Химические добавки для дорожно-строительных материалов

8.1. Химические добавки в цементные бетоны

Для улучшения ряда свойств цементных бетонов в их состав вводятся химические вещества (ГОСТ 24211-2003 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия»). Они подразделяются на регуляторы твердения, пластифицирующие, гидрофобизирующие, воздухововлекающие и другие добавки.

Регуляторы твердения. К ним относятся ускорители и замедлители процессов схватывания и твердения бетона. Добавки-ускорители каталитически воздействуют на реакции гидратации между минералами цемента и водой, ускоряя скорость их протекания. К ним относятся хлористый кальций CaCl₂, карбонат калия К₂СО₃, а также комплексные добавки ННК (нитрит-нитрат кальция), ННХК (нитрит-нитрат-хлорид кальция) и другие. Добавки-замедлители замедляют процессы схватывания и твердения. В табл. 17 приведены составы добавок для регулирования схватывания и твердения бетонной смеси.

Таблица 17

Рекомендуемые добавки для регулирования схватывания и твердения бетонной смеси

Класс добавки	Пред- ставители	Название	Дозировка, % от массы цемента	Эффект от применения
Регуляторы сроков схватывания: Замедлители   Ускорители	Сахаристые вещества НК ХК ННК   ННХК СН ТНФ	Нитрат кальция Хлорид кальция Нитрит-нитрат кальция Нитрит-нитрат-хлорид кальция Сульфат натрия Тринатрийфосфат	0,1-2	Замедление схватывания до нескольких часов Ускорение схватывания и твердения в ранние сроки

 

Особенностью использования добавок–ускорителей твердения является то, что эффективность их действия на твердение бетона и набор прочности проявляется в основном в течение первых 3…4 суток после затворения цемента водой. В дальнейшем эффект ускорения твердения и возрастания прочности ослабевает, и в 28-суточном возрасте прочности бетонов с добавками и без добавок становятся одинаковыми (рис.6). Следует отметить, что ускорители твердения на основе хлоридов могут вызвать коррозию стальной арматуры в армированных бетонах, поэтому их не рекомендуется вводить в количестве более 2% от массы цемента.

Рис. 6. Влияние добавок-ускорителей твердения на набор прочности

цементных бетонов во времени

Пластифицирующие добавки. Они повышают подвижность бетонных смесей, или, при сохранении подвижности неизменной, позволяют снизить водопотребность бетонной смеси. Снижение водопотребности приводит к уменьшению водо-цементного отношения, что позволяет снизить расход цемента, или при том же расходе цемента повысить прочность бетона.

В табл. 18 приведены составы пластифицирующих добавок для бетонных смесей.

Таблица 18

Пластифицирующие добавки для бетонных смесей

Класс добавки	Представители	Название	Дозиров-ка, % от массы цемента	Эффект от применения
Суперпластификаторы	С-3 ДФ СМФ	Разжижитель С-3 Дофен Разжижитель СМФ	0,4 - 0,8	Снижение водо- потребности бе- тонной смеси более 20%
Сильнопластифицирую-щие	ЛСТМ-2   МТС-1	Лигносульфонат технический модифицированный Модифицированный лигносульфонат	0,15 – 0,3	Снижение водо-потребности бетонной смеси до 20%
Среднепластифицрующие	ЛСТ УПБ ПДК	Лигносульфонат технический Мелассная упаренная последрожжевая барда Плав дикарбоновых кислот	0.1 – 0,2	Снижение водопотребности бетонной смеси до 10%
Слабопластифицирующие	ЩСПК НЧК ГКЖ-10 ГКЖ-11	Щелочной сток производства капролактама Нейтрализованный черный контакт Этилсиликонат натрия   Метилсиликонат натрия	0,05 – 0,1	Снижение водопотребности бетонной смеси до 5%, повышение морозостойкости бетона на 50-100 циклов

 

Гидрофобные добавки. Они обеспечивают бетонным смесям нерасслаиваемость, а затвердевшему бетону придают некоторые водоотталкивающие свойства. Они могут вводиться в объем бетонной смеси с водой затворения в количестве от 0,1 до 0,8%, или наноситься на поверхность бетона. К ним относятся кремнийорганические жидкости (ГКЖ), битумные дисперсии, а также пропиточные гидрофобизирующие составы как отечественного производства (Аквастоп), так и зарубежные (Пенетрон).

