Одним из основных направлений деятельности предприятия "Стройреахим" является разработка и производство расширяющих добавок для сухих строительных смесей, бетонов, и тампонажных растворов. Нашим предприятием были разработаны составы и налажен выпуск расширяющих добавок ДР-Н, ДР-20, ДР-50, ДР-100, НРС-1. Они относятся к добавкам, которые контролируют осадку, обеспечивая расширение в пластичном и затвердевшем состоянии.

ТИПЫ РЕАГЕНТОВ  

Известны два типа добавок на основе сульфоалюмината кальция и оксида кальция, которые предотвращают изменение объема из-за усадки. Компенсация усадки достигается при меньшем количестве добавки, в то время как химическое предварительное напряжение бетона получают при более высоких дозах.
Хотя реакции, которые вызывают расширяющие усилия в смесях на основе сульфоалюмината кальция и оксида кальция, различны, их влияние на свойства бетонов и растворов и их применение одинаковы.

Сульфоалюминат кальция — состоит из 30% C4A3S, 50% CaSO4 и 20% СаО. Ее частицы грубее, чем частицы портландцемента. Больший размер частиц обеспечивает увеличение расширения, поскольку период гидратации удлиняется. При использовании в таких специальных областях строительства, как подливка конструкций раствором и тампонирование нефтяных скважин, безводный сульфоалюминат кальция комбинируют с двумя или более добавками, указанными ниже: диспергирующими, агентами, выделяющими газ, например, порошком Аl или частицами обезвоженного кокса, порошкообразным акриловым латексом для увеличения сил сцепления, а также с веществами, увеличивающими или уменьшающими плотность раствора — баритами или бентонитами.

Продукты, содержащие оксид кальция гранулометрического состава в пределех 80—96%, используются как однокомпонентные добавки на основе оксида кальция.

Дозировка добавки на основе сульфоалюмината кальция составляет от 8 до 11% массы цемента для компенсации усадки и 12—17% для использования при предварительном напряжении. Для добавок на основе оксида кальция рекомендуется дозировка от 6 до 10% в зависимости от требуемого уровня расширения. Для компенсации усадки и предотвращения трещин достаточна доза 6—7%, в то время как для предварительно напряженных изделий необходима дозировка более 8%.

Добавки на основе сульфоалюмината кальция или на основе оксида кальция применяют для замены цемента в смеси или в качестве добавки к цементу. В последнем случае состав смеси корректируется соответствующим уменьшением количества песка.

Дозу вводимой в смесь порошкообразной добавки рассчитывают или исходя из заданного количества мешков, или на основе взвешенного количества материала по отношению к массе цемента в смеси. В обоих случаях добавка дозируется по массе, а не по объему. При производстве как сборного, так и товарного бетона добавку вводят в миксер.

Эксплуатационные качества добавок зависят от степени перемешивания. При использовании небольших количеств добавки время перемешивания несколько удлиняется по сравнению с приготовлением бетонных смесей на портландцементе. В жаркую погоду последовательность подачи компонентов бетона в автобетоно-мешалку должна быть изменена. Бетономешалка должна продолжать работу после прибытия на объект в течение 3—5 мин перед разгрузкой. Применение этого метода способствует уменьшению осадки конуса и обеспечивает сохранение способности материала к расширению.

При изготовлении смесей в холодную погоду горячую воду нужно добавлять к заполнителям после цемента и добавок, иначе может произойти мгновенное схватывание.

Добавки на основе сульфоалюмината кальция и на основе оксида кальция более чувствительны к воздействию влаги и атмосферного СО2, чем портландцемент. Эти материалы должны быть поэтому упакованы в водонепроницаемые мешки и складироваться в сухом месте. При вскрытии мешков их нужно использовать предпочтительно в тот же день для сохранения активности. Срок хранения на складе составляет 6—12 мес.

В бетоне, содержащем указанные добавки, заполнители могут оказывать влияние на характеристики расширения. Нужно также учитывать влияние состава цемента и содержания воды на степень расширения. Для достижения минимального расхода цемента при заданном расширении необходимо провести пробные замесы. Производитель сухих строительных смесей должен разработать рекомендации по совместимости данных добавок с другими добавками, для чего необходимо провести соответствующие эксперименты.

