СЕКРЕТИ ДОБРОГО БЕТОНУ

З точки зору нефахівця, та й рядового робітника на будівництві, у бетону немає ніяких секретів: цемент, пісок чи щебінь, вода – і все. Однак хімічні добавки суттєво розширюють можливості бетонів, підвищують їх споживчі характеристики і навіть дозволяють заощаджувати цемент.

Причому галузь будівельної хімії, зокрема, добавок до бетонів, швидко еволюціонує: регулярно з’являються нові, все досконаліші добавки, а приблизно раз на десятиліття – нове покоління добавок.

Від промислових відходів – до добавок комплексної дії
Покращувати якість розчинів, а згодом – бетонів шляхом додавання певних речовин – ідея не нова. Фахівці стверджують, що яйця, які ще в середньовіччі додавали в розчин задля міцності, теж можна віднести до добавок у бетони.

З розвитком науки, особливо хімічної, для поліпшення бетонів почали використовувати різноманітні штучні хімічні речовини. Одні уповільнювали схоплення, інші прискорювали тужавіння, ще інші підвищували температуру замерзання тощо.

Нерідко такими речовинами були промислові відходи. Особливо їх «любили» у Радянському Союзі, позаяк будівельникам вони діставалися безкоштовно, а пріоритетом будівництва тоді була мінімізація кошторису.

В Японії, Західній Європі і Північній Америці незабаром стали використовувати синтетичні добавки, а згодом – добавки комплексної дії, які змінювали відразу кілька характеристик бетону. Колись, наприклад, при доданні пластифікуючої добавки уповільнювалося тужавіння бетону, при доданні протиморозної – знижувалася міцність.

Сучасні добавки дозволяють одночасно уповільнити схоплення і прискорити набирання міцності з початком тужавіння або запобігти замерзанню води в бетоні без шкоди для міцності.
На сьогодні як добавки до бетону використовуються десятки і сотні речовин, а кількість найменувань добавок, що виготовляються у світі, давно перевищила тисячу.

Добавки для бетонів випускають сотні фірм, та найважливішу роль на цьому ринку відіграють провідні світові виробники будівельної хімії – Sika, Mapei, Schomburg, MC Bauchemie, BASF (добавки під маркою Woerment), Henkel (TM Ceresit), Deitermann. Добавки цих фірм добре знають в Україні, адже вони тут мають свої підрозділи або дилерів (так, добавки Woerment завозить фірма «Альпі-Львів»), а MC Bauchemie навіть відкрила в нашій країні своє виробництво.

Крім того, в Україні поширені добавки словацької фірми Stachema, російських «Поліпласт» та «СКТ-Стандарт», які теж мають тут свої торгові підрозділи. Випускають добавки для бетонів і вітчизняні фірми – «Будіндустрія ЛТД», «Корал» (обидві - Запоріжжя), «Містім» (Рівне).

Добавки: властивості і можливості
Відповідно до властивостей, яких надають бетону, європейські норми (EN 934-2) виділяють такі основні групи добавок:
- пластифікатори;
- суперпластифікатори;
- прискорювачі;
- уповільнювачі;
- ущільнювачі;
- пороутворюючі;
- піноутворюючі;
- стабілізатори;
- прискорювачі для торкрет-бетонів;
- антихромати;
- допоміжні.

Так, для зміни реологічних властивостей бетону (підвищення пластичності, розрідження) застосовуються лігносульфонати натрію чи кальцію, меламінові смоли, поліакрилати, а в останні роки – і полікарбоксилати. До пластифікаторів відносять лігно-, меламін- та нафталінсульфонати, до суперпластифікаторів – поліакрилати і полікарбоксилати.

Ці речовини дозволяють збільшити рухливість бетонної суміші за збереження водо-цементного відношення або знизити витрати води за збереження рухливості суміші. Також вони дають змогу зменшити витрати цементу без шкоди для кінцевої міцності бетону.

