Современные суперпластификаторы для бетонных смесей

Первые сведения о суперпластификаторах как высокоэффективных разжижителях бетонных и растворных смесей появились в начале тридцатых годов, а в 1935 году был получен первый патент. Вторая мировая воина отодвинула широкое применение данного вида модифицирующих добавок на конец пятидесятых годов. Причем странами, в которых был впервые начат выпуск суперпластификаторов как товарных продуктов, были страны побежденной коалиции — Германии и Япония. В нашей стране применение суперпластификаторов в промышленных масштабах было начато в конце семидесятых годов.

Основным преимуществом суперпластификаторов является то, что при одинаковых значениях водоцементного отношения они значительно повышают подвижность бетонных и растворных смесей, не снижая прочностных показателей затвердевших смесей. Использование суперпластификаторов в составах сухих строительных смесей в комбинации с другими модифицирующими добавками позволяет создавать высокопрочные самонивелирующиеся строительные растворы, предназначенные как для ручного, так и для механизированного нанесения.

В России в соответствии с ГОСТ 24211-91 суперпластификаторы относятся к пластифицирующим добавкам 1-ои группы, обеспечивающим увеличение подвижности бетонной смеси от П1 с обеспечением осадки конуса 2-4 см до П5 без снижения прочности бетона во все сроки испытания. Различают суперпластификаторы, искусственно синтезированные и полученные в результате переработки сырья животного происхождения. В качестве суперпластификаторов животного происхождения используют казеин. Однако в настоящее время применение казеина, в силу ряда причин, ограничено во многих европейских странах, и поэтому в данной статье основное внимание уделено искусственно синтезированным суперпластификаторам.

В зависимости от химической основы различают следующие виды суперпластификаторов:

•  суперпластификаторы на основе сульфированных меламинофор-мальдегидных соединении и комплексов на их основе;
• суперпластификаторы на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений и комплексов на их основе;
• суперпластификаторы на основе модифицированных лигносульфанатов;
• суперпластификаторы на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров.

Первые три вида известны с самого начала промышленного применения суперпластификаторов, поэтому их часто называют традиционными. Механизм действия традиционных суперпластификаторов упрощенно можно представить следующим образом. Так как суперпластификаторы относятся к поверхностно активным веществам, то их основное свойство заключается в том, что молекулы таких веществ адсорбируются на поверхности частиц цемента и формирующихся новообразовании, образуя тончайший моно- или бимолекулярный слои, при этом уменьшается межфазовая энергия сцепления и облегчается дезагрегация частиц.

Вместе с тем освобождается иммобилизированная вода, которая играет роль пластифицирующей смазки. Кроме того, адсорбированный слои сглаживает микрошероховатость частиц, уменьшая тем самым коэффициент трения между частицами. И, наконец, создание одноименного электрического заряда в результате адсорбции суперпластификатора на поверхности частиц твердой фазы исключает возможность их сцепления за счет электростатических сил и тем самым снижает вязкость суспензии. В процессе гидратации с ростом кристаллов новообразовании постепенно прекращается отталкивающие действие одноименного электрического заряда и строительный раствор теряет подвижность.

В отличие от традиционных суперпластификаторов, действие суперпластификаторов четвертого вида ввиду особенностей структуры используемых полимеров, в основном базируется на стерическом эффекте, благодаря которому снижается трение компонентов суспензии строительного раствора. Такие суперпластификаторы во многих зарубежных странах называют сверхсупер или гиперплатификаторами. Данный вид суперпластификаторов разработан в девяностых годах и достаточно широко используется в европейских странах и Японии.

Применение различных видов суперпластификаторов в составах сухих строительных смесей при одинаковом водоцементном отношении способствует увеличению подвижности строительных растворов по сравнению с контрольным составом без супер пластификатора. Однако с течением времени данный эффект уменьшается или происходит его полное прекращение (табл.1). Различная продолжительность пластифицирующего эффекта при прочих равных условиях зависит в первую очередь от строения молекул различных суперпластификаторов и их принципов действия. Применительно к изменению прочностных характеристик, сравним прочность на сжатие строительных растворов с использованием суперпластификаторов различных видов и контрольного образца без суперпластификатора при равной подвижности строительного раствора равной 28 см.

Состав строительного раствора: портландцемент М-500 ДО-400, песок кварцевый — 590 г, известь гашенная молотая — 10 г.

Таблица 1.

Очевидно, чтобы придать строительному раствору хорошую подвижность без применения суперпластификатора, необходимо увеличивать количество воды затворения, что в свою очередь приводит к потере прочности на сжатие в возрасте 23 суток, а также к увеличению капиллярной пористости затвердевшего раствора вследствие испарения избыточной воды, что в конечном итоге снижает морозостойкость затвердевшего раствора.

В заключение следует отметить, что нельзя однозначно определить преимущества применения того или иного вида суперпластификаторов. Эффект применения суперпластификаторов в сухих строительных смесях может изменяться в зависимости от минерального состава цемента, его удельной поверхности, от характеристик наполнителей, заполнителей и модифицирующих добавок, от совместимости с компонентами, входящими в состав конкретного продукта, от условий твердения, а также от стоимости применяемых суперпластификаторов. Не вызывает сомнения лишь то, что применение суперпластификаторов в составах сухих строительных смесей позволяет улучшить строительно-технологические свойства выпускаемых составов, и что только с появлением современных суперпластификаторов стало возможным создание самоуплотняющихся и самонивелирующихся растворных смесей.