5582

1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. В. Исаев

Исследование свойств пластифицирующей и водоредуцирующей добавок и их влияния на свойства бетонной смеси и бетона

Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для обучающихся по дисциплине

«Технология бетона, строительных изделий и конструкций железобетона» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль

«Производство и применение строительных материалов, изделий и конструкций»

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

2

УДК 666.972.164

Исаев, А.В. Исследование свойств пластифицирующей и водоредуци-

рующей добавок и их влияния на свойства бетонной смеси и бетона :

учебно-методическое пособие / А.В. Исаев; Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2022. − 33 с. − Текст : электронный.

В пособии приводится классификация добавок для бетонов, рассмат-

риваются особенности применения пластифицирующих и водоредуцирую-

щих добавок, описываются стандартные методики определения их эффек-

тивности.

Пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине

«Технологии бетона, строительных изделий и конструкций железобетона» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профилю «Производ-

ство и применение строительных материалов, изделий и конструкций»

© А.В. Исаев, 2022 © ННГАСУ, 2022

3

СОДЕРЖАНИЕ

Введение …………………………………………………………………….. 4 1 Классификация добавок в бетоны и строительные растворы……………...5

2 Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему

«Приготовление водных растворов химических добавок» …………...…. 9

3 Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему

«Определение группы по эффективности пластифицирующей добавки» ………………………..………………………………..………….. 16

4 Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему

«Определение группы по эффективности водоредуцирующей добавки» ………………………..………………………………..………….. 20

5 Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему

«Исследование влияния пластфицирующей или водоредуцирующей добавки на свойства бетонной смеси и бетона» .………………………… 23

6 Особенности подбора состава бетона с пластифицирующей,

водоредуцирующей или воздухововлекающей добавкой ………………..29

Приложение А. Плотность водных растворов добавки С-3 ……………...32

Литература ………………………………………………………………….. 33

4

Введение

В современном производстве цементных бетонов и строительных рас-

творов широко применяются добавки различного назначения. Добавки – ор-

ганические или неорганические вещества, вводимые в смеси в процессе их приготовления с целью направленного регулирования их технологических свойств и /или строительно-технических свойств бетонов и растворов и/или придания им новых свойств [4].

Добавки позволяют существенно экономить вяжущее, снижать водо-

потребность смесей, значительно улучшая структуру бетонов и растворов и повышая их прочность, непроницаемость и долговечность, изготовлять яче-

истые бетоны, изменять кинетику схватывания и твердедения, обеспечивать твердение материалов при отрицательной температуре и т.п.

Большинство добавок имеют побочные эффекты – как положительные,

так и отрицательные (см. с. 8).

Знание того, как различные добавки влияют на основные свойства бе-

тонных смесей и бетонов, понимание механизма их действия позволяет при-

менять добавки с максимальной эффективностью.

Как сами добавки, так и принципы их наиболее эффективного исполь-

зования в бетонах и строительных растворах постоянно совершенствуются.

Основные направления совершенствования добавок на современном этапе развития науки – это:

- получение веществ, максимально очищенных от примесей, отрица-

тельно влияющих на основные свойства добавок;

- создание комплексных добавок, содержащих кроме основного веще-

ства продукты, повышающие их эффективность или уменьшающие отрица-

тельные побочные эффекты. Например, современные пластфицирующие и

5

водоредуцирующие добавки часто содержат компоненты, ускоряющие твер-

дение бетона и так называемые пеногасители, уменьшающие воздухововле-

чение при перемешивании бетонной смеси;

- и, наконец, в настоящее время учёные вплотную подошли к изготов-

лению добавок, химический состав которых спроектирован на молекулярном уровне на основе современных представлений о механизмах действия доба-

вок. Это направление получило название «молекулярный дизайн».

Для того, чтобы строители могли лучше ориентироваться в огромном количестве предлагаемых добавок, разработаны классификация, общие тех-

нические требования и методы испытаний добавок. Классификация добавок приведена в разделе 1.

Данное методическое пособие предполагает ознакомление студентов с одними из наиболее распространённых химических добавок − пластифици-

рующими и водоредуцирующими. Соответственно в разделах 3 и 4 приве-

дены методы оценки их эффективности, а также даны указания по проведе-

нию лабораторных работ с этими добавками.

В разделе 5 приведены сведения об особенностях подбора составов бе-

тонной смеси с пластифицирующей, водоредуцирующей или воздухововле-

кающей добавкой.

1 Классификация добавок в бетоны и строительные растворы

1.1 Классификация добавок в бетоны и растворы приведена в ГОСТ

24211 [4]. Добавки подразделяются на минеральные и химические.

Минеральные добавки представляют собой порошки – продукт помола некоторых горных пород, отходов производства (например, шлаков) или не-

которые отходы производства в естественном состоянии, вводимые в бетон-

ную смесь для экономии цемента, улучшения структуры бетона, повышения

6

коррозионной стойкости бетона, а иногда и с единственной целью − утили-

зации этих отходов. Отличительной особенностью таких добавок является относительно большой расход (5 – 30) % от массы цемента и более, а также введение их в бетонную смесь, как правило, в порошкообразном виде.