Зазвичай пластифікатори допомагають зберегти рухливість суміші і скоротити витрати води на 8-18%, а розріджувачі – на 18-30%, бо зайва вода, як відомо, уповільнює тужавіння і знижує міцність бетону. Економія цементу завдяки пластифікаторам, як правило, становить 10-20% за збереження міцності бетону.

Добавки-прискорювачі пришвидшують процеси схоплення або тужавіння бетонних сумішей. Ці властивості необхідні для бетонування взимку або для прискорення процесу будівництва: застосування прискорювачів дозволяє швидше зняти опалубку і продовжити бетонування.

Так, за даними фірми MC Bauchemie, застосування прискорювачів під час бетонування конструкцій стадіону «Донбас-Арена» дозволило знімати опалубку вже через шість годин. Є добавки, які дають змогу досягти міцності бетону в 1-2 МПа вже через годину після заливки.

Ще важливіше прискорене набирання міцності для заводів залізобетонних виробів. Спеціальні добавки розроблені і для цих виробництв. Деякі матеріали дозволяють розпалублювати вироби моментально, що необхідно, наприклад, при виробництві порожнинних плит.

Уповільнювачі схоплення незамінні влітку, а також при спорудженні великих об’єктів монолітним способом, при подачі бетонних сумішей насосами та при транспортуванні бетону на значні відстані.

Добавки-уповільнювачі (зазвичай це сахарози) дають змогу розтягнути процес схоплення суміші з 30-45 хв. (без добавки) до 4-12 годин. Випробування показали, що можна досягти збереження рухливості протягом 48 годин, але, звичайно, така суміш вийде «золотою».

Отже, використовуючи добавки-уповільнювачі, постачальники бетону можуть працювати з індивідуальними забудовниками, чиї об’єкти знаходяться за 100 і більше кілометрів від міста, а також розташовувати виробництво за містом, де земля дешевша.

На великих об’єктах, що споруджуються монолітним способом (зокрема, стадіони, мости), застосування уповільнювачів дозволить протидіяти розшаруванню бетону і таким чином уникнути «холодних швів» і гарантувати справжню монолітність конструкції.

Добавки-ущільнювачі підвищують опір бетону проникненню води, в тому числі під тиском. Подібні добавки забезпечують виконання водонепроникних монолітних конструкцій так званим «методом білої ванни».

Пороутворюючі добавки підвищують пористість бетону. Це полегшує процес виходу вологи з бетону, завдяки чому можна уникнути замерзання води всередині конструкції і запобігти розтріскуванню і передчасному руйнуванню останньої. Висока пористість бетону необхідна під час будівництва доріг, мостів та інших конструкцій, які вимагають підвищеної надійності.

Піноутворюючі добавки використовуються при виготовленні ніздрюватих бетонів, а також виробів з них.

Тенденції ринку
Нині спостерігається тенденція до переходу будівельної галузі, – як в країнах ЄС, так і у нас, – на пластифікатори останніх поколінь (акрилати і особливо полікарбоксилати) і в цілому – від простих, однонаправлених добавок на добавки комплексної дії, які змінюють відразу кілька характеристик бетонної суміші.

Наприклад, у країнах Центральної Європи падає попит не тільки на лігно- та нафталінсульфонати, а й на поліакрилати. Зате стрімко зростає попит на полікарбоксилати.

Адже саме завдяки сучасним добавкам були створені нові типи бетонів, які зараз активно впроваджуються в країнах ЄС, – високофункціональні (високоміцні), самоущільнювальні, реакційно-порошкові.

Причина таких тенденцій проста: властивості, які надають бетонним сумішам суперпластифікатори, насамперед полікарбоксилати, особливо запитані в сучасних умовах.

Так, досвід показує: виробництво бетону на високотехнологічних змішувальних вузлах на заводах більш конкурентоздатне, ніж на об’єктах. На великих об’єктах могли б працювати мобільні бетонозмішувальні вузли, але не всім вигідно їх купувати – не в усіх фірм є для них завантаження або кошти на придбання.

