Василик П.Г., Голубев И.В., ведущие специалисты
ЗАО "ЕвроХим-1", Москва


Проблемы снижения водопотребности и увеличения подвижности цементных систем до сих пор волнуют умы учёных и практиков. Только после создания пластификаторов, позволяющих снизить водопотребность более чем на 25-30 %, возникли такие материалы как самоуплотняющиеся бетоны и самонивелирующиеся массы.

ГОСТ 24211-91 "Добавки для бетонов. Общие технические требования" регламентирует разделение водоредуцирующих добавок по эффективности на 4 группы: слабо-, средне-, сильнопластифицирующие и суперпластификаторы. При этом последние должны обеспечивать снижение водопотребности не менее чем на 20% [1]. В отечественных публикациях [2,3] уже появилась информация о пластификаторах нового поколения, таких как Melflux®, позволяющих снизить данный показатель более чем на 30%. Однако, поскольку эффективность пластификаторов сильно зависит от удельной поверхности цемента, его минерального состава и от физико-химических особенностей наполнителей, на практике необходимы предварительные испытания этих добавок.

Обычные, всем известные пластификаторы (ЛСТ, С-3, Melment® F10) представляют собой полианионные поверхностно-активные вещества.

ЛСТ -лигносульфонат технический


СНФ -Сульфонафталинформальдегид (С-3)


СМФ - Сульфомеламинформальдегид (Melment® F10)

Принцип действия таких пластификаторов - электростатическое диспергирование - основывается на сильном смещении потенциала частиц цемента в отрицательную область. Диспергирование частиц цемента (см. схему) происходит в самом начале гидратации, при этом, имеет место хемосорбция молекул пластификатора на поверхности частиц цемента, особенно при повышенном содержании в составе цемента фаз С3А и CS [4]. При росте продуктов гидратации наблюдается резкое падение подвижности системы.

Схематичное изображение процесса диспергирования:



Действие пластификаторов нового типа Melflux® основано на совокупности электростатического и стерического (пространственного) эффекта, который достигается с помощью боковых гидрофобных полиэфирных цепей молекулы поликарбоксилатного эфира. За счет этого, водоредуцирующее действие таких суперпластификаторов в несколько раз сильнее, чем у обычных.


Поликарбоксилат Melflux®

Схематичное изображение процесса диспергирования:



В зависимости от условий синтеза получают поликарбоксилаты с различными длинами боковых полиэфирных цепочек. Это позволяет создавать материалы с разным соотношением стерического эффекта и анионной активности. Так в ряду Melflux® PP 100 F < Melflux® 1641 F < Melflux® 2641 F стерический эффект увеличивается.

Melflux® 1641 F Melflux® 2641 F


Увеличение стерического эффекта позволяет уменьшить влияние поликарбоксилатов Melflux® 2641 F и Melflux® 2651 F на гидратацию цементных зёрен.
Melflux® 1641 F Melflux® 2641 F
Вся поверхность зерна покрыта ПАВ Стерический эффект.
Свободная зона зерна для гидратации


Melflux® PP 100 F и Melflux® PP 200 F сильно влияют на гидратацию и используется, главным образом, в системах, содержащих активный глинозёмистый цемент (ГЦ). Melflux® 1641 F рекомендуется для активных портланд-цементов: ПЦ М500-Д0 Липецкого цементного завода, "Оскол-Цемент", СП "Белгородский цемент". Melflux® 2641 F и Melflux® 2651 F мало влияют на гидратацию и рекомендуются для менее активных цементов. Тем не менее, все поликарбоксилаты Melflux® независимо от длины полиэфирных цепочек обладают сильным водоредуцирующим эффектом.

В работах Несветаева Г.В. и Налимовой А.В. (Ростовский государственный строительный университет) [2] изучалось влияние суперпластификаторов на снижение водопотребности, формирование прочности цементного камня, усадку, поровую структуру, морозостойкость. В числе исследуемых материалов были Melment® F10 и Melflux® PP 100 F. Были получены следующие результаты:



, численно равный возможному повышению предела прочности цементного камня за счет снижения В/Ц при введении суперпластификатора.
, численно равный соотношению приведенного значения предела прочности цемента в присутствии суперпластификатора и без него. Показатель "К" косвенно характеризует гидратационную активность цемента в присутствии суперпластификатора.

Произведение C = Z*K численно равно повышению предела прочности бетонов, полученных из равноподвижных смесей с применением суперпластификатора.

Снижению водопотребности на 30% соответствует значение показателя Z = 1,64.

Как следует из данных таблицы Melflux® PP 100F может рассматриваться как гиперпластификатор, обеспечивающий снижение водопотребности более чем на 30%.

Кроме того, авторы глубоко изучили влияние суперпластификаторов на величину усадочных деформаций и пришли к выводу, что поликарбоксилат Melflux® PP 100F обладает эффектом компенсации усадки, в то время как Melment® F10 и другие обычные пластификаторы практически не влияют на кинетику усадочных процессов при изменении влажности цементного камня.

Стерический эффект не только позволяет повысить подвижность раствора в ранние сроки, но и сохраняет её в течение большего периода времени. Наиболее наглядный способ проверки пролонгированности действия гиперпластификаторов Melflux® - это так называемый "ножевой тест". Согласно этой методике, применяемой в Германии и других европейских странах, состав наносится тонким слоем (h 2-3мм, 160мм), и изучается способность раствора к "самозалечиванию" через определённые промежутки времени.

Melflux® (конц. 0,4%) СМФ (конц. 1,2%) СНФ (конц. 1,2%)

1- отлично, 2-3 хорошо, 4-5 удовлетворительно, 6-7 плохо.

Недостатком данного метода является высокая степень субъективности оценки и зависимость показаний от природы применяемого цемента, а также от вида и дозировки модификаторов схватывания.

Выводы:

  • Благодаря возможности регулирования соотношения стерического фактора и анионной активности поликарбоксилатов создана целая гамма высокоспециализированных гиперпластификаторов Melflux® , отличающихся по воздействию на цементные системы.
  • Особенности строения поликарбоксилатов позволяют достичь более высокие показатели по текучести и времени жизни цементного раствора.
  • Для систем без глинозёмистого цемента лучше использовать поликарбоксилаты с более длинными боковыми полиэфирными цепями, такие как Melflux® 1641 F, Melflux® 2641 F и Melflux® 2651 F. При чём последние два суперпластификатора наиболее актуальны при использовании низко активных цементов, так как в меньшей степени влияют на кинетику гидратации.

    Библиографический список:

    1. ГОСТ 24211-91 "Добавки для бетонов. Общие технические требования"
    2. Несветаев Г.В., Налимова А.В. "Оценка эффективности суперпластификаторов применительно к отечественным цементам", Вторая международная конференция. Ростов-на-Дону, РГСУ, 2002г.
    3. А.П. Пустовгар, "Эффективность применения современных суперпластификаторов в сухих строительных смесях". 4-я Международная научно-техническая конференция "MixBULD", 2002г.
    4. В.С. Рамачандран, Р.Ф. Фельдман, М. Коллепарди под редакцией А.С.Болдырева В.Б.Ратинова "Добавки в бетон", Москва, Стройиздат, 1988г.