Пищевая сода как добавка в бетон

В первую очередь данное положение вещей обусловлено тем, что с помощью ускорителей можно достаточно легко, просто и дешево существенно модифицировать технологическую производственную цепочку. А это деньги, большие деньги. А так как деньги любят тишину, продавцы хим. добавок стараются её соблюдать, особенно не распространяясь на тему ускорителей. Гораздо охотней они популяризируют и пропагандируют свои полифункциональные составы вообще, хотя немалую часть успеха следует, по праву, отдать удачно подобранным в их составах ускорителям.

Так для тяжелых бетонов весьма критичный параметр – время оборачиваемости дорогостоящей формоснастки, становится возможным модифицировать не по пути затратной и энергоемкой тепловлажностной обработки, а “подстегивая” кинетику набора прочности химическим путем.

В легких бетонах, и в частности в пенобетонах, с помощью ускорителей удается минимизировать влияние минералогии, тонины помола и длительности хранения цемента на качество продукции, “выпередить” осадку свежеприготовленной пенобетонной матрицы ускоренным набором её прочности.

Как это ни парадоксально, но именно тема ускорителей – краеугольный камень также и экономики полифункциональных модификаторов. Простейшая композиция подобного рода состоит как минимум из двух компонентов, — обычно это пластификатор второй (реже третьей) группы эффективности и какой либо ускоритель, либо специально подобранная смесь ускорителей, обеспечивающих аддитивность (или даже синергизм) компонентов. Элементарный рецептурно-экономический анализ показывает, что стоимость именно ускорителя и является основным ценообразующим фактором таких полифункциональных составов. Иными словами, — кто “сидит” на дешевых ускорителях – тот владеет рынком полифункциональных добавок. Даже “легкая техногенность” (а порой и не легкая) некоторых составов не является преградой для их массового применения – критерии экономической целесообразности перевешивают.

Из этой же оперы и разразившиеся недавно на Украине баталии по степени применимости тех или иных полифункциональных модификаторов для бетонов в строительной индустрии. Все как у людей – с поливанием друг друга грязью в СМИ, научными и псевдонаучными отписками, подметными письмами, привселюдном полоскании грязного белья и проч.

С одной стороны это свидетельствует, что производство полифункциональных составов на Украине уже выросло из детских штанишек — защищая собственную песочницу, малышня уже не хнычет, а раздает зуботычины.

С другой стороны общая культура подобных склок с ярко выраженной экономической подоплекой свидетельствует, что её участники еще недостаточно четко понимают, зачем им эта песочница вообще нужна. Тяжелая артиллерия в виде центральных СМИ требует бережного и грамотного обращения. Поливая друг друга из ушата, нужно не расплескивать грязь на простого обывателя, абсолютно не посвященного в тонкости и предысторию подковёрной борьбы. Иначе потенциального будущего покупателя, очень легко превратить в затурканного и запуганного перестраховщика, который при слове “хим. добавка” будет осеняться крестным знаменем.

(И не следует тешить себя надеждами, что папик-Мапик так и будет сидеть в сторонке, на лавочке, и созерцать, как дети делят песочницу. Как только допьет свое пиво, он накостыляет малышне и заберет все игрушки. Самые сообразительные получат их обратно – если станут бегать ему за пивом.)
 

Основные ускорители схватывания и твердения, применяемые в бетонных композициях
Ускорителей схватывания и твердения цементных композиций много. Существует несколько их классификаций, основанных на механизме действия на гидратацию цемента. Если же провести разделение по узко химической принадлежности, то к ускорителям можно отнести следующие вещества (курсивом выделены гостированные ускорители):

Углекислые соли
Калий углекислый (поташ) – K2CO3
Натрий углекислый (сода) — Na2CO3
Сернокислые соли
Натрий сернокислый – Na2SO4
Натрий тиосульфат + натрий роданид (Na2S2O3 + NaCNS)
Гипс – CaSO4
Нитраты
Кальций азотнокислый Ca(No3)2
Натрий азотнокислый – NaNo3
Аммонийные соли
Карбамид (мочевина)– CO(NH2)2
Соли фосфорной кислоты
Тринатрийфосфат
Силикаты
Силикат натрия (растворимое стекло) – Na2O х SiO2 + nH2O
Хлориды
Алюминий хлористый – AlCl3
Железо хлористое – FeCl3
Барий хлористый – BaCl2
Магний хлористый – MgCl2
Кальций хлористый – CaCl2
Натрий хлористый – NaCl
Кислота соляная — HCl
Кэл – (хлорокись кальция)
Механические смеси различных ускорителей
Нитрит-нитрат кальция (ННК)
Нитрит-нитрат-хлорид кальция (ННХК)
Нитрит-нитрат-хлорид кальция + мочевина (ННХКМ)
Сода+поташ+поластификатор

