УДК 691.328.1
Специальность 05.23.05 Строительные материалы и изделия.
А.И. ВОВК, доктор технических наук, старший научный сотрудник, зам. генерального директора НИИ современных материалов и технологий (НИИ СМиТ)
Ключевые слова: зимнее бетонирование, противоморозные добавки, хлориды, коррозия арматуры, нормативная документация
Keywords: winter concreting, antifreeze admixtures, chlorides, reinforcement corrosion, normative documentation
Климатические реалии РФ и необходимость круглогодичного ведения строительных работ предполагают широкое использование противоморозных добавок. Старые нормативные документы строго ограничивали использование в этом качестве хлоридных солей, формулировки действующих СП допускают возможность различных трактовок. С учетом низкой стоимости хлорида натрия это привело к появлению на рынке множества хлоридсодержащих добавок и их широкому использованию. Рассмотрена возможность бюджетной альтернативы хлоридам в противоморозных добавках.
The climatic realities of the Russian Federation and the need for year-round construction works require the widespread use of antifreeze admixtures. Old regulatory documents strictly limited the use of chloride salts in this capacity, while the wordings of the current Set of Rules allow for various interpretations. Given the low cost of sodium chloride, this has led to many chloride-base admixtures on the market and their widespread use. The possibility of a budget alternative to chlorides in antifreeze admixtures is considered.
Специфика географического расположения РФ такова, что во всех регионах строители сталкиваются с необходимостью проведения работ в условиях низких положительных и отрицательных температур. Различия касаются лишь продолжительности таких периодов и силы морозов.
Особенности проведения строительных работ в сезон низких температур были подробно сформулированы/изложены в ряде документов, в частности, СНИП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции» (в настоящее время это СП 70.13330.2012). Согласно п.5.11 указанных СП «При среднесуточной температуре наружного воздуха ниже 5 °С и минимальной суточной температуре ниже 0 °С необходимо принимать специальные меры по выдерживанию уложенного бетона в конструкциях и сооружениях». Одной из таких технологических мер (весьма популярной и распространенной) является использование противоморозных добавок.
В советское время был накоплен огромный опыт применения противоморозных добавок. Ярким отражением авторитета отечественной школы может служить факт, что в зарубежной монографии «Добавки в бетон» [1], служившей настольной книгой для нескольких поколений специалистов, глава по противоморозным добавкам была написана нашими учеными В.Б. Ратиновым и Т.И. Розенберг.
В большинстве старых «Руководств» ассортимент разрешенных к применению противоморозных добавок жестко регламентировался. Так, ВСН 33-95 Департамента строительства г. Москвы для цементных растворов разрешали применение только нитрита натрия, а ВСН 83-92 «Трансстроя» в качестве противоморозных добавок рассматривали только нитрит натрия и поташ. Более широкий набор добавок допускался «Руководством по применению бетонов с противоморозными добавками» [2]. В этом документе перечислены различные добавки на основе нитрата кальция, а также хлориды кальция и натрия, однако использование последних строго ограничивалось в зависимости от типа конструкций (вида арматуры) и условий их эксплуатации.
Так, однозначно запрещалось использование хлоридов во всех предварительно напряженных конструкциях, железобетонных конструкциях, а также стыках без напрягаемой арматуры сборно-монолитных и сборных конструкций, имеющих выпуски арматуры или закладные детали. В комплексе с эффективными ингибиторами коррозии применение хлоридов допускалось, но только в сборных железобетонных конструкциях с ненапрягаемой рабочей арматурой диаметром более 5 мм.
Использование хлорида кальция (в том числе, в комплексе с ингибитором коррозии) запрещалось также в железобетонных конструкциях, предназначенных для эксплуатации в зоне переменного уровня воды.
Наглядным примером обоснованности подобных ограничений является история Лужнецкого (Лужниковского) метромоста в Москве. Мост, открытый 12 января 1959 г., быстро пришел в негодность: после ряда происшествий в 1983 г. станция метро «Ленинские горы» была закрыта для входа/выхода пассажиров, а в 1998-2002 гг. мост был фактически выстроен заново. Причиной многочисленных разрушений конструкции моста стала коррозия арматуры, обусловленная использованием хлоридсодержащей добавки для ускорения строительства в зимний период (общая продолжительность возведения моста и станции составила 19 месяцев).
