СПАВ представляют собой обширную группу соединений, различных по своей структуре, относящихся к разным классам. Эти вещества способны адсорбироваться на поверхностях раздела фаз и понижать вследствие этого их поверхностную энергию (поверхностное натяжение). Наиболее распространенными являются анионоактивные и неионогенные ПАВ. Производство анионактивных и неионогенных, а также моющих средств на их основе составляет 95-98% общего количества вырабатываемых промышленностью СПАВ.
По степени биохимической устойчивости и структуре молекул синтетические поверхностноактивные вещества подразделяют на мягкие (для которых биохимическое окисление в течение 6 ч составляет более 25% по показателю ХПК), промежуточные и жесткие (окисляемые, 6 ч составляет 25% по показателю ХПК).
В ходе биологического очищения уходят до 80 % «биологически мягких». Потребление кислорода «биологически жесткими», составляет не более 10% ХПК, а в процессе очистки они и удаляются не более чем на 40%, главным образом, за счет сорбции активным илом и образования промежуточных продуктов распада.
Как работают Поверхностно-активные вещества (ПАВ)
Неиногенные опасны из-за гниения. Все СПАВ на очистных сооружениях и в природных средах плохо и медленно разрушаются. Совокупность окислительных процессов в живом организме протекает с обязательным участием кислорода, при температуре выше 10℃, pH-нейтральной и слабощелочной от 7,0 до 9,0.
При понижении температуры скорость окисления СПАВ уменьшается и при 0-5 градусов Цельсия протекает весьма медленно. Наиболее благоприятные для процесса самоочищения от СПАВ нейтральная или слабощелочная среда (рН=7-9). С повышением содержания взвешенных веществ и значительным контактом водной массы с донными отложениями скорость снижения концентрации СПАВ в воде обычно повышается за счет сорбции и соосаждения. При значительном накоплении СПАВ в донных отложениях в аэробных условиях происходит окисление микрофлорой донного ила. В случае анаэробных условий СПАВ могут накапливаться в донных отложениях и становиться источником вторичного загрязнения водоема.
При биохимическом окислении образуются различные промежуточные продукты их распада: спирты, альдегиды, органические кислоты и др. В результате распада СПАВ, содержащих бензольное кольцо, образуются фенолы. В поверхностных водах СПАВ находятся в растворенном и сорбированном состоянии и в поверхностной пленке воды водного объекта.
В слабозагрязненных поверхностных водах концентрация СПАВ колеблется обычно в пределах тысячных и сотых долей миллиграмма в 1 дм3. В зонах загрязнения водных объектов она повышается до десятых долей миллиграмма, вблизи источников загрязнения может достигать нескольких миллиграммов в 1 дм3. Попадая в водоемы и водотоки, СПАВ оказывают значительное влияние на их физико-биологическое состояние, ухудшая кислородный режим и органолептические свойства, и сохраняются там долгое время, так как разлагаются очень медленно. Отрицательным, с гигиенической точки зрения, свойством ПАВ является их высокая пенообразующая способность. Хотя СПАВ не являются высокотоксичными веществами, имеются сведения о косвенном их воздействии на гидробионты. При концентрациях 5-15 мг/дм3 рыбы теряют слизистый покров, при более высоких концентрациях может наблюдаться кровотечение жабр
Что такое ПАВ? Поверхностно-активные вещества в моющих и чистящих средствах.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
Благодаря специфической структуре молекул поверхностно-активных веществ они применяются в различных областях человеческой деятельности. В домашнем хозяйстве или промышленных производствах различные соединения из группы ПАВов используются довольно активно. Это объясняется тем, что их присутствие ведет к повышению эффективности различных процессов. После использования и выгрузки с очистных сооружений в качестве стоков поверхностно-активные вещества выбрасываются в различные элементы окружающей среды и циркулируют в ней. Могут в значительной степени способствовать нарушению водного цикла в различных экосистемах. Исследование экологической судьбы поверхностно-активных веществ может способствовать повышению уровня знаний о путях миграции загрязняющих веществ и лучшей защите живых организмов в различных экосистемах от них
Сточные воды — это отработанная использованная жидкость. Она включает в себя человеческие, пищевые отходы, масла, мыло, различные химические продукты и прочие вредные вещества.
В домах она — от раковин, ванн, туалетов, стиральных машин. Предприятия разных отраслей промышленности также вносят свою долю загрязнений, от которых необходимо избавляться. Сюда же относят и ливневые стоки. Хотя некоторые люди предполагают, что дождь довольно чистый, это не так. Вредные продукты с дорог, парковок и крыш, смываясь с дождём, могут нанести вред рекам и озерам.
В водные объекты СПАВ поступают в значительных количествах с хозяйственно-бытовыми (использование синтетических моющих средств в быту) и промышленными сточными водами (текстильная, нефтяная, химическая промышленность, производство синтетических каучуков), а также со стоком с сельскохозяйственных угодий (входят в состав инсектицидов, фунгицидов, гербицидов и дефолиантов в качестве эмульгаторов).
