§23. Спеціалізовані модифікуючі добавки

Полімермодифіковані композиційні матеріали дозволяють ефект поєднувати позитивні особливості мінеральних в'яжучих І органічних зв'язуючих, регулюючи основні технологічні та експлуатаційні власти­вості за допомогою загусників різної природи.

Більш складні, високотехнологічні матеріали у своєму складі мають і інші хімічні добавки - модифікатори, які надають спеціальних влас­тивостей розчинним покриттям та складам у залежності від призна­чення та області застосування. Найбільш широко у виробничій практиці використовують гідрофобізуючі, повітровтягувальні добавки (пороутворювачі). поверхнево-активні речовини, піногасники {ан-тиспшювачі). пластифікатори (суперпластифікатори), регулятори швидкості тужавлення та твердіння, добавки, які зменшують величи­ну усадочних деформацій, протиморозні добавки, консерванти, регу­лятори водневого показника (насамперед у складах, де використовуються аніонні асоціативні загусники), коалесценти (плівкоутворювачі) тощо. У поєднанні з оптимально підібраним міне­ралогічним складом відносно невелика доза введення модифікуючих добавок здатна суттєво змінити у необхідну сторону властивості ком-пози^йних матеріалів, сприяючи покращанню їх технологічних та експлуатаційних властивостей, підвищенню конкурентоспроможності та розвитку передових будівельних технологій-

25,1, Гідрофобізатори

Гідрофобізуючі добавки - модифікатори, які вводять до складу ком­позиційних матеріалів д.\я надання їм водовідштовхувальних (во­достійких) властивостей.

Гідрофобні (водовідштовхувальні) матеріали характеризуються тим, що їх поверхня не змочується водою. Здатність тіла (часток) змочу­ватися або не змочуватися водою визначається, головним чином, хімічною природою його поверхні.

Відносною характеристикою змочування є значення крайового кута змочування (0), який утворюється поверхнею краплі рідини з пове­рхнею тіла (частки). Якщо 0 = 0, то поверхня тіла повністтю змочу­ється рідиною, 0 = 180° характеризує повне незмочування. Величина со5 0, що називається змочуванням, може змінюватись від + 1 (при 0 = 0) до -1 (при 0 = 180'). Всі поверхні, у яких 0<9О° (со5 0 > 0), вважаються такими, що змочуються (гідрофільними), при 0 > 90^ (соз 0 < 0) - що не змочуються (гідрофобними), як це показано на рисунку 23.1.

Гідрофобність (гідрофільність) матеріалу є головним фактором, який визначає його водопоглинання.

Сучасні конструкційні матеріали повинні мати водостійкість та гідро­фобність, В основному це легкі адгезивні, ізоляційні штукатурки, фа­садні оздоблювальні покриття, штукатурки д,\я реставраційних робіт, у т, на основі гіпсового в'яжучого, В одо ізолювальні властивості повин­ні мати також гідроізолюючі та водозахисні покриття та просочення, ін'єкційні склади для захисту підземних споруд від ґрунтових вод.

Водовідштовхувальні властивості необхідні також композиційним ма­теріалам спеціального призначення, деяким видам заливних сумішей та клеїв, панелям з гіпсової штукатурки і природного каменю

Надання матеріалам водовідштовхувальних в ся введенням до їх складу спеціальних добавок - гідрофобізаторів. У технології виробництва композиційних матеріалів використовують різні способи масової (об'ємної) гідрофобізації, що відрізняються введенням гідрофобізаторів, відмінних один від іншого за хімічною природою.

1. Металеві мила (стеарат цинку, стеарат кальцію, олеат натрію) зай­мають у цьому відношенні перші позиіуї у виробництві композиційних матеріалів внаслідок їх високої дисперсності (а, значить, і великої пи­томої поверхні), а також ефективних водовідштовхувальних в тей. Покриття, виконане з композиційного матеріалу, що металеві мила, забезпечує стабільну багаторічну водостійкість конструкщї.

Характеристика гідрофобізаторів наведена у таблиці 25.1.

2. Дуже ефективними гідрофовізуючими добавками є силіконові гід­рофобізатори, отримані шляхом осадження (сорбції) кремнійорганічних смол на мінеральних носіях - Са(ОН}2. СаСОз, 5і02.

Силікони мають більш широку область застосування; їх додають як у сухі будівельні суміші, так і у дисперсійні, готові до застосування полімерні склади, забезпечуючи ефективну стійкість до впливу вологи. При використанні як захисних складів герметиків їх функціональні мож­ливості дуже великі.

Особливість силіконів як засобів захисту споруд полягає у тому, що їх хімічка структура надає покриттям, які їх вміщують, відмінного во­довідштовхувального ефекту та, одночасно, оптимальної паропро­никності І довговічності. Вони використовуються як для гідрозахисту і санаї^ї будівельних об'єктів, так і для заводської обробки будівельних матеріалів.

