Смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ)

Смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ) — специализированная химическая добавка для бетонов и строительных растворов, относящаяся к классу воздухововлекающих поверхностно-активных веществ (ПАВ). Представляет собой продукт омыления (нейтрализации) природных смоляных кислот щелочами и вводится в состав бетонных смесей для формирования в их структуре системы микроскопических замкнутых воздушных пор.

СНВ занимает одно из ключевых мест в технологии производства морозостойких и водонепроницаемых бетонов, эксплуатируемых в суровых климатических условиях и агрессивных средах. Введение в бетонную смесь даже незначительных количеств данной добавки (обычно от 0,005 до 0,05 % от массы цемента) позволяет существенно повысить морозостойкость, водонепроницаемость и долговечность бетонных конструкций без существенного снижения их прочностных характеристик. В современной строительной практике СНВ и её аналоги находят широкое применение при возведении гидротехнических сооружений, мостовых конструкций, дорожных покрытий и зданий в регионах с продолжительным холодным периодом года.

История и технология получения

Технология воздухововлечения с использованием природных смол стала применяться в середине XX века для повышения морозостойкости дорожных и гидротехнических бетонов. СНВ относится к группе анионактивных поверхностно-активных веществ и представляет собой натриевые соли смоляных кислот. Основным сырьём для её производства служат природные смолы, получаемые при экстракции древесины хвойных пород (преимущественно сосны и ели), а также побочные продукты целлюлозно-бумажной промышленности, в частности сульфатное мыло.

Процесс получения СНВ включает несколько последовательных стадий. На первом этапе осуществляется экстракция смоляных кислот из древесного сырья с использованием органических растворителей. Затем полученный смоляной концентрат подвергается реакции нейтрализации водным раствором гидроксида натрия (NaOH) при температуре 60–80 °C. В результате этой реакции смоляные кислоты превращаются в их водорастворимые натриевые соли — абиетиновую, пимаровую, дегидроабиетиновую и другие, — которые и являются активным компонентом добавки. Готовый продукт представляет собой вязкую жидкость тёмно-коричневого цвета с характерным смолистым запахом, хорошо растворимую в воде и спирте.

Важно отметить, что СНВ является близким аналогом более распространённой добавки смолы древесной омыленной (СДО), однако отличается от неё степенью очистки, концентрацией активного вещества и технологией производства. В ряде нормативных документов и технической литературы эти две добавки рассматриваются как взаимозаменяемые при условии соблюдения соответствующих дозировок.

Механизм действия в бетонной смеси

При перемешивании бетонной смеси молекулы натриевых солей смоляных кислот, являясь поверхностно-активными веществами, адсорбируются на границе раздела фаз «вода — воздух». Это снижает поверхностное натяжение воды, что облегчает образование пузырьков воздуха и, главное, препятствует их слиянию (коалесценции) и разрушению под действием механических нагрузок. Формируется прочный адсорбционно-сольватный слой вокруг каждого пузырька. В результате в объёме бетонной смеси образуется устойчивая дисперсная система, состоящая из миллионов микроскопических воздушных пор диаметром преимущественно 10–300 мкм, равномерно распределённых по всему объёму.

Наличие такой системы пор оказывает комплексное влияние на свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона:

• Увеличивается объём цементного теста и улучшается удобоукладываемость (подвижность) смеси без увеличения водоцементного отношения или даже при его снижении.
• Уменьшается расслаиваемость и водоотделение.
• В затвердевшем бетоне замкнутые поры прерывают капиллярную сеть цементного камня, что резко повышает водонепроницаемость и морозостойкость, поскольку вода при замерзании получает пространство для расширения.

Количество и размер вовлекаемых воздушных пор зависят от дозировки добавки, состава цементного теста, наличия других химических добавок, режима перемешивания и температуры окружающей среды. Как правило, введение 0,01 % СНВ от массы цемента позволяет увеличить содержание воздуха в бетонной смеси на 3–5 %, что является оптимальным для достижения высокой морозостойкости без существенной потери прочности.

