Гиперпластификаторы для бетона: состав и области применения

Высокие технологии в производстве материалов с программированием нужных свойств испытывают в последние десятилетия настоящий бум. Различные добавки, усиливая одни свойства (требуемые) и ослабляя другие (нежелательные), получили широкое распространение в медицине, пищевой и металлургической промышленности. В строительной отрасли появились свои модификаторы свойств основного материала – бетона.

Модификаторы бетона первого поколения

Рост строительной индустрии во всех регионах Земли при дороговизне ресурсов сделал задачу снижения себестоимости производства бетона еще более актуальной. За счет разработки и применения широкого спектра химических добавок в бетон удалось фактически районировать его применение. С минимальными затратами научились получать растворы цемента для северных стран – морозоустойчивые, для южных районов – не трескающиеся от жары, для районов с влажным климатом – более влагостойкие.

Развитие производства добавок в бетон от простых противоморозных пластификаторов привело к появлению сначала суперпластификаторов, а в последнее время и сложных гиперпластификаторов. Различаются они по физико-химическим способам создания и по влиянию на различные свойства бетонов и новых строительных материалов, полученных с применением такого вещества.

Суперпластификаторы: отличие от гиперпластификаторов

Эти вещества, основанные на электростатическом отталкивании молекул (составляющих цемент), существенно снижают потребление воды. В результате получается подвижный цементный раствор с улучшенными технологическими качествами: легче происходит формовка изделий, сокращается время набора прочности. Важные для потребителя качества изделий, такие как долговечность и прочность, увеличиваются за счет уменьшения объема воды в бетоне.

Классифицируют и обозначают эти виды добавок по основам их изготовления: МФ – меламина-формальдегидные конденсаты, послужили основой для суперпластификаторов с этим обозначением, НФ созданы из нафталин-формальдегидных конденсатов, а ЛСТ – из лигносульфатов. Их воздействие на цементные растворы описаны в инструкциях по применению.

Гиперпластификаторы – пластификаторы последней версии

Эти модификаторы позволяют задавать изначально не одно свойство будущего раствора, а практически создавать запрограммированный комплекс характеристик изделия: от хранения бетонных смесей до длительного использования изделий из них с надежным сохранением свойств.

Состав

Основой создания таких добавок для ПК (поликарбоната) служат поликарбоксилаты, для ПА (полиамида) – полиакрилаты. При изготовлении бетона взаимодействие песка и цемента с такими добавками возникает стерический эффект. Не углубляясь в химические формулы, этот эффект можно интерпретировать как клеевой молекулярный раствор: гиперпластификаторы ориентируют цементные молекулы вокруг частиц песка. Текучесть резко возрастает при сокращении количества воды. По оценкам специалистов такие добавки в три раза эффективнее старых ЛСТ и в более чем два раза – суперпластификаторов МФ и НФ.

Применение

Гиперпластификаторы не токсичны, запах не вызывает отвращения, внешне выглядят как порошки из полупрозрачного вещества. Добавки перед использованием растворяются в воде. Точная дозировка указана производителем в инструкции на упаковке и требует аккуратного исполнения для получения нужного результата.

Максимальная масса используемого материала не превышает обычно 3% массы цемента. Цементный раствор, приготовленный правильно, сохраняет заявленные свойства в течение 3 часов.

Преимущества использования

Изначально поиск путей снижения себестоимости бетона в строительстве привел к созданию гиперпластификаторов, которые существенно сократили прямые и косвенные затраты в производстве раствора:

• максимальное употребление – 3% добавки – уменьшает расход цемента на 25%;
• применение таких добавок ощутимо сокращает расход воды;
• полученный раствор дает возможность снизить металлоемкость каркаса из арматуры;
• снижается время приготовления раствора, на лицо рост производительности труда;
• сокращение времени работы оборудования для производства бетона уменьшает затраты на электроэнергию.

Добавки на основе гиперпластификаторов позволяют программировать следующие эксплуатационные и технологические качества бетонов:

• однородность, удобоукладываемость и нерасслаиваемость раствора;
• возможность управлять процессами схватывания, твердения, потери подвижности бетона;
• на 1-2 марки повышение прочности и водонепроницаемости цемента;
• морозостойкость полученного бетона вырастает в 3 раза и раствор приобретает способность твердеть без обогрева до минус 25 градусов, что очень актуально для северных районов.

Области применения гиперпластификаторов

Бетон, содержащий гиперпластификаторы, широко используется в монолитном строительстве. Так как время застывания уменьшается, возрастает коэффициент использования дорогостоящей оснастки. С активизацией продвижения на Север монолитное строительство с морозоустойчивым раствором, не требующим подогрева на морозе, еще более актуализируется.

Свойства долговечности растворов с добавками особенно интересует при строительстве мостов и железобетонных конструкций к ним, особенно при устойчивости к агрессивным средам (морской воды и прочее). Бетонные взлетные полосы для авиации и автодороги получили материалы для надежного изготовления их на долгие годы.

Товарные бетонные изделия – плитки, столбы, кольца колодцев различного назначения, бордюры активно применяют растворы с устойчивыми свойствами на основе использования гиперпластификаторов.

Применение таких добавок породило большое количество вариантов ячеистых бетонов с различным наполнителем для малоэтажного строительства. Причем, в кустарном варианте из-за простоты технологии изготовления экологически чистых и негорючих блоков, вполне успешно конкурирующих с древесными материалами, выпускается все больше.

Массовое творчество малых архитектурных форм тоже получило развитие. Изготовить оригинальный забор, лепнину или даже скульптуру для загородного дома и дачи стало проще. Создал форму, приобрел бетонную смесь или гипс, добавил гиперпластификатор и получил собственными руками изготовленное произведение.

Дальнейшее изучение свойств уже используемых, а также, создание новых гиперпластификаторов, обещает еще большее их участие в строительстве и творчестве. Особенно широкие перспективы открывает объединение технологий получения таких бетонов с современными 3D-принтерами.

Источники информации:

1. ГОСТ 30459-2008
2. «Супер- и гиперпластификаторы для бетонов нового поколения» — Вишневский В. И., Шкред Е. А.
3. ГОСТ 24211-2008 (с Изменением №1)