Суперпластификатор для бетона — для чего и как применяют средство?

При возведении зданий, выполнении мероприятий для устройства стяжки обогреваемого напольного покрытия применяется плотный и подвижный материал – бетон. Чтобы улучшить его эксплуатационные качества, повысить устойчивость к температурным перепадам после затвердения, в смесь на этапе приготовления добавляют специальный пластификатор (добавку).

Пластифицирующая добавка представляет собой специальный состав, модифицирующий бетон, препятствующий образованию трещин. После ее введения повышается текучесть, смесь полноценно заполняет пустоты, не образовывает пузыри воздуха.

Применение и назначение пластификаторов

Пластификаторы для бетона применяются на разных этапах строительства, поэтому разберемся для чего они нужны и каких видов бывают. Такие добавки позволяют увеличить на 30% прочностные смеси, уменьшить ее расход на 5%, а расход воды – на четверть.

Среди других положительных качеств можно выделить следующие:

• увеличение времени использования готового раствора;
• улучшение качества материала;
• увеличение адгезионных свойств;
• удобство укладывания смеси;
• морозоустойчивость.

Виды пластификаторов

Для сооружения монолитных конструкций используются разные виды бетонов, которые появились благодаря использованию пластификаторов. Добавки делятся на типы, имеют разные способы работы, объем использования и конечный результат.

Основными видами пластификаторов для бетона являются:

1. Гидрофильные – вступающие в реакцию с водой, которая находится во всех бетонных смесях. В результате химического процесса образуется вяжущий и текучий состав. Попадая в бетонный раствор, пластификатор связывает молекулы воды, она превращается в тягучую смесь, взаимодействующую с цементом, щебнем и песком.
2. Гидрофобные и гидрофобизирующие – в процессе застывания выталкивают из состава воду. Принцип действия основан на насыщении смеси микроскопическими воздушными полостями, что в свою очередь повышает изоляционные свойства готовой конструкции, отводит лишнюю влагу, уменьшает возможность замерзания залитого раствора.

Добавки имеют разный принцип применения, содержат дополнительные компоненты, соответственно, делятся на два типа: сухие и жидкие пластификаторы для бетона. Сухие представлены в виде порошка. Использовать их можно, добавив в сухую смесь, либо разбавлять с водой и смешивать с основной массой.

Жидкий пластификатор имеет большую концентрацию, занимает не более 1% от общего объема готового раствора. Одной из основных особенностей такой разновидности добавки является то, что он заменяет некоторую часть воды, что положительно влияет на гидратацию в процессе затвердевания.

По происхождению пластифицирующие смеси имеют три разновидности:

1. Органические – содержат натуральные компоненты. Имеют большую концентрацию, способны быстро вступать в реакцию.
2. Неорганические – сделаны на основе специальных соединений, которые подходят для организации формальдегидов и прочих соединений.
3. Органоминеральные – имеют в составе натуральные компоненты и прочие разновидности полезных ископаемых.

Пластификаторы для бетона. Принцип действия и виды

Если коротко, то пластификатором является добавка в бетон, которая повышает текучесть цементного раствора и не требует для этого увеличения количества воды в растворе.

Что это дает? Ответ: очень многое.

Если вы не разбираетесь в тонкостях затворения раствора и не знаете о водоцементном соотношении, наборе прочности, удобоукладываемости и прочих показателях бетонных смесей, то с этим можно ознакомиться в этих статьях:

Что такое бетон

Виды бетона

Добавки для бетона

Они помогут вам понять процессы происходящие в растворе и готовом бетоне, также будет проще разобраться в принципе работы пластифицирующих добавок и на что они влияют в смесях при добавлении.

Возможно, вы слышали или лично наблюдали, как человек, замешивающий цементный раствор, добавлял в него мыло. На вопрос, зачем он это делает, получали ответ, что так будет лучше сам бетон и его будет легче укладывать. Такой метод действительно существует и зачастую применяется в “кустарных” условиях. Это самый простой пример пластифицирующей добавки, но довольно спорный, потому-что мыло это продукт другой отрасли и не предназначен для подобных целей. Нет четкой дозировки, инструкции по приготовлению, да и сами компоненты мыла бывают очень разные. Для наглядности можете посетить форумы, где обсуждается подобный вопрос и увидите массу рецептов и споров вокруг этой темы. Редакция не советует применять подобный метод и привела его в качестве простого примера, на основе которого будет проводится разбор работы пластификаторов бетонных смесей.

