Основные способы увеличения прочности бетона сводятся к введению в бетонную смесь различных добавок, которые обладают разным действием.
Пластификатор
Пластификатор РС представляет собой водный раствор высокоэффективного неионогенного поверхностно-активного вещества, обеспечивающая снижение водоотделения строительных растворов, увеличивающая удобоукладываемость и время сохранения свойств растворных смесей. Добавка придает строительным растворам высокую связность, как при транспортировании, так и на стройплощадке, стабильное воздухосодержание в течение всего времени использования.
Добавка предназначена для приготовления растворных смесей на цементной основе, которые применяют при каменной или кирпичной кладке, монтаже строительных конструкций при возведении зданий и сооружений, для устройства стяжки и оштукатуривании различных поверхностей. Допускается применение добавки для производства легких растворов и бетонов различной плотности. Не содержит соединений хлора.
Рекомендуемая дозировка добавки составляет 0,3-1 % от массы цемента.
Суперпластификатор
Суперпластификатор С-3 применяется в бетонах для:
• придания бетонным смесям высокой подвижности без снижения прочностных характеристик бетона (повышение подвижности от исходной 2-4 см до 18-22 см);
• улучшения физико-механических свойств бетона (прочности на 125- 140 % от исходной, морозостойкости на 1-1,5 марок, водонепроницаемости на 3-4 марок)
• сокращения сроков тепловлажностной обработки или сроков распалубки бетона, твердеющего в естественных условиях.
• снижения расхода цемента на 15-25%.
• дозировка 0,5-0,8% от массы цемента.
Пластификатор необходимо предварительно развести в теплой воде до полного растворения, в жидком виде пластификатор сразу начинает работать в бетоне, если Вы добавляете его в сухом виде, то потребуется дополнительное время для его растворения и перемешивания бетона. Пластификатор должен быть разведен предварительно в воде, лучше при температуре 25-30 градусов за час до применения. Расчетное количество суперпластификатора вводят в бетонную смесь с водой затворения. Для повышения технологического эффекта (достижения большей подвижности бетонной смеси или повышения ее сохраняемости, при неизменном расходе добавки) целесообразно вводит С-3 с частью воды затворения спустя 1-5 минут после затворения бетонной смеси основным объемом воды.
Рекомендуемая дозировка С-3 составляет 0,5-0,8% от массы цемента (500-800 грамм на 100 кг цемента в расчете на сухое вещество).
Суперпластификатор ПК-1 представляет собой водный раствор на основе эфиров поликарбоксилатных соединений. Является базовым продуктом, не содержащим солей лигносульфонатов или нафталинформальдегидов. Не содержит замедлителей или ускорителей твердения и противоморозных модификаторов.
Основное назначение добавки – увеличение подвижности с марки П1 до П5 или снижение водопотребности (до 30 %) растворных и бетонных смесей. Применяется для производства различных бетонных и железобетонных изделий (в т.ч. преднапряженных): панелей, колонн, плит тротуарных, свай, фасадных изделий, блоков, мелкоштучных изделий и пр. Добавка эффективно работает с различными видами цементных вяжущих. Не вызывает водо- и раствороотделение. Повышает прочность бетона как на ранней (1 сутки), так и на поздней (28 суток) стадии твердения. Позволяет снизить продолжительность виброуплотнения. Добавку разрешено применять для бетонов, контактирующих с питьевой водой. Позволяет частично или полностью отказаться от тепловлажностной обработки.
Рекомендуемая дозировка добавки составляет 0,3 - 1 % от массы цемента.
Суперпластификатор ПК-2 представляет собой водный раствор на основе органических эфиров поликарбоксилатных соединений. Добавка предназначена для производства товарного бетона.
Основное назначение добавки – увеличение подвижности бетонной смеси с марки П1 до П5 и снижение ее водопотребности (водоредуцирующий эффект до 30 %) при сохранении подвижности во времени (не менее 2 часов). Обеспечивает высокую начальную и конечную прочность. Не вызывает водо- и раствороотделение. Позволяет снизить продолжительность виброуплотнения. Не содержит соединений хлора. Добавку разрешено применять для бетонов, контактирующих с питьевой водой.