Из всего этого перечня наиболее распространёнными и наиболее эффективными остаются хлориды и смеси на их основе. Высочайшая эффективность при низкой цене – залог их популярности во всем мире. Проводимая в последнее время антирекламная кампания по отношению к хлоридам не имеет ничего общего с действительным положением вещей. Её первопричина как раз и кроется в низкой стоимости хлоридов. А “обыгрывание” факта, что, дескать, хлориды корродируют арматуру, для множества видов бетонов не то что спорно, но и просто некорректно, свидетельствует об отсутствии здравого смысла и элементарных знаний у потребителей. О какой коррозии, скажите на милость, может идти речь в пенобетонных технология, в производстве элементов мощения, бетонных блоков и т.д., где арматуры нет вообще?

Продавать, а тем более завозить из-за рубежа, пусть даже и высокоэффективные, но дешевые составы, коими являются хлоридные ускорители, и в первую очередь хлориды кальция и натрия, экономически нецелесообразно. Тем более что их распространенность в природе настолько высока, что в любой стране мира своих предостаточно.

Углекислые соли.

Натрий углекислый.
Об ускоряющем действии соды (углекислого натрия Na2(СO3) на цемент, известно уже давно. Еще в 1903 г. академик Байков А.А. – основоположник теории твердения цементов, в своих работах упоминал о соде, как о соли, вызывающей чрезвычайно быстрое схватывание (см. Таблица 631-1)

Таблица 631-1
 

Изменение сроков схватывания при добавках соды.

Из этой таблицы видно, что сода чрезвычайно активно и “резко” ускоряет процессы схватывания цементов. Это обстоятельство сильно затрудняет работы с бетоном при добавках соды и может привести к значительному снижению прочности, т.к. не всегда возможно успеть уложить массу бетона в формы до начала схватывания.

Ускорение твердения бетонов и растворов в раннем возрасте при добавках соды происходит за счет окончательной прочности, так что по истечении определенного времени прочность бетона без добавки соды оказывается уже выше прочности бетона с добавками (см. Таблица 631-2).

Таблица 631-2

Влияние добавок соды на прочность в кг/см2 цементно-песчаного раствора пропорции 1:3 и В/Ц=0.58

Данные этой таблицы говорят о том, что в то время как в возрасте трех-пяти дней добавка увеличивает прочность, в возрасте 28 дней уже имеется налицо снижение относительной прочности у образцов с добавкой по сравнению с образцами без добавки.
Все эти данные однозначно свидетельствуют, что сода может найти применение в строительных технологиях только в тех случаях, когда необходимость получения быстросхватывающегося и быстротвердеющего бетона или раствора может быть оправдана относительным снижением последующей прочности, что может иметь место при всякого рода аварийных работах. И то только в отсутствии более эффективных ускорителей схватывания (смотри далее).
 

Поташ
Человек давно заметил, что внесение в почву золы приводит к увеличению урожайности. О том, что ее активным началом является карбонат калия K2CO3 – поташ, стало ясно гораздо позже. До разработки промышленных способов производства соды поташ играл исключительно важную роль в различных производствах: стекольном, текстильном, мыловаренном и др. Его получали сжиганием древесины, обработкой водой золы с последующим выпариванием водного раствора. Из золы сожженного 1 м3 вяза получали 0,76 кг поташа, ивы – 0,63, липы – 0,50 кг. В России лес бездумно сжигали на поташ до середины XIX в. Содержание калия в золе от сгоревших растений обычно очень высокое: в золе соломы злаков от 9 до 22%, гречишной соломы – 25…35, стеблей подсолнечника 36…40, торфа 0,5…4,7%. Само слово “поташ” произошло от древнего немецкого “пот” – горшок и “аш” – зола, так как щелок, получающийся при обработке золы водой, выпаривался в горшках.

В XVI — XVII вв. поташ получали в огромных количествах из древесной золы, которую вываривали в больших котлах. Из поташа приготавливали главным образом литрованную (очищенную) калийную селитру, которая шла на изготовление черного пороха. Особенно много поташа производилось в России, в лесах вблизи Арзамаса и Ардатова на передвижных заводах (майданах), принадлежавших родственнику царя Алексея Михайловича, ближнему боярину Б.И.Морозову. Такие заводики вырабатывали до 770 тн. поташа в год.