Для начала разберемся, что такое мыло? Ответ будет выглядеть примерно так: Мыло — твёрдый или, реже, жидкий продукт, содержащий поверхностно-активные вещества (Википедия). Нас интересуют именно эти поверхностно-активные вещества (далее ПАВ) — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения (Википедия). Возможно данное объяснение будет сложным для восприятия, но по факту нам оттуда важно понять пару моментов, а именно факт снижения поверхностного натяжения этими веществами и концентрацию на границе термодинамических фаз. Т.е. мыло, при добавлении его в цементный раствор, снижает поверхностное натяжение воды в структуре раствора и позволяет усилить соединение твердых частиц наполнителя с вяжущими веществами, это происходит за счет повышения смачиваемости поверхности частиц вяжущих компонентов. Подобные процессы увеличивают текучесть бетонного теста, его пластичность, но при этом не требуют дополнительного добавления воды в раствор. Что, в свою очередь, позволяет не повышать водоцементное соотношение, а то и снизить этот показатель. Водоцементное соотношение напрямую влияет на показатели прочности будущего бетона, но также затрагивает удобоукладываемость при укладке раствора в бетонную конструкцию.

Как видите, подобная добавка на примере обычного мыла, может оказать влияние на многие важные факторы работы с растворами бетона.

Если рассматривать мыло с точки зрения химии, то его можно отнести к щелочным веществам. Туда же относятся и пластификаторы бетона остальных видов. Но как сказано ранее, мыло является продуктом другой отрасли и предназначен для других целей, пусть оно и снижает натяжение и усиливает связи, но при этом имеет множество посторонних элементов, которые способны свести на нет все попытки улучшить цементный замес. Четкой инструкции по добавлению также не существует. Лучше воспользоваться специализированными добавками, имеющими рассчитанные дозы и описанные в инструкциях.

На примере с мылом, мы выяснили, что пластификаторы для бетона — это специальные добавки, предназначенные для повышения текучести затворенного цементного раствора, позволяющие снизить водоцементное соотношение раствора. Рост текучести, повышает удобоукладываемость смеси, снижает количество затрачиваемого цемента, улучшает заполняемость раствором формы опалубки. Увеличение связанности компонентов раствора также препятствует расслоению раствора при укладке.

Существующие пластифицирующие добавки можно поделить на 3 категории:

• пластификаторы;

• суперпластификаторы;

• гиперпластификаторы.

По форме производства делятся на два типа:

• в жидком виде;

• в виде сухих смесей.

По химическому составу пластификаторы выделяются в три основных группы:

• лигносульфонаты (ЛСТ) — побочный продукт древесной переработки, относится к анионным ПАВ;

• силиконовые полимеры КОС (кремнийорганические соединения);

• поликарбоксилатные и полиакрилатные составы.

Пусть категорий и видов не так много, но все усложняется огромным количеством видов бетона и их применением в строительстве. Некоторые добавки имеют побочные эффекты, как положительные, так и отрицательные, могут иметь разное время действия. Иногда их смешивают для улучшения некоторых свойств или нейтрализации каких-либо эффектов компонентов.

Чтобы лучше разобраться в применяемых пластификаторах, надо понять механизм их работы и как достигается ожидаемый эффект разжижения раствора.

