Виды добавок в цемент для повышения прочности

Автор статьи

Александр Васильевич Драгун

Кандидат наук, бессменный эксперт сайта, реальный, а не абстрактный (в отличие от прочих ресурсов) человек.

Приготовленный из качественных компонентов бетон имеет достаточную прочность при условии соблюдения всех рекомендаций производителя связующего вещества. К сожалению, довольно часто по объективным причинам соблюсти требования СНиП по правилам бетонирования не получается. Тогда на помощь приходят добавки в цемент. На сегодня их много, практически на все случаи жизни. При этом с разной эффективностью.

Разобраться в вопросе застройщикам, выполняющим строительные работы своими руками, сложно из-за огромного потока информации. Терять несколько часов на поиск нужной добавки – расточительство. Поэтому редакция сайта StroyGuru.com попросила своего постоянного эксперта в сжатой форме рассказать, что добавляют в бетон для прочности в разных ситуациях.

Для чего нужны добавки

Добавки в цемент – это мелкодисперсные неорганические материалы либо химические соединения в жидком, а так же сухом виде, вводимые в бетонную или растворную смесь с целью регулирования технологического процесса заливки бетона, придания ему других характеристик и свойств либо коррекции (замедление, ускорение) химической реакции цемента с водой.

При смешивании портландцемента и наполнителей с Н₂О происходит химическая реакция (гидратация), в процессе которой молекулы воды и связующего вещества образуют кристаллы, благодаря чему раствор затвердевает, превращаясь в бетон. Понятно, чем больше необратимых связей образуется, тем прочнее будет цементный камень. Поэтому для регулирования скорости гидратации в ЦПР вводятся специальные вещества, меняющие не только скорость отвердевания бетона, но и его структуру.

Присадки способны влиять на различные процессы:

снижать температуру застывания;
увеличивать текучесть;
повышать уровень сцепления с другими вяжущими веществами;
усиливать водоотталкивающие свойства;
замедлять процесс гидратации и т.д.

Кроме этого, добавки способны дать строительный материал с необходимыми техническими и эксплуатационными характеристиками.

Функции использования добавок

Целью ввода в цементный раствор присадок может быть:

увеличение показателя пластичности. За счет лучшей текучести и подвижности гораздо проще работать со смесью – легко распределяется по поверхности;
регулирование времени отвердевания. Можно замедлять или ускорять процесс образования цементного камня;
повышение прочности бетона или железобетона. Ряд добавок увеличивают механическую прочность отвердевшего цементного раствора;
улучшение уровня морозостойкости. Присадки могут повышать сопротивляемость бетона негативному влиянию процесса замораживания и оттаивания;
придание бетону гидрофобных свойств, что важно при высокой влажности или прямом, при этом продолжительном, контакте с водой.

Виды добавок

Все добавки в цементный раствор можно разделить по видам:

пластифицирующие и суперпластифицирующие;
модифицирующие;
замедляющие (ретардеры) гидратацию;
ускоряющие процесс твердения раствора;
газообразующие;
уплотняющие;
гидроизоляционные
противоморозные;
окрашивающие.

Пластификаторы

Наиболее часто в виде добавок в цементный раствор используются пластификаторы. Они позволяют достичь комплексного эффекта:

улучшить подвижность смеси – основная задача;
увеличить прочность бетона на 10-15% по сравнению с обычным составом (конкретная цифра зависит от условий заливки);
поднять уровень морозостойкости фундамента и других бетонных элементов сооружений;
снизить потребляемый объем цемента.

Действие пластификаторов основано на их способности изменять (точнее, нейтрализовать) поверхностное натяжение воды, в результате чего она распадается на отдельные, не связанные друг с другом, молекулы. Это позволяет вовлечь в процесс гидратации большее количество частиц цемента без добавления влаги (кстати, отсюда и экономия связующего вещества).

По мощности воздействия на раствор этот вид добавок может быть:

слабым – уменьшает объем добавляемой воды до 5%;
средним – 5%;
сильным – 5-10%;
сверхсильным – свыше 20%.

В последнее время набирают популярность суперпластификаторы. Представляют собой высокомолекулярные полимеры большой массы. Позволяют улучшить практически все характеристики бетона, например, повысить его прочность, на 20-30%, без увеличения водоцементного соотношения.

Принцип действия – уменьшение силы притяжения частиц цемента с помощью однополярных электростатических зарядов. Из школьных уроков по физике известно, что одинаково заряженные частицы отталкиваются друг от друга. Это приводит к еще большему количеству связей между молекулами воды и цементом.

Отметим, что у медали всегда есть обратная сторона: снижение скорости отвердевания бетонного раствора. Поэтому специалисты рекомендуют при введении в состав смеси суперпластификаторов добавлять ускорители застывания.

Модификаторы

Довольно часто профессиональные строители путают модификаторы и пластификаторы. Этому есть простое объяснение: модификаторы (специальные химические добавки) – более сложные пластификаторы, состоящие из трех компонентов:

пластификатор (что это такое можно посмотреть выше);
пеногаситель – уменьшает количество воздушных пузырьков в растворе;
активатор твердения бетона.

