Būvķīmija un ziemas ķīmiskās piedevas
Juris Biršs, sertificērts būvinženieris, inženierzinātņu doktors
Būvķīmijas produkti celtniecībā šodien ieņem ļoti nozīmīgu vietu visā pasaulē jo, ar to palīdzību mēs mainām dažādu pastveida būvmaisījumu (būvjavas, betona, grīdas izlīdzinošo sastāvu u.c.) struktūru un iegūstam vēlamās īpašības (pievienojot plastifikatorus, blīvējošās piedevas un piedevas cementa saistīšanās laika maiņai), mainām būvmateriālu virsmas īpašības (izmantojot hidrofobizatorus), varam mainīt materiālu estētisko kvalitāti (izmantojot krāsu pigmentus, tīrītājus). Būvniecībā galvenokārt izmanto ķīmiskās piedevas, ko lieto, tieši iemaisot būvmaisījumā, t.i., tā saucamās integrālās ķīmiskās piedevas, kas spēj kompleksi mainīt gan maisījuma īpašības, gan arī nodrošināt, ka pēc maisījuma sacietēšanas citādas būs cietā materiāla īpašības. Šīs ķīmiskās piedevas dod iespēju ekonomēt saistvielas, ietaupīt uz iestrādes tehnoloģiskajām operācijām un saīsināt būvdarbu procesu.
Ķīmisko piedevu aizsākumi ir meklējami jau sirmā senatnē, piemēram, jau Senās Romas būvnieki lietoja vēršu asinis kā piedevu savās hidraulisko kaļķu javās un kaļķu saistvielu betonos. Mūsdienu zinātniskie pētījumi apstiprina šās piedevas lietderību, atzīstot vēršu asinis kā lielisku gaisa iesaistes līdzekli. Mūsu dienās (t.i., pēdējos 50 gados) ķīmisko piedevu industrija ir progresējusi tiktāl, ka pasaulē aptuveni 80% no visa lietotā betona apjoma satur vienu vai pat vairākas ķīmiskās piedevas.
Praktiskai ķīmisko piedevu lietošanai nepieciešamas zināmas iepriekšējās zināšanas betonu tehnoloģijā, jo to pievienošanas procesu betona vai būvjavas masai reglamentē betonu vispārējās īpašības, kas savukārt skar cementa un ūdens ķīmiskās reakcijas (tā saucamās hidratācijas reakcijas), betonmasas saistīšanās procesu, tās reoloģiskās īpašības un apkārtējās vides parametrus.
Tāpēc būvķīmijas produktu lietošanas gaidītais pozitīvais efekts ir sasniedzams, tikai izmantojot ķīmisko piedevu pareizu lietošanas tehnoloģiju, kas ietver: 1) ķīmisko produktu iepriekšējo izvēli un sagatavošanu; 2) precīzas devas noteikšanu un pievienošanas momenta izvēli; 3) ķīmisko piedevu pievienošanas secību; 4) betona vai būvjavas iestrādes parametrus.
Būvķīmijas produktus parasti var iegādāties pulverveida vai arī kā dažādas koncentrācijas šķidrumus un pastas. Ja materiāls ir sausa pulvera veidā, tas iepriekš, pirms lietošanas zināmā proporcijā jāšķīdina siltā ūdenī (< 30 °C), lai iegūtu vajadzīgās koncentrācijas šķīdumu, vai arī, izmantojot jau iepriekš dozētas piedevu paketes, tās jāpievieno iejaucamā ūdens nomērītajam tilpumam. Ja piedevu izgatavotājfirma pieļauj ķīmisko piedevu lietot sausā veidā, tā iepriekš jāsamaisa ar smalkajām pildvielām. Šķidrās konsistences ķīmiskās piedevas pievieno kopā ar betona iejaucamo ūdeni, ir pieļaujama arī to iepriekšēja samaisīšana ar blīvām, kā arī ar ūdeni piesūcinātām pildvielām. Ideāls moments ķīmisko piedevu pievienošanai ir jau daļēji samaisīts betona maisījums. Nekādā gadījumā nedrīkst ķīmiskas piedevas pievienot cementam, pirms tajā vēl nav iejaukts ūdens. Izgatavojot betonu un būvjavu lielā daudzumā, nepieciešams izmantot īpašus ķīmisko piedevu dozatorus. Ja būvmaisījumam ir jāpievieno vairākas atšķirīga veida piedevas, lai tam nodrošinātu nepieciešamo īpašību kopumu, piemēram, ūdeni samazinošās piedevas un vienlaikus arī gaisu iesaistošās piedevas, tad piedevas maisījumam pievieno samaisīšanas procesā atsevišķi un nekādā gadījumā tās nedrīkst samaisīt tīrā veidā vienu ar otru, jo ļoti bieži ir iespējama savstarpēja nesavienojamība (veidojas tādas ķīmiskās reakcijas un produkti, kas nedod gaidīto efektu). Pievienotas maisījumam atsevišķi, tās reaģē ar cementa pastu pilnīgi citādāk.