Рассматривая пример с мылом, мы упомянули о ПАВ и их работе на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывающих снижение поверхностного натяжения. Под фазой понимают совокупность множества частей системы с одинаковым составом и свойствами, отделенных от остальных частей системы поверхностью раздела. Т.е. в обычном цементном растворе присутствуют: цемент, песок, вода. А каждое твердое вещество в этой смеси представляет собой отдельную фазу, независимо от его распределения в системе. Как известно, чем меньше размер частиц компонента, тем выше его суммарная удельная поверхность, а чем выше суммарная удельная поверхность, тем качественнее проходят химические реакции. Если песок довольно крупный, то цемент обычно довольно мелкий, пылеобразный. Смешав песок и цемент, добавляют воду. Однако вода обладает значительным поверхностным натяжением (т.е. между молекулами воды, находящимися в ее поверхностном слое на границе раздела фаз, действуют значительные силы сцепления), которое препятствует ее растеканию по поверхности и смачивание цемента происходит не полностью и разнородно. При добавлении в воду ПАВ, снижается поверхностное натяжение воды и процесс смачивания поверхности твердых тел в смеси проходит гораздо лучше и быстрее. Еще одним важным моментом является нейтрализация разноименных зарядов и распад скомковавшегося цемента на более мелкие фракции, что в свою очередь увеличивает удельную поверхность цемента, участвующего в химической реакции. Эти изменения сильно увеличивают вязкость раствора при том же количестве воды.

ПАВ могут воздействовать на скорость гидратации цемента, но тут важную роль играют химические составы раствора и ПАВ, потому этот момент надо рассматривать для каждой добавки и раствора отдельно.

Разницу текучести раствора с добавлением ПАВ можно сравнить в таблице:

Влияние пластифицирующих добавок ЛСТ, МЛС (модифицированный лигносульфонат) и ХДСК-1 (лигносульфонат, модифицированный NаОН) на свойства бетонной смеси.

Суперпластификаторы (далее СП) куда сильнее разжижают растворы, нежели ЛСТ-добавки, также важным моментом является, что действуют они на протяжении всего срока испытания и не снижают прочностных характеристик бетона.

Все используемые СП можно разделить по химическому составу:

• на основе сульфированной меламиноформальдегидной смолы;
• на основе продуктов поликонденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида;
• сюда входят продукты поликонденсации оксикарбоновых кислот;
• модифицированные лигносульфонаты.

Приведем ниже список широко применяемых СП в таблице:

От рассмотренных ранее ЛСТ-пластификаторов с ПАВ, данные СП отличаются постоянством своего химического состава, это продукты органического синтеза — полимеры.

СП на основе меламина (МФ) и нафталина (НФ) довольно близки, с точки зрения механизма действия и эффективности. Ключевое отличие заключается в продолжительности действия эффекта пластификации и стоимости сырья.

Принцип работы СП заключается в работе ПАВ ( они здесь также присутствуют, как и в ЛСТ-пластификаторах), которые образуют на поверхности частиц цемента тонкодисперсной фракции заполнителей мономолекулярных адсорбционных оболочек (если проще, то на частицах цемента и наполнителя образуется тонкая пленка, отталкивающая эти частицы друг от друга), снижающие внутреннее трение в бетонной смеси. Также ПАВ разделяют слипшиеся частицы цемента и увеличивают его удельную поверхность. Это положительно сказывается на интенсивности процесса гидратации и образования структуры цементного камня.

СП влияют практически на все качественные показатели бетонов. Они повышают водонепроницаемость и морозостойкость, снижается усадка.

Но они также имеют и недостатки. В первую очередь, они довольно дорогие и добавление в бетонные растворы добавки СП, в объемах 0.5-1% от массы цемента, серьезно сказывается на конечной стоимости продукции. Помимо этого, у большинства СП, срок пластификации раствора порядка 30-40 минут. Подобный временной интервал очень сильно ограничивает их использование.

Принцип действия суперпластификаторов

Механизм действия СП относится к теоретической части, в силу отсутствия полного понимания процессов, происходящих внутри раствора. Тем не менее, некоторые моменты все же выяснены:

• молекулы СП снижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз “жидкость -твердое тело”, в отличии от ЛСТ-пластификаторов с ПАВ, которые снижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз “газ-жидкость”. Подобная разница и объясняет пониженное воздухововлечение в бетонную смесь с введенным СП;
• молекулы СП обладают диспергирующим эффектом на частицы вяжущего вещества (т.е. отталкивающим эффектом частиц цемента и наполнителей). В итоге доля мелких фракций увеличивается в два раза, что повышает вяжущие свойства цемента;
• время действия СП значительно меньше, нежели у ЛСТ-добавок с ПАВ, это связано со строением молекул СП и их молекулярной массой;
• многие СП оказывают меньшее влияние на скорость гидратации цемента, нежели ЛСТ-добавки с ПАВ.