Рекомендуемая дозировка добавки составляет 0,3-1 % от массы цемента.
Суперпластификатор ПКЛ-1 представляет собой водный раствор на основе поликарбоксилатных соединений и лигносульфоната. Не содержит замедлителей или ускорителей твердения и противоморозных модификаторов.
Основное назначение добавки – увеличение подвижности с марки П1 до П5 или снижение водопотребности (не менее 25 %) бетонных смесей. Применяется для производства различных бетонных и железобетонных изделий (в т.ч. преднапряженных): панелей, колонн, плит тротуарных, свай, фасадных изделий, блоков, мелкоштучных изделий и пр. Добавка эффективно работает с различными видами цементных вяжущих. Не вызывает водо- и раствороотделение. Повышает прочность бетона как на ранней (1 сутки), так и на поздней (28 суток) стадии твердения. Позволяет снизить продолжительность виброуплотнения. Добавку разрешено применять для бетонов, контактирующих с питьевой водой. Позволяет частично или полностью отказаться от тепловлажностной обработки.
Рекомендуемая дозировка добавки составляет 0,6-1,5 % от массы цемента.
Суперпластификатор ПКЛ-2 представляет собой водный раствор на основе смеси органических эфиров поликарбоксилатных соединений и лигносульфоната.
Добавка предназначена для производства бетонной смеси. Основное назначение добавки – увеличение подвижности бетонной смеси с марки П1 до П5 или снижение ее водопотребности (водоредуцирующий эффект до 25 %) при сохранении подвижности во времени (не менее 2 часов). Обеспечивает повышенную начальную и конечную прочность. Не вызывает водо- и раствороотделение. Позволяет снизить продолжительность виброуплотнения. Не содержит соединений хлора. Добавку разрешено применять для бетонов, контактирующих с питьевой водой.
Рекомендуемая дозировка добавки составляет 0,3-1 % от массы цемента.
Пластификаторы и суперпластификаторы с маркировкой "Зима" могут применяться при отрицательных температурах окружающей среды до -25°С.
Микрокремнезем
Микрокремнезем применяется для получения высокопрочных бетонов, дозировка 10% от массы цемента, в бетонах применяется вместе с суперпластификатором.
Применение микрокремнезема позволяет:
- получить бетоны высокой прочности и водонепроницаемости
- повысить стойкость бетона при воздействии кислот и повышенной температуры
- заменить часть цемента (до 30-40%) при сохранении прочности растворов и бетонов.
Ускоритель твердения (кальций хлористый)
Добавка хлористый кальций применяется в производстве пенобетона, полистиролбетона, бетона, стеновых камней, тротуарной плитки и др.
"Узкое место" в производстве таких бетонных изделий таких как газобетон и пенобетона - формы, в которых происходит схватывание и твердение цементного раствора. Раствор должен находиться в формах длительное время при определенной температуре и влажности для получения достаточной (нормативной) прочности. Сложности возрастают при понижении температуры, когда время "простоя" форм увеличивается в несколько раз.
Для снижения себестоимости продукции требуется уменьшить расход цемента без потери прочности. В связи с этим в настоящее время считается технологически и экономически выгодным применение ускорителя твердения. Рекомендуемая дозировка добавки составляет 1-2 % от массы цемента.
Гидрофобизирующая добавка Гидромикс
Гидрофобизирующая добавка Гидромикс предназначена для повышения марки по водонепроницаемости и снижения водопоглощения конструкций из бетона и железобетона, цементно-песчаных оснований, испытывающих давление грунтовых, сточных и дождевых вод.
Добавка Гидромикс представляет собой сухой порошкообразный материал, содержащий активные химические вещества, которые уплотняют структуру бетона (раствора) и придают ему водоотталкивающие свойства. Добавка не влияет на подвижность бетонной или растворной смесей, незначительно снижает их расслаиваемость и водоотделение, не оказывает замедляющего или ускоряющего эффекта на твердение бетона. Добавка совместима практически с любыми пластифицирующими добавками.