В тот же период, производство поташа на Украине было менее концентрировано и сильней рассредоточено – каждый уважающий себя “заможный” казак почитал за честь иметь собственный микрозаводик по его производству – технология то элементарнейшая, и чрезвычайно доходная.

Сегодня поташ применяется главным образом в получении моющих средств (жидкое мыло). Он также служит сырьем при производстве тугоплавкого стекла и хрусталя и в качестве компонента во множестве химических технологий.

Применение поташа в строительстве обусловлено, в первую очередь, особенностями гидратации цемента. При пониженных температурах она сильно замедляется, а на морозе прекращается вообще. Добавка поташа помогает устранить этот недостаток – строить становится возможным даже при -50оС. Поэтому поташ является традиционной противоморозной добавкой-антифризом в строительстве.

В водной среде поташ мгновенно гидролизуется образуя очень сильную едкую щелочь. Она портит одежду и обувь, при попадании на открытые участки тела образует язвы, в глаза – верную потерю зрения. Широкое применение поташа в СССР в качестве противоморозной добавки было обусловлено, в том числе, и пренебрежениями техникой безопасности – сами знаете, кто весь Крайний Север и Восточную Сибирь у нас построил.

С пуском Ачинского глиноземного комбината содо-поташная смесь (отход основного производства) стала местной для Восточной Сибири, а её применение приобрело массовый характер. Сибирские морозы замедляли гидратацию цемента, поташ ускорял её. В итоге они компенсировали друг друга.

При положительных температурах ускоряющие свойства поташа выражены настолько сильно, что без соответствующего их замедления химическим путем работать становится абсолютно невозможно – бетон схватывается прямо в бетономешалке. Оригинальный выход был найден Красноярскими учеными из местного филиала Промстройниипроекта. Они предложили добавлять к поташу пластификатор с ярко выраженным замедляющим эффектом. Наиболее подошел для этих целей технический лигносульфонат – бросовый отход лесохимического производства. В итоге получили бетонные смеси повышенной пластичности с ярко выраженным ускоряющее/противоморозным эффектом, но без излишнего ускорения схватывания.

Если даже не касаться техники безопасности, то и так в методологии применении поташа сплошные НЕЛЬЗЯ.

Нельзя применять в составе бетонов и растворов, где есть активный кремнезем, где возможен контакт с известью и силикатным кирпичом; нельзя применять для изделий эксплуатирующихся при повышенной влажности. Поташ мало эффективен в крупнопористых и беспесчаных бетонных смесях, а также в легких бетонах типа керамзитобетона. Поташ не рекомендуется к применению в условиях положительных температур либо колебания температуры с переходом через 0оС. Поташ разрушает изоляцию проводов, поэтому его нельзя применять в местах, где будет проложена скрытая электропроводка.

Современный рынок строительства предъявляет повышенные требования к свойствам и качествам бетонных смесей. Строительство выполняется в условиях сжатых сроков, сложных геометрических форм сооружений, жёстких требований строительных норм и правил. Для обеспечения выполнения работ с высокой скоростью и должным качеством в бетоны вводят различные добавки, позволяющие выполнять бетонирование зимой, тщательно укладывать состав в опалубку произвольной формы, достичь высоких показателей не только по прочности, но и по водонепроницаемости и морозостойкости. Многие применяемые сегодня в строительстве добавки в бетон являются комплексными, повышающими сразу несколько показателей бетонных смесей.

Добавки в бетон при минусовых температурах

Так как бетонная смесь замешивается на воде, его твердение при отрицательных температурах невозможно – он просто замерзает. Очевидное решение этой проблемы, подогреть, не всегда возможно. Кроме того, обогрев уложенной смеси весьма затратное дело, один кубометр бетона весит около 2,5т – такую массу обогреть не так просто. В этом случае в бетон вводят специальные противоморозные добавки. Они предохраняют бетон от замерзания и обеспечивают набор прочности при температуре ниже ноля.

Противоморозная добавка.

Схема действия таких добавок простая – обезопасить воду от замерзания, ускорить процесс схватывания бетона. Низкие температуры сильно замедляют скорость химических реакций (твердение цемента осуществляется за счёт роста кристаллов при реакции цементного клинкера с водой, то есть вода не «высыхает», а становится химически связанной, испаряются только излишки).

В основу противоморозных добавок бетона входят:

• кальцинированная сода;
• углекислый калий (поташ);
• гидроокись аммония;
• хлорид натрия;
• хлористый кальций;
• азотнокислый натрий (натриевая селитра);
• аммиачная селитра;
• нитрит натрия.