В итоге, в процессе гидратации, в системе накапливается гидроксид кальция, который взаимодействует с молекулами СП и уводит их с поверхности зерен цемента.

В механизме воздействия СП на компоненты цементного раствора преобладают эффекты электростатического отталкивания частиц цемента. Но молекулярные формулы СП имеют линейную структуру. Гиперпластификаторы (далее ГП) оказывают меньший электростатический эффект отталкивания, но при этом имеют двух- и трехмерную формулу, позволяющую создать стерический или пространственный эффект, что компенсирует отставание по электростатическим показателям. Молекулы ГП, с пространственными связями, создают объемную защитную оболочку вокруг частиц твердой фазы, предотвращают слипание частиц и способствуют их взаимному отталкиванию.

Подобная объемная форма молекул создает вдвое больше сил отталкивания, чем у СП и втрое чем у ЛСТ.

Благодаря такой структуре, ГП эффективнее других типов пластификаторов, имеют более низкие дозировки, не так сильно зависят от состава цемента, как СП.

Пластифицирующие добавки также служат основой для других добавок и применяются в различных комплексных добавках. Например:

Водоредуцирующие добавки для бетона

Характеристики материала

Пластификаторы имеют низкую степень летучести, обладают высокой совместимостью с материалами. В добавке отсутствует запах, химический состав не влияет на цвет материала. Это касается только сырья высокого качества, которое в процессе смешивания не выделяет щелочи.

Характеристики пластификаторов определенных типов:

• могут способствовать повышению огнеупорности;
• устойчивости к ультрафиолетовому излучению;
• улучшению термостойкости.

Некоторые из товаров могут иметь узконаправленную специфику, но каждый из них увеличивает свойства прочности.

Популярные марки добавок

Пластификаторы снижают водопотребность без изменения консистенции смеси, суперпластификаторы – позволяют значительно снизить содержание воды.

К разряду таких относится одна из востребованных марок пластификатора для бетона С3. Добавка производится при помощи метода органического синтеза целлюлозных соединений. В результате получаются поверхностно-активные вещества, повышающие прочность бетонного раствора.

пластификатора для бетона С3

Пластификатор для бетона марки Sika относится к бюджетным материалам, предназначен для производства бетонных и железобетонных изделий, прочих конструкций. Добавка этой серии имеет высокую совместимость с заполнителями и различными типами цемента. Способна снизить потребность воды до 40%, в результате чего получается прочная и долговечная бетонная матрица.

Одной из популярных добавок для ускорения набора прочности бетона, повышения его морозоустойчивости и водонепроницаемости считается пластификатор Технониколь. Выпускается в жидком виде, применяется для всех видов фундамента, отмосток, дверных и оконных откосов, используется при оборудовании теплых полов.

пластификатор Технониколь

Для чего нужен пластификатор

Пластифицирующие добавки – это органические или неорганические вещества, которые при добавлении в бетонные или растворные смеси значительно увеличивают её подвижность.

Подвижность смеси – измеряется при помощи конуса Абрамса и обозначается буквой П с цифрами от 1 до 5. Этому прибору ровно 100 лет.

Он представляет собой металлический пустотелый конус с диаметром внизу 20 см, вверху 10 см и высотой 30 см, в который затрамбовывают специальным стержнем бетонную или растворную смесь и при снятии замеряют осадку этого конуса в см.

По показателям осадки и существует градация шкалы подвижности смеси или есть ещё такой термин – удобоукладываемость.

Значение П1 присваивается при осадке конуса 1-4 см, а П5 более 21 см. Почему я так подробно распинаюсь с этим техническим термином, а вот почему – если будет низкий показатель подвижности смесь нельзя будет подавать по шлангам бетоновоза и нельзя будет заполнить сложно армированные конструкции

Надо отметить, что при добавлении пластификаторов существует нормативная документация, которая контролирует потерю прочности бетона от их применения.

А именно – не более 5% потери прочности при добавлении пластификатора, что определяется в лабораторных условиях по показателям прочности бетонных или растворных кубиков (100х100х100 см) после 28 суток твердения при температуре (20±2) С и относительной влажности воздуха не менее 95%.

