История применения добавок

Материал из СТ-Бетон
Перейти к: навигация, поиск

История применения добавок охватывает несколько тысячелетий эволюции строительного дела — от эмпирических рецептов древних зодчих до высокотехнологичных поликарбоксилатных эфиров и наномодификаторов XXI века. Под термином «добавки» в современном бетонировании понимается широкий спектр как минеральных (дисперсные неорганические материалы), так и химических (органические и неорганические вещества) модификаторов. Несмотря на то что объёмы производства добавок несопоставимо меньше объёмов выпуска цемента и заполнителей, их роль в формировании свойств бетонной смеси и цементного камня является определяющей для всей современной строительной индустрии. Эволюция добавок неразрывно связана с развитием технологии бетона, ужесточением требований к долговечности конструкций и необходимостью утилизации промышленных отходов[1].

Античность и Средневековье: эмпирическое начало

Первые свидетельства целенаправленного введения добавок в строительные растворы относятся к эпохе Древнего Рима. Римские зодчие интуитивно использовали известь в сочетании с природными пуццоланами — вулканическими пеплами и пемзами, содержащими активный кремнезём. Именно природные пуццоланы обеспечили феноменальную долговечность римских сооружений, таких как Пантеон и античные акведуки, поскольку они вступали в реакцию с гидроксидом кальция, формируя плотные гидросиликаты и снижая проницаемость материала[2]. Параллельно с минеральными компонентами применялись и прообразы химических добавок: животные жиры, кровь, яичный белок, казеин и растительные слизи вводились в растворы для повышения водонепроницаемости, адгезии и морозостойкости.

В средневековой Европе и на Руси рецептура растворов усложнилась. В известковые растворы вводили творог, яичный желток, смолу, дёготь, льняное масло и квасцы. На Руси в XVI–XVII веках для повышения водостойкости кладочных растворов при строительстве крепостей и храмов применяли льняное масло, рыбий клей и смолу хвойных деревьев. Все эти вещества носили сугубо эмпирический характер и не имели научного обоснования механизма их действия, однако многие из них по сути являлись прообразами современных гидрофобизаторов и пластификаторов[3].

XVIII–XIX века: зарождение научного понимания

Переход от эмпирики к научному пониманию действия добавок произошёл в конце XVIII — начале XIX века с изобретением портландцемента и развитием аналитической химии. Французский химик Анри Луи Ле Шателье и немецкий исследователь В. Михаэлис заложили основы химии цемента, что позволило осознанно подходить к модификации его свойств. В этот период начинается систематическое изучение влияния различных солей, кислот и органических веществ на кинетику твердения вяжущих.

Одновременно с этим получает промышленное применение направление минеральных добавок. В конце XIX века инженеры начинают массово использовать гранулированные доменные шлаки и природные трепелы для производства смешанных цементов, что позволяет не только снизить себестоимость вяжущего, но и повысить его стойкость к агрессивным средам за счёт связывания свободного гидроксида кальция[4].

Первая половина XX века: систематизация и первые синтетические вещества

Фундаментальный вклад в изучение химических модификаторов в СССР внёс В. М. Москвин, опубликовавший в 1937 году первую в стране монографию, посвящённую добавкам-ускорителям твердения, где были систематизированы данные по хлориду кальция, нитратам и другим электролитам[5]. В 1930–1950-е годы под влиянием трудов П. А. Ребиндера по физико-химической механике дисперсных систем в советской школе бетоноведения сформировалось понимание роли поверхностно-активных веществ (ПАВ) в регулировании реологических свойств цементных систем.

Б. Г. Скрамтаев, Ю. М. Баженов, Б. Д. Тринкер и другие исследователи разработали научные основы применения лигносульфонатов и смолы древесной омыленной (СДО). Именно в этот период в отечественное производство были внедрены первые воздухововлекающие и пластифицирующие добавки, позволившие существенно повысить морозостойкость бетонов для строительства в суровых климатических условиях и удобоукладываемость смесей при возведении монолитных конструкций[3]. Параллельно развивалась технология использования зол-уноса ТЭС и металлургических шлаков в качестве активных минеральных добавок для гидротехнического и массивного строительства.

1980–1990-е годы: эра суперпластификаторов и микрокремнезёма

Революционный этап в истории химических добавок связан с появлением в 1960–1970-е годы синтетических суперпластификаторов на основе нафталин- и меламиноформальдегидных смол. В СССР широкое промышленное применение получил Суперпластификатор С-3, позволивший снижать водоцементное отношение до 0,3 и ниже при сохранении высокой подвижности смеси. Их внедрение сделало возможным массовое производство высокопрочных бетонов и переход к самоуплотняющимся смесям[1].