Области промышленного использования — приготовление смазочных жидкостей, антикоррозийных составов, нанесение электролитических покрытий, в качестве компонентов лакокрасочных составов, в нефтедобыче, в горнорудной флотации, для получения противопожарной пены, для крашения и замасливания текстильных волокон и др. Наиболее широкая и экологически значимая область использования СПАВ — приготовление синтетических моющих и чистящих веществ (детергентов) для использования в быту
Таким образом, СПАВ поступают в природные водоемы:
• с хозяйственно-бытовыми стоками;
• с промышленными стоками текстильной, нефтяной, химической промышленности;
• со сточными водами прачечных хозяйств и автомоек;
• со смывами от сельхозугодий, обработанных химическими реагентами с эмульгаторами (гербициды, инсектициды, фунгициды).
Примерный состав загрязнителей сточных вод прачечных:
— Анионные и неионогенные СПАВ (моющие средства, детергенты, отбеливатели).
— Соли жесткости.
— Взвешенные вещества (эмульгированная грязь).
— Механические частицы, волокна ткани.
— Красители и нефтепродукты.
По сравнению со средним составом городских канализационных сточных вод, концентрации специфических загрязнений в сточных водах прачечных выше в 2-3 раза. Сточные воды прачечной от стирки 100 кг белья эквивалентны суммарным канализационным стокам населенного пункта с 35 жителями. При смешении с городскими канализационными стоками сточные воды от прачечных дают стойкое пенообразование.
СПАВ, попадающие на городские очистные сооружения, затрудняют работу отстойников, повышают нагрузку на очистные сооружения и снижают общую эффективность очистки хозяйственно-бытовых стоков. На очистных сооружениях из-за присутствия СПАВ увеличивается вынос взвешенных веществ из вторичных отстойников, уменьшается нагрузка активности ила и постепенно падает качество очистки. В аэротенках пена может быть два и три метра. Перенесенная ветром, она является источником заболевания, характеризующегося появлением паразитов в организме человека, имеет общее название – гельминтоз. СПАВы в стоках понижают качество процесса первичного отстаивания и тормозят процессы переноса кислорода в клетки микроорганизмов активного ила.
Выпуск сточных вод от прачечных в городскую канализационную сеть, с учетом специфики из загрязнений, возможен при соблюдении температурных условий и усреднения состава, но нежелателен. В настоящее время существуют методы предварительной обработки сточных вод, а также технологические схемы оборотного водоснабжения прачечных предприятий для повторного использования части воды. СПАВ оседают и накапливаются в донных отложениях, то в анаэробных условиях они могут становиться источником вторичного загрязнения водоемов.
Главными факторами понижения их концентрации являются процессы биохимического окисления, сорбция взвешенными веществами и донными отложениями. Степень биохимического окисления СПАВ зависит от их химического строения и условий окружающей среды.
ВЛИЯНИЕ ПАВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Загрязнения в составе стоков предприятий попадают в озера, водохранилища, пруды. Недостаточное разложение ПАВ негативно воздействует на природу и приводит к активному образованию ила. Стоки, в которых есть продукты распада полифосфатных ПАВ, служат причиной чрезмерного пенообразования и бурного роста растений, это плохо сказывается на чистоте водоемов.
После омертвения растений идет бурный процесс гниения, вода обедняется кислородом, ухудшается воздухообмен, что затрудняет естественное её очищение. Соли фосфатных кислот в чистом виде плохо влияют на окружающую среду, а при поступлении с обработанной жидкостью в водоемы начинают действовать как удобрение. Водоросли в водоемах под влиянием ПАВов растут очень быстро. При распаде они начинают выделять много водородных соединений неметаллов, убивая все живое. Из-за того, что угроза для человека от солей фосфатных кислот высока, природоохранные организации установили жесткие требования по наличию фосфатов в сточной, питьевой воде и продуктах питания.
При смешении с городскими канализационными стоками сточные воды от прачечных дают стойкое пенообразование. СПАВ, попадающие на городские очистные сооружения, затрудняют работу отстойников, повышают нагрузку на очистные сооружения и снижают общую эффективность очистки хозяйственно-бытовых стоков.
Источник: vodkom.ru
Поверхностно-активные вещества (ПАВ)
Устойчивость полимерных дисперсий обусловливается наличием в дисперсионной среде (в нашем случае воде) поверхностно-активных веществ — стабилизаторов. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) — вещества, способные накапливаться на поверхностях соприкосновения двух тел, называемых поверхностями раздела фаз (для водных дисперсий полимера это — поверхность полимерных частиц). ПАВ создают на поверхности частиц адсорбционно-сольватный защитный слой, препятствующий их сближению и коагуляции. Препятствием к сближению частиц могут быть:
расклинивающее давление воды, связанной в адсорбционном слое молекулами или ионами стабилизатора;
электростатическое отталкивание одноименно заряженных ионов, адсорбированных на поверхности частиц и образовавших двойной электрический слой.
