Сейчас разработана новая серия добавок, принцип действия которых основан на снижении температуры замерзания воды. Эти добавки отличаются тем, что их надо в 2,5 раза меньше, чем того же нитрита натрия, и, кроме того, они препятствуют появлению высолов на поверхности кирпича.
Иногда на строительной площадке возникают еще более интересные и специфичные проблемы. Например, одна довольно известная французская фирма строила 15-ти этажный дом на Цветном бульваре, напротив старого цирка. Участок был маленький и ,к тому же, окруженный домами (поскольку это центр города, то под стройплощадку большого участка земли выделить и не могли). Если бы строители начали копать котлован под фундамент без специальной подготовительной операции, то окружающие дома, естественно, начали бы "двигаться" в сторону этого котлована. Чтобы предотвратить такую подвижку, обычно делают так называемую "стену в грунте" (опыт такого строительства у фирмы уже был, поэтому они так смело и взялись за работу). По периметру здания роют траншею, глубина примерно 2 м и шириной около 40 сантиметров. Потом в эту траншею заливают бетон. Но бетон в такую траншею должен заливаться не совсем обычным образом. Он должен поступать в траншею снизу, распределяться по ней и при этом поднимать верхний, ранее залитый слой. Делается именно так потому, что бетон при таком способе заполнения траншей самоуплотняется наилучшим образом. Значит, бетон при такой технологии заливки должен сохранять подвижность и не схватываться не менее восьми часов. То есть подвижным он должен оставаться весь промежуток времени, пока наполняется траншея. Если же он начнет схватиться раньше времени, то ни о каком подъеме верхнего слоя нижним говорить просто не придется. Но обычный бетон не может 8 часов не схватываться - он через 2-3 часа уже каменеет. Значит, решение такой проблемы тоже невозможно без применения специальной добавки, которая и должна придать бетону требуемые свойства. И такая добавка была найдена.
Иногда возникает и обратная проблема. СМУ-7 (г. Лобня) понадобилось в очень короткие сроки возвести коробку здания. И чтобы не увеличивать количество используемой опалубки им понадобился быстротвердеющий бетон. Причем настолько быстротвердеющий, чтобы можно было с уложенного вечером бетона утром уже снимать опалубку. Для решения этой проблемы тоже нужна добавка, но уже другая.
Еще одна проблема возникает у тех, кто вынужден перевозить бетон на дальние расстояния. Например, одна из строительных организаций из г. Дмитрова участвовал в строительстве кольцевой дороги. От Дмитрова до места строительства более 60 километров и машина с бетоном от растворного узла до места укладки бетона добиралась около двух часов. А от заказа не откажешься - работа в наше время на дороге не валяется. Проблема решилась только с применением специальной добавки.




А не проще здесь было поставить растворный узел как можно ближе к месту укладки бетона? Конечно проще. Так делают, например, турецкие строители. Когда они приезжают, то провозят свой растворобетонный узел, не очень больший, но в то же время с достаточной производительностью (около 300 м3 бетона в сутки). И все производственные проблемы от получения бетона до его укладки решают прямо на строительной площадке. Такой метод строительства переняли и некоторые отечественные фирмы, строящие большие объекты. Но такое решение зачастую выходит за технологические рамки и упирается в экономические проблемы. Мобильный растворобетонный узел стоит примерно 400 тыс. долларов. И, естественно, такую сумму на его приобретение может найти далеко не каждая, даже крупная строительная фирма. И, значит, у средних и мелких фирм просто нет другого пути, кроме применения специальных добавок.
В самом начале нашей беседы Вы сказали о проблеме строительства гидротехнических сооружений, причалов и целого ряда специальных сооружений, связанных с хранением нефтепродуктов. Расскажите, пожалуйста, об этих проблемах подробнее.
Сейчас в Новороссийске строится 4 больших нефтяных терминала, из которых нефть будет идти самотеком в танкеры. И для танкеров необходимо построить новый причал. Бетон для его строительства должен быть сверхстойким к воздействию сразу двух факторов: разрушающему воздействию нефтепродуктов, а так же должен быть сульфато- и солестойким, поскольку будет постоянно находиться в морской воде. Вдобавок к этому, он должен быть еще и очень прочным. В общем - это такая большая комплексная задача. Здесь уже не важна скорость затвердевания или длительное сохранение подвижность. Важно получить высокопрочный бетон, обладающий к тому же высокой морозостойкостью и сверхнизкой водопроницаемостью. И для её решения необходим совсем другой комплекс добавок. Причем добавок, которые бы использовали химическую реакцию при приготовлении бетона.