Все эти вещества снижают температуру замерзания воды.

Современные качественные добавки способны обеспечить твердение бетона при температурах вплоть до минус 35 градусов. Применение таких добавок следует выполнять в строгом соответствии с инструкцией завода-изготовителя. Следует помнить, что добавки могут снижать конечную прочность бетона, оказывать агрессивное (коррозионное) воздействие на арматуру, образовывать высолы (на поверхности образуются солевые пятна). Именно поэтому следует, по возможности, избегать бетонирования в холодное время года.

Пластификаторы

Чрезмерно густой бетон тяжело уложить в опалубку так, что бы не было пустот. Особенно это касается участков с интенсивным армированием. Введение в состав бетонной смеси дополнительного количества воды отрицательно сказывается на прочности бетона и его марке по водонепроницаемости, морозостойкости – лишняя вода испаряется, оставляя в теле конструкции поры.

Улучшить удобоукладываемость можно с помощью специальных добавок — пластификаторов. Их принцип действия основан на снижении сил трения между частицами бетонной смеси, а также увеличении водоудерживающей способности состава. Простейшими пластификаторами, не редко применявшихся в частном строительстве во времена СССР, являются стиральный порошок и мыло. Повышение удобоукладываемости возможно также при введении в состав мелкодисперсного вещества – глины, извести.

Современная промышленность выпускает специальные не токсичные составы, которые часто применяют не только для бетонирования, но и оштукатуривания стен цементно-песчаными растворами. Дозировка добавок должна выполняться в соответствии с инструкций завода-изготовителя.

Упрочняющие добавки

Для получения высоких прочностных показателей бетона в состав смеси вводят специальные добавки. Наибольшее распространение получили добавки на основе микрокремнезёма. Для его изготовления кремнезёмсодержащее сырьё обрабатывают высокотемпературным воздействием. Полученное мелкодисперсное вещество обладает очень высокой химической активностью в водной среде, что и даёт возможность увеличить прочность бетона при затворении смеси водой. Кроме того, микрокремнезём ускоряет процесс схватывания бетона.

Добавки-ускорители твердения

Для ускорения набора прочности бетона применяют добавки-ускорители. По своему химическому составу они во многом идентичны противоморозным добавкам, отличия, как правило, заключаются лишь в процентном соотношении веществ в составе.

Для неармированных конструкций наибольшее распространение получили добавки на основе хлорида кальция. Их вводят в соотношении 2% от массы цемента. Хлориды кальция могут оказывать коррозионное воздействие на арматуру, поэтому их нежелательно применять для ненапрягаемого железобетона (для напрягаемого – запрещено).

Добавки на основе поташа и нитрита натрия чаще всего применяют для армированных конструкций, в частности для замоноличивания стыков между сборными железобетонными элементами. При этом поташные соединения обеспечивают набор прочностью бетоном при температурах вплоть до минус 25, а нитритно-натриевые – до минус 15. К особенностям добавок на основе поташа относят так же быструю потерю удобоукладываемости. Введение таких добавок в состав бетонной смеси выполняют непосредственно перед началом работ по бетонированию.

Добавки, повышающие марку по морозостойкости и водонепроницаемости

Поверхностные гидроизоляции, а также различные отделочные материалы не всегда могут достаточно эффективно защитить бетон от воздействия влаги. Особенно это касается цокольной части зданий и сооружений, а так же железобетонных элементов, эксплуатируемых в условиях постоянного присутствия воды (фундаменты при высоком уровне грунтовых вод, бассейны, перекрытия в санузлах, автомойках и т.д.).

Существенное увеличение марок по водонепроницаемости и морозостойкости путём увеличения процентного соотношения цемента в составе смеси не всегда экономически целесообразно. В этих случаях в состав вводят специализированные добавки, которые делятся на три основных типа:

• поверхностно-активные вещества;
• битумные;
• добавки на основе алюмината натрия.

Основным принципом их действия является заполнение пор в теле бетона.

Из традиционных материалов стоит отметить жидкое стекло (силикатный клей) – это материал кремнезёмного происхождения, который способен не только повысить марки по водонепроницаемости и морозостойкости, но и увеличивает прочность, скорость схватывания.

Как использовать добавку в бетон можно узнать из следующего видео:

Современная промышленность выпускает так же полностью экологически чистые добавки в бетон, повышающие водонепроницаемость. Некоторые из них допускается применять при возведении железобетонных резервуаров хранения питьевой воды.