ПАВ могут быть двух типов: ионогенные и неионогенные. Ионо-генные ПАВ ( 1, а) распадаются в воде на ионы; при этом один ион, содержащий органическую часть молекулы ПАВ, является защитным ионом, адсорбирующимся на частице полимера своей органической частью. Заряженная часть этого иона способствует образованию вокруг частицы полимера двойного электрического слоя. Примером ионоген-ного ПАВ может служить обычное мыло — стеарат натрия, диссоциирующее в водной среде с образованием поверхностно-активного аниона: C17H3sCOONa^ C17H3sCOO- + Na+
Неионогенные ПАВ ( 1, б) имеют так называемые дифильные молекулы: одна часть молекулы — полярная — имеет сродство к воде, другая — неполярная — к полимеру.
Для стабилизации полимерных дисперсий в строительной практике обычно применяют неионогенные ПАВ — вещество ОП-7 и ОП-10 (ГОСТ 8433 — 81) или смесь этих веществ с казеинатом аммония в соотношении 1:1. Этот комплексный стабилизатор получают из смеси (мае. ч.): казеин — 1; вещество ОП-7 (ОП-10) — 1; 25%-ный водный раствор аммиака — 1; вода — 4. Казеин, раствор аммиака и воду помещают в смеситель и подогревают до 70. 80 «С при постоянном перемешивании до получения однородного продукта. Затем добавляют ОП-7 и массу повторно перемешивают.
Полученный стабилизатор совмещают с латексом из расчета 1 : 10 (по сухому веществу). Стабилизированный таким образом латекс промышленность выпускает под маркой СКС-65ГП марки „Б».
Существует два подхода при расчете необходимого количества стабилизатора для предотвращения коагуляции дисперсии, вводимой в цементное тесто. Если исходить из того, что основной причиной коагуляции дисперсии является цемент (выделение Са+2 в водную среду, адсорбция стабилизатора частицами цемента), определяют количество стабилизатора в зависимости от расхода цемента. Эта величина обычно-составляет 1 . 2 % от массы цемента.
На практике же часто пользуются дисперсиями, в которые заранее введен стабилизатор (обычно около 10% от массы полимера). Для полимерцементных композиций с П/Ц = 0,1—0,2 в этом случае мы имеем необходимую степень стабилизации по отношению к цементу (1. 2%). Однако для композиций с низким П/Ц (0,04. 0,08) количество стабилизатора в дисперсии по отношению к цементу может оказаться недостаточным и понадобится дополнительная стабилизация.
Таким образом, при приготовлении полимерцементных смесей во избежание получения материалов с плохими свойствами необходимо при всех изменениях состава смеси или ее компонентов проверять, нет ли коагуляции полимерной дисперсии. Исключение составляет ПВА дисперсия, которая, как правило, не нуждается в дополнительной стабилизации в полимерцементных материалах. Объясняется зто тем, что стабилизатором ПВА дисперсии служит поливиниловый спирт, который был применен при эмульсионной полимеризации винилаце-тата в ПВА; в щелочной же среде цементного теста количество поливинилового спирта в ПВА дисперсии увеличивается в результате поверхностного гидролиза самого ПВА. Часто в состав полимерцементных композиций вводят ускорители твердения, например хлорид кальция, так как стабилизаторы полимерных дисперсий замедляют твердение минеральных вяжущих.
Полимерная дисперсия, введенная в цементную смесь (цементное тесто, растворную или бетонную смесь), оказывает сильное пластифицирующее действие. Причин этого явления несколько.
ПАВ, стабилизирующие полимерные дисперсии, одновременно являются и пластификаторами цементных смесей, а их количество, приходящееся на цемент в полимерцементных смесях, близко к оптимальным расходам пластификаторов в обычных бетонах и растворах.
Присутствие в цементных смесях полимерных дисперсий вызывает сильное воздухововлечение в смесь, что также оказывает сильное пластифицирующее действие.
Указанные факторы позволяют сильно снизить В/Ц смесей без снижения ее пластичности. Так, например, при введении латекса СКС-65 ГП „Б» в цементно-песчаный раствор состава 1:3с увеличением П/Ц равная пластичность смесей (расплыв конуса на встряхивающем столике 120 мм) достигается при все уменьшающихся значениях В/Ц:
П/Ц 0 0,06 0,09 0,12
В/Ц 0,5 0,42 0,35 0,29
Для разных видов цемента, полимерных дисперсий и стабилизирующих систем зти значения будут различные, но общая закономерность сохраняется. При снижении В/Ц прочность бетонов и растворов возрастает. Такая же зависимость наблюдается и для полимерцементных бетонов и растворов, но ее четкому проявлению мешают некоторые особенности таких бетонов и растворов.