Особое значение имеет тот факт, что СНВ не только вовлекает воздух в бетонную смесь, но и стабилизирует его распределение в процессе транспортировки, укладки и уплотнения. Это обеспечивает однородную поровую структуру затвердевшего бетона по всему сечению конструкции, что критически важно для долговечности массивных гидротехнических и мостовых сооружений.

Влияние на свойства бетона

Введение СНВ в состав бетонной смеси оказывает комплексное влияние на её технологические, физико-механические и эксплуатационные свойства.

Технологические свойства бетонной смеси

Одним из наиболее выраженных положительных эффектов применения СНВ является существенное улучшение удобоукладываемости бетонной смеси. Микроскопические воздушные пузырьки действуют как своеобразные «подшипники», снижая внутреннее трение между частицами заполнителя и увеличивая подвижность смеси без необходимости дополнительного введения воды. Это позволяет снизить водоцементное отношение при сохранении заданной подвижности, что положительно сказывается на прочности и долговечности бетона.

Кроме того, СНВ существенно снижает склонность бетонной смеси к расслаиваемости и водоотделению. Воздушные поры удерживают воду в цементном тесте, предотвращая её миграцию к поверхности и образование капиллярных каналов. Это особенно важно при бетонировании конструкций в жарких условиях и при использовании жёстких бетонных смесей.

Физико-механические свойства

Влияние СНВ на прочность бетона носит неоднозначный характер и зависит от дозировки добавки и состава бетонной смеси. Как правило, каждый процент вовлечённого воздуха снижает прочность бетона на сжатие на 3–6 %, что обусловлено уменьшением эффективного сечения, воспринимающего нагрузку. Однако при оптимальных дозировках (3–5 % воздуха) и снижении водоцементного отношения за счёт улучшения удобоукладываемости этот эффект может быть частично компенсирован.

В то же время введение СНВ повышает деформативность бетона и его способность к восприятию циклических нагрузок. Воздушные поры служат своеобразными «демпферами», поглощающими энергию деформации и предотвращающими развитие микротрещин.

Эксплуатационные свойства

Наиболее значимым эффектом применения СНВ является радикальное повышение морозостойкости бетона. При замерзании свободной воды в капиллярах цементного камня происходит увеличение её объёма примерно на 9 %, что создаёт значительные гидравлические и осмотические давления в порах. Система замкнутых воздушных пор, формируемая СНВ, служит «буферным резервуаром», компенсирующим это расширение и предотвращающим разрушение структуры бетона. Экспериментальные исследования показывают, что введение оптимальных дозировок СНВ позволяет повысить марку бетона по морозостойкости с F50–F100 до F300–F500 и выше.

Аналогичным образом СНВ повышает водонепроницаемость бетона. Замкнутые воздушные поры прерывают непрерывную капиллярную сеть в цементном камне, делая путь для проникновения воды под давлением более извилистым. Это особенно важно для конструкций, эксплуатируемых в условиях постоянного или периодического контакта с водой (плотины, резервуары, подземные сооружения).

Кроме того, СНВ повышает стойкость бетона к воздействию сульфатных сред, щелочей и некоторых кислот, что обусловлено снижением проницаемости цементного камня для агрессивных ионов.

Области применения и дозировки

Смола нейтрализованная воздухововлекающая находит широкое применение в различных областях строительства, где требуется обеспечение высокой долговечности бетонных конструкций. Добавка вводится в состав бетонной смеси в виде водного раствора рабочей концентрации.

Гидротехническое строительство

В гидротехническом строительстве СНВ является одной из наиболее востребованных добавок. Она применяется при возведении плотин, шлюзов, каналов, волнорезов, причалов и других сооружений, постоянно контактирующих с водой и подвергающихся циклическому замораживанию-оттаиванию.

СНВ рекомендована при расходе 0,02–0,03 % от массы цемента как воздухововлекающая добавка, а также для производства износостойкого бетона в дозировке 0,05–0,20 % от массы цемента для повышения коррозионной стойкости бетона в агрессивных средах в 1,5–2,5 раза.