Воздухововлекающие добавки. Эти добавки при замешивании бетонной смеси вовлекают в нее дополнительное количество воздуха, которое создает в бетоне так называемую резервную пористость. При замерзании вода через систему капилляров попадает в эти резервные поры под давлением растущего льда, и опасного давления на стенки пор бетона не возникает. Это приводит к увеличению морозостойкости бетона. Вид и дозировка воздухововлекающих добавок представлены в табл. 19.

Таблица 19

Рекомендуемые воздухововлекающие добавки для бетонных смесей

Класс добавки	Представители	Название	Дози- ровка, % от массы цемента	Эффект от применения
Воздухо- вовлекающие	СНВ   КТП ОТП ГКЖ-10 ГКЖ-11	Смола нейтрализованная воздухововлекающая Клей таловый пековый Омыленный таловый пек Этилсиликонат натрия Метилсиликонат натрия	0.005 -0,03	Обеспечение воздухововлечения на 3-5 %, повышение морозостойкости бетона на 100-200 циклов

 

8.2. Добавки, улучшающие технологические и эксплуатационные свойства асфальтобетона

Они подразделяются на присадки к битумам, активаторы и структурирующие добавки.

Присадки для улучшения адгезии битума к минеральным материалам. Одним из факторов долговечности асфальтобетона является прочность сцепления (адгезия) битума с поверхностью минерального материала. Сцепление зависит от процессов смачивания и адсорбции на поверхности этого материала. Наиболее прочное сцепление достигается лишь при химическом взаимодействии в образованием хемосорбционных поверхностных соединений, катион или анион которых входит в кристаллическую решетку минерала, а анион или катион находится в составе битума. Созданию прочных соединений битума с минеральным материалом способствуют ПАВ как содержащиеся в составе битума, так и введенные специально. ПАВ взаимодействуют с поверхностью каменного материала с образованием хемосорбционного слоя и прочно удерживают на этой поверхности пленку битума. При этом вода не может проникнуть к поверхности раздела между битумом и каменным материалом.

Но ПАВ в составе битума содержится немного, и их количество зависит от качества перерабатываемой нефти и от технологии производства битума. Чаще ПАВ вводят в состав битума специально. Применение ПАВ позволяет:

- расширить номенклатуру применяемых минеральных материалов;

- достигнуть более полного его уплотнения;

- удлинить сезон дорожных работ.

Наибольшее применение в последнее время получили адгезионные битумные присадки катионного типа. Эти присадки представляют собой ПАВ, в которых углеводородный скелет связан с полярной группой. Это аминные соединения с длиной углеводородной цепи не менее 10 атомов. В России они выпускаются под маркой «Амдор-9», «Дорос АП», БП-3М, БП-КСП и другие. За рубежом – это добавки «Диам», «Битран», «Витит» (Англия), «Дон» (Франция), «Берол» (Швеция), «Бломних», «Серфакс» (Голландия), «Виакол» (Германия) и другие.

Битум, модифицированный адгезионной присадкой в количестве 0,5…1,5 % от массы битума, сохраняет свои свойства к высокой адгезии не менее суток. В дальнейшем адгезионные свойства модифицированного битума постепенно снижаются, и через 2-3 суток сравниваются со свойствами обычного битума. Присадки улучшают качественные характеристики битума и улучшают сцепление модифицированного битума с высокопрочными минеральными материалами, особенно кислого характера (гранитом и кварцитом).

Особенно актуальным является использование этих добавок при ямочном ремонте, когда покрытие сохраняет остаточную влажность. Битумы с катионоактивной присадкой надежно сцепляются и с увлажненными минеральными материалами. Эти присадки также замедляют старение битума.

