За последние годы были достигнуты замечательные достижения в области технологий создания бетона и возможностей проектирования состава смеси для продуктов из сборного железобетона.

Эти достижения были достигнуты, в значительной мере, благодаря добавкам к бетону, как химическим, так и минеральным. Универсальность и эксплуатационные характеристики добавок делают их идеальными для использования в широком диапазоне применений, включая продукты из сборного железобетона.

Добавки играют очень существенную роль в бетоне, который подвергается воздействию неблагоприятных погодных условий и вредных факторов. Одним из лидеров продаж в области готовых железобетонных продуктов являются в настоящее время санитарные смотровые колодцы из сборного железобетона. Санитарные колодцы из сборного железобетона позволяют с успехом пропускать ливневые и канализационные воды при сохранении качества воды.

Типовые добавки, которые защищают канализационные люки, позволили повысить качество бетона и его эксплуатационные характеристики, и дали возможность поддерживать устойчивый спрос на готовые колодцы из сборного железобетона. Но даже при превосходном качестве готового железобетона все же имеется возможность внедрения новых инновационных технологий, способных повысить планку в области современных стандартов для бетона.

Но прежде чем заняться предлагаемыми новыми технологиями и возможностями для проектирования смесей  Вы, возможно, захотите освежить в памяти информацию о добавках как таковых. Для этого смотрите сопроводительную статью “Определение добавок”.

Поликарбоксилаты

Одной из инновационных добавок, влияющих на свойства канализационных люков из готового железобетона, являются поликарбоксилаты следующего поколения. Поликарбоксилаты представляют собой полимеры с высокой молекулярной массой, которые используются в качестве частичной замены полифосфатов. Поликарбоксилатные добавки имеются на рынке с начала девяностых годов, но лишь недавно они завоевали широкое признание для использования в качестве диспергирующих веществ в добавках.

Производители добавок утверждают, что новое поколение поликарбоксилатов дает прочный и износостойкий бетон при меньших используемых концентрациях добавок по сравнению с традиционными диспергирующими веществами. Помимо снижения используемых концентраций добавок, а также количества воды, необходимой для заливки бетона, на 10 – 15 процентов, поликарбоксилаты быстрее добавляют бетонной смеси прочности; они также могут уменьшить количество энергии, необходимой для производства бетона (при соответствующих условиях). Некоторые даже заходят так далеко, что утверждают, что поликарбоксилаты осуществили переворот в бетонной промышленности в том, что касается высокой ранней прочности и способности уменьшать количество воды, используемой для смешивания. 

Новое поколение поликарбоксилатов также обеспечивает производителям товарных бетонных смесей и подрядчикам прекрасную устойчивость к оседанию, улучшенные параметры прочности и схватывания, снижение затрат на месте, повышение способности поддаваться обработке и износостойкости, превосходное соединение частей и более длительный срок эксплуатации без замедления процессов. Такие улучшения значительно повышают качество и долговечность санитарных колодцев из сборного железобетона. Поликарбоксилаты также практически свели на нет проблему, которая возникала в связи с введением ускорителей и замедлителей процессов для регулирования эксплуатационных характеристик бетона.

Усовершенствованные технологии создания современных бетонных смесей позволяют использовать более низкое водоцементное отношение (w/c). У более плотного и менее проницаемого цемента, как правило, более низкое водоцементное отношение, что повышает способность бетона не пропускать хлориды. Это имеет большое значение для канализационных колодцев из сборного железобетона, поскольку они часто вступают в контакт с потенциально высоко реактивными и способными наносит ущерб водами. Американский институт бетона предлагает водоцементное отношение 0.45 или менее для бетона, который вступает в контакт с водой, и для бетона, используемого в укрытиях. При использовании поликарбоксилатов в смеси довольно легко можно получить водоцементное отношение 0.45 или менее для Вашей смеси.

Хотя при использовании поликарбокислатов начальные затраты могут быть несколько выше по сравнению с использованием других добавок, производители отмечают, что это существенно компенсируется экономией затрат по окончании проекта и снижением затрат на материально-техническое обслуживание. Непосредственная окупаемость создается благодаря тому, что использование поликарбоксилатов позволяет производителю работать с определенными марками бетона, с которыми невозможно было работать ранее.

