§ 17. Добавки к неорганическим

вяжущим материалам и растворным смесям

Для придания неорганическим вяжущим материалам дополнительных технических свойств в их состав вводят различные добавки. Большинство добавок вводят при изготовлении вяжущего материала в тонкоизмельченном виде. Некоторые добавки вводят непосредственно в процессе приготовления растворной или бетонной смеси.

По своему назначению добавки к вяжущим материалам подразделяются на следующие группы: минеральные активные; добавкинаполнители; поверхностноактивные; ускорители твердения и замедлители схватывания; добавки для кислото, щелоче и жаростойких растворов; противоморозные и специальные добавки.

Активные минеральные добавки — это природные или искусственные вещества, которые в тонкоизмельченном виде при смешивании с гидратной известью и затворении водой образуют тесто, способное после твердения в воздухе продолжать твердеть и под водой.

Природные добавки могут быть осадочного или вулканического происхождения. К добавкам осадочного происхождения относятся: диатомиты, трепелы, опоки и глиежи. Основной составной частью диатомитов, трепелов и опок служит кремнезем в аморфном состоянии. Добавки вулканического происхождения: пеплы, туфы, пемзы, трассы, витрофиры.

К искусственным добавкам относятся: доменные гранулированные шлаки, белитовый (нефелиновый) шлам, золаунос. Кроме того, в качестве активной минеральной добавки используют топливные шлаки, продукты искусственного обжига глины (аглопорит, керамзит, глинит, цемянка), а также самовозгорающиеся в отвалах пустые шахтные породы. Эти вещества применяют только после лабораторных испытаний в случае положительного результата.

Активность минеральной добавки характеризуется временем (в сутках), за которое данная добавка может обеспечить схватывание и водостойкость теста на основе добавки гидратной извести, а также количеством извести, которую добавка поглощает из водного раствора за определенный промежуток времени.

Активные минеральные добавки чаще всего применяют в качестве составной части смешанных вяжущих" материалов. Однако допускается их использование в растворных и бетонных смесях в качестве добавокнаполнителей. В этом случае они позволяют уменьшить расход портландцемента и получить более плотные растворы. При этом надо иметь в виду, что введение тонкомолотой добавки может снизить прочность раствора. Поэтому при выборе минеральной добавки следует отдавать предпочтение материалам, обладающим высокой активностью и малой водопотребностью, и строго соблюдать рецептуру, рекомендованную лабораторией.

Добавкинаполнители к вяжущим материалам, как правило, не обладают вяжущими свойствами и активностью или же имеют недостаточную активность. Небольшое количество (до 10%) наполнителя, не ухудшая качества вяжущего, увеличивает его выход. Добавкинаполнители подразделяются на природные, получаемые из горных пород (известняков, изверженных горных пород, песков, глин), и искусственные, изготовляемые из промышленных отходов (доменные шлаки, топливные

золы и шлаки).

Добавкиускорители твердения и замедлители схватывания вяжущего материала изменяют сроки превращения смеси вяжущего материала с водой в камневидное тело.

К добавкамускорителям твердения цементов относятся: хлористый кальций CaCU (гранулированный, плавленый или жидкий), хлористый натрий NaCl в виде пищевой поваренной или технической соли, соляная кислота НС1, молотая негашеная известь, поташ, строительный гипс, хлорное железо. Добавка хлористого кальция в расчете на безводную соль не должна превышать 3% и соляной кислоты 2%| от массы цемента.

Не следует применять добавкиускорители твердения при оштукатуривании: по металлической сетке; поверхностей, предназначенных для эксплуатации при относи* тельной влажности воздуха более 60%; поверхностей, в которых по условиям эксплуатации не допускается повышенная гигроскопичность; сооружений и конструкций, на поверхности которых не допускается образование высолов.

При использовании в качестве добавки соляной кислоты нужно строго соблюдать правила техники безопасности по обращению с ней.

К добавкамзамедлителям схватывания цементов относятся гипс, слабый раствор серной кислоты, сернокислое окисное железо. Для замедления скорости гашения известикипелки применяют тонкомолотый двуводный гипс (гипсовый камень), а также кератиновый замедлитель, животный клей и поверхностноактивные добавки.

К замедлителям схватывания гипсовых вяжущих веществ относятся поверхностноактивные вещества, добавляемые в количестве до 0,3% от массы гипса.