Для улучшения сцепления битума со щелочными заполнителями (известняками, доломитами и другими) используют ПАВ анионного типа (госсиполовую смолу, жировой гудрон), которые вводят в состав битума в количестве 3…7%.

Активаторы. Их вводят в состав асфальтобетона также для повышения

адгезии битума к минеральному порошку. Существует несколько методов введения активаторов. Их можно добавлять к битумам. К таким активаторам относятся известь, хлорное железо, цемент. Но чаще добавки - активаторы вводят в состав минерального порошка. Его активируют поверхностно-активными веществами в процессе помола или после помола введением гидрофобизаторов – смолы госсиполовой (хлопкового гудрона), гудрона жирового и других.

Структурирующие добавки. В качестве структурирующих добавок могут использоваться различные порошкообразные и волокнистые заполнители, выполняющие роль дискретно распределенной арматуры.

К порошкообразным структурирующим добавкам относится цемент. Введение его в количестве 3…5% увеличивает коррозионную стойкость асфальтобетона по отношению к действию воды и антигололедных составов. Это связано с тем, что в процессе гидратации цемента образующиеся гидратные соединения прорастают в битумные пленки. В результате возрастает адгезия и увеличивается прочность и долговечность асфальтобетонов.

Волокнистые структурирующие добавки подразделяются на органические и минеральные. К органическим относятся волокна целлюлозы, а также различные синтетические волокна (полипропилен, полиамид, полиэстер и другие). К неорганическим относятся стекловолокно, базальтовые и диабазовые волокна, а также металлическая стружка (фибра).

Дискретно распределенная арматура в асфальтобетоне может выполнять две функции: технологическую и структурирующую (упрочняющую). Технологическая функция заключается в предотвращении расслаивания смесей, обогащенных битумом. Для технологических целей используют короткие целлюлозные волокна, соизмеримые с размером битумной пленки. К таким добавкам можно отнести «Виатон», «Эковату» и другие. Для упрочнения асфальтобетона, в основном для повышения прочности на изгиб, вводят синтетические, металлические и другие волокна. Эффект волоконного упрочнения будет снижаться с уменьшением длины волокон и с ростом вязкости асфальтобетона.

 

Перечень вопросов для зачета по дисциплине «Управление и контроль качества дорожно-строительных материалов»

1. Основные задачи управления качеством дорожно-строительных материалов и их стандартизация

2. Классификация методов контроля качества дорожно-строительных материалов

3. Входной контроль качества песка для цементного бетона

4. Входной контроль качества песка для производства асфальтобетона

5. Методики определения свойств песка

6. Виды и свойства крупного заполнителя (гравия и щебня)

7. Входной контроль гравия и щебня для цементных бетонов

8. Входной контроль гравия и щебня для асфальтобетонов

9. Методики определения свойств гравия и щебня

10. Классификация битумов

11. Типы структур битумов

12. Свойства битумов

13. Входной контроль качества битумов для производства дорожно-строительных материалов

14. Методики определения свойств битума

15. Цементы и их свойства

16. Входной контроль качества цементов для производства дорожно-строительных материалов

17. Методики определения свойств цемента

18. Классификация бетонов. Требования к материалам для бетонов

19. Методы контроля прочности бетона для дорожно-строительных работ

20. Методы контроля морозостойкости бетона

21. Классификация асфальтобетов

22. Методы испытаний свойств асфальтобетона

23. Химические добавки для улучшения качества цементных бетонов

24. Химические добавки для улучшения качества асфальтобетонов

Литература

1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение. –М., Высшая школа, 2003. -701с.

2. Белов В.В. и др. Лабораторные определения свойств строительных материалов: Учебное пособие. – Тверь: ТГТУ, 2002.-96с.

3. Аминов Ш.Х., Кутьин Ю.А., Струговец И.Б., Теляшев Э.Г. Современные битумные вяжущие и асфальтобетоны на их основе. СПб, Изд-во “Недра”, 2007. -336с.

4. Попов К.Н., Каддо М.Б., Кульков О.В. Оценка качества строительных материалов: Учебное пособие.– М.: Изд-во АСВ,1999.-240с.,ил.