Добавка повышает марку бетона по водонепроницаемости до 3 ступеней (0,6 МПа) и снижает его водопоглощение не менее чем на 30 %. Добавка способствует повышению морозостойкости бетона и защищает его от действия различных агрессивных сред. Без ограничений применяется для эксплуатации в хозяйственно-питьевом водоснабжении.
Введение добавки позволяет поднять марку бетона по водонепроницаемости с W8 до W14.
Добавку применяют в количестве 2 кг. на 1 м3 бетонной или растворной смеси.
Пропитка гидрофобизирующая
Агрессивное воздействие воды на сооружения из кирпича и бетона – давно установленный факт, ибо данные материалы имеют достаточно пористую структуру. Вода проникает в сооружение снизу. Это – грунтовая вода, т.е. растворы солей: хлоридов, сульфатов и гидрокарбонатов, которые затем после испарения воды “украшают” фасады, разрушают фундаменты, срывают штукатурки и облицовку.
Вода угрожает и сверху, и это воздействие весьма неоднозначно. Дождевая вода, проникая в поры материала, при отрицательных температурах увеличивается в объеме и может вызвать локальную деструкцию. Кроме того, строго говоря, дождевая вода – это тоже раствор. Дождевые потоки захватывают из атмосферы большое количество газообразных производственных выбросов, таких как оксиды углерода, серы, азота и фосфора, таких как аммиак, хлор и хлористый водород. Эти газы, растворяясь частично в воде, превращают дождь в кислотный раствор, разрушающе действующий на бетон, мрамор, силикатный кирпич и другие материалы. При этом увеличивается количество пор, капилляров и микротрещин, являющихся все новыми очагами агрессии, и степень разрушения материала существенно возрастает. Даже очень небольшое содержание в воздухе кислотных оксидов серы и азота, а также хлористого водорода способно вызвать смещение такого экологического параметра атмосферы как углекислотное равновесие.
При этом существенно повышается содержание в воздухе свободной углекислоты, называемой в таком случае “агрессивной”. Агрессивным углекислый газ является по отношению к минеральным строительным материалам (извести, мрамору и бетону), превращая нерастворимый кальцит в водорастворимый гидрокарбонат кальция. Происходит элементарное вымывание материала с дополнительным образованием трещин, пор, раковин и т.д. Бетон стареет, штукатурки отшелушиваются, мрамор тускнеет, на его поверхности появляются характерные “потеки”.
Проблема защиты материала от воздействия влаги решается различными способами гидрофобизации (водоотталкивания). Это применение всевозможных методов гидроизоляции, использование жидкого стекла, закрывающего поры, получение высокоплотных материалов с минимальной пористой структурой и т.д.
Одним из перспективных направлений гидрофобизации является использование различных кремнийорганических составов, обладающих способностью к гидрофобизации. Кремнийорганические жидкости, основу которых составляет кремнекислородная цепочка (-O- Si-O-Si-O-Si-)n регулируемой длины, содержат около атомов кремния гидрофобные углеводородные радикалы разной величины: С2Н5, С3Н7, С nH2n-1, что сообщает им в зависимости от назначения как разную степень гидрофобизирующих свойств, так и различную способность проникновения в материал. Вариации этих сочетаний позволяют получать водоотталкивающие системы, применяемые в самых разнообразных целях, связанных с проблемой гидрофобизации. Это краски, покрытия, пропитки, гидрофобизующие добавки в бетоны и растворы и ряд других направлений.
Существенно важным обстоятельством при этом является способность кремнийорганических жидкостей не закрывать, а выстилать поры, создавая на их поверхности тончайшую водонепроницаемую пленку.
Полиуретановое и акриловое защитное покрытие
Полиуретановые и акриловые покрытия являются высокоэффективным средством защиты поверхностей, даже при крайне небольших толщинах слоя при расходе от 0,25 кг/м2. При обработке камня или бетона подчеркивает структуру поверхности, создаёт эффект мокрого камня. Малая рабочая толщина слоя делает покрытие пожаробезопасным. При воздействии на него источника пламени покрытие не горит, а лишь разлагается под воздействием температуры, не создавая при этом опасности распространения пожара.