Тож в умовах сучасного мегаполіса бетон доводиться везти на об’єкт упродовж години-двох, приміром, на заміські об’єкти, за 50 км і більше. «Дідівський» спосіб уникнення застигання бетону в міксері шляхом передозування води негативно впливає на якість бетону, і в сучасних умовах неприйнятний. Тому в літній період виробники товарного бетону у великих містах активно застосовують пластифікатори.

Висока пластичність бетонної суміші також полегшує процес її укладання. Вона просто необхідна в умовах сучасного висотного монолітного будівництва, коли бетонну суміш доводиться подавати насосами на велику висоту.

Дуже важлива пластичність бетонної суміші і під час заливки густоармованих конструкцій, які останнім часом значно частіше застосовують з поширенням монолітного будівництва, зокрема, висотного житлового.

Висока пластичність дозволяє виготовляти литі бетони, зокрема, з ефектом самоущільнення. Високопластичну бетонну суміш легше вібрувати, а це – зниження витрат електроенергії, яка за останні роки суттєво подорожчала. До того ж, подорожчання енергоносіїв викликало і зростання цін на цемент, що змусило будівельників шукати нові шляхи його економії.

Саме таким новим шляхом економії цементу, а також способом покращення властивостей бетонної суміші стало нове покоління пластифікаторів, які ще називають супер- чи гіперпластифікаторами, – полікарбоксилати. Вони забезпечують економію цементу до 25%, а деякі добавки – до 35% і навіть у 1,5 рази.

Важливість цього факту важко переоцінити. Адже, як відзначає один з провідних вітчизняних бетонознавців, кандидат технічних наук Анатолій Синякін, в Україні під час приготування бетонних сумішей витрати цементу значно вищі, ніж у Західній Європі: перевитрата цементу досягає 100-180 кг на кубометр бетону.

Це суттєво впливає на собівартість монолітного будівництва, зокрема, житлового.
Також суперпластифікатори дають змогу підвищувати рухливість бетонної суміші з Р1 до Р5 без зниження міцності бетону. Більше того, міцність бетону на другу добу на 40-50%, а на 28-у добу – на 25-30% вища, ніж без добавки. З суперпластифікаторами стало реальним створення бетонів марки міцності В100-120 (або М1000 за старою класифікацією).

При цьому щільність бетону зростає на 10%, а морозостійкість – до 300 циклів. Наприклад, за інформацією фірми «Альпі-Львів», на практиці вдавалося виготовити бетонні суміші з осадкою конуса 10 см, а бетон виходив марок міцності 600-700. При цьому економія цементу становила 100 кг на 1 куб м бетону.

Тільки завдяки суперпластифікаторам створено самоущільнювальні бетони – напрям, який зараз швидко розвивається в країнах ЄС. «Лігно- чи нафталінсульфонати не знайшли широкого застосування в самоущільнювальних бетонах, бо вони не забезпечують тривалого збереження рухливості і значного водоредукуючого ефекту, – розповідає доцент «Львівської політехніки» Олександра Позняк. – Натомість полікарбоксилати виявилися набагато ефективнішими: дозволяють зберігати рухливість на 3 години довше, забезпечують менший розмір пор у бетонах, що перешкоджає накопиченню в ньому вологи».

Самоущільнювальні бетонні суміші взагалі не потрібно вібрувати – вони самі легко заходять в будь-які порожнини, зокрема, в дрібні, складної форми тощо. Оскільки відпадає необхідність у вібруванні, знижуються енергозатрати на бетонування і його трудомісткість, прискорюється виконання робіт, а також підвищується якість бетону, адже нема вібрування – нема й помилок під час вібрування (наприклад, ніхто не торкається вібратором арматури тощо).

