ХИМИЧЕСКИЕ ДОБАВКИ В ТЕХНОЛОГИИ МОНОЛИТНОГО БЕТОНА

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены результаты комплексного исследования физико-механических свойств тяжелого бетона, модифицированного четырьмя типами современных химических добавок. Экспериментально установлено, что использование модификатора четвертого типа наиболее эффективно в качестве регулятора сохраняемости подвижности бетонной смеси и повышения итоговых прочностных показателей. Разработанный оптимизированный состав на основе добавки Polixmix-141 проявляет малую чувствительность к минералогическому составу цемента, обеспечивая универсальность применения. Несмотря на зафиксированное замедление начальных процессов структурообразования, бетоны с добавкой Polixmix-141 демонстрируют интенсивный набор прочности в последующие сроки твердения. Стабильный модифицирующий эффект подтвержден в широком диапазоне расхода цемента (350–500 кг/м³) и при различных исходных характеристиках смеси. Достижение проектной прочности образцов наблюдалось уже к 7-суточному возрасту, что открывает перспективы для ускорения темпов строительства и повышения долговечности бетонных конструкций.

ABSTRACT

This paper presents the comprehensive findings of a study on heavy concrete modified by four types of modern chemical admixtures. Experimental data indicates that the application of modifier type 4 is the most effective for regulating the workability retention of concrete mixtures and enhancing overall strength parameters. The optimized composition based on Polixmix-141 exhibits low sensitivity to the mineralogical composition of various cements, ensuring its versatility. Despite a recorded deceleration in the initial stages of structure formation, concrete modified with Polixmix-141 shows an intensive strength gain during subsequent hardening periods. A stable modifying effect was consistently achieved across a wide range of cement content (350–500 kg/m³) and various initial workability levels. The attainment of design strength was observed by the 7th day of curing, highlighting the potential of this additive to significantly accelerate construction timelines and improve the long-term durability of reinforced concrete structures.

Ключевые слова: модификатор, высокопрочный бетон, подвижность, сохраняемость, минеральные добавки, плотность, прочность, осадка конуса.

Keywords: concrete, aggregate, chemical admixture, strength, class, property.

Введение. 

В развитых странах уже более 30 лет используют монолитный бетон, доля которого в общем объёме производства – более 85%, а в жилищном строительстве ещё больше. В последние годы и в Узбекистане наметился постепенный переход от блочного и панельного строительства к монолитному домостроению. Бетонирование монолитных сооружений и конструкций неотъемлемая часть современного строительства во всех сферах, включая транспортное и инфраструктурное. При выпуске и использовании монолитного бетона возникает немало сложностей, связанных с оптимизацией его свойств. Если при изготовлении панелей или блоков схватывание и твердение бетона достаточно легко регулируются за счет варьирования температурно-влажностного режима, то при монолитной технологии эти процессы протекают в неконтролируемых атмосферных и погодных условиях. Проблемы появляются и при доставке смесей на удаленные объекты. Кроме того, необходимо видоизменять свойства бетона в зависимости от его функционального назначения. В связи с этим резко возрастает роль минеральных и органических добавок, позволяющих изменять свойства бетона в нужном направлении. Применение химических добавок полифункционального действия на основе полимеров и различных солей позволяет регулировать реологические и технологические свойства бетонных смесей за счет явлений адсорбционного модифицирования зерен цемента и продуктов его гидратации.

Материалы и методы исследования

Объектом исследования является тяжелый бетон, модифицированный химическими добавками четырех типов. В качестве основного исследуемого модификатора четвертого типа выступает добавка Polixmix-141. Экспериментальные исследования проводились на составах с расходом цемента в диапазоне 350–500 кг/м³.

Методика исследования включала оценку влияния добавок на сохраняемость подвижности бетонной смеси во времени и контроль набора прочности образцов в различные сроки твердения. Испытания на прочность на сжатие проводились в возрасте 7 и 28 суток в соответствии с требованиями ГОСТ 10180 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Эффективность оценивалась путем сравнения характеристик модифицированных составов с контрольными (без добавок).

Результаты и обсуждения

Разработано два типа комплексных добавок полифункционального действия на основе модифицированного продукта коксохимии. Добавка Poliymix 140 содержит 50–60% активного вяжущего, 20–25% солей неконденсированных сульфокислот и 20–25% сульфата натрия. Добавка Poliymix 141 дополнительно включает нитрило триметил фосфоновую кислоту (НТФ). Результаты показали, что Poliymix 140 продлевает сохраняемость подвижности бетонной смеси от одного до полутора часов, а Poliymix 141 – до трех и более часов. Установлено, что Poliymix 141 малочувствителен к минералогическому составу цементов. Несмотря на замедление начального структурообразования, бетоны с Poliymix 141 интенсивно набирают прочность в последующие сроки твердения. Обеспечивается стабильный эффект в широком диапазоне содержания цемента (350–500 кг/м3) и при различных исходных подвижностях бетонной смеси [1, 2].