Добиться повышения прочности и улучшения водонепроницаемости и морозостойкости полимерцементных материалов можно, применив специальные вещества — пеногасители, снижающие эффект воздухо-вовлечения до минимума. Пеногасители — зто обычно эмульсии крем-нийорганических полимерных веществ типа полиметилсилоксанов, вводимые в очень малых количествах. Например, для эффективного подавления воздухововлечения при применении латекса СКС-65, стабилизированного 10% вещества ОП-7, достаточно 0,5% пеногасителя от массы латекса (по сухому остатку).
Присутствие полимерной дисперсии в полимерцементном бетоне оказывает сложное воздействие на процесс твердения минерального вяжущего. В смесях, наносимых на пористое основание, благодаря повышенной водоудерживающей способности смесь не обезвоживается и тем самым улучшаются условия гидратации цемента.
При твердении в воздушно-сухих условиях полимерная дисперсия замедляет испарение влаги из твердеющего материала и улучшает условия гидратации минерального вяжущего. Но одновременно присутствие в твердеющей системе водорастворимых органических веществ замедляет твердение цемента. Поэтому при твердении во влажных условиях полимерцемент-ные материалы медленнее набирают прочность, чем чисто цементные. Кроме того, влажные условия препятствуют процессу пленкообразо-вания из полимерной дисперсии, т. е. замедляется формирование структуры полимерного связующего.
Все эти обстоятельства необходимо учитывать при определении оптимального режима твердения для бетона и растворов с полимерными дисперсиями. Обычно принимают следующий режим твердения: первые 7. 10 дн во влажных условиях, а далее — в воздушно-сухих. Такой режим обеспечивает формирование достаточно прочной минеральной структуры, а затем — полимерной.
Полимерцементные мастичные составы, растворы и бетоны на водных дисперсиях полимеров находят широкое применение в качестве отделочных составов при штукатурных и плиточных работах, устройстве покрытий полов, для особо прочной кладки стен, при гидроизоляции и ремонте бетонных и железобетонных конструкций (см. гл. III).
Источник: www.bibliotekar.ru
Что такое пав в строительстве
Применение поверхностно-активных веществ (ПАВ) связано с желанием улучшить некоторые свойства цементов, затрудняющие производство работ и снижающие качество бетона. Естественно, одно вещество не может обладать универсальностью свойств, поэтому изыскивались вещества с разными свойствами. Акад.
П. А. Ребиндер предложил дифференцировать ПАВ по свойствам на гидрофильные и гидрофобные. Первая группа ПАВ способствует повышению пластичности смесей, позволяя получать изопластичные смеси при разном содержании в них воды. Следовательно, смеси, в которые вводится гидрофильное ПАВ, содержат меньше воды, что создает условия для получения бетона более высокого качества (с большей прочностью, плотностью, морозостойкостью и рядом других свойств). Введение ПАВ создает возможность изменить состав бетона путем одновременного пропорционального снижения содержания в нем воды и цемента. В этом случае удается изготовить бетон при экономии в среднем до 10% цемента.
ПАВ гидрофобного типа особенно целесообразны для повышения таких свойств бетона, как соле- и морозостойкость, водонепроницаемость. Наиболее существенное повышение строительно-технических свойств бетона получается при комплексном использовании ПАВ обоих типов.
Рассмотрим существо физико-химических процессов, определяющих механизм действия ПАВ. При введении в смеси или в цемент ПАВ адсорбируются на поверхности зерен цемента.
ПАВ гидрофильного типа с д. б. (ранее выпускался продукт под названием сульфитно-спиртовой барды), адсорбируясь на зернах цемента, способствует снижению его качества и размеров флокул-агрегатов, из которых состоит цемент. Этот процесс называется пептизацией. Гидрофильные вещества создают на поверхности зерен своеобразный экран — защиту минералов цемента от контакта с водой, задерживая начало гидролиза и гидратации. При этом повышается устойчивость цементного теста к коагуляции. Кроме того, гидрофильная добавка, тормозя химические процессы, создает иные условия образования зародышей кристалликов новообразований, т. е. оказывает модифицирующее действие (связанное с изменением формы, в том числе кристаллической и свойств новообразований).
Перечисленные особенности адсорбции ПАВ, в данном случае с. д. б., кроме научных целей имеют значение для производства. Известно, что на первых этапах применения с.с.б. в cмеси (при ее приготовлении в бетоносмесителях) на ряде объектов был получен отрицательный результат: смесь быстро загустевала, а иногда не твердела в течение нескольких суток (пяти и более). Причиной, вызывающей быстрое загустевание смесей или длительную задержку твердения цемента, является различная адсорбционная способность минералов, недостаточное количество гипса в цементе, степень свежести поверхности зерен минералов и количество ПАВ в растворной или бетонной смеси. Там, где меньше трехкальциевого алюмината, может тормозиться твердение, так как поверхность гидратирующихся зерен силикатов кальция (C3S и C2S) покроется более толстым слоем с. д. б. по сравнению с цементом, в котором больше минерала С3А. В этом случае сказывается различие в адсорбционном эффекте минералов цемента.