Метакаолин

Метакаолин улучшает свойства бетона и продуктов на основе цемента самыми различными способами. Метакаолин представляет собой дегидроксилированную форму глинистого минерала каолинита, он формируется, когда чистый каолин нагревают до температур между 1,200 F и 1,750 F (650 C - 900 C). Такая обработка, также известная как кальцинирование, коренным образом меняет структуру частиц, создавая высоко реактивный аморфный пуццолан. Управляемое смешивание каолинита, его обработка и кальцинирование обеспечивают получение прочного продукта с высокой степенью чистоты и с контролируемым качеством, который обладает исключительными физическими и химическими свойствами. Метакаолин также обладает меньшим размером частиц по сравнению с цементом, что обеспечивает экономию за счет уменьшения потребности в минеральном вяжущем материале. Метакаолин отличается от других родственных минеральных вяжущих материалов, таких как зола уноса, шлак или тонкая кремнезёмная пыль (микрокремнезем), поскольку он не является побочным продуктом промышленного технологического процесса и производится  в контролируемых условиях для выполнения специальных задач.

Сообщается, что реактивность метакаолина в два раза превышает реактивность большинства прочих пуццоланов, и что он является важной добавкой для цементобетонных применений. Такие свойства, как воздействие наполнителя, ускорение гидратации обычного портландского цемента, и пуццолановые реакции, очень благоприятны для создания свойств, которые необходимы при замене до 20% (по весу) портландского цемента метакаолином.

Метакаолин идеально подходит для использования при производстве санитарных колодцев из готового железобетона по целому ряду причин. Метакаолин повышает прочность при сжатии и прочность на изгиб, уменьшает проницаемость и выветривание, повышает устойчивость к химическому воздействию и предотвращает взаимодействие щелочей цемента с кремнезёмом заполнителя, уменьшает усадку (уплотнение частиц), увеличивает износостойкость, и повышает обрабатываемость, способность воспринимать поверхностное покрытие, окрашиваемость и внешний вид.

Метакаолин поставляется в двух видах: в виде клинкера и в виде порошка. Метакаолиновый клинкер обладает хорошими технологическими свойствами и устойчивостью к деградации. Эта форма каолина идеально подходит для совместного помола с клинкером портландского цемента для создания превосходного многокомпонентного портландцемента, ASTM C 150 Type IP. Метакаолин в порошкобразной форме производится с помощью тонкого измельчения клинкера для создания пуццолана ASTM C 618 Type N pozzolan.

У метакаолина более высокие начальные затраты по сравнению с прочими заполнителями, которые можно использовать для производства санитарных колодцев из сборного железобетона, но это не должно препятствовать его рассмотрению в качестве альтернативы. Подобно тому, как прочность и обрабатываемость не являются единственными аспектами, которые рассматриваются при выборе бетонной конструкции, начальные затраты не являются единственным финансовым фактором, который рассматривается при выборе материала добавки или наполнителя.

Известковый минеральный наполнитель

Еще одной добавкой является инновационная добавка из тонко перемолотого карбоната кальция для замены бетона в бетонных применениях. Этот новый материал является одним из видов известкового наполнителя. При использовании для производства канализационных колодцев из сборного железобетона, он может дать множество преимуществ.  “Использование известкового минерального наполнителя является хорошим способом оптимизации бетонной смеси для применений из сборного железобетона и снижения затрат на дорогостоящие химические добавки”, - говорит Жан-Бернар Желина, торговый представитель компании Omya Canada Inc. Отчеты также показали, что целый ряд заказчиков, которые используют этот минеральный наполнитель, увеличили за один месяц производство до 700 ярдов.

Известковые наполнители использовались в Европе повсеместно на протяжении последних 20 лет для таких применений, как готовые, изготовленные на производстве, торкрет-бетонные и  с самоуплотняющимся бетоном, но только в наши дни они начинают становиться более крупным игроком в североамериканской отрасли по производству сборного железобетона.

Использование известкового минерального наполнителя позволяет получить однородный белый продукт за счет включения в состав чистого карбоната кальция, что делает известковый наполнитель, идеальным для создания на производстве продуктов из железобетона или же архитектурных бетонных продуктов, создаваемых на месте. Известняк обычно перерабатывают для получения двух различных марок – 3 и 10 – с размерами частиц в диапазоне 1.4 -  3.2 микрона и 1.4 - 10 микрон. Обработка известкового наполнителя для получения двух отдельных марок позволяет использовать его в качестве подходящего заменителя/наполнителя и для золы уноса, и для тонкого кремнезёмного порошка (микрокремнезём). Частицы известкового минерального наполнителя также меньшего диаметра, чем у традиционного портландцемента типа 1, что позволяет получить экономию за счет меньшей необходимости в добавлении вяжущих материалов.