К сожалению, после анархии 90-х нормативные документы стали намного либеральнее или расплывчатее. Так, СП 41.13330.2012 рекомендует использование хлорида кальция для «бетона и железобетона гидротехнических сооружений – частей, расположенных в зоне переменного горизонта воды в суровых и особо суровых климатических условиях» [3]. Самый свежий регламентирующий документ [4] в качестве основного постулата указывает, что… «Добавки, применяемые при изготовлении железобетонных изделий и конструкций, не должны оказывать коррозионного воздействия на бетон и арматуру». При этом дополнительно уточняется…. «Не допускается введение в состав бетона хлоридов (хлориды натрия, кальция и др.) при изготовлении железобетонных конструкций:
• с напрягаемой арматурой;
• с ненапрягаемой проволочной арматурой диаметром 5 мм и менее;
• эксплуатируемых в условиях влажного или мокрого режима;
• с автоклавной обработкой;
• подвергающихся электрокоррозии.
Таблица 1. Регламентирование содержания хлоридов в бетоне
| Вид армирования | Марка по максимально допустимому содержанию хлоридов, назначаемая с учетом условий эксплуатации сооружения | Максимальное содержание хлоридов, % от массы цемента |
| Неармированные конструкции | Cl 1,0 | 1,0 |
| Ненапрягаемая арматура | Cl 0,4 | 0,4 |
| Предварительно напряженная арматура | Cl 0,1 | 0,1 |
Также не допускается введение хлоридов в состав бетонов и растворов для инъектирования каналов предварительно напряженных конструкций, а также для замоноличивания швов и стыков сборных и сборно-монолитных железобетонных конструкций».
Однако ниже в этом же документе присутствует иная формулировка: «Максимально допустимое содержание хлоридов в бетоне не должно превышать значений, указанных в таблице Г.2»; содержание этой таблицы приведено ниже в табл. 1. По сути, такая формулировка СП опять допускает применение хлоридсодержащих добавок в преднапряженном бетоне.
В ранее действовавшем СНиП 2.03.11-85 «Строительные нормы и правила. Защита строительных конструкций от коррозии», который явился основой СП 28.13330.2017, такой таблицы не было, и области разрешенного применения добавок с хлоридами были сформулированы предельно четко.
Такое «последнее слово», по сути, оставляет лазейку для любителей применения максимально дешевых добавок. При этом, похоже, мало кто обращает внимание на приписку, что содержание хлорид-ионов в бетоне должно «подсчитываться с учетом их количества в составе цемента, заполнителей, воде затворения, химических и минеральных добавках». А это очень важное уточнение. Так, в статье [5] указывается… «Если принять за основу контрольный состав бетона по ГОСТ 30459-2008 (Ц=350 кг/м3, Щ=1115 кг/м3, П=750 кг/м3, В=175 кг/м3) и допустить, что все компоненты бетона (без учета химдобавок) содержат максимально возможное допустимое количество хлора, то его суммарное содержание в бетоне составит ∑Cl— = 0,765% от МЦ, т.е. больше допустимого уровня для конструкций с любым типом армирования». В этой же статье приведены фотографии катастрофических коррозионных разрушений бетонных конструкций, вызванных хлоридной коррозией, всего через 3 года эксплуатации.
В 2010-2020 гг. в строительной отрасли проявились две разнонаправленные тенденции. С одной стороны, осознав все потенциальные технические преимущества нового класса суперпластификаторов – полиэфиркарбоксилатов, технологи и руководители/владельцы предприятий начали в возрастающих объемах использовать эти более дорогие (по сравнению с привычными) добавки. В отношении противоморозных добавок, увы, возобладала иная тенденция – экономия в ущерб качеству и надежности. Легким и эффективным способом снижения удорожания бетона с противоморозными добавками стало использование дешевых солей, в первую очередь, хлорида натрия.
