Добавки для повышения прочности бетона

Бетон — один из самых широко применяемых строительных материалов с древнейших времен.

Его прочность, долговечность, возможность создавать из него конструкции сложных форм — все это делает бетон очень привлекательным для строительства материалом уже более 6000 лет.

Во все времена строители и инженеры проявляли творческую жилку, экспериментируя с рецептурами бетонных смесей. В старину делалось это по наитию, и результаты радовали не всегда. Но постепенно опыт поколений мастеров накапливался, и сейчас к услугам строителей выпускаются добавки с гарантированным воздействием.

Состав бетона

Классический состав бетона включает:

1. цемент;
2. крупные заполнители (гравий, щебень, гранитный отсев, керамзит и другие материалы, крупность зерна которых составляет от 20 до 100 мм и выбирается в зависимости от проекта);
3. мелкие заполнители (обычно песок средних и крупных фракций, крупность зерна также зависит от проекта);
4. воду.

Состав бетонов регулируется ГОСТ 26633-2015 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия».

Также применяются цементно-песчаные растворы, которые не включают крупные заполнители. Они применяются в качестве штукатурных, кладочных, ремонтных растворов, также из них могут выполнять стяжки, которые не будут испытывать высоких нагрузок.

Факторы, обусловливающие прочность бетона

Состав бетонных смесей на первый взгляд кажется простым, но прочность готового изделия зависит многих факторов. В первую очередь, влияют на нее количество цемента в замесе и выбор марки цемента. Чем выше марка цемента и чем больше его доля в растворе, тем выше прочность бетона на сжатие. По этому признаку бетоны подразделяются на классы.

На прочность бетона влияют также тип цемента, заполнители, пропорции компонентов, тщательность замеса, обработка уложенного бетона и условия его твердения.

Имеет значение и качество исходных компонентов: чистота воды и заполнителей, отсутствие в них примесей, свежесть цемента.

Что такое активность цемента

Свежесть цемента влияет на качество бетона. При хранении цемент, особенно, если он хранится без упаковки, за несколько месяцев теряет свою активность. Через 3 месяца хранения расчетная прочность цемента снижается на 23%, а быстротвердеющие цементы становятся обычными уже через месяц хранения.

Важно!

Активность цемента — это параметр, который положен в основу классификации цементов на марки. Активностью называют предел прочности на сжатие цементных образцов в возрасте 28 суток. По этому параметру цементы подразделяют на классы: 32,5, 42,5, 52,5. Кроме того, по прочности на сжатие в возрасте 2 (7) суток цементы классифицируют на подклассы:

1. нормальнотвердеющие (Н);

2. медленнотвердеющие (М) только для цементов ЦЕМ III/B и ЦЕМ III/C;

3. быстротвердеющие (Б)

Согласно ГОСТ 31108-2016 «Цементы общестроительные. Технические условия», по составу цементы подразделяют на следующие типы:

1. ЦЕМ I (портландцемент);
2. ЦЕМ II (портландцемент с минеральными добавками);
3. ЦЕМ III (шлакопортландцемент);
4. ЦЕМ IV (пуццолановый цемент);
5. ЦЕМ V (композиционный цемент).

Цементы ЦЕМ II–ЦЕМ V также подразделяются на подтипы (А, В, С) в зависимости от содержания цементного клинкера и добавок.

Другие факторы, от которых зависит активность цемента:

1. Гранулометрия (фракционный состав, массовая доля частиц различных фракций). Она зависит от тонкости помола. Чем тоньше помол, тем выше содержание тонких фракций, и выше значение удельной поверхности. Повышенное содержание тонких фракций способствует быстрому набору прочности, высокое содержание средних фракций обеспечивает высокую расчетную прочность (на 28-е сутки). Крупные фракции не полностью вовлекаются в реакции гидратации, и зерна непрореагировавшего цемента находят в бетоне, изготовленном из цемента крупного помола, даже через несколько лет, что негативно отражается на прочности бетона.
2. Состав клинкера и наличие примесей (в зависимости от наличия тех или иных соединений, цемент может сохранять свою активность дольше). Например, примесь до 2% окиси магния приводит к ускорению набора прочности, а присутствие в составе клинкера негашеной извести обеспечивает более длительное сохранение активности цемента.
3. Свежесть цемента. Потеря активности происходит из-за того, что соединения цемента вступают в реакции с атмосферной влагой и углекислым газом из воздуха, и на поверхности зерен цемента появляется пленка из новообразований. Когда этот цемент используется для приготовления бетонного раствора, пленка препятствует реакциям гидратации, продуктом которых и является бетонный камень.