В области минеральных добавок в этот период происходит настоящая революция благодаря внедрению микрокремнезёма (силикатной пыли) и метакаолина. Эти высокоактивные техногенные и термически обработанные материалы, обладающие рекордной удельной поверхностью, позволили не только многократно повысить прочность и водонепроницаемость бетона, но и эффективно подавлять щелочно-силикатную реакцию, обеспечивая долговечность уникальных инженерных сооружений[6].

Современный этап: поликарбоксилаты и наномодификаторы

С 1990-х годов в мировую практику строительства активно внедряются добавки третьего поколения — поликарбоксилатные эфиры (ПКЭ), обладающие преимущественно стерическим механизмом диспергирования частиц цементного клинкера. В отличие от нафталин-формальдегидных смол, ПКЭ обеспечивают более стабильный эффект во времени, совместимость с различными минералогическими составами цемента и возможность получения бетонов с прочностью на сжатие свыше 150 МПа. Их применение открыло путь к созданию сверхвысокопрочных бетонов (UHPC) и фотокаталитических композиций[7].

Современный этап характеризуется несколькими взаимосвязанными тенденциями. Во-первых, это развитие комплексных органоминеральных добавок, сочетающих в себе функции пластификатора, ускорителя твердения и ингибитора коррозии в одной рецептуре. Во-вторых, активное внедрение наномодификаторов — углеродных нанотрубок, нанокремнезёма, графеновых добавок, — позволяющих целенаправленно модифицировать структуру цементного камня на наноуровне. В-третьих, усиление внимания к экологическим аспектам: в качестве сырья для химических модификаторов и активных минеральных добавок всё шире используются побочные продукты промышленности, что соответствует концепции низкоуглеродистого бетона и устойчивого развития[8].

Нормативные документы

  • ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия»
  • ГОСТ Р 56592-2015 «Добавки минеральные для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия»
  • ГОСТ 30515-2013 «Цементы. Общие технические условия»

На международном уровне классификация добавок гармонизирована со стандартами EN 934 (серия из 15 частей, охватывающих различные типы добавок) и ASTM C618 (регламентирующий применение зол-уноса и природных пуццолан).

См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 Батраков В. Г. Модифицированные бетоны : теория и практика. — М. : АВБ, 1998. — 768 с.
  2. ↑ Витрувий. Десять книг об архитектуре. — М. : Архитектура-С, 2006. — 328 с.
  3. ↑ 3,0 3,1 Рамачандран В. С., Фельдман Р. Ф., Коллепарди М. Добавки в бетон : справ. пособие / пер. с англ. — М. : Стройиздат, 1988. — 575 с. — ISBN 5-274-00208-0.
  4. ↑ Ратинов В. Б., Розенберг Т. И. Добавки в бетон. — М. : Стройиздат, 1989. — 188 с. — ISBN 5-274-00566-7.
  5. ↑ Москвин В. М. Добавки-ускорители твердения бетона. — М. : Главная редакция строительной литературы, 1937. — 182 с.
  6. ↑ Шейкин А. Е., Чеховский Ю. В., Бруссер М. И. Структура и свойства цементных бетонов. — М. : Стройиздат, 1979. — 344 с.
  7. ↑ Зайченко Н. М. Модифицированные цементные бетоны для устойчивого развития. — М. : Ай Пи Эр Медиа, 2018. — 559 с. — ISBN 978-5-4486-0132-3.
  8. ↑ Дворкин Л. И., Дворкин О. Л. Строительные материалы из отходов промышленности. — Ростов н/Д : Феникс, 2007. — 368 с.


Литература

//

  • Москвин В.М. Добавки-ускорители твердения бетона. Изд-во Главная редакция строительной литературы, 1937. 182 с.
  • Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. Изд-во Стройиздат, 1979. 344 с.
  • Рамачандран В.С., Фельдман Р.Ф., Коллепарди М. Добавки в бетон. Справочное пособие. Изд-во Стройиздат, 1988. 575 с. ISBN 5-274-00208-0
  • Ратинов В.Б., Розенберг Т.И. Добавки в бетон. Изд-во Стройиздат, 1989. 188 с. ISBN 5-274-00566-7
  • Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. Изд-во АВБ, 1998. 768 с.
  • Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности. Изд-во Феникс, 2007. 368 с.
  • Зайченко Н.М. Модифицированные цементные бетоны для устойчивого развития. Изд-во Ай Пи Эр Медиа, 2018. 559 с. ISBN 978-5-4486-0132-3
  • Витрувий. Десять книг об архитектуре. Изд-во Архитектура-С, 2006. 328 с.

//

Источник — «https://stroytechnolog.ru/wiki/index.php?title=История_применения_добавок&oldid=4401»