Имеется множество преимуществ при использовании известкового наполнителя вместо минеральных вяжущих материалов. Использование известняка в качестве замещающей добавки непосредственно связано со значительным увеличением (до 40 процентов) прочности свежеуложенного бетона по сравнению со смесью типа 1; использование известняка также дает преимущества для конструирования из бетонной смеси за счет улучшения текучести смеси и ее обрабатываемости при работе в условиях шланговой подачи.

Известковый наполнитель уменьшает расслоение и выделение цементного молока на поверхности бетона, что, в свою очередь, ведет к лучшему уплотнению частиц. Еще одним превосходным свойством данного минерального наполнителя, которым он обладает благодаря наличию  очень мелко измельченных частиц, является высокая ранняя прочность свежего бетона. Формирование ранней прочности свежего бетона является критическим фактором для сборных железобетонных применений, поэтому любое количество цемента, замененного известковым минеральным наполнителем, рассматривается как преимущество с точки зрения эксплуатационных характеристик и затрат на единицу продукции.

Коррозия стальной арматуры становится существенной проблемой при работе с санитарными колодцами из сборного железобетона. Использование известняка в качестве наполнителя позволяет увеличить устойчивость к воздействию хлорида натрия (соли) и помогает предотвратить коррозию  бетона со стальной арматурой. Известковый минеральный наполнитель помогает предотвратить коррозию за счет своего гидрофобного кальцита, который повышает противокоррозионные и абстрактные свойства покрытий.

Производители добавок продолжают поиски более совершенных смесей и технологий, которые дают многообещающие результаты в отрасли по производству сборного железобетона.

Тонкий кремнезёмный порошок /микрокремнезем

Еще одним инновационным материалом, который оказывает воздействие на проектирование санитарных колодцев из сборного железобетона, является высокоэффективный тонкий кремнеземный порошок/микрокремнезем. Эту добавку можно охарактеризовать как усовершенствованную микрокремнеземную добавку. Необходимо иметь общее представление о том, что из себя представляет типичный микрокремнезем, и как он себя ведет, для того, чтобы понять, как эта новая технология помогает совершенствовать бетонную технологию в области производства санитарных колодцев из сборного железобетона.

Микрокремнезем описывается некоторыми источниками как самый важный новый технологический продукт девяностых годов. Теперь представьте себе эту технологию в сочетании с достижениями и некоторыми дополнениями к кремнезему, который используется в наши дни для производства канализационных люков из  сборного железобетона. В результате можно получить превосходные бетонные продукты при  уменьшенных затратах.

Микрокремнезем получается с помощью измельчения кварца высокой чистоты с коксом в электродуговых печах в процессе производства силиконовых и ферросиликоновых сплавов. Микрокремнезем образуется из мелких стекловидных (при чрезвычайно низкой пористости  или без всякой пористости вообще) частиц с площадью поверхности, составляющей в среднем 215,280 квадратных футов на фунт (20,000 квадратных метров на килограмм). Для определения этого среднего значения площади поверхности микрокремнезем измеряется с помощью технологии определения азотного поглощения при размере частиц примерно в 100 раз меньше среднего размера цементной частицы.

Микрокремнезем является высокоэффективным природным пуццолановым материалом. Это обусловлено тем, что микрокремнезем очень тонко измельчен, и имеет высокую концентрацию кремнезема. Используемый в качестве добавки микрокремнезем может давать существенное улучшение свойств бетонов из портландцемента, начиная с повышения прочности при сжатии и устойчивости к истиранию и кончая повышением прочности склеивания. Такое улучшение свойств бетона можно отнести на счет механических и пуццолановых реакций, которые имеют место при добавлении микрокремнезема к бетонной смеси. Улучшение механических свойств имеет место при добавлении очень тонко измельченного порошка в бетонную смесь с созданием реакции. Пуццолановое воздействие часто имеет место, когда микрокремнезем реагирует со свободной гидроокисью кальция в цементном тесте.