Ранее было показано, что адсорбция с. д. б. на минералах цемента имеет избирательный характер и особенно высока на поверхности минерала СзА. Это можно проверить опытами с цементами, подвергавшимися до введения с. д. б. предварительному смешиванию с водой — предварительной гидратации. В этом случае количество с. д. б., адсорбирующейся на поверхности новообразований, значительно возрастает. Причиной такого изменения адсорбции является гидратирующийся минерал СзА и гидратирую-щийся минерал C4AF, скорость гидратации которых по сравнению со скоростью гидратации силикатов кальция (C3S и С2S) значительно выше. Затворение чистого синтетического цемента из минерала С3А всегда сопровождается высоким выделением тепла и своеобразным вскипанием теста, из которого выделяется водяной пар.
По указанным причинам вое цементы следует подразделять на группы пластифицирования, в которых введение добавок всегда приводило бы к получению технико-экономического эффекта. В настоящее время пользуются предложенным автором делением цементов на три группы, для которых назначаются исходные условия оценки состояния цемента — его качества на момент использования. Соответственно этому качеству назначается дозировка с. д. б. в пределах 0,154-0,3 (0,4)% от массы цемента на сухой остаток этого вещества.
Существует прием введения с. д. б. непосредственно в помольный агрегат при помоле клинкера. Цемент с добавкой с. д. б. назван пластифицированным. Эффект пластифицирования зависит от химико-минералогического состава клинкера, тонкости его измельче
Кроме того, с. д. б. после предварительной гидратации цемента не препятствует гидратации в нем минерала C4AF, в то время как затворение цемента с добавкой с. д. б. в воду затворения меняет ход химического процесса. В этом случае поверхность минерала C4AF блокируется ПАВ. Следовательно, меняется и распределение с. д. 6. на поверхности минералов. Число слоев добавки, покрывающей их поверхность, становится большим, так как площадь, покрываемая ПАВ, меньше площади зерен цемента, не вступивших в реакцию с водой, и новообразований из зерен, на поверхности и в массе которых прошли процессы гидратации.
Существует прием введения с. д. б. непосредственно в помольный агрегат при помоле клинкера. Цемент с добавкой с. д. б. назван пластифицированным. Эффект пластифицирования зависит от химико-минералогического состава клинкера, тонкости его измельчения, количества гипса, введенного при помоле клинкера, равномерности распределения пластификатора по поверхности зерен цемента. Несоблюдение этих условий, в ряде случаев, вызывает меньший эффект от введения с. д. 6. по сравнению с введением ее на строительной площадке. Изыскивается способ введения с. д. б. не к кусковому клинкеру, а к цементу, образующемуся после помола.
с. д. б. в жидком виде по мере развития удельной поверхности измалываемого клинкера в лабораторных условиях. Эти опыты показывают, что из-за чисто технической стороны пластифицирования цемента эффект введения с. д. б. ниже возможного. При пластифицировании максимальный эффект соответствует наибольшему уменьшению в смесях воды для любой заданной пластичности без торможения процесса из-за создания на поверхности твердой фазы слоев с. д. б., которые задерживают ход диффузии ионов, участвующих в обменной реакции между цементом и водой. С. д. б. химически не участвует в этой реакции.
Гидрофобизирующие добавки находят все более широкое применение в цементной промышленности и при производстве бетонных работ. Так же как при приготовлении цементов с добавками гидрофильного типа, например с. д. б., промышленность выпускает цементы с гидрофобизирующими добавками, что позволяет называть их в первом случае пластифицированными, а во втором — гидрофобизирующими.
При введении в бетонную смесь гидрофобизирую-щих добавок значительно повышаются морозостойкость, водонепроницаемость, деформативность и другие свойства бетонов. При этом удается с большим успехом регулировать тепловыделение, что имеет существенное значение при бетонировании конструкций или частей сооружений больших объемов, устраиваемых без членения (опоры мостов, фундаменты, например, под доменные печи, блоки гидротехнических сооружений и т. д.). Следует иметь в виду, что каждая из гидрофобизирующих добавок дозируется в строгом соответствии с нормативными указаниями или в полном соответствии с опытными данными, полученными при изучении ее свойств. Особый интерес представляет применение комплексных ПАВ, когда удается использовать положительное действие каждой добавки (гидрофилизующее и гидрофобизирующее). Эффект их применения значительно выше, чем от добавок одного вида, что подтверждено многочисленными исследованиями и опытными работами.
Источник: www.betontrans.ru
Эффективность добавок поверхностно-активных веществ
Рассмотрим, па какие процессы в технологии цементов, растворов и бетонов удается влиять, применяя добавки ПАВ, и каково их последействие в затвердевших цементных материалах.
