Огурцова ю.Н., Соловьева л.Н., Ищенко а.В., Боцман а.Н.

(БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, РФ)

В работе проведено сравнение основных способов гидрофобизации легких бетонов, приведены результаты исследований с использованием гранулированного наноструктурирующего заполнителя на основе кремнеземных пород и силикат-глыбы.

A comparison of the main ways of increasing hydrophobicity of lightweight concrete is carried out, the results of research using granular nanostructured aggregates based on silica and silicate rock boulders are given.

Долговечность зданий и сооружений – одно из важнейших свойств, характеризующих их способность к длительной эксплуатации при надлежащем содержании. Одна из характеристик, которую учитывают методы прогнозирования зданий и сооружений – уровень защиты строительных конструкций от агрессивного воздействия окружающей среды, и в первую очередь от влаги. Особенно данная проблема касается легких бетонов. За счет высокой пористости матрицы (в случае использования ячеистых бетонов) или заполнителя (при использовании пористых заполнителей), они обладают высоким водопоглощением. Это значительно сокращает области их использования.

Повышение уровня защиты бетонов от попадания влаги осуществляется путем гидрофобизации. Гидрофобизация представляет собой тщательную пропитку строительных материалов или эксплуатируемых конструкций здания специальными растворами – гидрофобизаторами. Обработанные такими составами материалы приобретают водоотталкивающие свойства, при этом сохраняется их пористо-капиллярная структура, что позволяет поддерживать микроклимат в помещениях зданий.

Существует два способа гидрофобизации – поверхностная и объемная. При поверхностной гидрофобизации материалы обрабатывают составом, который наносят на стены, а также путем погружения в гидрофобизирующий состав. При объемной гидрофобизации гидрофобизирующую добавку или гидрофобизирующий состав вводят на стадии производства строительных материалов или используют принудительную пропитку готовых изделий под давлением [1].

Цель данной работы заключается в выборе наилучшего способа гидрофобизации для бетонов на основе легкого заполнителя путем теоретического анализа и лабораторных исследований с учетом рационального использования сырья и получения высоких конечных характеристик.

Для выбора способа гидрофобизации легких бетонов проведено сравнение существующих. Как сказано выше, гидрофобные покрытия поверхности бетона в виде мономолекулярных слоев или тонких пленок получают обработкой материала растворами, эмульсиями или парами гидрофобизаторов. Данные вещества слабо взаимодействуют с водой, прочно удерживаются на поверхности пор, капилляров, трещин, микродефектов и, кристаллизуясь внутри, препятствуют проникновению водных растворов, чем защищают поверхность от разрушающего действия воды и водных растворов и химических средств. В случае использования водоразбавляемых гидрофобизаторов происходит реакция с углекислым газом, который присутствует в воздухе, последующий распад и реакция с оксидами и гидроксидами, содержащимися в материале. В завершении этой цепочки на поверхности материала и стенках капилляров образуется гидрофобная пленка. Еще одним направлением гидрофобизации является использование кремнийорганических пропиточных составов. Сочетание гидрофильных и гидрофобных фрагментов в составе молекулы позволяет жидкости проникать в гидрофильный материал, выстилая стенки капилляров и пор и сообщая им водоотталкивающие свойства. При этом пористая структура сохраняется, и материал не теряет способности «дышать» [2].

Основными недостатками использования поверхностной гидрофобизации являются: возможность образования карбонатов, что приводит к росту кристаллов внутри материала и постепенному его разрушению; ограниченный срок действия (в зависимости от вида гидрофобизатора 5-20 лет); изделия необходимо высушивать после обработки; существует возможность повреждения верхнего слоя при транспортировке или монтаже [3].

Объемная гидрофобизация заключается во введении гидрофобизирующих веществ вместе с водой затворения на стадии производства. Объемная гидрофобизация может выполняться как на стадии производства строительного материала, так и путем принудительной пропитки готовых конструкций. Данный способ в настоящее время считается наиболее эффективным. Он позволяет равномерно распределять гидрофобизирующее вещество по всему объему изготавливаемого изделия и повышает характеристики конечного продукта. Как известно, объемная гидрофобизация по сравнению с поверхностной позволяет резко повысить морозостойкость строительного материала. Однако при этом надо учитывать, что при объемной гидрофобизации расход сравнительно дорогого гидрофобизатора возрастает практически на два порядка по сравнению с поверхностной гидрофобизацией. Поэтому объемную гидрофобизацию целесообразно проводить для ответственных конструкций, эксплуатирующихся в тяжелых с точки зрения воздействия агрессивных факторов условиях [4].

Из рассмотренных способов был выбран способ объемной гидрофобизации, как не требующий периодического обновления, а также дающий перспективы «залечивания» трещин при осуществлении инкапсуляции гидрофобизатора и его активизации в момент трещинообразования.

Рисунок 1 ­− Водопоглощение бетона в зависимости от общей пористости ­− бетон с ГНЗ, ­ − керамзитобетон

Объемная гидрофобизация осуществлялась путем введения гранулированного наноструктурирующего заполнителя в состав бетона. Гранулированный наноструктурирующий заполнитель относится к легким заполнителям, состоит из кремнеземной породы, преимущественно аморфной, и щелочесодержащей добавки. В процессе тепловлажностной обработки бетона происходит реакция основных компонентов заполнителя с образованием раствора полисиликатов натрия, который пропитывает бетонную матрицу, а на месте заполнителя остаются макропоры, окруженные защитной оболочкой [5, 6].