Расход материала

Расход пластификатора для бетона зависит от его формы выпуска. Например, жидкую добавку необходимо отмерять в соотношении 0,5-1 литр на 100 килограмм цемента, используемого для возведения стен, стяжки пола, перекрытий. 1-2 литра понадобиться на 100 килограмм цемента для самоуплотняющегося бетона, используемого для заливки фундамента и форм для сложных железобетонных несущих конструкций.

Сухой пластификатор представлен в виде порошка, который нужно добавить к исходному материалу, предварительно разбавив его с водой. Раствор должен иметь концентрацию 15-35%.

Чтобы определиться, сколько добавлять пластификатора в бетон, необходимо воспользоваться дозировкой, указанной на упаковке, так как производители могут указывать разные пропорции использования добавки.

Чтобы окончательно определиться с концентрацией пластифицирующей добавки, необходимо выяснить, сколько цемента будет использовано для приготовления смеси. Бытовые бетоносмесители рассчитаны на 10-15 кг цемента, поэтому удобнее воспользоваться стандартной емкостью, например, литровой банкой. Если на упаковке указано от 0,5 до 1%, оптимальная пропорция пластификатора для бетона будет примерно 0,7%.

Применение пластификаторов

Можно сказать, что добавки были придуманы для того, чтобы облегчить работу на стройке. К примеру, в бетономешалке можно приготовить большое количество бетона, при этом он быстро не застывает и не образует комочков.

К тому же, они позволяют использовать небольшое количество воды. Одним словом, пластификаторы широко применяют во время крупномасштабных строек.

Сейчас специалисты активно применяют в составе бетона пластификатор для создания монолитных блоков, мелкозернистых и лёгких плит, разнообразных конструкций. «Преображённый» бетон используют не только для укрепления здания, из них делают много полезных изделий (блоки, бордюры, фонтаны, плиты, вазоны, столбы и так далее).

Производители предлагают пластификаторы в жидком или в сухом виде. В любом случае их надо разводить водой. Чем меньше воды в смеси, тем прочнее она будет в итоге. Минимальное соотношение цемента и воды – это 25 литров на 100 кг сухой смеси. Оптимальным соотношением считают 45 литров на 100 кг цемента.

Существуют ли определённые пропорции пластификатора для бетона? На самом деле, у каждого пластификатора есть своё предназначение и указанная дозировка на каждой упаковке. Всё будет зависеть от концентрации готовой смеси на выходе. В среднем, это количество будет составлять 1 кг пластификатора на 100 кг цемента.

Прежде чем добавить пластификатор в машину для смешивания, его разводят в воде (примерно 100 г на 10 литров воды). Далее осуществляют процесс замешивания и смесь готова к использованию.

Можно ли создать пластификатор для бетона своими руками? Оказывается, да, ещё в советские времена в качестве добавок использовали обычный стиральный порошок или моющее средство для посуды.

Что всегда было сложно, то это точно рассчитать, сколько добавить его в бетон. Использовали обычно моющие образцы, которые вырабатывали мало пены. Белые проступившие следы на кирпичах только выстроенного дома свидетельствовали о том, что в цементную смесь добавили моющее средство.

Примерное соотношение добавок будет следующим:

— шампунь или жидкое мыло добавляют в цемент из расчёта 200 г на 50 кг; — стиральный порошок добавляют в цемент из расчёта 100-150 г на 50 кг; — гашеную известь добавляют в соотношении 20% от общей массы цементного порошка; — клей ПВА подмешивают в одно ведро раствора в количестве 200 г.

Главная задача любой добавки увеличить текучесть бетонной смеси, простыми словами «оживить» её. Прежде чем купить пластификатор для бетона, следует точно определиться, для каких целей она нужна. Строительный рынок предлагает проверенных производителей таких, как Cemmix, Cika, Den Braven.

Интересно, что для придания бетону пущей пористости, прибегают к использованию таких материалов, как перлит, керамзит и многие другие. Благодаря им повышаются теплоизоляционные свойства и устойчивость к внешним негативным факторам.