Улучшение смачиваемости цемента и заполнителей
Из предыдущего параграфа видно, что добавки ПЛВ облегчают растекание воды тонким слоем по поверхности твердых частиц, входящих в состав бетонной смеси. Но тончайшие слои воздуха, адсорбированного но зернах цемента, песка, щебня, в том числе в их микротрещинах и микрощелях, или защемленного между зернами, в свою очередь препятствуют их смачиванию. Однако известно, что поверхностно-активные вещества обладают способностью эмульгировать воздух в воде, по этой второй причине добавки ПЛВ облегчают смачивание водой твердых составляющих бетона. Чем полнее произойдет смачивание компонентов бетона, тем большей будет однородность его свойств в различных участках тела бетона и тем выше окажется его качество.
Дефлокулирующее действие ПАВ на цемент
При взаимодействии воды с цементом его зерна частично слипаются, не успев заметно прореагировать с водой. Следовательно, в получаемом цементном тесте содержится некоторое количество агрегатов (скоплений) цементных частиц.
Такие агрегаты при своем образовании захватывают воду, поэтому ее приходится вводить в большем количестве, чем это теоретически необходимо, с тем, чтобы повысить подвижность (пластичность) системы. В таких агрегатах не только вода, но и сам цемент не используется полностью. Мелкие комочки цемента, не прореагировавшего с водой, остаются как бы упакованными в затвердевшем бетоне. Рядом исследований установлено, что добавки ПАВ являются дефлокулянтами цемента, повышая тем самым эффективность его использования [95].
Пластифицирующее действие ПАВ
(Уменьшение расхода воды и цемента при изготовлении бетонов и растворов). Хорошо известно, что при изготовлении бетонов и растворов всегда приходится решать следующую основную противоречивую задачу: нужно ввести много воды в бетонную (растворную) смесь, так как иначе трудно ее перемешать и уложить, а вместе с тем необходимо вводить как можно меньше воды, чтобы получить плотный и прочный бетон (раствор).
Цементное тесто в бетоне можно считать минеральным клеем для песка и щебня. В таком клее должно быть достаточно воды, чтобы он легко распределялся по поверхности твердого тела, но при разбавлении клея водой прочность склейки уменьшается.
Напомним, что портландцемент в процессе твердения способен химически связать воды всего лишь 20—25% своей массы. При этом образуются твердые гидратные соединения, которые обусловливают прочность бетонов. Между тем при изготовлении бетонов вынуждены расходовать воды 40—55% массы цемента (при условии вибрационного или другого эффективного метода уплотнения бетона), а в строительные растворы вводить воды 60—80%. а иногда и больше. Такое значительное количество воды нужно не для протекания химических процессов твердения, а только для того, чтобы получить смесь, достаточно удобную в работе при данных методах укладки и уплотнения.
Известно, что увеличение удельного расхода воды (т. е. увеличение водоцементного отношения) отрицательно сказывается на свойствах бетона (раствора). Та вода, которая не вошла в химическую реакцию с цементом, испаряется из бетона при его твердении, вызывая значительную его усадку и оставляя поры, подчас крупные, открытые, соединенные капиллярными ходами.
Наличие таких пор ослабляет структуру затвердевших бетонов (растворов), при этом понижается прочность, особенно при изгибе и растяжении, повышается способность впитывать воду и агрессивные жидкости. Любом коррозионный процесс связан с диффузией (прониканием) агрессивного вещества в тело материала. Чем больше открытых пор, тем интенсивнее идут диффузионные процессы и тем резче сказываются коррозионные воздействия на бетоны и на арматуру в них. Равным образом процессы частого попеременного намокания и высыхания, замораживания и оттаивания тоже протекают тем интенсивнее, чем больше открытая пористость цементного материала. В итоге снижается долговечность бетонных конструкций.
Таким образом, в технологии бетона заложено серьезное противоречие. Мы наблюдаем большое расхождение «лезвий ножниц» между количеством воды, нужным для процесса твердения цемента, и тем количеством воды, которое мы вынуждены давать для получения удобоукладываемых систем. Как же сблизить «лезвия ножниц»? Как устранить указанное противоречие?
Если бы мы могли применять цемент, который химически связывает не 20—25%, а, например, 40% воды, то получали бы цементный камень с невысокой пористостью. Такой цемент есть — это глиноземистый цемент, но его у нас н в других странах вырабатывают очень мало, так как основным сырьем для него являются бокситы, т. е. руда, необходимая для производства металлического алюминия.
Существует возможность уменьшить водоцементное отношение, изготовляя бетонные смеси, укладываемые при значительном механическом уплотнении. Для этой цели чаще всего применяют вибрирование. Следовательно, механическое уплотнение служит некоторому ослаблению основного противоречия, присущего технологии бетонов.