Поверхностноактивные добавки подразделяются на гидрофильнопластифицирующие, гидрофобнопластифицирующие и микропенообразующие. В большинстве случаев это вещества органического происхождения, которые в достаточной степени растворимы в воде и обладают в небольших концентрациях способностью образовывать на поверхности цементных зёрен и продуктов гидратации пленки, влияющие на процессы твердения и свойства цемента, не ухудшая его качества.

В общих чертах суть происходящих процессов можно объяснить так. Взаимодействие минералов, входящих в состав цемента, с водой может происходить только в зоне их контакта — на поверхности зерен, т. е. в граничном слое. Кроме того, значение граничного слоя обусловлено тем обстоятельством, что молекулы, находящиеся внутри тела, окружены подобными себе и силовое поле симметрично. У молекул же, находящихся на поверхности тела, часть силового поля находится вне тела и связь этой молекулы с другими ассиметрична. Поэтому поверхность тела обладает некоторой избыточной энергией (чем объясняется в частности поверхностное натяжение жидкости). Характером этой энергии и определяется способность молекул пограничного слоя взаимодействовать с молекулами другого вещества, в нашем случае — с водой. При той степени измельчения цементов процессы, происходящие в зоне контакта — пограничном слое, имеют решающее значение.

Было установлено, что молекулы поверхностноактивных веществ обладают четко выраженными свойствами по отношению к воде. Так как их молекулы несимметричны, то одна часть молекулы нейтральна к воде, а другая у одних притягивает к себе молекулы воды (гидрофильные вещества), а у других — отталкивает их (гидрофобные вещества). Поэтому молекулы поверхностноактивных веществ, образуя пленку вокруг зерен цемента, ориентируются в ней вполне определенным

0бРМо°лМекулы гидрофильного вещества, например сульфитноспиртовой барды, поворачиваются в ней таким образом, чтобы их нейтральная часть (обычно цепочка из атомов углерода и водорода) была направлена к поверхности цемента или продукту гидратации, а активная часть (обычно группы СООН и ОН) в сторону воды (рис. 9, а). Благодаря этому они притягивают к себе

молекулы воды.

Рис. 9. Схема образования пленки поверхностноактивными добавками: а гидрофильная добавка, б гидрофобная добавка; /вода, 2частица цемента. 3 гидрофильные частицы, 4 гидрофобные частицы

Возникший слой воды на поверхности зерен увеличивает подвижность растворной смеси, уменьшая силы сцепления между зернами и являясь как бы смазкой между ними. Наряду с этим пленки поверхностноактивного вещества замедляют процесс образования зародышей кристаллов, что приводит к увеличению числа центров кристаллизации и вследствие этого к получению мелкокристаллических более плотных растворов. Повышение пластичности растворной смеси позволяет уменьшить количество воды в растворной смеси, что способствует повышению прочности раствора.

В пленках гидрофобных поверхностноактивных веществ молекулы ориентируются углеродоводородными радикалами наружу, которые обладают водоотталкивающими свойствами (рис. 9, б). В гидрофобных цементах эти пленки препятствуют взаимодействию между цементом и парами воды, находящимися в воздухе, что увеличивает сроки его хранения.

В растворных смесях эти добавки также способствуют получению мелкокристаллической структуры цементного камня. Пластифицирующее действие объясняется отчасти их смазочными свойствами, а также способностью к вовлечению в смесь пузырьков воздуха. Гидрофобизирующие добавки уменьшают водопотребность растворных смесей, повышают их связность, предотвращая расслаивание (см. § 29), и препятствуют образованию высолов при затворении солоноватой водой. В качестве гидрофильнопластифицирующей добавки применяют . концентраты сульфитноспиртовой барды (ССБ) —отхода целлюлозного производства. На стройку ССБ поступает в виде жидкого концентрата (КБЖ) 50%ной концентрации или порошка (КБП). КБЖ—это густая вязкая жидкость темнокоричневого цвета со специфическим запахом. КБП содержит не менее 87% сухого вещества.

Сульфитноспиртовую барду применяют для получения пластифицированного цемента и в качестве добавки к бетонным смесям. В растворных смесях ее используют редко. Добавка ССБ не должна превышать 0,1—0,15%от массы вяжущего вещества, так как в больших количествах она снижает прочность раствора и, кроме того, может привести к появлению на оштукатуренной поверхности коричневых пятен, трудно заделываемых при малярных работах. В гипсовых мастиках для крепления сухой штукатурки ССБ применяют в качестве замедлителя схватывания; в то же время она препятствует отсосу воды в облицовываемую поверхность. К гидрофобнопластифицирующим добавкам относятся: мылонафт, асидол, асидолмылонафт и кремний органические жидкости.

