Добавки в бетон Справочное пособие

СОСТАВЫ И ПРОИЗВОДСТВО

5.2.1. Свойства поверхност­но-активных веществ. Воздухо­вовлекающие добавки принад­лежат к тому классу химичес­ких соединений, который назы­вают поверхностно-активными веществами (ПАВ). К ним от­носятся вещества, молекулы которых адсорбируются на гра­нице воздух—вода или твердое тело—вода. В результате моле­кулы концентрируются на меж­фазовой границе, что обуслов­лено особенностями их строе­ния. Поскольку одна часть мо­лекул полярна, другая — непо­лярна, то, следовательно, им присуща двойственность

Свойств, обусловленная при­сутствием полярных («голов­ка») и неполярных («хвосты») функциональных групп.

Последние состоят обычно из относительно длинного угле­водородного радикала, содер­жащего более чем 8—10 угле­родных атомов, что важно для поверхностной активности мо­лекул. ПАВ имеют важные области применения; известны большое число классов этих соединений и тысячи отдельных представителей ПАВ [8—10].

Выделяют три типа поляр­ных функциональных групп. Ес­ли после ионизации они заря­жены отрицательно, это анион - активные ПАВ. К ним относят, например, — СОО~, — БОгО" и —S030~-группы. Если после ионизации функциональная группа заряжена положитель­но, говорят о катионактивных ПАВ; к ним относят, например, R—NH^". В случае незаря­женной «головки» речь идет о неионогенных ПАВ. К ним от­носят, например, такие наибо­лее известные вещества, ис­пользуемые в бетоне, как поли - оксиэтилен (— СНг — СНг— О)*, где х~ 15.

Неполярные группы ПАВ состоят из неразветвленных или разветвленных углеводородов с 8—12 атомами углерода, ал - кильных групп с 8—15 атома­ми углерода, бензольных групп и более высокомолекулярных радикалов [10].

Адсорбируясь на границе раздела двух фаз, ПАВ обра­щены полярными функциональ­ными группами в сторону по­лярной фазы, а неполярными — в стор'ону неполярной. Посколь­ку неполярная часть молекул состоит из углеводородов, то ПАВ, сорбируясь функцио­нальными группами на гид­рофильной поверхности, снижа­ют поверхностное натяжение раствора и тем сильнее, чем больше их концентрация. Так происходит до полного запол­нения ими межфазной границы. Дальнейшее повышение кон­центрации ПАВ приводит к мицеллообразованию в раство­ре до момента, называемого критической концентрацией ми - целлообразования(ККМ). Зна­чение ККМ может варьировать в широких пределах: от 0,1 до 10- 10~3 М в зависимости от структуры ПАВ [10, 11].

Концентрация воздухово - влекающих добавок всегда ни­же ККМ, за исключением, воз­можно, неионогенных ПАВ, по­этому мицеллярные структуры растворов, по-видимому, в дан­ном случае не столь сущест­венны.

Можно утверждать, что мно­гие, если не большинство, ПАВ (все мыла, смачиватели, мою­щие вещества) обладают воз - духововлекающим действием, однако не все они равноценны; это зависит от их природы. Обычно воздухововлекающие добавки относительно недо­роги.

На сегодня опубликовано мало работ, посвященных свя­зи между молекулярной струк­турой ПАВ и системой воздуш­ных пор в бетоне. Еще остаются неясными также некоторые важные детали протекающих при этом процессов.

5.2.2. Типы воздухововлека - ющих добавок. Применяемые на практике воздухововлекаю­щие добавки по химической природе можно классифициро­вать следующим образом [12]:

1) соли, получаемые из дре­весной смолы;

2) синтетические моющие вещества;

3) соли лигносульфоновых ки слот;

4) соли нефтяных кислот;

5) соли, получаемые из про­теинов;

6) соли органических суль­фокислот.

Наиболее широко использу­ют вещества первой группы, известные под названием ней­трализованный винсол. Вин - сол — нерастворимый остаток процесса очистки и экстракции из него соснового скипидара. Это смесь фенолов, кислот и других веществ. После нейтра­лизации едким натром стано­вится водорастворимым и в та­ком виде поступает в продажу как воздухововлекающая до­бавка1.

Вторая группа добавок — алкиларилсульфонаты. Обычно их алкильные группы представ­ляют собой нефтяные остатки, конденсированные с бензолом и затем сульфированные и ней­трализованные для получения растворимых солей — чаще всего натровых [8—10]. Ал­кильные группы содержат 12 атомов углерода. Третью группу сравнительно редко используют в качестве воздухововлекаю - щей добавки из-за невысокой воздухововлекающей способно­сти (чаще применяют в каче­стве водопонизителя и замед­лителя схватывания цемента). Получают как попутный про­дукт целлюлознобумажного производства.

Четвертая группа ве­ществ — побочные продукты нефтеперерабатывающей про­мышленности, которые произ­водят путем обработки серной кислотой нефтяных кислот с по­следующей нейтрализацией, как правило, едким натром [8, 10]. Если нейтрализацию осуществляют триэтанолами - ном, получают вещества седь­мой группы.

' В СССР такие добавки, дейст­вующим началом которых служит преимущественно абиетат натрия, на­зывают смолой нейтрализованной воз­духововлекающей (СНВ). (Примеч. науч. ред.)

И * * *

Пятую группу веществ вы­рабатывают из отходов живот­ного происхождения, переве­денных в соли. Это сравни­тельно слабые воздухововлека­ющие агенты, поэтому исполь­зуют их редко.

Шестую группу веществ по­лучают из разных продуктов: отходов мыловарения (однако их кальциевые мыла практи­чески нерастворимы в воде) и растительных масел. Обычно длина алкильных групп в таких ПАВ состоит из 12—20 атомов углерода. Кроме того, в эту группу входят и продукты пере­работки таллового масла, по­лучаемого как полупродукт в целлюлозно-бумажной про­мышленности и состоящего ча­стично из непредельных кислот и смол [10]. Низкая стоимость веществ делает их перспектив­ными для применения.

В табл. 5.1 приведены све­дения о производстве воздухо - вовлекающих веществ в США, указаны их фирменные назва­ния [14, 76].

Воздухововлекающие до­бавки вводят вместе с водой затворения. Если кроме них предусмотрены и другие до­бавки, то предпочтительно их раздельное введение, поскольку в ряде случаев в результате реакции между ними снижает­ся эффект воздухововлечения.