Указанные покрытия обладают высочайшей адгезией к обрабатываемым поверхностям, имеют большой срок службы (внутри помещений до 50 лет, в условиях открытой атмосферы не менее 15 лет), не наносят вреда здоровью человека даже при непосредственном постоянном контакте с питьевой водой и продуктами питания.
Полиуретановые покрытия обеспечивают гидрофобность строительным материалам (бетон, раствор, кирпич, гипс, картон, древесина и т.п.), а, соответственно, не дают впитываться в них водным субстанциям, соляным растворам, маслам, нефтепродуктам, кислотам, щелочам и другим материалам, которые могут повлиять на целостность и долговечность этих материалов.
Защитное покрытие представляет собой двухкомпонентный состав. Применяется в качестве прозрачного защитного лакокрасочного покрытия для поверхностей из бетона, металла, дерева. Полностью высохшее покрытие обладает высоким глянцем, прочностью, эластичностью, а также стойкостью к истиранию и химическому воздействию и полностью сохраняет все декоративные качества.
Полипропиленовые волокна (фиброволокно)
В 1998 году исполняется 15 лет с того момента, как полипропиленовые волокна (фиброволокно, ППВ) для бетона стали широко использоваться во всем мире. Сегодня в США 10% всего товарного бетона содержит ППВ, а в Великобритании уложены миллионы кубометров такого бетона. В настоящее время волокна используются в конструкционном бетоне для морских укреплений, мостов и водохранилищ, а также в сборном бетоне и торкрет-бетоне. Новые разработки включают антибактериальный бетон, тонкий бетон для покрытия асфальтированных дорог, бетон с обнаженным заполнителем - с шуршащей поверхностью, бетон, менее подверженный взрывному откалыванию при воздействии огня.
Полипропиленовые волокна - это олефиновые волокна, изготовленные из полимеров или сополимеров пропилена. Расплавленный полипропилен подвергается штамповке с вытяжкой, образуя ровные листы или волокна. Затем из него можно получить два типа ППВ. Ровные листы расщепляются на мелкие волокнистые элементы, из которых состоит основная структура, и разрезаются на части различной длины. Эти фибриллированные волокна в поперечном сечении имеют форму, близкую к прямоугольной. Волокна с круглым поперечным сечением также разрезаются на части различной длины для получения моно- и мультифиламентных волокон. ППВ - чистое, безопасное, простое в использовании, химически нейтральное и совместимое со всеми вяжущими веществами и добавками волокно.
Количество, тип и длина используемых волокон зависит от требований проекта. Обычная дозировка составляет 0,1% по объему или 0,6 - 0,9 кг/м3 бетона. Для удобства в применении ППВ поставляется в растворимых мешках по 0,6 - 0,9 кг. На каждый кубометр бетона добавляется один мешок - или в смесительную установку на бетонном заводе или прямо в автобетономешалку. Достаточно всего 5 минут смешивания в автобетономешалке для равномерного рассеивания без образования комков и скоплений. Более высокая дозировка, особенно фибриллированных волокон, используется в сборном бетоне, торкрет-бетоне и других видах бетона, где важна прочность и устойчивость к раскалыванию.
При дозировке 0,1-1% ППВ не обеспечивает первичного армирования. Теория показывает, что количество волокна, которое выдерживает нагрузку после растрескивания - критический объем волокна - для ППВ составляет примерно 2% по объему. Такое количество трудно ввести в бетонную смесь и оно неприемлемо с коммерческой точки зрения. Однако, дозировка 0,1-1% ППВ по объему действительно дает определенные преимущества бетону как в пластичном, так и в затвердшем состоянии. Волокна оказывают эффект немедленно, повышая сцепление бетонной смеси, препятствуя оседанию крупных, тяжелых частиц при уплотнении и облегчая подачу бетонной смеси насосом. ППВ повышает способность бетона к деформации без разрушения в критический период схватывания, что мешает образованию микротрещин внутри застывшего бетона, а также сдерживает расширение видимых поверхностных трещин, возникших при пластической усадке. ППВ препятствует перемещению и последующему испарению воды, повышая гидратацию цемента на поверхности, но не заменяет надлежащих процедур выдерживания бетона. 16 лет независимого тестирования по всему миру, теперь подкрепленного сертификатом ВВА, показали, что ППВ в количестве 0,1% по объему обеспечивает устойчивость к выступанию воды, оседанию, растрескиванию при пластической усадке, истиранию, циклам замораживание/оттаивание, сопротивление удару, а также огнестойкость, остаточную прочность, антимикробную защиту и пониженную проницаемость.