Можно ли повысить активность лежалого цемента

Лежалый цемент тоже можно использовать для приготовления бетонных растворов. Чтобы из лежалого цемента получить прочный бетон, применяют различные методы активации цемента:

1. Мокрая активация. На первом этапе в бетономешалку загружают цемент, крупные заполнители и частично воду. В течение 5 минут зерна крупного заполнителя растирают цемент, затем добавляется песок и остальная вода.
2. Виброактивация. Перемешивание с одновременной вибрацией цемента с песком повышает его активность на 30–40%.
3. Применение комплексных пластифицирующих добавок, которые позволяют повысить активность цемента и получить из него качественный бетон.

Водоцементное соотношение

Для протекания реакций гидратации требуется строго определенное количество воды, а именно, 0,3 от количества цемента. С целью повышения удобства обработки, обычно применяют водоцементное соотношение, равное 0,45–0,55, однако это все еще довольно жесткая смесь, а дальнейшее повышение в/ц влечет за собой снижение прочности бетона.

Важно!

В зависимости от консистенции, бетонные растворы делятся на жесткие и подвижные. Подвижные растворы подразделяются на пять классов по подвижности, от П1 до П5.

Чтобы повысить подвижность бетонных смесей без ущерба для прочности, применяют пластификаторы и суперпластификаторы, которые позволяют увеличить подвижность с П1 до П5.

Обработка и уход за уложенным бетоном

Прочность и плотность бетона взаимосвязаны. Вообще, бетон — материал пористый, для него характерно наличие капилляров и пор, но для повышения прочности бетона нужно стремиться к тому, чтобы их было меньше, и они имели наименьшие диаметры.

С целью удалить крупные воздушные пузырьки и добиться уплотнения бетонной смеси, после укладки ее в опалубку производится виброобработка, которая требует применения дорогостоящего оборудования, расхода электроэнергии и затрат времени. Применение пластифицирующих и суперпластифицирующих добавок позволяет получать самоуплотняющиеся смеси, не требующие обработки. Размер и количество пор в них уменьшены по сравнению с бетонами без добавок, соответственно, возрастает их плотность и прочность.

Обеспечение оптимальных условий во время набора прочности (28 суток) также имеет важнее значение.

Оптимальными являются температура воздуха 18–22°С и практически стопроцентная влажность. При снижении температуры воздуха процессы набора прочности замедляются, около 5°С и ниже практически прекращаются; таким же образом влияет влажность воздуха 40% и ниже. Поэтому для зимнего бетонирования применяют противоморозные добавки, которые позволяют проводить бетонные работы даже при температуре воздуха до минус 20°С.

При повышении температуры воздуха бетон пересыхает, и это тоже негативно отражается на его прочности. Чтобы бетон не пересыхал, его поливают водой.

Итак, на прочность бетона влияют:

1. чистота и пропорции основных компонентов;
2. тип, марка и свежесть цемента;
3. правильный замес;
4. обработка и уход после укладки.

Также повлиять нее можно путем внесения специальных добавок.

Какие добавки применялись в мировой истории строительства

Состав бетона включает всего несколько компонентов, но люди всегда находили возможность внести те или иные добавки, чтобы добиться получения материала с какими-либо особенными характеристиками. В старину это были различные подручные вещества, а выбор добавок и их дозировок носил экспериментальный характер, поскольку физико-химические особенности происходящих в смеси цемента с водой процессов тогда еще не были известны. Вот почему некоторые постройки получались прочными, другие быстро разрушались.

В Древнем Риме строители добавляли в бетонные смеси кровь животных, свиное сало, молоко. Гемоглобин крови, как сейчас стало известно, является пластификатором. Свиной жир и молоко применяли для придания водоотталкивающих характеристик. На Руси для повышения прочности в строительные растворы добавляли яйца.

При зимнем бетонировании в России растворы замешивали с добавлением водки и мыла. Например, именно так был залит фундамент Александровской колонны в Санкт-Петербурге.

С 1850 года при изготовлении бетона начали применять портландцемент. В те времена в растворы добавляли гипс. В начале ХХ века применяли хлористый кальций как ускоритель твердения и сахар — как замедлитель твердения бетона.

В СССР в качестве добавок в бетонные растворы применяли нерастворимые мыла на основе жирных кислот, препараты на основе восков, битума.

В качестве ускоряющих добавок применялись соли-электролиты.

