Синтетическая воздухововлекающая
добавка на основе модифицированных
нафталинсульфонатов

Воздухововлекающие добавки занимают относительно небольшой сегмент на
рынке химических добавок, однако играют очень важную роль в технологии бето-
на и производстве бетонов с улучшенными эксплуатационными свойствами (Нigh
Рerformance Сoncrete). Добавки этого типа используют для облегчения укладки
жестких бетонных смесей, для улучшения прокачиваемости бетонных смесей, для
получения легких бетонов заданной плотности и, наконец, для обеспечения высо-
кой долговечности бетонов в условиях замораживния-оттаивания.

Наиболее известные добавки этого типа - производные при-
родных абиетат-содержащих материалов (Vinsol - на Западе;
СНВ, СДО - у нас), а также синтетические продукты (алкилбен-
золсульфонаты, лаурилсульфат натрия). В гораздо меньшей
степени применяют добавки на основе солей жирных кислот и
алкилсиликонатов.
Каждый из указанных типов воздухововлекающих добавок
имеет свои достоинства и свои недостатки. Главное, что все они
являются продукцией (основной, а чаще - побочной) других от-
раслей, лишь адаптированной к условиям производства строи-
тельных материалов, но не специально разработанной добав-
кой (как, например, суперпластификаторы).
Раньше уже отмечалось [1], что олигомерные полиметилен-
нафталинсульфонаты (ПНС) в определенном диапазоне моле-
кулярных масс проявляют свойства воздухововлекающих до-
бавок и способны существенным образом модифицировать
микроструктуру цементного камня в бетоне. В ходе дальней-
ших исследований по развитию концепции синтеза химически
модифицированных ПНС в качестве химических добавок в бе-
тон с комплексом разнообразных свойств [2] мы получили воз-
духововлекающую добавку, названную «Аэропласт».
Обсуждение
На рис. 1 представлена обобщенная структурная формула
Аэропласта. Производство этой добавки включает все класси-
ческие стадии синтеза ПНС и, кроме того, стадию введения до-
полнительного заместителя в каждое нафталиновое ядро.
Воздухововлекающая добавка Аэропласт может произво-
диться как в виде водного раствора, так и в форме порошка. Рас-
творимость сухого Аэропласта высокая (>40%), однако из-за
примеси сульфата натрия такие концентрированные растворы
неустойчивы при хранении. Из разбавленных растворов Аэро-
пласта даже при температурах около 0 0С выпадение кристалли-
ческого осадка не происходит.
Как и в случае других нафталинсульфонатов водный рас-
твор Аэропласта представляет собой темно-коричневую жид-
кость со специфическим запахом. При одинаковой кон-
центрации вязкость раствора Аэропласта чуть ниже, чем у
традиционных добавок на основе ПНС (табл. 1), а рН находит-
ся на обычном уровне. Спектральные характеристики образ-
цов отличаются существенно, отражая заметные изменения в
химическом и молекулярном составе продуктов.
В еще большей степени структурные изменения сказались
на поверхностно-активных свойствах. Если коммерчески до-
ступные нафталинформальдегидные суперпластификаторы
(СНФ) не проявляют сколь-нибудь заметную пенообразую-
щую способность (зависимость указанной характеристики от
молекулярной массы см. [3]), то Аэропласт образует мелко-
дисперсную устойчивую пену. Сопоставление с известными
воздухововлекающими добавками (табл. 2) показывает, во-
первых, различный механизм воздухововлечения в бетонные
смеси с добавками разных типов и, во-вторых, заметное пре-
восходство Аэропласта над классической добавкой на абие-
татной основе на уровне водных растворов.
В соответствии со своей молекулярной структурой Аэ-
ропласт может пластифицировать цементные системы по
2 механизмам:
- посредством воздухововлечения (подшипниковый эф-
фект);- через кулоновское отталкивание частиц цемента после ад-
сорбции добавки на продуктах гидратации.
При сопоставительных испытаниях по методике мини-
конуса модифицированные ПНС (Аэропласт) заметно усту-
пают по пластифицирующей способности обычным СНФ
(рис. 2). Это обусловлено двумя причинами: 1) значитель-
ным различием в средней степени поликонденсации; 2) от-
сутствием возможности эффективного воздухововлечения
при стандартном испытании цементного теста.
Действительно, при введении Аэропласта в бетонную
смесь, перемешиваемую в гравитационной мешалке, эффект
воздухововлечения проявляется уже при минимальных дози-
ровках Аэропласта, соответственно, быстро возрастает и пла-
стичность смеси (табл. 3).
Испытания различных партий Аэропласта на различных це-
ментах показали, что при дозировке 0,05% дополнительное
воздухововлечение составляет 2,5-4% при незначительном
изменении подвижности бетонных смесей (на 1-2 см). При до-
зировке 0,1% дополнительное воздухововлечение составляет
уже 7% и более, а подвижность возрастает на 5-8 см. Даль-
нейшее повышение дозировки Аэропласта до 0,15% и выше
сопровождается незначительным ростом воздухововлечения
в соответствии с известными классическими зависимостями
[4]. Максимально достигнутое воздухововлечение в бетонную
смесь с Аэропластом составило 13,6%, подвижность при этом
возросла с П1 до П4 (до 17 см).
Отметим, что при минимальных требуемых уровнях допол-
нительного воздухововлечения (2,5-4%) прочность бетона не
снижается (табл. 3); при большем воздухововлечении наблю-
дается закономерное снижение прочности.
Имея ту же основу, что и ПНС, Аэропласт успешно совме-
щается с нафталинформальдегидными суперпластификатора-
ми. При этом воздухововлекающая способность Аэропласта
не снижается в достаточно широком диапазоне подвижностей
(табл. 4).
Цементно-песчаные растворы
Как показали исследования, весьма перспективным на-
правлением применения новой воздухововлекающей добав-
ки являются тощие бетонные смеси и растворы. Действительно
(табл. 4), введение 0,05% Аэропласта в тощий раствор позво-
лило повысить подвижность до 12 см при одновременном сни-