Дозировка добавки и условия выдержки влияют на свойства бетона. Поэтому подбор соответствующей дозировки зависит от желательной степени расширения, степени армирования конструкции и условий твердения.

Поскольку на начальной стадии обеспечения заданного расширения требуется повышенное количество воды, должен быть минимизирован отсос воды в сухое основание путем тщательного увлажнения основы или грунтовой подосновы. Необходимо обеспечить строгий контроль при армировании бетона и натяжении арматуры для хорошего сцепления.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАСТИЧНОСТИ БЕТОНА И РАСТВОРА

Механизм расширения связан с образованием эттрингита в цементе и не до конца выяснен; относительно этого механизма существует несколько гипотез. Наша гипотеза следующая.

Добавки на основе сульфоалюмината кальция в результате реакции с водой образуют эттрингит и расширяются. Полагают, что образование эттрингита не происходит в жидкой фазе цемента. Соединение C4A3S и оксид кальция реагируют с образованием твердого раствора, состоящего из пластинчатых кристаллов гексагонального типа моносульфата и гидрата алюмината кальция типа C4AHi3. При последующей реакции моносульфата с гипсом образуются игольчатые кристаллы эттрингита.

Очевидно, что моносульфат не содействует расширению, в то время как образование эттрингита обеспечивает расширение.

Расширение наряду с увеличением прочности вызывает сжимающие усилия в бетоне, уменьшающие растягивающие напряжения, связанные с усадкой от высыхания. Поэтому как трещинообразование, так и усадка при высыхании уменьшаются.

При химическом предварительном напряжении расширяющее усилие вызывает напряжение стали в степени, соответствующей производимому расширению. Бетон одновременно подвергается равнозначному сжимающему усилию из-за ограничения, вызываемого армированием.

Механизм расширения для многокомпонентных добавок такой же, как и для однокомпонентных; скорость и степень расширения у них определяются изменениями, производимыми другими компонентами в добавке.  

Расширение в системе на основе оксида кальция происходит благодаря росту кристаллов и давлению, возникающему при гидратации частиц СаО с образованием Са(ОН)2. Скорость и степень расширения определяются типом частиц, размером и толщиной защитного покрытия и присутствием влаги. Водопотребность при равной осадке конуса для бетонов, содержащих рассматриваемые добавки, обычно выше.
в бетонах, содержащих добавки обоих типов, наблюдается значительное снижение водоотделения. Высокая водопотребность и пониженное водоотделение связаны с высокой водопотребностью при образовании эттрингита.

В связи с тем, что бетонные смеси, содержащие добавки на основе сульфоалюмината кальция и оксида кальция, обладают увеличенным сцеплением и пониженным водоотделением, операции по отделке в них должны проходить быстрее, чем у портландцементных бетонов. Из-за недостатка отделяющейся воды в условиях быстрого снижения влажности может возникать пластичная усадка.

 ЗАТВЕРДЕВШИЙ БЕТОН И РАСТВОР. 

Физические свойства, такие, как прочность при сжатии, ползучесть, модуль упругости и долговечность бетонов, содержащих добавки на основе сульфоалюмината кальция и оксида кальция, близки к свойствам портландцементных бетонов, особенно при дозировках в пределах 8—11 % сульфоалюмината кальция и 6—7 % оксида кальция. Если дозировка добавок превышает указанные значения и если отсутствуют внутреннее армирование или внешние ограничения, то может наступить момент, когда расширение начнет оказывать разрушающее действие на бетон.

Хотя в бетонах с добавкой на основе оксида кальция достигается более высокий уровень расширения для заданной дозировки, другие характеристики расширения и усадки, вызываемые добавками на основе оксида кальция и сульфоалюмината кальция, не очень различаются.

При использовании этих добавок наибольшее расширение наблюдается на очень ранней стадии при влажной выдержке. При выдержке с более низкой относительной влажностью, например при воздушной выдержке, со временем происходит постепенное снижение расширения. В зависимости от достигнутой в начальный период выдержки степени расширения и скорости усадки после прекращения водной выдержки может произойти значительное сжатие . Расширение увеличивается с увеличением дозировки добавки, причем усадка зависит от степени армирования конструкции. Степень расширения обратно пропорциональна коэффициенту армирования и прямо пропорциональна дозировке. Ограниченное расширение увеличивает плотность матрицы и дает возможность получить бетон или раствор с более низким коэффициентом проницаемости, чем у соответствующего портландцементного бетона.

 ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАСШИРЕНИЕ. 

- Состав

- размер кристалов 

- тонкость помола. 

Тип и количество алюминатов, сульфата кальция и свободного оксида кальция, присутствующих в смеси, влияют на степень образования эттриигита. Присутствие свободно оксида кальция существенно как для начальной, так и для последующих стадий образования эттриигита, так как она содержит жидкую фазу, насыщенную ионами кальция. Свойства кристаллов, размер частиц и разброс размеров частиц в добавке сульфоалюмината кальция определяют степень ее гидратации и продолжительность расширения. Наличие защитного покрытия Са(ОН)2 или силиката кальция и его толщина влияют на скорость реакции добавок на основе оксида кальция.

СОДЕРЖАНИЕ ЦЕМЕНТА. 

Более высокая степень расширения достигается в смесях с повышенным содержанием цемента, она снижается при уменьшении содержания цемента. Обычно требуется минимальное содержание цемента (280 кг/м3) для получения требуемого расширения. Водоцементное отношение. При дозировке добавки в пределах 9—13 % в бетонах с добавкой на основе сульфоалюмината кальция наблюдается значительное увеличение конечного расширения и прочности при сжатии при В/Ц меньше 0,5. При более высокой пластичности и большем В/Ц добавки на основе оксида кальция имеет более высокую степень расширения, чем на основе сульфоалюмината кальция. В добавках на основе оксида кальция не возникает увеличенного расширения при пониженном В/Ц. При более высоких водоцементных отношениях или при более длительном воздействии влаги увеличенная степень расширения, наблюдаемая у добавок с оксидом кальция, оказывает отрицательное действие на все свойства затвердевшего бетона, если не обеспечено достаточное ограничение.

ОТНОШЕНИЕ ДОБАВКИ К ЦЕМЕНТУ. 

Обычно для компенсации усадки используют отношение добавки к цементу, равное 9—11 (добавка): 91 — 89 (цемент). При таких соотношениях свойства бетона с добавкой на основе сульфоалюмината кальция аналогичны свойствам портландцементных бетонов с подобным же составом смесей. Однако при дозировке смеси больше 11 % удобоукладываемость бетона и прочность уменьшаются с увеличением расширения и воздухововлечения. При неограниченном расширении, превышающем 0,3 %, прочность уменьшается.

Применение добавки на основе оксида кальция при дозировке 3—7 % дает возможность выпускать бетон со свойствами, аналогичными свойствам портландцементных бетонов. Снижение прочности, вызываемое более высокими дозировками (в отсутствие ограничений), более значительно в связи с большим расширением и восприимчивостью добавки к влаге. При больших дозах добавки (<9%) наблюдаются вспенивание и увеличенное воздухововлечение.

УСЛОВИЯ ВЫДЕРЖКИ.  

Если дозировки добавок составляют 8—11 % для добавок на основе сульфоалюмината кальция   и 6—7 % для содержащих оксид кальция, то при водной выдержке бетона или при 100 %-ной относительной влажности расширение больше, чем при выдержке в изолированных камерах с другими добавками.

В условиях выдержки при 50 %-ной относительной влажности (воздушная выдержка) расширение небольшое (0,05 %), а усадка происходит через 7 сут. 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ. 

Способность добавок на основе сульфоалюмината кальция   и на основе оксида кальция уменьшать трещинообразование до минимума позволяет сократить число температурных швов в строительстве, что делает эту добавку идеально пригодной для применения плит покрытий, полов, крыш и парковочных площадок. Использование этих добавок в конструкциях для хранения воды, где утечка воды является проблемой, приводит к уменьшению числа трещин.

Компенсацию усадки выгодно использовать для архитектурных изделий заводского изготовления и бетона, укладываемого пневматическим бетоноукладчиком.
Химическое предварительное напряжение используется при производстве напорных труб, резервуаров для воды и облицовок тоннелей.
Многокомпонентные добавки широко применяются в конструктивных растворах и для тампонирования нефтяных и газовых скважин.