Крім того, самоущільнювальний бетон можна заливати не згори, а збоку через отвір в опалубці за допомогою шланга під напором - так зване напірне бетонування, яке зменшує трудомісткість і підвищує безпеку робіт. Також самоущільнювальні бетони міцніші на стиснення і на розтягнення і мають кращу адгезію з арматурою, тому надійно захищають останню від корозії.

Із самоущільнювальних бетонів можна відливати конструкції найскладніших форм, а за умови використання високоякісної опалубки можна отримати настільки гладку поверхню, що і штукатурити її не потрібно.

Хоча самоущільнювальні бетони дорожчі, ніж звичайні (в Німеччині – на 13-18 євро за куб, в Україні – майже в 1,5 рази), вони вважаються ідеальним рішенням для густоармованих конструкцій (завдяки високій текучості), для опор, гідротехнічних споруд, мостів, для бетонування на великій висоті, а також в інших місцях, до яких важко підібратися.

На Заході самоущільнювальні бетони стали одним з найперспективніших напрямів у виробництві бетону, адже, попри вищу вартість, вони дозволяють знизити загальну суму кошторису за рахунок зменшення енерго- і трудомісткості процесу бетонування.

Натомість в нашій країні на сьогодні є тільки перші приклади використання самоущільнювальних бетонів – стадіон «Донбас-Арена» (виробник бетону – донецька фірма «ДИСК-Бетон», постачальник добавок – MC Bauchemie), двоскатні балки заводського виробництва для складської будівлі у Коростені, підпірна стінка на березі Дніпра в Києві (виробник бетону – фірма «Обербетон»). Об’єкти, на яких використовуються високоміцні бетони, - теж рідкість. За даними асоціації «Укрцемент», торік в Україні вироблялися бетони міцністю не вище В40. Для порівняння: в 2008 р. для будівництва «Mirax Плаза» застосовувався бетон марки міцності В55.

Добавки останніх поколінь – акрилати та полікарбоксилати – підвищують ефективність виробництва бетонних виробів. Деякі добавки дозволяють зменшити витрати енергоносіїв на пропарювання виробів, інші добавки надають можливість взагалі обійтися без пропарювання.

На жаль, такі ефективні сучасні технології виробництва бетонних блоків та інших виробів поки що не впроваджуються в нашій країні.

Річ у тім, що обладнання вітчизняних заводів залізобетонних виробів орієнтоване на технологію, що включає пропарювання, а виключити цей енергозатратний процес можна тільки перебудувавши всю технологічну лінію. Наразі це економічно невигідно. До того ж у панелей, виготовлених із застосуванням сучасних добавок, вища собівартість.