В подробности химических процессов мы с Вами вдаваться не будем. Достаточно сказать, что в бетон вводится реакционно-способный кремнезем, который, взаимодействуя с компонентами, выделяющимися в процессе гидратации цемента, превращаясь в жидкое стекло, которое пронизывает все тело бетона. Именно оно и придает бетону высокую водонепроницаемость. Если обычный бетон выдерживает давление столба воды, равное 6 атмосфер, то такой бетон выдерживает 18 атм. В бетон так же добавляется водорастворимый пластификатор. Вода растворяет пластификатор и вымывает его из пор кремнезема, а в них за счет капиллярных сил втаскивается цементное молочко. В результате структура бетона значительно уплотняется и упрочняется. Упрочняется она и за счет введенного кремния. И в результате прочность бетона повышается почти в два раза. Это значит, что вместо марки бетона 300, можно получить марку 700, сэкономив значительное количество цемента.
А не было идей создать комплексную добавку, которая бы помогла решить сразу весь комплекс проблем? Идея такая была. Комплексная добавка должна повышать прочность - раз, увеличить водонепроницаемость бетона - два, и повышать его морозостойкость - три. И такая добавка жизненно необходима не только при строительстве причалов, но и при строительстве мостов, тоннелей, изготовлении тротуарной плитки т.п. То есть объектов и элементов, подвергающихся колебаниям температуры. Сегодня на улице +10, а завтра -20. Естественно вода, находящаяся в бетоне, начинает при отрицательной температуре замерзать. Объем ее при замерзании увеличивается, и она начинает просто рвать бетон. Именно поэтому весной вы видите тротуар, только осенью замощеный новехонькой тротуарной плиткой, в сплошных трещинах. Но с тротуарной плиткой все-таки проще - взяли и заменили. А мост? Его ведь не заменишь. Значит, чтобы с ним проблем не возникло - строить надо из бетона, в который введена комплексная добавка. Добавка, состоящую их 6-7 компонентов, которые не должны взаимодействовать друг с другом, пока к ним не добавили воды, или она не попала в бетон в процессе его приготовления. Иначе, можно сказать, "весь пар уйдет в свисток".
И такая добавка была создана - её успешно применяют в Новороссийске. Она так и называется "Комплексная минеральная химическая добавка". И повышает она одновременно и прочность, и водонепроницаемость, и морозостойкость. Почти как в рекламе, только не "два в одном", а три в одном. Водонепроницаемость повышается за счет химических реакций уже при приготовлении бетона, прочность - за счет химико-механической активации, а морозостойкость за счет "воздухововлекающей" добавки - компонент, который создает в бетоне множество очень мелких пузырьков. В эти пузырьки внутри бетона, расширяясь при замерзании, "прячется" вода. И бетон она не рвет.
Проблемы, возникающие у строителей, и способы их решения мы обсудили. Давайте перейдем непосредственно к самим добавкам. Какие виды добавок выпускаются в настоящее время серийно?
Для монолитного домостроения выпускается серия добавок "ЛИГНОПАН Б", которые могут использоваться в производстве бетонов, строительных цементных растворов, самовыравнивающихся смесей, с целью улучшения таких свойств как текучесть, удобоукладываемость, прочность, нерасслаиваемость. Добавки экологически безопасны, пожаро-взрыво безопасны, препятствуют появлению высолов. Выпускаются в сухом виде и в виде водных растворов 30-40% концентрации, готовых к применению:
Ёпластификатор для "ЛИГНОПАН Б-1". Этот состав не только придает бетону пластичность, но и повышает его прочность на 30-40%, что аналогично сокращению расхода цемента 20% при сохранении требуемой прочности и подвижности;
Ёпластификатор и ускоритель твердения "ЛИГНОПАН Б-2". Благодаря этой добавке бетон набирает 60-70% прочности от марочной уже на вторые сутки;
Ёкомплексная добавка для конструкционных бетонов "ЛИГНОПАН Б-3". Повышает прочность бетона на 20-25%;
Ёпротивоморозно-пластифицирующая добавка (до -18°С) "ЛИГНОПАН Б-4". Позволяет проводить бетонирование при отрицательных температурах, снизить расход воды затворения на 5-10% при равной подвижности смеси.