Помимо пластификаторов используют ещё и ускорители – это так называемые меньшие братья пластификатора. Например, для ускорения затвердения или наоборот его замедления. Добавки для усиления морозостойкости и впитывающие больше воздуха.

Приготовление пластификатора своими руками

Чтобы заменить пластификатор для бетона, его можно приготовить самостоятельно.

Одним из самых простых способов является использование порошка, жидкого мыла или шампуня. При смешивании бетонной смеси получается пена. Расчет производится согласно весу цемента, на 1 мешок уйдет примерно 200 грамм порошка или 200 миллилитров любого вещества.

При оштукатуривании поверхностей можно использовать гашеную известь в пропорциях 200 грамм на 1 килограмм бетона. Раствор станет достаточно эластичным, повысится его способность склеиваться.

При использовании мыльных веществ на высохшей поверхности могут появиться высолы, что является недостатком использования домашних средств. Но если добавлять в смесь клей, можно избежать подобных проблем.

Клей не испортит раствор, при высыхании не появятся трещины. Средство следует использовать из расчета на 10 литров раствора – 200 миллиграмм клея.

Пластификатор для бетона, приготовленный своими руками, имеет низкую стоимость, но одним из основных его недостатков считается появление большого количества пены. Поэтому, в таком случае лучше использовать компоненты с пониженным пенообразованием или выждать время осаждения пузырьков.

Преимущества использования пластификатора для бетона

Использование пластифицирующих добавок имеет множество положительных моментов, среди которых можно выделить:

• Высокое качество и оптимальную стоимость. С применением пластификатора снижается расход цемента примерно на 25%, что позволяет уменьшить затраты на него.
• Увеличение времени жизни смеси на 4-5 часов при необходимости его длительной транспортировки. Таким образом, можно сэкономить время, которое могло быть потрачено на постоянное перемешивание готового раствора.
• Увеличение прочности состава примерно на 20%. На практике доказано, что работу с основанием можно начать раньше, не нужно ждать 28 дней, чтобы выстоялся бетон.
• Рост времени высыхания. Это преимущество даст возможность залить фундамент в несколько этапов, не сбивая верхний слой бетона. Прочность от этого только увеличится, не появятся трещины на поверхности.
• Наличие возможности задействовать спецтехнику. При строительстве объектов раствор малой эластичности необходимо поднимать на этажи вручную. С использованием пластификатора его эластичность увеличивается, что позволяет привлечь к работе бензонасос.
• В процессе укладки смеси отпадает необходимость использования виброуплотнителя. Этот инструмент предназначен для перемешивания раствора, позволяет убрать лишние пузыри воздуха. Благодаря тому, что бетонная смесь становится подвижной, использовать виброуплотнитель нет необходимости.
• Максимальное заполнение пустот. Густой бетон плохо проваливается сквозь большое количество арматуры, с добавлением пластифицирующего вещества такая проблема исчезнет. Благодаря этому, основа становится более прочной, не треснет под большой нагрузкой.
• Увеличение гидроизоляции. Раствор становится более густым, при минусовой температуре снижается риск разрыва бетона.

В каких количествах добавляется пластификатор в цементный состав для стяжки

Предприятия-изготовители пластифицирующих компонентов указывают на упаковке необходимую дозировку, обеспечивающую достижение требуемых механических свойств бетонной смеси.

Количество вводимого пластификатора определяется расчетным путем с учетом общего объема раствора и вида добавок:

• концентрация пластифицирующих добавок в жидкой консистенции составляет 1–1,5% в зависимости от марки материала. Жидкий пластификатор предварительно смешивается с водой и добавляется в процессе приготовления состава из расчета 0,5–0,75 л на мешок цемента;
• добавление сухих ингредиентов производится аналогичным образом за исключением подготовительной операции по смешиванию. Порошкообразный компонент перемешивается с водой в пропорции 1:2 с последующим смешиванием с цементом.

Применение строительного миксера значительно облегчает процесс перемешивания. Готовый бетон отстаивается на протяжении получаса, после чего он может использоваться.

При подготовке раствора бетона с добавлением пластификаторов особенно важно придерживаться рекомендаций производителя пластификатора