§ 3. Портландцементы с органическими добавками

В современной технологии бетона широко применяют поверхностно-активные вещества, вводимые в малых дозах (0,05 — 0,3 от массы цемента) в бетонные и растворные смеси при их изготовлении и добавляемые в цемент при помоле клинкера.

Поверхностно-активные добавки пластифицируют бетонные и растворные смеси, что позволяет улучшать их удобоукладываемость, либо снижают количество воды затворения (сохраняя удобоукладываемость) и расход цемента на 10 — 20%. Оставляя же количество цемента неизменным, достигают снижения пористости бетона, повышения его морозостойкости и водонепроницаемости.

Типичные поверхностно-активные добавки можно разделить на четыре группы: гидрофилизующие, гидрофобизующие, воздухововлекающие и комплексные.

К гидрофилизующие добавкам относится сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ), получаемая из сульфитных щелоков, образующихся при сульфитной варке целлюлозы. Поэтому СДБ представляет собой в основном кальциевую соль лигносульфоновой кислоты — лигносульфонат кальция. При адсорбции цементом лигносульфонат кальция гидрофилизирует частицы цемента, т. е. улучшает их смачивание водой. Одновременно ослабляются силы взаимного сцепления между частицами вяжущего. В результате этого добавка СДБ повышает пластичность цементного теста и подвижность бетонных смесей.

К гидрофобизующим добавкам относят мылонафт, асидол, асидол-мылонафт, синтетические жирные кислоты и их соли и кремнийорганические жидкости (ГКЖ-Ю, ГКЖ-П, ГКЖ-94).

Мылонафт представляет собой натриевое мыло нафтеновых кислот. Общая формула нафтеновых кислот, где п изменяется от 8 до 13. Источником получения нафтеновых кислот служат щелочные отходы, образующиеся при очистке продуктов перегонки нефти (бензина и др.) щелочью. Из них получают технические нафтеновые кислоты, известные под названием асидол и асидол-мылонафт. Синтетические жирные кислоты изготовляют путем окисления парафина. Можно применять в качестве добавки как синтетические жирные кислоты, так и кубовые остатки, полученные при производстве этих кислот.

Молекулы нафтеновых кислот и их солей состоят из полярной группы (СООН или COONa) и углеводородного радикала. Эти молекулы адсорбируются на частицах цемента так, что их углеводородные радикалы обращены наружу. Они не смачиваются водой и придают цементу гидрофобные свойства. Своеобразным «смазочным» действием тонких ориентированных пленок М. И. Хигерович объясняет увеличение подвижности бетонных смесей. Жидкости ГКЖ-Ю и ГКЖ-П представляют собой водно-спиртовые растворы метил- и этилсиликоната натрия, способные смешиваться с водой в любых соотношениях. Кремнийорганическая жидкость ГКЖ-94 — продукт гидролиза этилдихлорсилана; ГКЖ-94 обычно применяют в виде водной эмульсии.

Из добавок микропенообразователей наиболее известны абиетат натрия и омыленный древесный пек. Абиетат натрия получают путем омыления канифоли едким натром (поэтому его называют смолой нейтрализованной, воздухововлекающей — сокращенно СНВ). Омыленный древесный пек представляет нейтрализованные щелочью смоляные кислоты древесного пека хвойных пород. Микропенообразователи образуют при перемешивании бетонной смеси пену, вовлекая воздух, т. е. действуют как воздухововлекающие добавки.

Комплексные добавки, получившие широкое распространение, обычно состоят из гидрофилизующих и гидрофобизующих поверхностно-активных веществ. Они сочетают высокий пластифицирующий эффект с гидрофобизующим действием на цементы и бетоны.

Пластифицированный портландцемент изготовляют путем введения при помоле клинкера около 0,25% СДБ (считая на сухое вещество). Он отличается от обычного портландцемента способностью придавать растворным и бетонным смесям повышенную подвижность. Пластифицирующий эффект используется для уменьшения водоцементного отношения и повышения плотности, морозостойкости и водонепроницаемости бетона. Если же сохранить В/Ц, то можно снизить расход цемента (примерно на 10 — 15%) без ухудшения качества бетона.

Гидрофобный портландцемент получают, вводя при помоле клинкера 0,1 — 0,2% мылонафта, асидола, синтетических жирных кислот, их кубовых остатков и других гидрофобизующих веществ. Он обладает пониженной (по сравнению с обычным цементом) гигроскопичностью, лучше сохраняет свою активность при хранении и перевозках. Гидрофобный портландцемент пластифицирует бетонные и растворные смеси, повышает морозостойкость и водонепроницаемость бетона.