В качестве пластификаторов применялись (и применяются):

1. сульфированные меламиноформальдегидные смолы, а также комплексные добавки на их основе;
2. модифицированные лигносульфонаты и комплексные добавки на их основе;
3. продукты конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, а также комплексные добавки на их основе;
4. продукты конденсации оксикарбоновых кислот.

Какие добавки применяют для повышения прочности бетона

Внесение в бетонные растворы упрочняющих добавок широко практикуется в строительстве. Но, в отличие от строителей прошлых веков, сейчас применяются добавки, которые разработаны и испытаны в лабораториях, обеспечивают гарантированный эффект, а на их упаковках даны четкие указания по дозировке.

В соответствии с ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов», есть несколько классов добавок для бетонных растворов:

1. Регулирующие характеристики бетонных и цементных растворов. Это пластификаторы и суперпластификаторы, стабилизирующие, водоредуцирующие, вовлекающие воздух добавки.
2. Влияющие на кинетику твердения. Это ускорители, замедлители, добавки, снижающие проницаемость бетона.
3. Придающие специальные свойства (гидрофобизаторы, противоморозные добавки, фотокаталитические добавки).
4. Минеральные добавки, которые могут быть активными или инертными.

Необходимость внесения добавок определяет ГОСТ 24211-91 (не распространяется на минеральные добавки).

Пластификаторы и суперпластификаторы

Чаще всего для увеличения прочности применяется добавление в растворы пластификаторов и суперпластификаторов.

Они повышают активность цемента и способствуют более полному вовлечению его составляющих в реакции гидратации, что увеличивает прочность бетона. Помимо этого, они позволяют без увеличения доли воды в замесе повысить удобоукладываемость смеси, в результате чего в готовом бетоне меньше пор и капилляров, они меньшего размера, а прочность и плотность бетона повышаются.

Рассмотрим пластифицирующие добавки производства CEMMIX. Это современные добавки, и, что немаловажно, все добавки в линейке совместимы друг с другом и с отечественными цементами. Также они имеют удобную для работы жидкую форму, их легко добавлять в растворы, они хорошо смешиваются с компонентами раствора.

Выпускается несколько добавок CEMMIX с пластифицирующими и упрочняющими свойствами:

1. CemBase — суперпластификатор для монолитных стен, фундаментов, плитки, отмостков, дорожных покрытий.
2. Plastix — пластификатор для бетонных смесей и растворов для кладки.
3. CemStone — пластификатор для строительных и кладочных растворов, изготовления перлитобетона и керамзитобетона.
4. CemPlast — суперпластификатр для полов, стяжек, тротуарнй плитки, штукатурных растворов. Применяется также для товарного бетона в условиях нормальных и повышенных температур, для гидротехнического и дорожного бетона, для ответственных и густоармированных конструций.
5. CemThermo — специальный суперпластификатор для теплых полов. Также с ним возможно заливать очень тонкие и очень ровные стяжки. CemThermo обеспечивает плотное прилегание бетона к нагревательным элементам, что повышает теплоотдачу пола.

Каталог продукции CEMMIX

CemBase 5л

Cпециализированная высокоэффективная добавка для фундамента.

Каталог продукции CEMMIX

CemPlast 5л

Суперпластификатор для бетона

Каталог продукции CEMMIX

CemStone 5л

Комплексная добавка для кладочных и строительных растворов.

Каталог продукции CEMMIX

Plastix 10л

Пластификатор для бетонов и строительных растворов.

Каталог продукции CEMMIX

CemThermo 5л

Специализированная высокоэффективная пластифицирующая и упрочняющая добавка для заливки теплых полов.

Все пластификаторы и суперпластификаторы CEMMIX обеспечивают следующие характеристики:

1. повышают подвижность и удобоукладываемость бетонных растворов;
2. улучшают однородность раствора;
3. предотвращают расслаивание и повышают срок жизни бетонных смесей и растворов;
4. увеличивают плотность;
5. уменьшают усадку и снижают образование трещин;
6. повышают прочность, водонепроницаемость и долговечность изделий;
7. позволяют снижать количество воды в замесе;
8. позволяют при сохранении прочности уменьшать расход цемента в растворе на 10–15%.

Другие добавки

Компания CEMMIX также выпускает следующие типы добавок:

1. противоморозные;
2. ускоряющие твердение бетона;
3. гидрофобизирующие.

