Бетон, как один из самых популярных строительных материалов, подвергают постоянным модификациям с целью совершенствования его характеристик за счет использования современных примесей и добавок, изменяющих его свойства.
Уже в древности использовались разные вещества, придающие ему желаемые эксплуатационные свойства. В качестве примера может послужить здесь добавление в бетонную смесь яичного порошка или коровьей крови, что должно было ускорить схватывание цемента и повысить прочность готового бетона. В древнем Риме популярной добавкой в бетон был также вулканический пепел.
Используемый сегодня цементный бетон (называемый также „искусственным камнем”) производят путем смешивания цемента, соответствующего заполнителя и воды. Контакт цемента с водой приводит к гидратации, в эффекте чего выделяется тепло. В результате происходящей реакции происходит связывание бетонной смеси, в которой содержатся плотно упакованные продукты гидратации, такие как гидратированные силикаты кальция и гидратированные алюминаты кальция.
Параметры готового бетона и изготовленных из него элементов зависят от многих факторов. Что касается его прочности, очень важным является тип используемого цемента, вид и качество заполнителя, а также соотношение В/Ц (вода/цемент). Чрезвычайно важным является также подбор соответствующих добавок и примесей, которые влияют на удобоукладываемость, водонепроницаемость и морозостойкость готового бетона. Изменения температуры во время осенне-зимнего сезона могут приводить к тому, что структура элементов, выполненных из бетона, может ослабляться в результате повторяющегося замерзания и оттаивания воды, присутствующей в его порах. Сопутствующее этим явлениям изменение объема воды приводит к образованию трещин в бетонных элементах, что в последствии может привести к серьезным повреждениям. Самым эффективным способом повышения стойкости бетона к повторяющимся циклам замораживания и оттаивания является соответствующий уход, а также обеспечение надлежащей аэрации. Здесь особенно важны количество, форма и размер пор в структуре бетона.
Последний из перечисленных способов – т.е. соответствующая аэрация бетона – заключается, прежде всего, в применении современных химических примесей. Это продукты, которые в небольших количествах добавляют в бетонные смеси. Основной группой компонентов, используемых в их производстве, являются ПАВ. Добавление в бетонную смесь соответствующих поверхностно-активных веществ вызывает образование мелких и стабильных пузырьков воздуха. Когда свежая смесь начинает отверждаться, находящиеся в ней пузырьки подвергаются минерализации и становятся ее неотъемлемой частью. Таким образом, образуется дополнительное пространство внутри структуры бетона, в котором расширяется замерзающая вода. Это позволяет предотвратить повышение внутреннего давления, которое отвечает за образование трещин при низких температурах. Равномерное распределение пор с воздухом по всему объему бетона повышает его морозостойкость. Наличие пузырьков воздуха в бетонной смеси улучшает также ее удобоукладываемость. Они работают по принципу подшипников, повышающих пластичность без необходимости изменения соотношения В/Ц (вода/цемент). Пузырьки воздуха уменьшают также трение, которое появляется на этапе перекачивания бетона.
Для производства воздухововлекающих добавок могут быть использованы анионные и амфотерные ПАВ, а также неиногенные поверхностно-активные вещества. Среди используемых анионных добавок следует назвать, прежде всего, соли лаурилсульфатов и соли лаурилэфирсульфатов. Высокую эффективность в создании мелких и стабильных пузырьков воздуха обеспечит также применение соли алкилбензолсульфонатов, напр. натриевой соли в виде продукта ABSNa. В свою очередь, добавление в бетонную смесь этоксилированных спиртов с дополнительными смачивающими свойствами позволяет на стабилизацию образующихся пузырьков. Амфотерные добавки, а среди них амидобетаины, т.н. ко-сурфактанты, способствуют аэрации бетона и стабилизируют устойчивость пузырьков воздуха.
Изобретение бетона в древности создало много новых возможностей тогдашней архитектуре, благодаря чему были возведены такие сооружения, как Пантеон и Колизей, которые сохранились аж до сегодняшнего дня. В настоящее время знаний об этом конструкционном материале намного больше, а постоянная оптимизация технологии производства бетона и разработка новых видов примесей позволяют создавать из него все более прочные и сложные формы и элементы. Более того, развитие строительной отрасли благодаря разработке архитектурного бетона позволяет не только создавать прочные конструкционные элементы, но и придавать новым зданиям оригинальный внешний вид и интересный дизайн.