Один из путей повышения эффективности технологии бетонов – применение химических добавок полифункционального действия на основе полимеров и различных солей. Это даёт возможность улучшить реологические и технологические свойства бетонных смесей за счёт явлений адсорбционного модифицирования зёрен цемента и продуктов его гидратации. На основе представлений физикохимии поверхностных явлений и теории контактных взаимодействий установлено, что направленное регулирование параметров гидратационного взаимодействия цемента с водой обязательное условие получения вяжущих и бетонов с заданными свойствами. Использование химических добавок определяется технологическими и техническими эффектами, в том числе сохранности удобоукладываемости во времени.

Для увеличения времени сохранности свойств бетонных смесей применяют замедлители схватывания или их комплексы с суперпластификаторами.

Наиболее эффективными замедлителями являются соединения, относящиеся к глюконовым и фосфоновым кислотам [3, 4]. Однако их применение, как правило, сильно замедляет скорость начальных стадий твердения бетона.

Этот недостаток не так значим у товарного бетона, который предназначен для бетонирования массивных сооружений или подземных конструкций, но ощутим в монолитном домостроении и при внедрении современных интенсивных технологий с быстрым снятием опалубки и последующим нагружением несущих элементов зданий и сооружений.

Рост объёмов монолитного домостроения и ситуация с пропускной способностью автострад обусловили необходимость поиска добавки, повышающей сохраняемость удобоукладываемой бетонных смесей, но существенно не влияющей на раннюю прочность бетона. Длительное сохранение высоко пластичного состояния в цементных системах также может быть обеспечено повышенным содержанием супер пластификатора. Обладающий высокой адсорбционной активностью по отношению к супер пластификаторам С₃А оказывает значительное влияние на начало схватывания и образование первичной гидр алюминатной и гидросульфоалюминатной кристаллических структур. Таким образом, задача сводится к необходимости селективного ингибирования гидратации и начального структурообразования алюминатных фаз портландцемента при минимизации влияния на силикатные фазы.

Таблица 1.

Влияние добавок на сохраняемость подвижности бетонных смесей

Таблица 2.

Зависимость эффективности Poliymix- 141 от состава бетона

Заключение.

Показали, что Poliymix- 140 продлевает сохраняемость подвижности бетонной смеси от 1 до 1,5 ч по сравнению с Sika -1. Это связано с наличием в составе Poliymix- 140 30–40% сульфата натрия.

Constant-12 и Poliymix- 141 обеспечивают сохраняемость подвижности бетонной смеси более 3 ч (табл. 1), что важно при монолитном бетони-ровании в скользящей опалубке. Опыты показали, что модифицированный Poliymix- 141 состав позволяет получить бетонную смесь с показателем сохраняемости (ГОСТ 10181.1–81 «Смеси бетонные. Методы определения удобоукладываемости») около 6–7 ч. Анализ прочностных показателей бетонов с модификаторами Poliymix- 141 и Constant-12 показал, что при неизменном В/Ц в первые сутки наблюдается некоторое замедление набора прочности, однако уже к третьим суткам отставание нивелируется, а к 28 суткам бетоны имеют прирост прочности от 10–14%. Если снижение прочности в суточном возрасте является нежелательным, то существует доступный и надёжный технологический способ устранения указанного недостатка – уменьшение В/Ц на 4–8%, позволяющее достигнуть прочность бетона в первые сутки не ниже, чем у контрольного состава[5, 6]. Эффективность применения пластифицирующего и замедляющего модификаторов может в значительной степени зависеть от В/Ц и расхода цемента. Приведенные в табл. 2 данные показывают, что влияние добавки остается неизменным в достаточно широком интервале водосодержания 187–210 л/м3, расход цемента 350–450 кг/м3, В/Ц 0,4–0,59. Разработанный модификатор Poliymix- 141 обеспечивает сохранение подвижности бетонной смеси в течение трех и более часов. Оптимизированный состав Poliymix-141 малочувствителен к минералогическому составу цементов. Несмотря на замедление начального структурообразования, бетоны с Poliymix-141 интенсивно набирают прочность в последующие сроки твердения. Обеспечивается стабильный эффект в широком диапазоне содержания цемента (350–500 кг/м³) и при различных исходных подвижностях бетонной смеси.

Список литературы:

1. Гувалов А.А. Влияние органоминеральных модификаторов на прочность бетона. Материалы VI Международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций». Оренбург, 2010. С. 281–285.
2. Баженов Ю.М., Демьянова B.C., Калашников В.И. Модифицированные высококачественные бетоны. М.: АСВ, 2006. 368 с.
3. Батраков В.Г. Модификаторы бетона: новые возможности и перспективы // Строительные материалы. 2006. № 10. С. 4–7
4. Ушеров-Маршак А.В., Циак М., Першина Л.А. Совместимость цементов с химическими и минеральными добавками // Цемент и его применение. 2002. № 6. С. 6–8
5. Sasan Kermani, Soheil Khalatbari. Enhancing Concrete Strength with Polymer-Based Additives in the Cement Matrix: A Comprehensive Review / Journal of Civil Engineering Researchers Vol. 6(1), 2024. p.48-64. https://www.journals-researchers.com/ojs/index.php/jcer/article /view/106/113
6. Abdikerova U., Abilbek Z., Shegenbayev A., Tapalova A., Arynova K. Study of the influence of chemical additives on the properties of fine-grained concrete / ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences Vol. 17, No. 15, August 2022. P.1488-1494. https://arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2022/jeas_0822_ 8995.pdf