Однако в последнее время у нас и за рубежом намечается тенденция к отказу от применения вибраторов при производстве некоторых бетонных работ. Это объясняется главным образом тем обстоятельством, что операция вибрирования не поддается автоматизации, требует большой затраты тяжелого физического труда, обходится дорого. К тому же длительная работа с вибраторами иногда приводит к особому заболеванию работающих — виброболезни. Отказываясь в ряде случаев от использования вибраторов и существенно уменьшая тем самым долю ручного труда в производстве работ, строители обычно вынуждены расплачиваться за это перерасходом цемента.
Наряду со способами механического уплотнения имеется другой принципиальный и более эффективный метод уменьшения количества воды затворения при изготовлении бетонов — это использование добавок ПАВ. Эти добавки можно с успехом применять в любых бетонах, независимо от метода их уплотнения, в том числе и в внб-рируемых. С помощью добавок ПАВ можно уменьшать водоцементное отношение в бетонах в среднем на 10%. а в растворах па 12— 14%. Так как прочность бетонов и растворов зависит от водоцементного отношения, то для получения заданной прочности можно, снижая количество воды, уменьшать дозировку цемента обычно на 8—10%, а иногда и более. Иначе говоря, применение поверхностноактивных веществ дает возможность экономить цемент, т. е. служит одним из важных путей к решению общей задачи рационального и экономного использования материальных ресурсов в строительстве.
Уменьшение экзотермии бетона
Чем меньше расход цемента при изготовлении бетона, тем ниже его экзотермня. При возведении многих монолитных бетонных конструкций, например гидротехнических, необходимо, чтобы экзотермия бетона была по возможности невысокой, иначе возникают градиенты температур в бетоне, так как наружные слои бетонной конструкции охлаждаются водой или воздухом, а ее ядро — центральная часть — может нагреться. При этом возникают напряжения в теле бетона, которые обычно обусловливают образование трещин.
Внедрение добавок ПЛВ позволяет снизить расход цемента и тем самым уменьшить экзотермию бетона.
Уменьшение остаточной влажности пропаренных изделий
Очень важно, чтобы влажность изделий после пропаривания была по возможности низкой. Известны случаи, когда железобетонные изделия монтировали при наличии в них большого количества влаги (после пропаривания). В результате этого стены здания промерзали, микроклимат в жилых помещениях ухудшался, их внутренняя отделка портилась. Иногда обнаруживалась и коррозия арматуры, а также закладных деталей. В изделиях, имеющих сравнительно невысокую влажность благодаря применению добавок ПЛВ, такие явления не наблюдались.
Повышение жизнеспособности бетонных (растворных) смесей
Использование добавок ПЛВ позволяет повысить жизнеспособность бетонных (растворных) смесей, что особенно важно при их современном централизованном производстве на автоматизированных заводах. Заводи представляют собой крупные предприятия, каждое из них снабжает сотни строительных объектов готовыми бетонными (растворными) смесями.
Часто проходит 1,5—3 ч с момента изготовления смесей до применения их в дело. В этот период, особенно при жаркой погоде, нередко происходит преждевременное схватывание смесей, возникают производственные потери, ухудшаются свойства затвердевших материалов. Такие потери могут быть значительными.
Так, при централизованном изготовлении растворов, когда их перевозят па расстояние 20—40 км и они еще некоторое время хранятся на объекте, потерн иногда достигают 15% количества выпускаемого раствора и более. Иначе говоря, почти шестая часть продукции может оказаться неиспользованной. Для предотвращения преждевременного загустевания смесей товарных бетонов и растворов и применяют соответствующие добавки ПЛВ. Добавки ПЛВ нередко используют при изготовлении монолитных бетонных конструкций, например в гидротехнических сооружениях, когда требуется, чтобы слой уложенного бетона не успел схватиться, пока не уложат новый (верхний) слой бетонной смеси, ибо сцепление «свежего» бетона со «старым» происходит очень плохо, что вызывает ряд нежелательных последствии.
Приведем еще один пример, касающийся необходимости замедлять схватывание бетонных смесей. Бетонные смеси, получаемые при помощи электро- или пароразогрева, выгодны в производстве сборного железобетона, так как продолжительность тепловой обработки изделий сокращается на 30—35%. Но с повышением температуры резко ускоряется схватывание цемента. Чтобы предотвратить загу-стевание бетонных смесей, вводят добавки ПАВ, благодаря чему удается формовать смеси в горячем виде.
Следовательно, сохранение пластичности растворных и бетонных смесей на протяжении нескольких часов — это насущная задача, решаемая при помощи добавок ПАВ.
Гидрофобизация бетонов и растворов
Некоторые ПЛВ не только пластифицируют свежеприготовленные смеси, по вместе с тем гидрофобизуют бетоны (растворы) и изделия из них.
Почему важна гидрофобизация бетонов и растворов? Эти материалы представляют собой капиллярно-пористые тела и по своей природе гидрофильны, т. е. находясь в соприкосновении с водой, они ее впитывают.
