Современные суперпластификаторы для сухих строительных смесей

Первые сведения о суперпластификаторах как высокоэффективных разжижителях бетонных и растворных смесей появились в начале тридцатых годов, а в 1935 году был получен первый патент. Вторая мировая война отодвинула широкое применение данного вида модифицирующих добавок на конец пятидесятых годов. Причем странами, в которых был впервые начат выпуск суперпластификаторов как товарных продуктов, были страны побежденной коалиции - Германии и Япония. В нашей стране применение суперпластификаторов в промышленных масштабах было начато в конце семидесятых годов.

Основным преимуществом суперпластификаторов является то, что при одинаковых значениях водоцементного отношения они значительно повышают подвижность бетонных и растворных смесей, не снижая прочностных показателей затвердевших смесей. Использование суперпластификаторов в составах сухих строительных смесей в комбинации с другими модифицирующими добавками позволяет создавать высокопрочные самонивелирующиеся строительные растворы, предназначенные как для ручного, так и для механизированного нанесения.

В России в соответствии с ГОСТ 24211-91 суперпластификаторы относятся к пластифицирующим добавкам 1-ой группы, обеспечивающим увеличение подвижности бетонной смеси от П1 с обеспечением осадки конуса 2-4 см до П5 без снижения прочности бетона во все сроки испытания. Различают суперпластификаторы, искусственно синтезированные и полученные в результате переработки сырья животного происхождения. В качестве суперпластификаторов животного происхождения используют казеин. Однако в настоящее время применение казеина, в силу ряда причин, ограничено во многих европейских странах, и поэтому в данной статье основное внимание уделено искусственно синтезированным суперпластификаторам.

В зависимости от химической основы различают следующие виды суперпластификаторов:

• суперпластификаторы на основе сульфированных меламинофор-мальдегидных соединений и комплексов на их основе;
• cуперпластификаторы на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений и комплексов на их основе;
• супер пластификаторы на основе модифицированных лигносульфанатов;
• cуперпластификаторы на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров.

Первые три вида известны с самого начала промышленного применения суперпластификаторов, поэтому их часто называют традиционными. Механизм действия традиционных суперпластификаторов упрощенно можно представить следующим образом. Так как суперпластификаторы относятся к поверхностно активным веществам, то их основное свойство заключается в том, что молекулы таких веществ адсорбируются на поверхности частиц цемента и формирующихся новообразований, образуя тончайший моно-или бимолекулярный слой, при этом уменьшается межфазовая энергия сцепления и облегчается дезагрегация частиц (рис.1а).

1 Принцип действия традиционных суперпластификаторов
I - частицы цемента; II - молекула

Вместе с тем освобождается иммобилизированная вода, которая играет роль пластифицирующей смазки. Кроме того, адсорбированный слой сглаживает микрошероховатость частиц, уменьшая тем самым коэффициент трения между частицами. И, наконец, создание одноименного электрического заряда в результате адсорбции суперпластификатора на поверхности частиц твердой фазы исключает возможность их сцепления за счет электростатических сил и тем самым снижает вязкость суспензии {рис.16). В процессе гидратации с ростом кристаллов новообразований постепенно прекращается отталкивающие действие одноименного электрического заряда и строительный раствор теряет подвижность (рис. 1в).

Рис.2.
Схематическое изображение молекул традиционных (а) и гипер (б) суперпластификаторов

В отличие от традиционных суперпластификаторов, действие суперпластификаторов четвертого вида ввиду особенностей структуры используемых полимеров рис.2, в основном базируется на стерическом эффекте, благодаря которому снижается трение компонентов суспензии строительного раствора. Такие суперпластификаторы во многих зарубежных странах называют сверхсупер или гиперплатификаторами. Данный вид суперпластификаторов разработан в девяностых годах и достаточно широко используется в европейских странах и Японии.

Применение различных видов суперпластификаторов в составах сухих строительных смесей при одинаковом водоцементном отношении способствует увеличению подвижности строительных растворов по сравнению с контрольным составом без супер пластификатора. Однако с течением времени данный эффект уменьшается или происходит его полное прекращение (табл.1). Различная продолжительность пластифицирующего эффекта при прочих равных условиях зависит в первую очередь от строения молекул различных суперпластификаторов и их принципов действия. Применительно к изменению прочностных характеристик, сравним прочность на сжатие строительных растворов с использованием суперпластификаторов различных видов и контрольного образца без суперпластификатора при равной подвижности строительного раствора равной 28 см.

Таблица1. Состав строительного раствора: портландцемент М-500 ДО-400, песок кварцевый-590г, известь гашенная молотоая-10г.

Очевидно, чтобы придать строительному раствору хорошую подвижность без применения суперпластификатора, необходимо увеличивать количество воды затворения (рис.3), применительно к строительному раствору состава №1 без суперпластификатора это приводит, в первую очередь, к потере прочности на сжатие в возрасте 28 суток (рис.4), а также к увеличению капиллярной пористости затвердевшего раствора вследствие испарения избыточной воды (рис.5), что в конечном итоге снижает морозостойкость затвердевшего раствора.

Рис. 3. Водопотребность строительных растворов при подвижности 28 см

В заключение следует отметить, что нельзя однозначно определить преимущества применения того или иного вида суперпластификаторов. Эффект применения суперпластификаторов в сухих строительных смесях может изменяться в зависимости от минерального состава цемента, его удельной поверхности, от характеристик наполнителей, заполнителей и модифицирующих добавок, от совместимости с компонентами, входящими в состав конкретного продукта, от условий твердения, а также от стоимости применяемых суперпластификаторов. Не вызывает сомнения лишь то, что применение суперпластификаторов в составах сухих строительных смесей позволяет улучшить строительно-технологические свойства выпускаемых составов, и что только с появлением современных суперпластификаторов стало возможным создание самоуплотняющихся и самонивелирующихся растворных смесей.

Рис. 4. Прочность строительных растворов на сжатие в 28 сут

Рис. 5. Капиллярная пористость строительных растворов