Каталог продукции CEMMIX

CemAqua 5л

Водоотталкивающая добавка для строительных растворов

Каталог продукции CEMMIX

HotIce 10л

Противоморозная комплексная добавка для бетонных и растворных смесей

Каталог продукции CEMMIX

CemFrio 5л

Противоморозная высокоэффективная комплексная добавка для бетонных и растворных смесей

Каталог продукции CEMMIX

CemFix 5л

CemFix суперпластификатор. Ускоритель твердения.

Все эти добавки также обладают пластифицирующими и упрочняющими бетон характеристиками и могут применяться совместно с пластификаторами (общее количество добавок в этом случае распределяется между их видами).

Фибра для бетона

Еще один вид упрочняющих добавок — это фибра для бетона.

Фиброй называют отрезки волокон, которые могут быть изготовлены из стали (проволоки), полипропилена, базальта, стекловолокна. Виды фибры различается также по длине, толщине, форме сечения, текстуре поверхности, конфигурации (стальная фибра).

Распределяясь в толще бетона, отрезки волокон образуют своеобразный трехмерный каркас, вследствие чего повышается не только его прочность на сжатие, но и ударная вязкость (которая у бетона без добавок низкая). А значит, бетон становится более устойчивым к нагрузкам на растяжение и изгиб, раскалывающим нагрузкам.

Помимо прочего, повышаются также долговечность бетона и его сопротивление истираемости.

Фибра в современном строительстве может использоваться как замена арматуры либо как дополнение к ней (в зависимости от проекта). Армирование фиброй называется объемным или дисперсным, а бетон с фиброй — фибробетоном.

Каждому типу фибры присущи свои достоинства и недостатки. Например, стальная фибра очень тяжелая, подвержена коррозии.

Компания CEMMIX выпускает два вида фибры — базальтовую и полипропиленовую. Оба вида фибры очень легкие, химически стойкие, огнестойкие, имеют большую удельную площадь поверхности, отлично распределяются в растворах.

Каталог продукции CEMMIX

Фибра базальтовая CemFibra R, пакет 1000г.

Базальтовая фибра (из ровинга),  предназначена для объёмного армирования бетонов, строительных растворов и композиционных материалов.

Каталог продукции CEMMIX

CemFibra 150гр.

Универсальное полипропиленовое армирующее волокно для добавки в раствор.

Полипропиленовая фибра особенно хороша для стяжек.

Базальтовая фибра обеспечивает повышение термо- и звукоизолирующих характеристик, негорючесть, отсутствие дымления, прозрачность бетона для радиоволн, магнитного поля.

Эластифицирующие добавки

Универсальный строительный клей Elast (эмульсия ПВА) также может применяться в качестве добавки, оказывающей упрочняющее и эластифицирующее воздействие на цементные растворы. Чаще всего его применяют в ремонтных и штукатурных растворах.

Каталог продукции CEMMIX

Клей ПВА Elast 3кг

Универсальная эластифицирующая добавка для строительных растворов

Добавление клея Elast повышает адгезию, пластичность и водонепроницаемсть растворов, а также увеличивает их прочность.

Добавки для бетона своими руками

Несмотря на то, что современные добавки легко приобрести, и они экономят цемент, так что, можно сказать, достаются бесплатно, некоторые строители пытаются применять самодельные добавки для упрочнения бетона.

Обычно в качестве пластификаторов применяют моющие средства, например, недорогой шампунь или средство для мытья посуды.

Эффект от применения таких добавок может быть непредсказуемым. Невозможно рассчитать точную дозировку добавки, ведь концентрация и тип ПАВ в разных моющих средствах могут быть различными. Также сульфатные ПАВ, на основе которых изготавливают недорогие моющие средства, требуют внесения в состав хлорида натрия, отрицательно влияющего на стальную арматуру.

Резюмируя, можно сказать, что смысла в добавлении моющих средств в бетон нет, они ведь тоже не бесплатные, но могут вызвать проблемы, в отличие от проверенных добавок заводского изготовления, которые позволяют еще и сэкономить цемент.

Например

При изготовлении бетона класса В25, внесение в раствор пластификатора позволяет, даже после вычета стоимости добавки, экономить порядка 130 руб. с каждого куба бетона.

Строители с древности стремились повысить прочность бетона, но в те времена добавки носили экспериментальный характер. Сегодня не надо гадать, как отразится на характеристиках бетона внесение той или иной добавки в раствор. Все уже просчитано в лабораториях. Купить высокотехнологичные добавки CEMMIX также очень просто оптом, в розницу и онлайн.