Для производства санитарных колодцев из сборного железобетона необходима превосходная конструкция смеси, поскольку материал вступает в контакт с агрессивными грунтовыми водами/сточными водами. Добавление микрокремнезема может уменьшить проницаемость бетона для ионов хлорида, что, в свою очередь, и будет способствовать защите стали арматуры, находящейся в бетоне, от коррозии. Мостовые конструкции, морские сооружения, парковочные сооружения, сооружения водоснабжения и канализации – все эти объекты могут создаваться с использованием преимуществ микрокремнезема, применяемого в качестве добавки. Особые свойства микрокремнезема обеспечивают более высокие свойства свежего бетона, улучшают реологию (трение между жидкостями), и улучшают прокачиваемость бетона и стабильность бетонной смеси. Высокопрочный бетон, легкий бетон, торкрет-бетон и бетон с низкой проницаемостью демонстрируют превосходные свойства при использовании микрокремнезема. 

Новый тип микрокремнезема представляет собой высоко реактивный и высоко аморфный кремнезем, который относится к семейству микрокремнеземных продуктов. Этот новый микрокремнезем производится с помощью обработки сырья, получаемого из природного месторождения белого кремнезема, которое находится в Новой Зеландии.

При добавлении к изготавливаемому на производстве и готовому бетону микрокремнезем позволяет получить высокоэффективный и высокопрочный бетон с увеличенным сроком годности и лучшей структурной экономикой.

К числу прочих преимуществ относятся:

Очень низкое включение ионов хлорида и высокое удельное электрическое сопротивление, что означает, что вредные ионы хлоридов не смогут диспергироваться в бетоне или же проникнуть в него, а это будет предотвращать коррозию; повышенная прочность при сжатии;

Высокая ранняя прочность бетона (обеспечивающая повышенную эффективность и более высокую рентабельность при производстве предварительно напряженного или сборочного бетонов);

Пониженная влагопроницаемость (что препятствует проникновению влаги, химических веществ и прочих загрязняющих веществ);

Повышенная устойчивость к воздействию сульфатов;

Повышенная устойчивость к истиранию, повышенная устойчивость к агрессивному химическому воздействию;

Повышение стабильности в геотермальных средах; а также сокращение выветривания и выцветания кристаллов.

Как же выбрать?

Существуют многочисленные варианты создания смесей для изготовления санитарных продуктов из сборного железобетона. Итак, как же производитель определяет, какую из добавок использовать для создания продукта (если он вообще использует добавку)? Решение не такое простое, как может показаться на первый взгляд. Не все добавки достаточно экономичны для использования в определенном проекте, и химия добавок к бетону это сложный предмет, который требует глубокого понимания предмета и обширного опыта. Необходимо общее понимание имеющихся вариантов для выбора добавки к бетону для того, чтобы верно выбрать добавку для своего проекта с учетом климатических условий и особенностей выполняемой работы. Когда дело доходит до выбора подходящей добавки для специального вида работы, только очень опытный специалист может считаться способным принимать ключевые решения. Независимо от того, как много добавки могут сделать для конструкции и получаемого продукта из Вашей бетонной смеси, следует всегда рассматривать и альтернативы использованию тех или иных добавок.

Некоторые добавки уже производятся на протяжении длительного времени. Другие добавки являются недавно созданными инновациями, которые образуют новый развивающийся сегмент. Независимо от достижений в области технологий создания бетонных смесей, добавки не могут компенсировать влияния плохого производства и материалов низкого качества. По мере того, как технология продолжает развиваться, производителям санитарных продуктов из сборного железобетона необходимо определить, какие варианты для них лучше всего, учитывая стандарты и практики, которые делают изготавливаемый на предприятиях бетон превосходным продуктом.

Определение добавок

Добавки представляют собой компоненты, которые добавляются к бетонной смеси помимо воды, заполнителей, цемента и волокон. Эффективное использование добавок позволяет получить множество преимуществ для бетона и его эксплуатационных характеристик. Добавки могут повысить общее качество, ускорить или замедлить схватывание, улучшить устойчивость к воздействию вредных материалов (сульфатов), управлять повышением прочности, улучшать обрабатываемость и способность воспринимать поверхностное покрытие. По оценкам недавно проведенного исследования, почти 80% от всего объема производимого в Северной Америке бетона содержит, по крайней мере, один вид добавки.

Еще одним термином, который используется, когда речь заходит о добавках, является термин «пуццолановые материалы».  Пуццолановый материал определяется как силиконовый или алюминиевый материал, у которого нет собственных вяжущих свойств или имеется, но очень немного. Тем не менее, при надлежащем помоле и в присутствии влаги, они вступают в химическую реакцию с гидроокисью кальция при обычных температурах для создания компаундов, которые обладают вяжущими свойствами.

Иван Гёрли
Иван Гёрли является инженером управленческого аппарата компании NPCA.

www.newchemistry.ru