Мостостроение и транспортное строительство

В мостостроении СНВ применяется для повышения морозостойкости и водонепроницаемости опор мостов, пролётных строений и дорожных покрытий. Особое значение имеет использование СНВ в бетонах, подвергающихся воздействию противогололёдных реагентов (хлоридов натрия и кальция), которые ускоряют коррозию арматуры и разрушение бетона. Воздушные поры, формируемые СНВ, снижают проницаемость бетона для хлоридов и повышают его стойкость к циклическому замораживанию-оттаиванию в присутствии солей.

В дорожном строительстве СНВ применяется для повышения морозостойкости цементобетонных покрытий автомобильных дорог и взлётно-посадочных полос аэродромов. Введение СНВ в состав дорожного бетона позволяет увеличить срок его службы в 2–3 раза по сравнению с бетоном без воздухововлекающих добавок.

Промышленное и гражданское строительство

В промышленном и гражданском строительстве СНВ применяется при возведении зданий и сооружений в регионах с суровым климатом (Сибирь, Дальний Восток, Крайний Север). Она используется в бетонах для фундаментов, наружных стен, покрытий и других конструкций, подвергающихся воздействию низких температур и атмосферных осадков.

При производстве бетонных и железобетонных бортовых камней рекомендуемая дозировка составляет 0,01–0,02 % от массы цемента.

Военное строительство

Применяется в тех же целях, что и в гражданском строительстве. Рекомендуемые дозировки — 0,005–0,04 % от массы цемента.

Требования к качеству и нормативные документы

Качество смолы нейтрализованной воздухововлекающей должно соответствовать требованиям технических условий. Основные контролируемые показатели:

• внешний вид и цвет (обычно жидкость от коричневого до тёмно-коричневого цвета);
• плотность и вязкость;
• содержание сухих веществ;
• способность к пенообразованию и устойчивость пены.

В Российской Федерации требования к добавкам для бетонов, включая воздухововлекающие, устанавливает ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия». Согласно этому стандарту, эффективность воздухововлекающих добавок оценивается по таким показателям, как увеличение морозостойкости, водонепроницаемости и сохранение подвижности бетонной смеси.

Другие нормативные документы:

• ГОСТ 30459-2008 Добавки для бетонов и строительных растворов. Методы определения эффективности
• ASTM C260 (США)
• EN 934-2 (Европа)

См. также

• Воздухововлекающие добавки
• Смола древесная омыленная (СДО)
• Лигносульфонаты технические
• Пластификаторы
• Морозостойкость бетона
• Водонепроницаемость бетона
• Воздух в бетонной смеси
• Пористость бетона
• Гидротехнический бетон

Литература

//

• Стольников В. В. Воздухововлекающие добавки в гидротехническом бетоне. — М.: Госэнергоиздат, 1953. — 168 с.
• Рамачандран В. С., Фельдман Р. Ф., Коллепарди М. Добавки в бетон. Справочное пособие. — М.: Стройиздат, 1988. — 575 с. — ISBN 5-274-00208-0.
• Абрамзон А. А. Поверхностно-активные вещества. Свойства и применение. — Л.: Химия, 1981. — 304 с.
• Ратинов В. Б., Розенберг Т. И. Добавки в бетон. — М.: Стройиздат, 1973. — 207 с.
• Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. — М., 1998. — 768 с.
• Москвин В. М., Иванов Ф. М., Алексеев С. Н., Гузеев Е. А. Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты. — М.: Стройиздат, 1980. — 536 с.
• Карибаев К. К. Поверхностно-активные вещества в производстве вяжущих материалов. — М.: Наука, 1980. — 336 с.
• Хигерович М. И., Байер В. Е. Гидрофобно-пластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов. — М.: Стройиздат, 1979. — 126 с.
• Изотов В. С., Соколова Ю. А. Химические добавки для модификации бетона. — М.: Палеотип, 2006. — 244 с.
• Баженов Ю. М. Технология бетона. — М.: АСВ, 2002. — 500 с.
• Дворкин Л. И., Дворкин О. Л. Строительные материалы из отходов промышленности. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2007. — 368 с.
• ГОСТ 24211-2008. Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия. — М.: Стандартинформ, 2009.
• ГОСТ 30459-2008. Добавки для бетонов и строительных растворов. Методы определения эффективности. — М.: Стандартинформ, 2009.

//