Определение, приведённое в [4],: «минеральная добавка – это дисперс-

ная неорганическая добавка природного или техногенного происхождения» следует признать не совсем удачным, так как под него подходят любые ве-

щества, поставляемые в порошкообразном виде. Принципиальная разница между минеральными и химическими добавками заключается в том, что пер-

вые малоили нерастворимы в воде и бόльшая часть их объёма, как правило,

остаётся в бетоне (строительном растворе) в неизменном виде, т.е. они иг-

рают роль микронаполнителя. Химические добавки – это, обычно, хорошо растворимые в воде вещества; они всегда применяются в виде водных рас-

творов (а нерастворимые – в виде эмульсий или суспензий), независимо от формы поставки.

Минеральные добавки подразделяются на два типа [4]:

–тип I – активные минеральные;

–тип II – инертные минеральные.

Добавки типа I подразделяются на три группы:

– обладающие вяжущими свойствами (т.е. способны твердеть самосто-

ятельно после затворения водой);

– обладающие пуццолановой активностью (т.е. не твердеющие само-

стоятельно, но вступающие в реакции с продуктами гидратации портландце-

мента);

– обладающие одновременно вяжущими свойствами и пуццолановой активностью.

Термин «химическая добавка» не стандартизован, но широко применя-

ется. К химическим относятся добавки, не подпадающие под определение

7

минеральных добавок. Химические добавки – это органические или неорга-

нические вещества искусственного происхождения, специально производи-

мые продукты или отходы производства. Их расход не превышает, как пра-

вило, 10 % от массы цемента, а чаще всего составляет (0,01 – 2) %.

В соответствии с [4] химические добавки подразделяются на три класса:

1)регулирующие свойства бетонных и растворных смесей;

2)регулирующие свойства бетонов и растворов;

3)придающие бетонам и растворам специальные свойства.

Добавки первого класса подразделяются на:

–пластифицирующие:

–суперпластифицирующие;

–пластифицирующие;

–водоредуцирующие:

–суперводоредуцирующие;

–водоредуцирующие*;

–стабилизирующие;

–регулирующие сохраняемость подвижности;

–увеличивающие воздухо- (газо)содержание.

Добавки второго класса подразделяются на:

–регулирующие кинетику твердения:

–ускорители;

–замедлители;

–повышающие прочность;

_________________________________________________________________

*Слово «водоредуцирование» (от английского «water reducing») озна-

чает "водопонижение", "водоуменьшение" – т.е. уменьшение водопотреб-

ность бетонной или растворной смеси.

8

–снижающие проницаемость;

–повышающие защитные свойства по отношению к стальной арма-

туре;

–повышающие морозостойкость;

–повышающие коррозионную стойкость;

–расширяющие.

Добавки третьего класса подразделяются на:

–гидрофобизирующие;

–противоморозные:

–для «холодного» бетона*;

–для «тёплого» бетона**.

Добавки, обладающие двумя или несколькими основными эффектами действия, называют полифункциональными.

Многие добавки обладают побочными эффектами, которые могут быть как отрицательными, так и положительными. Например, любая пластифици-

рующая добавка обладает водоредуцирующим эффектом и наоборот. Хими-

ческие неорганические добавки часто вызывают высолообразование. Возду-

хововлекающие и гидрофобизирующие добавки, обычно, являются слабыми пластификаторами. Водоредуцирующие, воздухововлекающие и газообразу-

ющие добавки могут повышать морозостойкость бетона и т.п.

_________________________________________________________________

*Холодный бетон – бетон, изготовленный из бетонной смеси с проти-

воморозной добавкой, постоянно твердеющий при отрицательной темпера-

туре [4].

**Тёплый бетон – бетон, изготовленный из бетонной смеси с противо-

морозной добавкой, обеспечивающий незамерзание смеси при отрицатель-

ной температуре на время от её изготовления до начала обогрева забетони-

рованной конструкции [4].

9

2 Методические указания к выполнению лабораторной работы на тему «Приготовление водных растворов химических добавок»

2.1 Теоретическая часть

Химические добавки могут поступать на предприятия в виде твёрдого продукта или в виде концентрированного – «товарного» водного раствора с концентрацией Ст = (25 – 40) %. Перед использованием, обычно*, приготов-

ляют водный раствор рабочей концентрации Ср = (3 – 10) %. Для этого необходимо рассчитать, в каком соотношении следует брать добавку и воду.

При применении твёрдой добавки задача решается легко, т.к. требуемая кон-

центрация показывает процентное содержание сухого продукта в водном растворе. Например: для приготовления 5 %-ного водного раствора (Ср = 5

%) следует взять 5 частей по массе сухой добавки и 95 частей по массе воды;

для приготовления 200 кг 10 %-ного раствора – 10 частей добавки и 90 частей воды, т.е. 200 ∙ 10 : 100 = 20 кг добавки и 200 ∙ 90 : 100 = 200 – 20 = 180 кг воды.

При этом следует уточнить по документам на добавку или по справоч-

ной литературе, не является ли добавка кристаллогидратом (аквакомплек-

сом). Такие вещества, являясь твёрдыми продуктами, содержат в себе хими-

чески связанную воду, которую легко отдают при растворении.

Примеры кристаллогидратов, используемых в качестве химических до-

бавок в бетоны:

–дигидрат хлорида кальция CaCl2 · 2H2O;

–декагидрат сульфата натрия Na2SO4·10Н2О.

_________________________________________________________________

*В случае поступления добавки в твёрдом виде это обязательно. Ряд современных добавок, поставляемых в виде раствора, рекомендуется дози-

ровать без разведения водой.