Ёкомплексная минерально-химическая добавка «КМХ». Рекомендуется применять для бетонов с высокими требованиями по прочности, водонепронецаемости и морозостойкости при строительстве мостов, тоннелей, плотин, шлюзов, бассейнов, фундаментов и подвалов. Увеличивает подвижность бетона, при одновременном увеличении его прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и ускорении твердения.
И каков же расход этих добавок? Если приводить расход каждой из добавок, то это займет слишком много времени. Давайте приведем расход одной добавки "ЛИГНОПАН Б-4" и сделаем это в виде таблицы.
Температура воздуха, °С до -5 -10 -18
Расход добавки, л.100 кг цемента 4,0 6,0 8,0
Мы с вами в основном говорили о том, как с помощью добавок решить проблемы профессиональных строителей. А частному потребителю Ваши добавки могут помочь? Например, в решении вот такой проблемы. Собрался человек строить фундамент под будущий дом. Как известно на нашей с вами широте рекомендуется заглубить фундамент не менее чем на 1,6, (ниже глубины промерзания грунта). Каждый частник рассуждает примерно так: "Раз высота фундамента 1,6 м, то уж лучше я сделаю его высотой 2,5 метра, но зато буду иметь целый хозяйственный (пусть даже подвальный) этаж. И вот тут-то такого строителя в большинстве случаев подстерегает опасность того, что весной его детище - тот самый подвальный этаж, начинает топить. Существует какое-то средство от такой беды. Ведь лучше чуть дороже заплатить при строительстве подвального этажа, чем потом выкапывать фундамент и класть дополнительную гидроизоляцию. Такой беде вполне может помочь комплексная добавка "КМХ", о которой мы уже говорили. Она повышает морозоустойчивость до 800-900 циклов, увеличивает прочность на 180-200%, а так же увеличивает водонепроницаемость бетона на 4-7 ступеней (от W-8 до W-20). Расход добавки составляет всего 1,5-3% от массы цемента. Вводится добавка вместе с сухими компонентами при приготовлении бетона. И раз уж эту добавку используют при строительстве морских причалов, то использовать её при строительстве подвалов, погребов можно тем более. И даже для строительства бассейнов. И такой опыт уже имеется.
Один из индивидуальных застройщиков, применивший добавку "КМХ", подходил к нашему стенду во время выставки. Он, по его словам, всю время только и делал, что укреплял фундамент дома, но подвал продолжал подтапливаться. На добавку "КМХ" он наткнулся абсолютно случайно, и последний раз переделал все уже с ней. "Теперь мало того, что подвал не течет, даже продукты, находящиеся в нем, высохли. И соседи в этот сухой подвал ходят на экскурсию просто вереницей. А я молчу, не говорю никому, где взял добавку. Да и зачем говорить, ведь в розницу она все равно не продается. А, кстати, почему?"
У меня возник точно такой же вопрос: "Почему нет розничной продажи?" Любого частника такая добавка очень бы заинтересовала. До этого времени добавка "КМХ" действительно выпускалась только крупной фасовкой. И отправлялась только крупным промышленным потребителям. Но в ближайшее время это положение будет исправлено. Будет и мелкий развес и розничная продажа.
Какую еще из перечисленных нами добавок модно рекомендовать использовать в индивидуальном строительстве? Для того чтобы укладывать бетон при индивидуальном строительстве домов, можно использовать "ЛИГНОПАН Б-1". Как мы уже сказали, эта добавка пластифицирует бетон и одновременно повышает его прочность, что позволяет сэкономить примерно 20% цемента (по опыту заводов, которые в промышленных условиях делают большое количество бетона, она позволяет экономить из 400 кг цемента примерно 80-90 кг, получая при этом ту же прочности и подвижности бетона). Понятно, что, сэкономив цемент, Вы должны добавить туда песок и щебень, чтобы сохранить объем. Кстати, раствор и бетон при использовании добавки и готовить легче, особенно если готовишь их без применения техники. Равномерно перемешать тяжелый бетон лопатой - это уже само по себе тяжелый труд, а для того, чтобы при этом во всем объеме равномерно распределились песок и цемент нужно затратить очень большие усилия. А когда вы добавляете пластификатор, то бетон становится гораздо более подвижным, легко и равномерно перемешивается и легко укладывается. И насыщенное арматурой изделие, бетон заполняет гораздо лучше - он легко проникает в небольшие пространства между арматурой.




