ДОБАВКИ НА ОСНОВЕ ПОЛИКАРБОКСИЛАТА

За последние несколько лет были представлены на рынок многие новые добавки.  Наибольшее значение имела новая добавка, которая представляла суперпластифицирующую добавку, или суперпластификатор на основе поликарбоксилата.

 

Это существенное достижение по сравнению с нафталином и пластификаторами на основе меламина. Также недавно был запущен в промышленное производство новый класс добавок, которые называются  “добавками, контролирующими реологию” (RCA).

Внедрение SCC в США произошло примерно лет десять тому назад. Как тип бетона он, с одной стороны, оказался очень многообещающим, а с другой, создал немало проблем в том, что касалось производства надежного и однородного продукта. Но последние разработки позволили преодолеть эти причинявшие много хлопот проблемы, что сделало SCC более популярным среди подрядчиков.

Вот описание некоторых из способов, с помощью которых последние разработки позволили усовершенствовать этот продукт, который используют подрядчики.

Поликарбоксилаты, ориентированные на пользователя

Главным положительным свойством поликарбоксилатов и тем новым элементом, который они вносят в способ разработки добавок, является то, что ученые могут сначала решить, какие свойства они хотели бы видеть в суперпластификаторе, а затем конструировать молекулы  для получения именно такого результата. До этого момента ученые экспериментировали с материалами, чтобы проследить их эксплуатационные характеристики. Но по прошествии времени стало известно, что множество факторов оказывает воздействие на то, как поликарбоксилаты влияют на поведение бетона, и компании-производители добавок долго работали над тем, чтобы решить все проблемы. В результате было объявлено о внесении множества изменений.

Добавки, контролирующие реологию (RCA), можно использовать для укладки экструдированного бетона или тротуара, формуемого с подвижной опалубкой с пониженной температурой, для обеспечения более качественного поверхностного покрытия с минимальными трудозатратами. Фото: BASF

В основном, изменения касаются осознания того факта, что условия использования бетона и цемента различаются  от региона к региону, поэтому добавки на основе поликарбоксилата должны быть созданы так, чтобы обеспечивать одинаковые эксплуатационные характеристики для каждого региона. В число новых достижений входят:

  • Больший срок годности при хранении—бетон, который остается жидким или дольше не дает оседания;
  • Развитие большей прочности в ранние сроки твердения;
  • Продукт, который не дает дополнительного вовлечения воздуха в бетон;
  • Добавка, которая функционирует одинаково во всех регионах страны.
У всех суперпластификаторов на основе поликарбоксилата возникают одни и те же проблемы. Эти добавки могут по своей природе создавать нежелательно объемное вовлечение воздуха в бетон —воздуха, который не нужен для обеспечения устойчивости к замерзанию и оттаиванию. Вся хитрость заключается в том, что необходимо ограничить способность добавок создавать дополнительные объемы воздуха и при этом позволить добавкам, вызывающим вовлечение воздуха в бетон, создавать нужную структуру с воздушными пустотами. Имеющиеся в настоящее время на рынке продукты способны обеспечить такое действие.

 

Определение закладки распозающегося SCC измеряется по его “распределению”. Конус для определения подвижности бетонной смеси, наполненный бетоном, поднимается, и мерой распределения становится мерой распространения. На данном снимке представлено распределение примерно в 28 дюймов. Фото: Джо Нэсвик

Добавки, контролирующие реологию

RCA представляют собой новые добавки, предназначенные для бетонных смесей с медленным расползанием с диапазоном от 1 до 3 дюймов, таких как пористое дорожное покрытие или бетон, созданный при помощи скользящей опалубки при отрицательной температуре. Такой бетон обычно нельзя спустить по желобу из грузовика для перевозки готовой бетонной смеси просто своим ходом. А при добавлении RCA бетон будет перемещаться по желобу, и значительно лучше укладываться, он будет вести себя как 4-дюймовый расползающийся бетон. Это также позволяет избежать расползания бетона после укладки, что делает добавку идеальной для создания бетона при помощи скользящей опалубки при отрицательной температуре и операций с экструдированным бетоном.

Добавление RCA к бетонной смеси без каких-либо специальных требований увеличивает стоимость бетона только на 2%. Они не оказывают особого воздействия на бетон. К числу  преимуществ относится лучшая консолидация вокруг стальной  арматуры, более привлекательный внешний вид окончательной отделки и  отсутствие ручной обработки.
 
 
Производство бетона с арматурным насыщением является одним из наиболее частых применений SCC. Как еще можно было бы закрепить бетон вокруг предварительно напряжённой арматуры, представленной на этом фото, с помощью каких-либо иных средств? Фото: Джо Нэсвик
 

Меняющийся мир SCC

Во времена, когда SCC еще только начинали использовать, полагали, что он сможет продвигаться самостоятельно на расстояние до 120 футов от места укладки. Тем не менее, практический опыт показал, что здесь можно говорить скорее о расстоянии в 60 - 80 футов от места укладки. Такая текучесть измеряется с помощью заполнения перевернутого (или же размещенного вертикально) конуса для определения подвижности бетонной смеси SCC и его подъема так, чтобы бетон мог течь на плоскую поверхность. Диаметр полученного образования измеряется как “распределение” смеси. Считается, что диапазон, характеризующий смеси в настоящее время, начинается с 18 дюймов, он расширяется до распределения в 32 дюйма, за пределами этого значения расслоение бетонной смеси начинает становиться существенным.