Сучасна ситуація: криза і нові стандарти
Разом із тим вітчизняні фахівці в один голос стверджують: полікарбоксилати дуже вибагливі в застосуванні. Їх ефективність значною мірою залежить від цілої низки факторів – якості цементу, вологості та однорідності заповнювача та ін. Особливо важливого значення в наших умовах набуває залежність ефективності добавок від характеристик цементу, які, за словами виробників товарного бетону, нестабільні від партії до партії в усіх вітчизняних заводів. «Полікарбоксилати дуже капризні, тож вимагають більш відповідального підходу при впровадженні, - відзначає менеджер-консультант фірми «СКТ-Стандарт-Україна» Сергій Семенов. – Трьох замісів по 8 «кубиків» уже недостатньо, на відміну від пластифікаторів попередніх поколінь: при впровадженні полікарбоксилатів потрібні експерименти й експерименти, а на оптимальну рецептуру виходять зазвичай через місяць досліджень». Через таку капризність цих речовин провідні європейські виробники зазвичай мають у своєму асортименті кілька полікарбоксилатних добавок – для різних видів цементу.
Таким чином, чим сучасніше підприємство, чим краще лабораторне та бетонозмішувальне обладнання воно має, тим більший ефект воно отримує від впровадження полікарбоксилатів. На жаль, таке обладнання мають ще не всі виробники бетону, і не тільки в нашій країні. Тому провідні світові виробники, зокрема, Schomburg, розвиваючи напрям полікарбоксилатів, продовжують випускати меламіни, нафталінсульфонати та лігносульфонати.
Але ефективність таких добавок нижча, ніж у полікарбоксилатів та акрилатів. Тож фахівці вважають, що, попри проблеми, які залишаються, за полікарбоксилатами – перспектива. Відтак полікарбоксилати слідом за провідними світовими компаніями освоюють і виробники з СНД. Так, фірма «Поліпласт» нещодавно почала виробництво добавок на основі полікарбоксилатів «Лінамікс-ПК» та «Реламікс-ПК». Інший російський виробник – «СКТ-Стандарт» – ще з 2006 р. виготовляє добавку на основі полікарбоксилатів «Хідітал ГП». Вітчизняна фірма «Містім» також на початку минулого року вивела на ринок добавку на основі полікарбоксилатів – «Комплекс К-15». Вона не тільки підвищує пластичність бетонних сумішей, а й дозволяє виготовляти високоміцні (марка – до В60) литі бетони з ефектом самоущільнення.
Утім, минулого і нинішнього року криза стала перешкодою для подальшого переходу на більш сучасні і досконалі добавки. По-перше, подешевшав цемент, через що вже не так вигідно застосовувати суперпластифікатори. По-друге, різко зріс курс іноземної валюти, що відбилося на ціні сучасних добавок, які практично в повному обсязі імпортують. Та найголовніше – крупне будівництво майже завмерло, за винятком кількох стадіонів, які мають прийняти чемпіонат Європи з футболу.
Коливання цін на цемент та курсу валют самі по собі лише дещо змінили структуру ринку добавок. Частина будівельників знову повернулася до більш дешевих добавок, зокрема, попередніх поколінь. «Зі зростанням курсу валюти набагато складніше конкурувати з місцевими виробниками, - зауважує Дмитро Бистров, директор фірми «АкваНіка», дилера матеріалів Schomburg у Києві. - Якісні добавки знову замінюють дешевими». Навіть з урахуванням того, що менш якісних і досконалих добавок потрібно більше (у розрахунку на кубометр бетону), часто кінцева ціна такого бетону нижча.
Та не завжди можна перейти на простіші і дешевші добавки. Нерідко будівельникам необхідні такі характеристики бетонної суміші, які можуть забезпечити тільки добавки останніх поколінь. І тут постачальники добавок охоче ідуть назустріч клієнтам – стримують ціни, відпускають товар у кредит.
Але якщо стрибку курсу валют ще якось можна протидіяти, то зосередження будівництва на індивідуальних об’єктах зумовлює різкий спад попиту на будь-які добавки. Насамперед тому, що монолітне бетонування в індивідуальному будівництві використовується тільки для спорудження фундаментів, та й то далеко не завжди, бо у забудовника є альтернативний варіант – фундаментні блоки. Далі – якщо заливати фундамент монолітним способом, то є два варіанти: привезти готовий бетон у міксері із заводу або замішувати на об’єкті. На заводах є спеціальне дозувальне обладнання (нерідко – імпортне і дуже сучасне), працюють лабораторії, кваліфіковані фахівці. Отже, на заводах знають, як застосовувати добавки, і вміють це робити, мають відпрацьовані рецептури. І коли відправляють міксер на спорудження якогось заміського особняка, то напевно додадуть принаймні пластифікатор або простий уповільнювач схоплення, бо тільки так бетон доїде на далеку відстань. Суперпластифікатори останнього покоління неабияк стали б у нагоді на індивідуальних об’єктах, щоб будівельникам не потрібно було вібрувати бетон. Крім того, в холодну пору року обов’язково додадуть протиморозну добавку.