Силіконові модифікатори та засоби захисту призначаються:

- для гідрофобізації дисперсних полімерних складів та сухих будівель­них сумішей;

- як зв'язуюче для фарб та штукатурок на основі силіконових смол;

- як гідрофобізуючий засіб для обробки будівельних матеріалів, міне­ральних основ з натурального або штучного каменю:

- як ґрунтовки під штукатурні та ізолюючі покриття, фасадні фарби на основі РПГІ і полімерних дисперсій;

- як закріплювач основи;

- як засіб для ін'єктування у шпури при осушуванні мурування. Передовою розробкою є силікони, що роз6авляються водою - ЧІ'аскег

(Ваккер СМК"' 13111. Ваккер СМК^2100. Ваккер СМК"^2101, Вак-кер ВЗ 49 тощо), - екологічно чисті продукти, які витісняють з ринку матеріали з розчинниками.

Другу важливу функцію силікони виконують як герметики. Клеї-гер-метики Ваккер Е1\астосіл^ є незамінними у сучасному підземному та наземному будівництві для надійного захисту швІв будівельних конст-

3. Добавки комплексної дії, які забезпечують поряд з наданням інших необхідних властивостей ефект гідрофобізації. Найбільш розповсюдже­ними у виробництві композиційних матеріалів добавками є реднсперсійні порошки типу К1 5512-5542(ЬЬ5054), ЬЬ5820 (^асккет. Німеччи­на), АсгопаІ® 3420Р {ВАЗР, Німеччина), Мо^іІііЬ Рикет ОМ 2072 (Се1апе5е, Німеччина), Оаігеп ОА-5400 (Оаігеп СЬешісаі СогрогаЬіоп,

Тайвань), ОЬР1240 {00^1/, США). відносять

Гідрофобізаиія досягається частіше всього шляхом механічної гідро­фобізації (виняток - добавки третьої групи) - введенням до складу ком­позиції гідрофобної фази, тому отриманий ефект визначається тільки концентрацією добавки, тонкістю її помелу І рівномірністю розподілу у композиції. При такому способі гідрофобізації отримання помітного ефекту можливо лише пои відносно високій кониентоаііії гілоосЬобІзато-ра у складі (1-3%), дисперсності його часток (~І0 мкм) та їх гомоген­ному розподілу в оо єм1 розчинової суміші. Пооїчними наслідками такої гідрофобізації є попршення змочування при замішуванні сухої суміші, а також підвищене повітровтягування, що може привести до зниження міцності розчину. ^ ряді випадків спостерігається також зниження ве-,11 до основи. Однак при цьому досягається головний ефект і гідрофобізаторів - зниження капілярного водопоглинання, а з ним - підвищення довговічності матеріалу конструкщі, його стійкості до висолоутворення.

Такі гідрофобізуючі добавки, як. наприклад, стеарати кальцію, стеарати цинку, відносять до неактивних гідрофобних агентів, які хімічно не взаємодіють з компонентами складів.

На відміну від них інші гідрофобні агенти, наприк.\ад, олеат натрію, є активними і вступають в хімічну реакцію з гідроксидом кальцію, ут­ворюючи нерозчинні солі (кальцієві мила). Для завершення цієї реакції необхідний певний час, тому гідрофобний ефект виявляється не відра­зу, і це дозволяє скоротити час перемішування суміші з водою (у порівнянні з неактивними гідрофобними агентами). Таким чином, з'яв­ляється можливість застосовувати гідрофобізатори активного типу при машинному нанесенні розчинових сумішей.

Для усунення негативного супутного явища, пов язаного із застосу­ванням неактивних гідрофобізаторів (погіршення змочуваності при замі­шуванні сухих сумішей), застосовується капсулювання пдрофоВізуючих агентів з блокуванням поверхні пдрофоОних часток пдрофільними плівками, які при замішуванні переходять у розчинову суміш і дозво­ляють гідрофобним часткам проявляти свою дію вже у суміші.

25.5. Регулятори швидкості тужавлення (твердіння)

Можливість регулювання швидкості тужавлення (твердіння) - не­обхідна умова норма.\ьної організації технологічних процесів з розчин-овими сумішами та ефективності їх пода.\ьшого твердіння.

Регулювання цих процесів найбільш актуальне д.\я сухих будівельних сумішей, а вибір відповідних добавок - модифікаторів диференціюється в залежності від мети їх застосування, на сповільнювачі і прискорювачі тужавлення і прискорювачі тверлнення (зміинювачі).