Мылонафт, асидол и асидолмылонафт — отходы, получаемые при очистке нефтепродуктов. По внешнему виду это мазеобразные вещества от желтого до коричневого цвета. Они хорошо растворяются в воде. Их товарные растворы обычно содержат от 45 до 50%' воды. Мылонафт выпускают трех сортов; асидол — двух: А1 (асидол 50) и А2 (соляровый асидол); асидолмылонафт— трех сортов. Добавка их товарных растворов в растворные смеси составляет 0,05—0,1% от массы Вяжущего вещества.

В качестве местного материала широко применяют подмыльный щелок—отход мыловаренного производства. Он состоит из 85—90% воды, 0,5—3% омыленных жирных кислот и 7—14% поваренной соли. По внешнему виду это. жидкость коричневого цвета. В известковопесчаный штукатурный раствор его вводят из расчета 0,3— 0,5 г жирных кислот на 1 кг известкового теста, т. е6—10 л пластификатора на 1 м3 раствора.

Из кремнийорганических жидкостей в качестве пластификаторов в растворных смесях применяют полимеры ГКЖ94 (ГОСТ 10834—76), ГКЖЮ и ГКЖП. ГКЖ94—полигидросилоксановая жидкость, взаимодействуя с продуктами гидролиза цемента, способствует газообразованию в растворной смеси с последующим возникновением замкнутых пор; ее добавляют в количестве 0,05—0,10% от массы цемента из расчета жидкости 100%ной концентрации. ГКЖП — метилсиликонат натрия и ГКЖЮ — зтилсиликонат натрия способствуют воздухововлечению растворную смесь. Добавки ГКЖП и ГКЖЮ вводят в количестве 0,05—0,20% от массы цемента в расчете на сухое вещество.

Микропенообразующие добавки, кроме изменения свойств на границе вода — цемент, вызывают образование в растворной смеси маленьких воздушных пузырьков (микропены), в результате чего пластичность смеси значительно повышается. В качестве таких добавок в растворных смесях применяют микропенообразователи БС и ОС.

Микропенообразователь БС — порошок, содержащий нейтрализованные (омыленные) чаще всего едким натрием жирные кислоты животного или растительного происхождения (белковые отходы боен, стебли сельскохозяйственных культур, например сено, и др.). Микропенообразователь БС добавляют в раствор в количестве 0,05—0,1% от массы цемента в расчете на сухое вещество. В гипсовых растворах БС замедляет схватывание гипса.

Микропенообразователь ОС — отходы соапстока, получаемые на мыловаренных заводах и содержащие до 45% омыленных жиров. По внешнему виду это масса черного цвета. В растворные смеси его добавляют в количестве 0,25—0,5% от массы цемента в расчете на сухое вещество. Перед употреблением его разводят горячей водой с температурой 90° С, исходя из расчета 40 частей воды на 1 часть микропенообразователя.

В качестве добавок кислотостойким растворам используют тонкомолотые Горные породы (андезит, базальт, диабаз, гранит, кварц), природный пылевидный кварц, а также тонкомолотые фарфор и каменное литье. Кислотостойкость добавок должна быть не менее 96%, а тонкость помола обеспечивать прохождение через сито № 02 не менее 99,5%, через сито № 009 — 90% и через сито № 0056 — 50% от массы пробы.

В качестве добавокнаполнителей к щелочестойким растворам применяют тонкомолотые известняки или доломиты. По тонкости помола они должны удовлетворять тем же требованиям, что и кислотостойкие добавки.

К добавкам для жаростойких растворов относятся: тонкомолотая хромитовая руда, андезит, диабаз, магнезит, тальк, шамот, полукислые огнеупорные изделия, а также активные минеральные добавки. К растворам на портландцементе можно добавлять только шамот и хромовую руду Кимперсайского месторождения, а к растворам на жидком стекле и кремнефтористом натрии — все перечисленные выше добавки.

В качестве противоморозных добавок, понижающих температуру замерзания жидкой фазы растворных смесей, применяют хлористый натрий NaCI совместно с хлористым кальцием СаО2 в количестве до 7,5% нитрит натрия NaNC2 до 10%"и поташ К2СО3 до 15% от массы цемента. Размер добавки зависит от вида раствора и температуры наружного воздуха и устанавливается лабораторией.