Але нерідко на індивідуальних об’єктах будівельники (зазвичай – бригада «шабашників») беруть під свій контроль абсолютно всі роботи – так вони більше зароблять. Відповідно, бетон для фундаменту їм вигідніше замішувати самим. А в цьому випадку можна не сумніватися, що вони зекономлять на всьому – на цементі й щебені, не те що на добавках. Персонал, який працює на індивідуальних об’єктах, часто й не знає іншого способу підвищення текучості бетону, як додання води.
І навіть якщо забудовник знає про використання добавок у бетонах і розчинах і обізнаний з їх асортиментом, а, головне, - сам бере участь у будівництві чи хоча б контролює роботу будівельників, то і в цьому випадку не можна досягти такого ж ефекту від добавок, як на бетонозаводі. Вся справа в обладнанні для бетонування. На бетонозаводах електроніка забезпечує високу точність дозування, натомість, замішуючи бетон на об’єкті, всі складові вводять зазвичай «на око». Дозування добавок, особливо суперпластифікаторів, залежить від багатьох факторів, наприклад, від вологості заповнювача, протиморозних – від його температури. Хто на індивідуальному об’єкті буде вимірювати вологість піску чи розморожуватиме щебінь? Вимірювати індивідуальним забудовникам просто нічим. А на заводах є лабораторії...
Отже, умови на індивідуальних об’єктах не сприяють тому, щоб добавки максимально проявили себе. Тому деяким виробникам добавок роздрібний ринок узагалі нецікавий. Навіть зараз. Та разом із тим фахівці стверджують: добавки потрібно застосовувати і в індивідуальному будівництві. Низка фірм, наприклад, Sika, працюють і на ринку DIY, пропонуючи вроздріб певні види добавок, насамперед протиморозні. Інша справа, що слід підвищувати культуру виробництва на невеликих об’єктах, рівень обізнаності з асортиментом і можливостями добавок рядових працівників та забудовників.
Будівництво об’єктів до Євро-2012, безумовно, потребує використання добавок в бетони, причому найсучасніших і найефективніших. Так, спорудження стадіонів, де передбачені великі масиви монолітного бетонування, вимагає застосування суперпластифікаторів, уповільнювачів схоплення, протиморозних добавок (адже будівництво ведеться в авральному режимі, тобто і взимку). Спорудження доріг потребує повітревтягуючих добавок. Біда, що об’єкти ці поки що на пальцях можна перерахувати. Збудований стадіон у Донецьку, ведеться будівництво у Києві і Львові. Під час спорудження «Донбас-Арени» застосовували найкращі будівельні матеріали і технології, в тому числі чи не вперше у вітчизняній практиці – самоущільнювальний бетон, для якого необхідні тільки суперпластифікатори останнього покоління. Цієї зими під час несильних морозів (до -10°С) повним ходом велися роботи з реконструкції стадіону в Києві.
Але три стадіони – це мізер порівняно з тим, що було до кризи. Тому головні надії постачальників добавок – на пожвавлення інвестиційного клімату в країні і відновлення іпотечного кредитування.
Певний поштовх до активнішого використання високотехнологічних бетонів і, відповідно, до переходу на більш сучасні добавки дасть впровадження нового ДСТУ на бетони. Документ, який має назву Б.В.2.7-176 «Будівельні матеріали. Суміші бетонні та бетони. Загальні технічні умови», гармонізований з відповідним європейським стандартом EN-206-1:2000, NEQ і набрав чинності з 1 квітня нинішнього року. Як пояснили фахівці НДІ будівельних конструкцій – головної організації, яка займалася розробкою нового стандарту, - документ змінює класифікацію бетонів на європейську і підвищує вимоги до бетонних сумішей, зокрема, до їх рухливості, до наявності шкідливих домішок, в т. ч. речовин, які сприяють корозії арматури. Підвищення вимог до цих характеристик стимулюватиме відмову від добавок попередніх поколінь, які містять шкідливі промислові відходи, наприклад, від протиморозних добавок, у складі яких є корозійно активні солі.

Богдан МАЛИНОВСЬКИЙ (журнал "Будмайстер")