Используемый заполнитель вводился в различном количестве в состав бетона. Для сравнения величины водопоглощения были использованы образцы с различным содержанием керамзита. Как видно из рисунка 1, увеличение количества ГНЗ (следовательно, и увеличение общей пористости) в составе бетона приводит к значительному снижению водопоглощения, в отличие от образцов с керамзитом. Это свидетельствует о проявлении гидрофобных свойств материала. Для выяснения причины был проведен ИК-спектральный анализ и РФА новобразований, которые показали присутствие натросилита (Na₂Si₂O₅)_.

Исследование особенностей микроструктуры образцов бетонов на основе ГНЗ с использованием РЭМ позволило наблюдать инкапсуляцию минеральных частиц цементного камня и мелкого заполнителя гидрофобизирующим слоем образований натросилита (рисунок 2).

Рисунок 2 −­ Структура бетона структурированного ГНЗ на границе мелкого заполнителя и цементного камня

Также был проведен эксперимент по осуществлению объемной гидрофобизации легкого бетона путем введения гранулированного наноструктурирующего заполнителя на основе молотой силикат-глыбы и ряда гидрофобизирующих добавок. Как известно [7], при пропитке цементных изделий и бетонов раствором жидкого стекла происходит химическое взаимодействие между щелочными силикатами и известью, гидролитически образовавшейся в изделии, содержащем цемент. Обработка цементных бетонных изделий жидким стеклом способствует повышению его водонепроницаемости, твердости и сопротивлению к истираемости. Жидкое стекло, особенно значительно разбавленное, может проникать внутрь изделий на значительную глубину. Поры этих изделий закупориваются благодаря отложению в них продуктов химического взаимодействия. Повышение водоустойчивости бетонных изделий обусловливается не только образованием продуктов взаимодействия между известью и жидким стеклом, но также и продуктами реакции щелочных силикатов с гидратированными составными частями цемента.

В качестве гидрофобизирующих добавок в составе гранулированного заполнителя были использованы: Tegosivin НЕ 328, Sitren P 730 (производства ЕвроХим) и щелочной раствор метилсиликоната калия. Заполнитель получали путем гранулирования смеси молотой силикат-глыбы с гидрофобизирующей добавкой. В качестве защитной оболочки-отвердителя силикатной системы использовался шлакопортландцемент. Заполнитель вводился в количестве 50% от общего объема смеси. Изготовленные образцы подвергались тепловлажностной обработке, в ходе которой происходило растворение силикат-глыбы и пропитка бетонной матрицы образующимся раствором. Введение гидрофобизирующих добавок в состав заполнителя повысило прочность образцов на 30-60%, снизило водопоглощение в 3-4 раза.

Заключение

Объемная гидрофобизация бетона обеспечивает не только появление водоотталкивающих свойств, но и повышение прочности используемого материала. При использовании гранулированного наноструктурирующего заполнителя объемная гидрофобизация осуществляется за счет инкапсуляции минеральных частиц цементного камня и мелкого заполнителя гидрофобизирующим слоем образований натросилита. Характер уменьшения водопоглощения бетонных образцов с ГНЗ диаметрально отличается от бетонов с традиционными легкими заполнителями. При увеличении общей пористости его водопоглощение уменьшается в 4 раза по сравнению с исходным мелкозернистым бетоном. Это происходит за счет того, что образующиеся поры на месте гранулированного заполнителя из кремнеземного сырья или силикат-глыбы, имеют уплотненные стенки и препятствуют миграции воды, повышая тем самым водонепроницаемость бетона и водостойкость строительного изделия в целом.

Литература

1 Седнев, В.А. Пути повышения эффективности защиты поверхности зданий и сооружений от воздействия окружающей среды на основе метода объемной гидрофобизации [Текст]/В.А. Седнев, Н.А. Савченко//Промышленное и гражданское строительство. ­− 2012. −­ №5. −­ С. 45–46.

2 Никишкин, В.А. Условия работы цементного камня, обработанного кремнийорганическими гидрофобизаторами [Текст]/В.А. Никишкин//Строительные материалы. −­ 2011. −­ №7. −­ С. 79–81

3 Сураев, В. Гидрофобизация. Теория и практика [Текст]/В. Сураев//Технологии строительства. ­− 2002. −­ №1. −­ C.120−­121.

4 Чухланов, В.Ю. Гидрофобизирующая жидкость для бетонных и железобетонных конструкций [Текст]/В.Ю. Чухланов, Н.Ю. Никонова, А.Н. Алексеенко//Строительные материалы. − 2003. −­ №12. −­ С. 38−­39.

5 Строкова, В.В. Механизм структурообразования строительных композитов с гранулированным наноструктурирующим заполнителем [Текст]/В.В. Строкова, Л.Н. Соловьева, А.В. Максаков, Ю.Н. Огурцова//Строительные материалы. ­− 2011. −­ № 9. −­ С. 64–65.

6 Строкова, В.В. Последовательность процессов формирования цементно-песчаной матрицы бетона при использовании гранулированного наноструктурирующего заполнителя [Текст]/В.В. Строкова, И.В. Жерновский, А.В. Максаков, Ю.Н. Огурцова, Л.Н. Соловьева//Современные проблемы науки и образования. ­− 2012. −­ № 6.

7 Григорьев, П.Н. Растворимое стекло [Текст]/П.Н. Григорьев, М.А. Матвеев// Государственное издательство литературы по строительным материалам, Москва. ­ − 1956. −­ С. 304–322.

1.17	влияние технологических аспектов получения наноструктурированного вяжущего на процесс структурообразования материалов на его основе