Суперпластифікатори є аніонактивні органічні речовини колоїдного розміру з великою кількістю полярних груп в ланцюзі. Ефективність суперпластифікаторів залежить від структури, наявності та виду функціонально активних груп, їх розташування в молекулах, довжини і форми ланцюгів, молекулярної маси, Добавки-разжижители, перебуваючи в адсорбованому на зернах цементу і новоутвореннях стані, створюють «стерическое» ефект відштовхування. Цей ефект, обумовлений формами ланцюгів і характером зарядів на поверхні зерен цементу і гідратів, є причиною тривалого збереження життєздатності бетонних і розчинних сумішей. Таке механічне дію суперпластифікаторів в 3. 4 рази підвищує рухливість бетонної суміші.
Дія суперпластифікаторів обмежується 2. 3 год з моменту їх введення і після початкового уповільнення процесів гідратації і освіти коагуляционной структури настає прискорення твердіння бетону. Це пояснюється тим, що адсорбційний шар добавки на поверхні зерен цементу проникний для води, а дефлокулірующее дію ПАР збільшує поверхню контакту цементу і води, що призводить до збільшення числа гідратних новоутворень.
Суперпластифікатори вводять в бетонні суміші у вигляді водних розчинів робочої або підвищеної концентрації з розрахунку вмісту добавки в межах 0,7..1,5% маси цементу. При цьому доза суперпластифікатора повинна бути вище для високоалюмінатний цементів. Інтенсивність зменшення рухливості бетонної суміші в часі також залежить від алюмінатних цементу.
Суперпластифікатори. в основному, є синтетичними полімерними речовинами, тому дуже дорогі, і їх використання в бетонних і розчинних сумішах повинно бути технічно і економічно обгрунтовано. Але незважаючи на підвищену вартість, бетони, модифіковані такими ПАР, ефективні, так як економія цементу в них може досягати 50 кг / м 3 і більше. Крім того, застосування суперпластифікаторів дає можливість використовувати литі бетонні суміші, що призводить до зниження трудовитрат і поліпшенню умов праці на виробництві.
Среднепластіфіцірующіе добавки - це речовини гідрофільного типу, до яких відносяться такі широко застосовуються органічні продукти, як лігносульфонати, деякі ефіри та інші речовини, кожна молекула яких містить значну кількість функціональних груп різної полярності, що перемежовуються з неполярними радикалами.
При адсорбції на частинки цементу не всі полярні групи таких ПАР звернені в бік твердої фази, деякі найменш «профільні» з них, як і неполярні органічні радикали, звернені назовні. Таке адсорбційна покриття впливає, перш за все, на вихідну фазу - зерна цементу. Хоча сама плівка може бути моно- або бімолекулярний (в залежності від дозування пластифікатора), але за рахунок дальнодействующих вандерваальсова сил вона утримує поблизу себе досить товстий шар води. З цієї причини між твердими частинками створюється гідродинамічна мастило, що забезпечує зниження коефіцієнта внутрішнього тертя. Разом з цим, завдяки фізичній адсорбції в гирлах мікрощілин і мікротріщин клінкерної частини цементу, відбувається згладжування шорсткостей мікрорельєфу зерен, що також сприяє пластифікації бетонної суміші.
Дуже важливою особливістю гідрофільних ПАР є їх пептізірующее (диспергуючу) дію. Пептизація полягає в поділі агрегатів на первинні частинки під впливом розсовує дії активної поверхні цементних часток в процесі гідратації і гідролізу, що в свою чергу прискорює взаємодію цементу з водою і зменшує кількість не прореагував клінкерної матеріалу.
Модифікуючу дію ПАР призводить до уповільнення росту зародків кристалів новоутворень в результаті утворення на їх поверхні адсорбційних шарів. Уповільнення зростання окремих зародків викликає збільшення загального їх числа, т. Е. Дисперсність кристалічних продуктів гідролізу і гідратації цементу значно збільшується, що може надавати позитивний вплив на щільність формується структури, деформативність здатність цементного каменю і граничну розтяжність бетону.
При адсорбції ПАР на центрах кристалізації алюминийсодержащих фаз відбувається їх стабілізація, яка полягає в зменшенні швидкості росту і накопиченні великої кількості дрібних частинок новоутворень (часто рентгеноаморфних або погано закристалізуватися), т. Е. Дисперсність виникають структур твердіння при введенні підвищених концентрацій ПАР зростає. Це відноситься як до розмірів твердої фази, так і до середнього ефективному діаметру пір і капілярів.
Таким чином, добавки ПАР. вводяться в невеликих кількостях - 0,2. 0,25%, уповільнюють процеси гідратації і твердіння цементу, перш за все внаслідок екранування його зерен адсорбційними шарами.
Необхідно брати до уваги, що при великих дозах добавок відбувається підвищення в'язкості середовища, а також адсорбція ПАР на гідратних новоутвореннях, що призводять до значного уповільнення процесів тверднення бетону. При передозуванні гідрофілізірующіх ПАР можливо залучення в бетонну суміш бульбашок повітря, але вони ізольовані і легко видаляються з суміші при перемішуванні.
Як показали дослідження, дія пластифікуючих добавок різному для окремих мінералів цементного клінкеру. При введенні добавок слід враховувати їх сумісність з цементамі (через вміст у них С3 А і гіпсу), мінеральними дисперсними компонентами і між добавками при їх комплексному введенні. Пластифікатори гідрофілізірующего дії (типу ЛCТ) адсорбуються за схемою: С3 А> С4 АF> С3 S> С2 S, тому найбільш ефективно їх застосування в «жирних» бетонних сумішах на високоалюмінатний цементі.
Механізм дії слабопластіфіцірующіх добавок (пластіфіцірующе-воздухововлекающих), є речовинами гідрофобної типу, полягає в залученні в бетонну суміш найдрібніших бульбашок повітря і утворення на поверхні зерен цементу тонких (мономолекулярних) гідрофобних плівок. Така дія добавок різко зменшує змочування цементних зерен водою, що призводить до уповільнення реакцій гідратації і гідролізу клінкерних мінералів і, отже, до збереження на деякий час початкової в'язкості тіста в'яжучого.
Кількість залученого повітря може досягати
5% від обсягу суміші. Внаслідок цього збільшується обсяг цементного тесту, що грає роль мастила твердих компонентів суміші, і досягається ефект пластифікації. Це вказує на те, що використання пластифікаторів гидрофобного типу найбільш ефективно в «худих» сумішах.
У процесі перемішування бетонної суміші, адсорбовані на зернах цементу плівки молекул ПАР механічно здирають, завдяки чому забезпечується взаємодія води з цементом і не порушується перебіг процесів гідратації. Слабопластіфіцірующіе добавки. як і гідрофілізірующіе, подовжують термін початковій стадії структуроутворення, уповільнюють зростання пластичної міцності бетону в часі.
Система рівномірно розподілених пор з гидрофобизированной поверхнею в затверділому бетоні знижує капілярний підсос вологи і, тим самим, зменшує проникність бетону. В процесі заморожування утворилися пори подібно контракціонним виконують роль демпферів: знижують напруження і деформації, забезпечуючи підвищену морозостійкість матеріалу. Тому основним економічним ефектом застосування слабопластіфіцірующіх добавок. крім зниження водопотребности бетонних сумішей і скорочення витрати цементу, є підвищення довговічності залізобетонних конструкцій.