Последствия, возникающие от вредного влияния поды, а также от попеременного замораживания увлажненного бетона и его оттаивания, в отдельных, правда редких, случаях становятся очевидными уже через 5—6 лет. Примером может служить характерное разрушение бордюрных камней, отделяющих проезжую часть дороги от тротуара. Но иногда мы наблюдаем крайнюю степень разрушения бетона от действия воды, т. с. когда конструкция находится в состоянии, близком к аварийному, или вовсе разрушается Так, летом 1976 г. в Австрии обрушился мост Рейхсбрюкке через Дунай. Причиной этой крупной катастрофы, как указывается в печати, послужило «ослабление прочности» цементного бетона в левобережной опоре моста вследствие действия воды и замораживания.
Вполне естественно, что дефекты в бетоне от вредного влияния поды не сразу достигают опасного предела, а накапливаются постеленью. Как показывают исследования А. П. Меркина и М. М. Батдалова, пагубное действие поды па бетон начинает проявляться с самого начала его службы в зданиях и сооружениях [15].
Опыты проводились на созданной ими акустической установке, устройство которой основано на следующем. Мгновенное образование трещины в твердом теле обычно сопровождается звуковым эффектом — треском. На указанной установке улавливают «микротрески», возникающие при образовании микротрещин в образце материала, затем эти звуки усиливаются, записываются на магнитную лепту и расшифровываются. Оказалось, что вскоре после погружения бетонного образца в агрессивную водную среду или всего лишь после однократного его замораживания в бетоне образуются микротрещины; их число увеличивается при последующих испытаниях.
Таким образом, вредное влияние воды на бетой проявляется па всем протяжении его службы в определенных конструкциях. При этом мы имеем в виду воду во всех ее агрегатных состояниях, т. е. в виде пара, жидкости и льда, а также воду, содержащую неорганические и органические вещества, опасные для бетона.
Итак, нередко возникает необходимость предотвратить в той или иной мере диффузию воды в тело бетона и тем самым ослабить пагубные действия увлажнения. Это, в частности, достигается гидрофобизацией. Одним из убедительных практических примеров, показывающих эффективность гидрофобизации бетона, может служить состояние конструкций Карлова моста через р. Влтаву в Праге.
Этот мост был построен в XIV в. Для сооружения его шестнадцати массивных опор был применен бетон на известковом вяжущем с добавкой куриных яиц. Природная водная эмульсия олеина, других жиров и иные составные части яйца являются прекрасными гидрофобизующими поверхностно-активными веществами. Карлов мост по размерам (его длина 516 м), а главное по характеру водной среды, климатологических и других факторов, воздействующих на бетон, имеет много общего с упоминавшимся венским мостом Рейхсбрюкке. Однако обычный цементный бетон последнего разрушился через несколько десятилетий, а известковый (на воздушной извести!), но хорошо гидрофобизованный бетон Карлова моста, являющегося выдающимся архитектурным памятником Европы, служит уже более пятисот лет.
Таким образом, гидрофобизации в определенной степени защищает бетон от действия воды и агрессивных водных растворов, затрудняя их проникание в тело материала. На рис. 1 показано положение капли поды (через 3 мни после нанесения) на гидрофобизованном порошке, полученном размолом образцов цементного камня с добавкой мылонафта. Обычный (не гидрофобизованный) цементный камень, как известно, впитывает воду почти мгновенно-Следовательно, при гидрофобизации ослабляется вещественный обмен бетона со средой; вполне естественно, что при этом долговечность конструкций повышается.
Объемная гидрофобизация строительных материалов с точки зрения их долговечности эффективнее, чем поверхностная обработка водоотталкивающими составами. Об этом, в частности, свидетельствует следующий факт. В начале текущего столетия за рубежом получили широкое распространение флюаты (растворимые соли кремнефтористоводородной кислоты), которые наносили на поверхность облицовки из природных (преимущественно карбонатных) камней или штукатурки. Исследования, проведенные в 30-х годах, показали, что флюатированный камень через 20—25 лет оказался в худшем состоянии, чем обычный. С тех пор коренным образом изменилось отношение к флюатированию как методу поверхностной обработки материалов.
Поризация легких бетонов
Добавки некоторых ПАВ, вызывая вовлечение воздуха в бетонные смеси, способствуют уменьшению объемной массы легких бетонов (на пористых заполнителях) и вместе с тем улучшают и другие свойства материала. Этот вопрос, весьма важный для легкобетонного строительства, подробно изучен в капитальных работах Г. А. Бужевнча, В. Г. Довжика, В. Вавржина и других исследователей и поэтому в книге не рассматривается.
Подытоживая приведенный (но далеко не полный) перечень влияния добавок ПАВ, подчеркнем, что наряду с достижением экономии цемента добавки ПАВ содействуют увеличению производительности труда в строительстве и улучшению его качества, способствуя, в частности, созданию долговечных бетонных конструкций, что существенно повышает эффективность капиталовложений.
Источник: www.arhplan.ru