Ļoti daudz kļūdu nākas konstatēt gadījumos, kad tiek lietotas pretsala piedevas vai vispār ķīmiskās piedevas maisījuma saistīšanās laika maiņai. Raksturīgākās no šādām kļūdām ir: maisījuma iejaukšana ziemas apstākļos ar aukstu ūdeni vai/un aukstām pildvielām, pievienojot pretsala piedevu cerībā, ka tā spēs atturēt ledus kristāliņu (vižņu) veidošanos maisījumā. Tās ir pilnīgi nepamatotas cerības, jo pretsala piedevas drīkst pievienot maisījumam tikai tad, ja tā temperatūra ir vismaz +20 °C, lai būtu nodrošināta saistvielu hidratācijas ķīmisko reakciju sākšanās, kuru rezultātā izdalās siltums, kas nodrošina tālāko betonmasas iestrādi pat ļoti zemā temperatūrā. Līdz šodienai nav zināma neviena ķīmiskā piedeva, kas spētu aizkavēt sasalšanu vai izturēt -1 °C un zemāku temperatūru svaigi izgatavotai betonmasai, kas ir pakļauta brīvai un netraucētai aukstuma iedarbībai. Vistuvāk šai funkcijai atrodas saistīšanās paātrinātāji un tad arī tikai tāpēc, ka tie spēj paaugstināt cementa hidratācijas siltumu no +5 °C līdz + 21 °C un izturēt mīnus grādu temperatūru tieši tik ilgi, lai paspētu notikt saistīšanās process (aptuveni vienu dienu). Eiropas normatīvi prasa, lai betoniem tiktu nodrošināta vismaz 3 MPa liela sākotnējā stiprība uz spiedi, pirms to pakļauj sala iedarbībai. Betons pēc iestrādāšanas obligāti jāsiltina un jāaizsargā no aukstuma un vēja iedarbības. Paātrinātājus (ķīmiskās piedevas, kas paātrina saistīšanos, t.i., samazina saistīšanās laiku) nedrīkst lietot kā antifrīza sastāvus, jo tie betonmasas sasalšanas temperatūru pazemina tikai aptuveni par 2 °C.
Latvijā ir vairākas firmas, kas ražo uz vietas būvķīmijas produktus, kas ir piemēroti Baltijas reģiona klimatiskajiem apstākļiem. Vissenākā un vispazīstamākā ir firma VINCENTS POLYLINE ar tuvināti 40 dažādiem starp būvniekiem ļoti populāriem būvķīmijas produktiem (VINMIX, PROOF, SUPER, WINTERMIX utt.). Pirms ķīmisko piedevu lietošanas rūpīgi jāiepazīstas ar ražotāja izstrādāto instrukciju, īpašu uzmanību pievēršot sastāva optimālajai koncentrācijai un vielas devai, ko parasti visā pasaulē nosaka vienādi: procentos no saistvielas (parasti -cementa) daudzuma. Neievērojot instrukciju, ir iespējams kļūdīties un pat panākt pretēju efektu (sk. attēlu).
1.att. Būvjavas un betona saistīšanās laika atkarība no ķīmisko piedevu koncentrācijas
I klase - raksturīgākais pārstāvis - malts ģipšakmens – CaSO4 • 2H2O
II klase – CaCl2; Ca(NO3)2 , piemēram arī Latvijā populārais SPEED
III klase -K2 CO3;
IV klase - virsmaktīvās vielas - lignosulfonāti, cukuri, arī RETARDERV klase – firmas Vincents Polyline produkts WINTERMIX
Aplūkojot attēlu, uzmanība jāpievērš galvenokārt II, III un V klases saistīšanās laika maiņas ķimikālijām, jo pie tām pieder lielākā daļa šodien Latvijā nopērkamās ķīmiskās piedevas (SPEED, WINTERMIX u.c.). Atzīmēto klašu piedevas funkcionē aptuveni vienādi: lietojot nelielās devās (mazākās par instrukcijā norādītajām), tās funkcionē kā saistīšanās palēninātāji, bet, sasniedzot zināmu koncentrāciju (instrukcijā norādīto minimālo devu), tās pārvēršas saistīšanās paātrinātājos. Iegūtais efekts atkarībā no ķīmiskās piedevas koncentrācijas var būt, kā redzams. diametrāli pretējs.