Сейчас на отечественном рынке химических добавок предлагается огромное количество противоморозных добавок, содержащих или преимущественно на хлоридной основе. Подобные добавки включили в свои товарные линейки даже такие крупные компании, как Полипласт и ЭмСи Баухеми. Различие состоит лишь в том, что ответственные компании сообщают о наличии хлоридов [6] и дополнительно включают в состав ингибиторы, а другие – не сообщают о наличии хлоридов и характеризуют добавку на основе хлорида кальция как «ингибитор по отношению к стальной арматуре» [7]. Рекомендуемая для данной добавки максимальная дозировка – 7,5 л на 100 кг цемента с учетом ее заявленной плотности и концентрации (1,28-1,35 г/см3, с=30-35%) соответствует 3,5% хлорида кальция, что несопоставимо больше разрешенного уровня согласно СП 28.13330.2017.
Полагаю, что потенциальная опасность введения хлоридов в бетон хорошо известна большинству технологов заводов. Но в условиях рынка и борьбы за объемы поставок примитивный подсчет величины удорожания бетона при использовании различных добавок является определяющим фактором. И пока рынок химических добавок у нас остается «диким» (т.е. без реального контроля за составом и качеством поставляемой продукции), барьером к дальнейшему росту применения хлоридов может стать только создание альтернативы – сопоставимой по цене добавки на бесхлоридной основе.
Доступные крупнотоннажные соли на другой основе (нитраты натрия и кальция, нитрит и формиат натрия, технические смеси тиоцианата-тиосульфата-сульфата натрия) давно уже используются в рецептурах противоморозных добавок, и все они заметно дороже хлорида натрия. Так что, принципиальным решением может стать только появление на рынке коммерчески доступного специально синтезируемого продукта с низким значением криогидратной точки и приемлемым влиянием на свойства цементных систем. Это позволит использовать его в технологии бетонов (в качестве примера, доступный на рынке нитрат алюминия имеет температуру начала замерзания -27 оС, однако его использование в качестве противоморозной добавки невозможно из-за слишком быстрого схватывания бетонных смесей).
В ходе синтетических исследований, проводившихся в нашем Институте современных материалов и технологий, по направлению новых пластификаторов, у одного из продуктов неожиданно обнаружились интересные противоморозные свойства (табл. 2).
Таблица 2. Понижение температуры замерзания водного раствора
| Концентрация, % | Температура начала замерзания, оС |
| 45 | -37 |
| 25 | -20 |
Цифры в последней строке вполне сопоставимы с возможностями хлорида натрия, для которого значение криогидратной точки равно -21,2 оС при концентрации 23,1%.
Конечно, указанный синтетический продукт несколько дороже хлорида натрия, однако применительно к технологии бетона у него есть дополнительный потенциал за счет слабопластифицирующего действия. Главное же, появляется возможность вывода на рынок доступного бесхлоридного противоморозного компонента в бюджетном сегменте и возможность, наконец-то, «загнать выпущенного джинна обратно в бутылку». Синтетический компонент легко смешивается со всеми существующими пластифицирующими основами (полиэфиркарбоксилаты, полиметиленнафталинсульфонаты, лигносульфонаты), т.е. на его основе могут быть созданы линейки разнообразных комплексных противоморозных добавок.
В настоящий момент технология производства указанного синтетического продукта предложена компании «Полипласт».
Библиографический список:
1. Добавки в бетон. Под ред. В.С. Рамачандрана. М., Стройиздат, 1988, 575 с.
2. Руководство по применению бетонов с противоморозными добавками. М., Стройиздат, 1978, 83 с.
3. СП 41.13330.2012 бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений.
4. СП 28.13330.2017 Защита строительных конструкций от коррозии.
5. Калиновская Н.Н., Котов Д.С. Хлориды в добавках и бетонах. Технологии бетонов. 2019, №3-4, с. 11-15.
6. ТУ 20.59.59-103-58042865-2018. Противоморозная добавка «Полипласт Крио-25».
7. https://www.termoplex.ru/101-plantikorinst.html