Основное проблемой при создании смесей SCC является придание им текучести без расслоения заполнителя, считает Сурендра Шах, директор Центра современных материалов на основе цемента Северо-западного университета в Иванстоне, Иллинойс. “Но разработка испытания для измерения расслоения для полевого применения дело не простое. Испытания должны быть научно обоснованы, и в то же время измерения в поле должны осуществляться просто”, - говорит он. Испытания для определения расслоения, которые соответствовали бы этим требованиям, все еще находятся в стадии разработки.

С самого начало существовало три исходных способа разработки смесей для SCC. Одним из методов является создание бетонных смесей с заполнителями с хорошо подобранным гранулометрическим составом. Они дают наименьшую степень расслоения, и для них обычно не требуется добавления дорогостоящих добавок, изменяющих вязкость (VMA). Более распространенный подход предполагает использование стандартных бетонных смесей с пропуском некоторых фракций крупных заполнителей наряду с VMA для управления расслоением. Вариант со смесями с пропуском некоторых фракций несколько дороже, но его используют регулярно, поскольку у многих производителей готовых фабричных смесей нет емкостей для хранения дополнительных заполнителей, которые нужны для смесей с пропуском некоторых фракций. Ричард Шечи, вице-президент по разработке новых продуктов компании  Lattimore Materials, Маккинни, Техас, говорит, что его компания заинтересовалась SCC, еще когда о его появлении было впервые объявлено, и в настоящее время их стратегией является производство смесей SCC без VMA—90% производимых компанией смесей не содержат их.

Шечи также отмечает, что проектирование смесей SCC в значительно большей степени обусловлено спецификой применения. “Для того, чтобы удерживать затраты в разумных пределах, мы продаем SCC в соответствии с параметрами текучести, необходимыми для конкретного применения (по сравнению с тем, на что вообще способная данная смесь). Если подрядчику необходимо перемещать бетон всего лишь на 20 футов или же укладывать бетон в  зону сильно  насыщенную стальной арматурой, мы составляет пропорцию смеси, необходимую для данного применения”. При создании пропорции смеси в расчет принимаются следующие факторы: необходимый размер заполнителя, количество арматуры в месте укладки бетона, расстояние, на которое должен растекаться бетон в формах, будет ли бетон прокачиваться по шлангу, и если будет, то с какой скоростью, а также расстояние до места проведения работ от бетономешалки.

Иногда существует мнение, что смеси SCC дают большую усадку, чем другие традиционные расползающиеся смеси.  Но Шечи считает, что это не так. Любая бетонная смесь с высокими концентрациями цемента дает большую усадку, чем какая-либо из смесей с меньшим содержанием цемента, независимо от того, является ли она смесью SCC или нет. По словам Шечи, это, в какой-то мере, связано с наличием в составе смеси очень крупных заполнителей, а также с гранулометрией заполнителя. Когда используют SCC для получения хорошего твердения при укладке с большими количествами стальной арматуры, самый крупный заполнитель обычно имеет размер камня 3/8- или ½ дюйма для того, чтобы бетон мог перемещаться между компонентами арматуры. Смеси, в которых размеры гравия меньше, требуют более высокого содержания цемента в смеси, так что здесь может возникнуть проблема увеличения усадки. Но Шечи добавляет, что в его компании часто создают соотношения смесей с наибольшим размером заполнителя 1 дюйм, 1½ дюйма и даже 3 дюйма, и в результате требуется меньшее количество цемента и образуется меньшая усадка.

В прошлом существовали проблемы с однородностью SCC от партии к партии, а также между продуктами в различных регионах страны. Но Шечи говорит, что в настоящее время такой проблемы более не существует. Он отдает должное современным разработкам в области суперпластификаторов на основе поликарбоксилата.

Какое все это может иметь значение

Несомненно, изобретение суперпластификаторов на основе поликарбоксилата является одним из наиболее значительных открытий в области добавок, которые были сделаны за последние годы. Они обеспечивают огромные преимущества по сравнению с существующими продуктами, но они могут создавать и некоторые дополнительные проблемы, которые были рассмотрены выше. К счастью, за период реализации на рынке они претерпели существенные положительные изменения, поскольку они основаны на сконструированных молекулах. В число усовершенствований входит увеличение времени, отводимого на выполнение работы, и получение более высокой однородности продукта при  любом месте использования. Это именно те добавки, которые обеспечивают возможность создания SCC.

RCA в настоящее время еще только начинают реализовываться на рынке, так что сложно сказать, каково будет их воздействие, и в каких областях они будут реализовываться с наибольшей эффективностью. Имеются существенные преимущества для использования бетона с очень небольшим расползанием, который позволяет осуществлять хорошее уплотнение бетона вокруг арматуры и обеспечивает более качественное конечное покрытие при минимальных трудозатратах.

 

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка добавок для бетонов, цемента, ССС можно познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок добавок для бетонов, цемента и сухих строительных смесей в России».


www.newchemistry.ru