Этот вид добавок позволяет увеличить срок службы сооружения и его прочность, повысить устойчивость к низким температурам, улучшить подвижность раствора.
Применять модификаторы необходимо с осторожностью. Есть ложка дегтя в бочке меда:

повышается хрупкость бетона под нагрузкой на сжатие;
увеличивается на 13-18% количество трещин при осевом растяжении;
возрастает риск развития коррозии металлической арматуры внутри бетона;
высокая цена добавки (обусловлена стоимостью основного сырьевого компонента – микрокремнезема).

Ретардеры

Замедлители процесса гидратации нужны в следующих случаях:

возводятся крупные конструкции – нужно время на разливку, укладку и уплотнение больших объемов бетона;
высокая температура, при которой резко ускоряется процесс схватывания. Замедление решает сразу две проблемы: не дает уменьшиться прочности бетона, дает время для обработки бетонной смеси в соответствии с технологией заливки;
технические ограничения, например, время поездки миксера к растворному узлу превышает допустимые нормы технологического перерыва.
Принцип действия основан на способности на некоторое время задерживать активность основных компонентов цементной смеси, таких как трехкальциевый силикат (C3S) и двухкальциевый силикат (C2S).

Минусы использования ретардеров:

сложно точно рассчитать время задержки, что может привести к срыву графика выполнения работ;
снижение прочности бетона;
значительные дополнительные затраты – стоимость замедлителей довольно высокая.

Ускорители

Цемент состоит из четырех компонентов. Ведут себя они по-разному. Одни вступают в реакцию с водой сразу, другие через некоторое время, третьи лишь в конце гидратации, завершая многодневный процесс образования цементного камня. Вводя добавки в бетон для быстрого набора прочности, можно изменить время связывания компонента с молекулами жидкости за счет их (компонентов) повышенной растворимости. По ГОСТу добавки-ускорители должны за первые сутки увеличить скорость схватывания бетонного раствора не менее чем на 30%.

Такая необходимость возникает при:

низких положительных температурах (менее +5^oС);
морозной погоде;
массовом производстве бетонных блоков;
необходимости снять опалубку раньше времени.

Ускорителями могут быть:

кислоты неорганические;
соли хлористого кальция и натрия;
нитраты;
карбонаты.

Газообразующие

Воздухообразующие добавки вовлекают в бетонный раствор воздушные пузырьки, в результате чего возникают микропоры. Это позволяет:

легче транспортировать, укладывать и формовать цементно-песчаный раствор;
сократить расход связующего вещества при сохранении требуемой прочности бетона;
улучшить тепло и звукоизоляционные свойства цементного камня;
повысить в 2-3 раза морозостойкость бетонных конструкций.

Обратный эффект в повышении влагопоглощения.

Уплотняющие

Полимерные и минеральные уплотняющие добавки необходимы для повышения уровня водонепроницаемости бетонов в строительстве подземной части сооружений: фундамент, погреб, метро, подземные переходы и т.д.

Гидроизоляционные

Гидрофобизаторы – это добавки, уменьшающие водопоглощение бетона и повышающие его водонепроницаемость за счет уменьшения пористости монолита. Достигается цель с помощью специальных кристаллов, которые заполняют капилляры, поры, пустоты и микротрещины. Они не растворяются в воде, а при контакте с ней активно расширяются. У присадок есть свои плюсы и минусы.

упрощение строительных работ – в ряде случаев можно отказаться от гидроизоляции бетона;
увеличение эксплуатационного ресурса монолита;
повышение морозостойкости;
рост прочности на сжатие на 30%;
улучшение показателя подвижности раствора;
уменьшение доли цемента в смеси;
полная гарантия изоляции металлической арматуры от влаги.

повышение теплопроводности;
понижение адгезии с отделочными материалами.

Противоморозные

Противоморозные добавки в цементный раствор позволяют снизить температуру замерзания жидкости, в результате чего химическая реакция отвердевания раствора идет при минусовых температурах.

Расход присадок зависит от температуры окружающего воздуха:

до -5^oС добавляется около 2% присадки от массы раствора;
-10^oС – не более 3%;
-15^oС – 4%.

При сильных морозах расчет производится индивидуально по усредненной температуре за месяц.

Окрашивающие

Пигменты используются для тонирования раствора или окрашивания готовых бетонных конструкций. В продажу поступают в виде сухого порошка или эмульсии.

Могут быть:

природными (известь, мел, каолин, охра);
синтетическими (сажа, умбра, лазурь, оксид титана);
металлическими (порошок бронзы, алюминия, цинка).

Правила использования добавок

Практика введения в цементный раствор добавок выработала ряд правил их использования.

Предпочтение нужно отдавать промышленной продукции, т.к. в присадках домашнего приготовления много недостатков. Исключение – гашеная известь (пушонка);
Строго соблюдать рекомендации производителя по дозировке. Отклонение в ту или иную сторону могут привести к ухудшению многих характеристик бетона;
Разводить или растворять в теплой воде;
Количество присадок не должно превышать 1% (исключение – противоморозные) по весу связующего вещества.

Добавки своими руками

У добавок в цемент внушительная история. В 19 веке в раствор добавляли белок от куриного яйца, в 20 – гашеную известь (пушонку). В наше время изготовленных в домашних условиях присадок несколько видов.