25.5.1. Сповільнювачі тужавлення

Сповільнювачі тужавлення - порошкоподібні речовини, які вводять до складу сухих будівельних сумішей з метою сповільнення процесів тужав­лення в'яжучого при замішуванні сухої суміші водою і збільшення часу живучості розчинових сумішей (часу придатності І відкритого часу).

Технологічність Бяжучого (здатність протягом певного часу перебу­вати в пластичному стані) і інші властивості розчинових сумішей і роз­чинів залежать від взаємовпливу цілого ряду параметрів:

- вид в'яжучого (цемент, гіпс - штучний або природний);

- наявність, вид і кількість домішок (добавок) до в'яжучих;

- особливості виробництва і мінералогічний склад в'яжучого;

- кількість водн замішування (співвідношення вода / вяжуче);

- методи приготування і способи застосування розчинової суміші (ручний, механізований);

- наявність модифікуючих добавок до суміші.

Принцип дії сповільнювачів тужавлення заснований на сповільненні росту гідратних кристалів у системі в'яжуче - вода. Концентрація спо­вільнювачів в сухих будівельних сумішах залежить від їх типу (хімічної природи) і знаходиться звичайно в межах 0,01 - 0,3 мас. % суміші.

Основні добавки такого призначення - органічні сполуки. Ефективність їх дії може бути настільки великою, що початок тужавлення суміші мо­же затриматися на декІ\ька діб або взагалі на невизначений час.

З сповільнювачів, які рекомендуються до практичного застосування, слід виділити винну І лимонну кислоти, цитрат кальцію і цитрат натрію, лігносульфонати кальцію і натрію (у вигляді порошків), глюконат натрію- Лігносульфонати є нєочищеними продуктами і частково їх сповільнююча дія пов'язана з наявністю домішок глюконатів і сахаро­зи- В якості сповільнювачів можуть бути використані також добре розчинні у воді кристалічні порошки триполіфосфату натрію, дигідро-фосфату калію і нітрилотриметиленфосфоноєої кислоти (НТФ), Ці ,

сполуки можуть бути продуктами основного синтезу, а також можуть '

входити у склад комплексних сповільнювачІБ-

ДеякІ приклади добавок - сповільнювачів тужавлення, що випуска­ються у вигляді порошків:

- лимонна кислота - СН2СООН-С(ОН)СООН;

- НТФ (нітрилотриметиленфосфонова кислота);

- триполіфосфат натрію - NазРзО|^;

- глюконат натрію - натрієва сіль глюконовоі кислоти;

- глюцидекс 29 - висушений розпиленням глюкозний сироп;

- окисли металів (РЬО, 2п0).

Характер дії сповільнювачів тужавлення в значній мірі обумовлений, як хімічною природою, так І показниками рН розчинової суміші.

Побічним ефектом введення добавок - сповільнювачів тужавлення є сповільнення гідратації і тверднення в'яжучих систем, особливо на ранніх стадіях тверднення (1-3 доби). Добавки цього типу використовують при твердінні розчинових і бетонних сумішей в умовах підвище­них температур, а також для компенсації ефекту прискорення дії інших функціональних добавок. Прикладами складів, що потребують застосу­вання сповільнювачів тужавлення, можуть бути сумІшІ для улаштування підлог, деякі ремонтні і практично усі склади на основі гіпсу.

Добавки - сповільнювачі тужавлення досить ефективні концентраціях. Сповільнення тужавлення йому в'яжучому викликається адсорбщєю добавок на продуктах гідратації цементу, особливо на СаСОН)), а також на поверхні вихідних негідра-і матеріалів. На результат дії добавки впливає склад цементу ь у ньому добавок, вмісту лугі ратури застосування. Слід мати на увазі, що в багатьох нення тужавлення сумішей на основі портландцементу ефектом введення інших модифікуючих добавок, причому їх вплив може виявитися дуже суттєвим. Так, спові.\ьнення строків тужавлення може бути наслідком введення добавок - пластифікаторів (водознижувачів), водоутримувальних і загусних тощо. В розчинових сумішах на основі гіпсового в'яжучого сповільнювачі ту-а спові,\ьнюють зростання гідратних крис-, тужавлення характеризується пропорщйною к дозуванням і часом тужавлення і високою ефективністю як при великих, так і при малих дозах введення.

Дієвість добавки за-\ежить від походження гіпсу, виду і кількості до­мішок у ньому, особливостей виробництва (умови термічної обробки і помелу), методу приготування і способу застосування розчиновоі суміші.

у загальному випадку у складі сумішей передбачено використання од­ного відповідного сповільнювача, проте не виключено введення комбінації декількох типів сповільнювачів тужавлення для оптимізації сумарного ефекту-

Сповільнювачі тужавлення діють також і в сумішах, що містять вап­но, яке зазвичай додають як загусник і засіб проти цвілі.