Вышеописанные преимущества означают, что ППВ можно использовать во всех областях применения бетона. Выгода ППВ видна при анализе затрат даже на такие сооружения как мосты, водохранилища и стенки набережных. Но с наибольшим успехом этот материал использовался в бетонных плитах покрытий, особенно там, где он служил заменой вторичной стальной проволочной арматуры. Расчеты для бетонных плит покрытия с ППВ ничем не отличаются от обычных, изложенных в техническом отчете N 34 Общества Бетона. ППВ не увеличивает допустимую нагрузку бетонной плиты заданной прочности и толщины. Простота в применении, устранение стальной арматурной проволочной сетки и беспрепятственный доступ для выгрузки бетонной смеси делают укладку бетона с ППВ более быстрой и экономичной. Учитывая уже описанные преимущества поверхности такого бетона, нетрудно понять, почему он с таким успехом используется в плитах покрытий. Преимущества торкрет-бетона с ППВ заключаются в лучшем сцеплении бетонной смеси, что cнижает отскок и ускоряет укладку.
При высокой дозировке более длинных фибриллированых волокон его прочность может сравниться с бетоном, содержащим 25-30 кг стальной арматуры. Преимущества сборного бетона с ППВ заключаются в уменьшении опасности случайного повреждения при распалубке и последующей транспортировке, пониженной проницаемости и, следовательно, меньшей подверженности коррозии. Преимущества бетона с ППВ при использовании скользящих опалубок заключаются в лучшем сцеплении бетонной смеси, что способствует повышению темпов строительства и снижению объемов ремонтных работ.
Бетон с высокими рабочими характеристиками, обладающий прочностью 60-100 МПа и более, приобретает все большую популярность во всей Европе. Однако, как показал пожар в туннеле под Ла-Маншем, такой бетон подвержен взрывному откалыванию при температуре выше 200 гр.С. ППВ обеспечивает безопасный выход перегретого пара через капилляры на поверхность, когда плавится полипропилен при температуре 160-170 гр.С, и в настоящее время ППВ вводится в спецификации бетона для туннелей и других областей применения, где взрывное откалывание может угрожать жизни.
Омагничивание воды затворения
Без воды невозможно начало химической реакции, превращающей разрозненные компоненты бетонной смеси в единый монолит. Её роль в этом процессе сложно переоценить. Поэтому вполне объяснимо стремление модифицировать многие химические процессы, происходящие в присутствии воды, в том числе и образование цементного камня, именно по пути изменения некоторых её свойств.
В бетоноведении роль модифицированной воды – одна из самых скандальных и мало изученных тем. При всем притом, что с периодичностью примерно в 10 лет, ученые-бетоноведы всего мира вновь и вновь возвращаются к этой теме, факторы, влияющие на изменение характеристик бетонов, обусловленные применением модифицированной воды остаются еще во многом не ясными. Все это обусловило разделение ученых-бетоноведов на два противоборствующих лагеря. Одни, с пеной у рта, утверждают, что шаманить над водой – чистой воды шарлатанство, недостойное серьезных исследователей. Другие, столь же ожесточенно, доказывают обратное. Истина, как всегда, где-то посредине.