Piemēra pēc aplūkosim pilnīgi reālu situāciju būvlaukumā:
Ziemas laikā, kad apkārtējas vides gaisa temperatūra ir -8°C, turpinoties būvdarbiem, ir iecerēts veikt grīdas pamatnes betonēšanas darbus. Būvobjektā uz vietas tiek izgatavots smagā betona maisījums. Gravitācijas tipa maisītājā tiek iepildītas pildvielas, cements un daļēji arī auksts ūdens (+10 °C). Lai betona maisījums spētu saistīties un iegūtu pietiekamu sākuma stiprību, būvnieki maisījumam pievieno saistīšanās paātrinātāja tipa ķīmisko piedevu (galvenais komponents - Ca(NO3)2 ).
Gaidītā efekta vietā betona masa sāk «vižņoties», un izgatavotais maisījums ir darbam pilnīgi nederīgs. Kāpēc tas varēja atgadīties ? Atbildi uz to dod sekojoši temperatūras uzmērījumi, ko var veikt būvobjektā:
Apsekošanas rezultāti
1. Pildvielu (šķembu un smilšu) temperatūras mērījumi uzrādīja -6 °C.
2. Cementa temperatūra ir +9 °C, bet ūdens temperatūra tikai +10 °C.
3. Nekādi pildvielu vai ūdens sildīšanas pasākumi netika būvobjektā plānoti, neskatoties uz to, ka parasti, ja āra gaisa temperatūra ir zemāka par +5 °C, sāk lietot siltu ūdeni (pat līdz +80 °C), lai galīgā betonmasas temperatūra būtu no +13 līdz +24 °C.
4. Izvēlētā ķīmiskā piedeva pilnībā apmierina tai izvirzītās prasības, tikai, lai tā sāktu normāli funkcionēt, betonmasas
sākuma temperatūrai jābūt no +16 līdz +20 °C.
5. Strādājošais personāls, kas izgatavoja betona maisījumu, nebija instruēts par betona izgatavošanas niansēm ziemas apstākļos un par ķīmisko piedevu lietošanas tehnoloģiju.
Varam secināt, ka būvobjekts ziemas betonēšanas apstākļiem nav gatavs, strādnieki pilnībā nav iepazīstināti ar betonēšanas tehnoloģiju temperatūrā, zemākā par 0 °C. Ņemot vērā to, ka plānotajam betonēšanas objektam kopējais kārtas biezums ir neliels (100 mm), betonmasas temperatūrai betonēšanas laikā vajadzētu būt vismaz +13 °C. Lai to sasniegtu, nevar iztikt bez ūdens sildīšanas (sildīt var arī pildvielas) un saistīšanos paātrinošas ķīmiskās piedevas lietošanas (piemēram, SPEED, WINTERMIX). Pēc iestrādes betona virsma noteikti jāpārklāj ar siltumizolācijas materiāliem.
PRAKTISKI IETEIKUMI
Strādājot ar karstu ūdeni, lai sasildītu pildvielu masīvu un reizē izvairītos no cementa «mānīgās saistīšanās", vispirms karstu ūdeni samaisa ar pildvielām vismaz 15 līdz 20 sekundes pirms cementa padeves. Tas jādara jebkurā gadījumā, ja ūdens vai pildvielu temperatūra pārsniedz 38 °C lielu temperatūru.
Siltuma daudzumu nosaka nepieciešamā temperatūra un maisītāja jauda (maisītāja ražošanas jauda). Pārvietojot betonmasu ar sūkņu palīdzību, jārēķinās vismaz ar 15% lieliem temperatūras zudumiem.
Ķīmisko piedevu pievieno gatavai, sasildītai betonmasai (betonmasas sākuma temperatūrai jābūt no +16 līdz +20 °C).
Betonēšanas darbiem ziemas apstākļos ieteicamas šādas betonmasas temperatūras (sk. tabulu).
Ieteicamās betonmasas temperatūras, veicot betonēšanas darbus ziemas apstākļos