жении В/Ц до 0,99. Полученные растворы обладали хорошей
удобообрабатываемостью и сниженным водоотделением и
расслаиваемостью. В соответствии с ранее обсужденными за-
кономерностями введение даже минимального количества
суперпластификатора (0,1%) повышает воздухововлекающее
действие Аэропласта и за счет дальнейшего снижения В/Ц по-
зволяет существенно улучшить прочность затвердевшего ма-
териала.
Долговечность
Способность Аэропласта образовывать устойчивую мел-
кодисперсную пену может оказаться весьма полезной для
повышения долговечности бетона в условиях воздействия
агрессивных факторов внешней среды.
Мы сопоставили структуру и свойства бетонов, получен-
ных при использовании традиционных воздухововлекающих
добавок (лигносульфонат + алкилсиликонат) и модифици-
рованных ПНС (Аэропласт). Данные табл. 5 показывают, что
комплексная добавка СНФ+Аэропласт обеспечила большее
воздухововлечение (1,2% и 2,3%, соотв.), лучшие прочност-
ные характеристики и заметное (в 2 раза) повышение моро-
зостойкости. В ходе расширенных испытаний бетонов, полу-
ченных из высокоподвижных бетонных смесей с комплексом
СНФ+Аэропласт, легко достигалась морозостойкость F600.
Анализ характеристик поровой структуры (табл. 6-7) про-
водился оптическим методом в соответствии со стандар-
том ASTM C 457-90(92). Согласно данным табл. 6 по срав-
нению с контрольным составом при введении добавки
СНФ+Аэропласт содержание мелких пор возрастает поч-
ти вдвое (с 12,65 до 23,53%), а их количество - более чем
в 3 раза. В то же время количество пор размером более 0,3
мм увеличилось всего на 8%. Это означает существенное из-
менение дифференциального распределения пор по разме-
рам со смещением в сторону большего содержания наибо-
лее мелких пор.
Вычисленное значение фактора расстояния (L) для кон-
трольного состава и состава с Аэропластом равняется 0,256
и 0,128 мм, соотв. Такое изменение микроструктуры означа-
ет, что Аэропласт благоприятствует созданию весьма долго-
вечного материала.
Выводы
1. Разработан новый тип синтетической воздухововлекаю-
щей добавки на основе химически модифицированных ПНС
(Аэропласт).
2. В соответствии со своей химической структурой и
поверхностно-активными свойствами на различных границах
раздела Аэропласт способен пластифицировать цементные
системы как посредством воздухововлечения (эффект под-
шипников), так и по механизму кулоновского отталкивания.
3. Дополнительное воздухововлечение в бетонные смеси
при дозировке Аэропласта 0,05% и 0,1% составляет 2,5-4% и
более 7%, соответственно.
4. Воздухововлекающая способность добавки возрастает
при увеличении подвижности бетонных смесей, при этом Аэ-
ропласт хорошо сочетается с традиционными ПНС.
5. Высокую эффективность Аэропласт проявляет в тощих
растворах, где обеспечивает высокую подвижность и нерас-
слаиваемость смесей.
6. На уровне микроструктуры цементного камня Аэропласт
обеспечивает создание хорошо развитой системы мелких пор
(доля пор менее 0,3мм составляет свыше 95%) и обеспечива-
ет L <0,2 мкм.
Ссылки
1. Vovk A.I., Vovk G.A., Usherov-Marshak A.V. Regularities
of hydration and structure formation of cement pastes in
the presence of superplasticizers with different molecular
mass. Proceeding of the Fifth International Conference on
“Superplasticizers and Other Chemical Admixtures”. Editor V.M.
Malhotra. ACI SP-173, Rome, Italy, pp. 763-780 (1997).
2. Вовк А.И. Технологии бетонов. 2008, №10, с.26-28.
3. Vovk A.I.. Surface-active properties of poly(methylenenaphthalene-
sulfonates). Colloid Journal. 1998. V. 60. No 2. P.
161-165.
4. Collepardi M. The New Concrete. Publ. by G. Tintoretto.
Italy, 2006, 421 p.
5. Ouyang X., Guo Y., Qin X. The feasibility of synthetic
surfactant as an air entraining agent for the cement matrix.
Construction and Building Materials. 2008. V. 22. N8, pp. 1774-
1779.

ООО «Полипласт Новомосковск»
301653, Россия, Тульская область,
г. Новомосковск, Комсомольское шоссе, д. 72
тел.: (48762) 2-11-36, 2-11-40, 2-11-48
факс: (48762) 2-11-04, 2-11-55
e-mail: sekretar@polyplast-nm.ru
http://www.polyplast-un.ru