Говоря о роли внешних факторов внешних наводок при омагничивании водных систем, нельзя обойти молчанием так называемую сезонную зависимость результатов (хотя этот вопрос рассматривается учеными – геоцентристами неизменно скептически). Так, например, неоднократно подтверждался тот факт, что омагничивание воды, применяемой для затворения цементных растворов, наименее эффективно в мае-июле. Многократно проводившиеся эксперименты убедительно и однозначно свидетельствуют, что в абсолютно идентичных условиях прирост прочности образцов затворенных омагниченной водой составил в январе 50 – 60%, мае 2 – 5%, сентябре 20 – 25%, октябре – 40%. Причины таких проявлений сезонности, точно не установлены. Можно только предполагать, что в эксперимент “вмешивалось” геомагнитное воздействие солнца. Во всяком случае, их нельзя связать с поступлением талых вод, поскольку опыты проводились с использованием бидистилятов.
В любом случае даже не зная как “ЭТО” работает, человечество давно и очень эффективно научилось использовать магнитное воздействие на вещества, в том числе и воду, в своих целях.
В СССР начало применения омагниченной воды при затворении бетонов относится к 1962 г. (Нейман Б.А. свид. СССР № 237664, от 1962 г.). С тех пор велись и по сей день ведутся значительные исследования в этом направлении. Известно, что в процессе твердения цементного камня одновременно протекает ряд сложных процессов: растворение и гидратация цементных минералов с образованием пересыщенных растворов, самопроизвольное диспергирование этих минералов до частиц коллоидных размеров, образование тиксотропных коагуляционных структур и, наконец, возникновение, рост и упрочнение кристаллизационных структур. И омагничивание воды влияет на все эти процессы. Следовательно, влияние магнитной обработки воды, используемой для растворения, на твердение и свойства цементного камня является вполне закономерным.
Опытами установлено, что затворение цемента омагниченной водой приводит к значительному повышению прочности камня. Причем зависимость прочности от напряженности поля имеет экстремальный характер.
Все улучшения прочностных характеристик бетона обусловлены несколькими факторами, на которые влияет омагничивание воды. Главные из них, это ускоренное нарастание пластической прочности цементного камня, измеряемой по предельному напряжению сдвига. При затворении обычиой водой имеется значительный индукционный период выкристаллизовывания цемента. В случае же затворения омагниченной водой пластическая прочность начинает активно расти почти сразу же после затворения. При этом отмечается более быстрое диспергирование частиц до микронных размеров.
Микроскопические исследования также показали увеличение скорости гидратации цемента в омагниченной воде. Причем значительно возрастает количество кристаллов сульфоалюмината кальция и гидроокиси кальция, а размеры их уменьшаются. Кристаллы находятся не только на поверхности зерен гидратирующегося цемента, как обычно, но и в объеме всей массы. Исследование цементного камня трехдневного возраста под электронным микроскопом показало, что в омагниченмой воде структура камня гораздо более мелкозернистая. Кроме того многочисленные эксперименты показали, что эффект магнитной обработки воды, во многом зависит, также и от её химического состава. Примеси ионов железа и хлоридов чаще всего оказывают положительное влияние. Некоторые газы – остаточный хлор, аммиак – отрицательное. Очень большую роль играют соли жесткости как сами по себе, так и их взаимное соотношение. Достоверно установлено, что наилучшие результаты достигаются при следующих концентрациях солей: сульфата магния – 1.2 г/л, сульфата кальция – 1.2 г/л, хлорида магния – 2.8 г/л.
Многочисленные эксперименты по оценке влияния омагниченной воды на бетоны однозначно свидетельствуют – эффект магнитообработки носит экстремальный характер. Существует некий оптимум, как по напряженности магнитного потока, так и по скорости протекания воды, а также её минералогическому составу. Для каждой отрасли промышленности, использующей омагниченную воду, он разный. Глубоко ошибочной, порочной и даже вредной следует признать практику бездумного использования омагничивающих приборов, ориентированных на работу в других технологических цепочках.
Самое интересное в конструкции омагничивающего устройства – она, абсолютно не нуждается в какой либо защите от копирования. Можно прибор распилить, измерить, хоть на вкус попробовать. Пока не разгадаете магнитосилу применённых магнитов – все ваши потуги изготовить аналогичный прибор будут тщетны – просто не получите нужного эффекта.