Еще эту добавку часто используют при производстве сухих смесей, и в частности, при производстве наливных полов. Она позволяет пластифицировать бетон настолько, что получается как бы самовыравнивающая смесь, которая к тому же хорошо заполняет стыки между стеной и полом (именно это место считается наиболее трудным). И усадки не дает, и, следовательно, не возникает трещин при застывании бетона.
Кроме того "ЛИГНОПАН Б-1" не дает бетону быстро схватываться. Когда бетон начинает схватываться, то схватываться он начинает с поверхности, а внутри еще продолжаются гидротационные процессы, сопровождающиеся выделением большого количества тепла (температура внутри бетона при этом поднимается до 55°С). В результате возникают термические напряжения, которые и приводят к появлению большого количества трещин на поверхности. И чем больше в бетоне цемента, тем больше трещин возникает на его поверхности бетона.
Вот эту-то особенность "ЛИГНОПАНА Б-1" можно и нужно использовать. И не только в частном домостроении. Например, совсем недавно в Германии она была успешно опробована при строительстве взлетно-посадочной полосы. Проектировщики требовали бетон марки не менее В35 (прочность равна 500), но чтобы цемента в нем было не больше 350 кг на кубометр. Больше этого количества цемента в бетоне быть не должно потому, что на его поверхности при застывании появятся трещины. Добавка "ЛИГНОПАН Б-1" позволила получить цемент с необходимой прочностью, введя в него даже не 350, а всего 300 кг цемента на тонну бетона. Правда, цемент использовали их немецкий, а это тоже надо учитывать.
А каким образом получают бетоны повышенной прочности? Если нужна высокая прочность, например бетон марки 600, то, как правило, в него просто предлагают ввести 650 кг цемента на тонну бетона, надеясь, что уже только одно высокое содержание цемента придаст бетону необходимый уровень прочности. Но на практике так не получается. Не получается прежде всего потому, что пропорциональной зависимости между расходом цемента и прочностью бетона попросту нет. Максимальное количество цемента, которое можно ввести в бетон - 520-530 кг на кубометр. И увеличение расхода цемента к повышению прочности не приводит. И потому, бетоны марки 350 и выше без добавок уже никто не делает, так же как бетоны со специальными, либо с заранее оговоренными свойствами.
Так и напрашивается вопрос: "А как же раньше обходились без современных добавок?" Добавки к растворам и бетонам - это отнюдь не современное изобретение. Человек использовал различные добавки при строительстве во все времена. Например, есть данные, что их использовали еще в Римской империи. И наш московский Кремль построен с добавкой яиц в кладочную смесь. Конечно, позднее от таких добавок, как яйца, в растворные смеси отказались и стали использовать различные химические вещества.
Химических веществ, которые можно использовать как добавки, существует довольно много. Например, долгое время в строительстве применялась такая добавка, как хлористый кальций - ускоритель схватывания. Он всем хорош. Единственное, что при его применении бывает плохо - бетон, в который он добавлен, будет постоянно мокрым. Происходит это потому, что хлористый кальций - вещество очень гигроскопичное. Он постоянно будет поглощать влагу из воздуха, что бы Вы ни делали, и как бы ни сушили бетон. Представьте себе на минуточку картину - в доме постоянно мокрые стены, на них висят тоже мокрые и постоянно отклеивающиеся обои, а хозяин целыми днями ломает голову, почему так происходит. Оказывается эту добавку просто нельзя использовать при строительстве при строительстве жилых домов.
Когда начинали применять новые методы строительства (монолитный железобетон и т.д.), то еще не было хороших отечественных добавок. В те времена использовали добавки в основном импортные - итальянские, датские, норвежские, шведские и т.д. И эти добавки были довольно дорогие. Сейчас же отечественный потребитель с удовольствием использует добавки отечественного производства. Они ничем не хуже импортных.