3 Испытания модифицированных тротуарных плит

Практический интерес представляют работы по изготовлению плит бетонных тротуарных с повышенной пористостью поверхности, обеспечивающей сцепление с обувью пешехода. При этом плиты должны обладать фильтрацией влаги, что должно обеспечить сравнительно быстрое удаление влаги с поверхности бетона и тем самым обеспечить комфортные условия эксплуатации тротуаров, детских площадок и др.

Для изготовления мелкозернистого бетона использовали песок с М_кр≈2,5, из которого были отделены рассевом мелкие частицы, проходящие через сито 0,63. Из оставшейся части песка изготовляли мелкозернистый бетон: за основу взяты составы с соотношением Ц:П ≈ 1:3,5 при В/Ц=0,40 (без добавок) и В/Ц=0,31 с 12% ОМД-МС.

Получены тротуарные плиты хорошего качества (по внешним признакам). Плиты испытывали на прочность путем прямого разрушения, для чего их помещали между калиброванными пластинами - прокладками пресса (рисунок 2).

1 – плиты пресса; 2 – металлическая прокладка с размерами 100х100х3мм;

3 – испытуемое изделие

Рисунок 2 – Схема испытания плит бетонных тротуарных

Испытания показали, что прочность модифицированного крупнопористого мелкозернистого бетона снижается не более чем на 15-18% (до 42,3 против 50,1 МПа), в то время как у крупнопористого бетона без добавок снижение прочности достигает 30-32% (16,5 против 22,0 МПа).

Полученные результаты можно считать относительным доказательством, что структура имеет меньше дефектов и поэтому большую прочность мелкозернистого бетона с добавкой ОМД-МС и создаваемая дополнительная пористость в бетоне не наносит существенного разрушения структуре цементного камня. Данный результат мы связываем, прежде всего, с высокой активностью ультрадисперсного микрокремнезема, который вступает в бетоне в химическое взаимодействие с известью по схеме:

SiO₂+Ca(OH)₂+n(H₂O)→(B)CaO∙SiO₂∙H₂O

Вносят свою лепту в упрочнении «межпоровых перегородок» и активированная зола ТЭС путем образования низкоосновных гидросиликатов кальция и синергирующее действие ПАВ плюс соль – ускоритель твердения.

Далее обратимся к вопросу фильтрации. Естественно, чем быстрее тротуар или площадка избавляется от воды, тем удобнее ими пользоваться. Плотные (не обладающие свойством фильтрации) тротуарные плиты покрытия имеют более длительный период восстановления в рабочее состояние.

Полученные изделия испытывали на скорость фильтрации воды по схеме, представленной на рисунке 3.

1 – цилиндр с меткой объемом 1 литр; 2 – испытуемая плита; 3 – емкость сбора фильтрата воды; 4 – парафиновый уплотнитель между цилиндром и поверхностью испытуемого бетона

Рисунок 3 – Схема определения скорости фильтрации воды

Опыт проводили следующим образом. На поверхность бетона устанавливали цилиндр (1) без дна (прозрачный из стекла или пластмассы) и уплотняли парафином (4) зазоры между стенками цилиндра и поверхностью бетона. Затем все это устанавливали на устойчивую емкость (3) для сбора воды-фильтрата. В цилиндр (1) наливали 1 л воды и замеряли скорость фильтрации воды через бетонную плиту мощения (2) путем замера объема профильтровавшейся воды через определенные промежутки времени.

Определяли также коэффициент размягчения бетона без модификатора и с модификатором ОМД-МС.

Результаты опытов показали, что у крупнопористого гидрофобизированного бетона с добавкой ОМД-МС скорость фильтрации сквозь толщу плиты была на 20-30% выше в сравнении со скоростью фильтрации воды через бетон без модификатора. Парадокс заключается в том, что гидрофобизированный бетон обеспечивает лучшую фильтрацию воды, чем обычный бетон. Объяснение этому может быть следующее:

- во-первых, пористость способствует фильтрации (это известный факт);

- во-вторых, это связано со свойствами гидрофобизированных микропор бетона.

В гидрофобизированных микропорах вода ведет себя иначе, чем в обычных порах: гидрофобизированные стенки отталкивают воду и в середине поры вода находиться в псевдосжимаемом состоянии. Известно, что любая система стремится к равновесию. Вследствие чего вода ускоренно ищет путь к другому микрокапилляру (поре).

Профессор МГСУ (г. Москва) Ткач Е.В. совместно с учеными кафедры ТСМиИ КарГТУ (г. Караганда) в своей работе схематически объясняет, каким образом может быть нанесен ущерб гидрофобизации, если она поверхностная (рисунок 4). При поверхностной гидрофобизации способом пропитки или покраски с момента образования трещины вследствие разных углов смачивания в устье трещины в месте адгезии (контакта) слоя краски с бетоном происходит интенсивное проникновение агрессивных паров или растворов из окружающей среды.

1 – гидрофобное покрытие; 2 – устье трещины;

3 – направление энергетического градиента;

₁ и ₂ – краевые углы смачивания для материалов, соответственно не смачиваемых (₁ > 90) и смачиваемых (₂ < 90);

Ж – жидкая фаза; Т – твердая фаза; Г – газообразная фаза

Рисунок 4 – Образование "энергетического" градиента

Образуется своего рода "энергетический" градиент в месте контакта смачивающихся и несмачивающихся тел, вектор которого направлен внутрь материала, что способствует прохождению реакций и тем самым разрушению бетона. В результате этого могут произойти глубокие разрушения бетона, а гидрофобный слой будет сохранять только видимость целостности, но не будет выполнять своего функционального назначения – его сопротивления разрушающему действию агрессивной среды.

Нами сделана попытка схематично изобразить процесс фильтрации воды между межпоровыми стенками цементного материала (рисунок 5).

Сделана попытка показать, как образуется псевдосжимаемое состояние воды в микропоре, при этом гидрофобный слой может играть между подложкой-стенкой поры и водой роль смазки, которая также должна способствовать увеличению скорости течения (фильтрации) воды.

а) б)

а) без гидрофобизации стенок пор и капилляров; б) гидрофобные поры и капилляры: 1 – зона капилляра; 2 – зона микрокремнезема; 3 – гидрофобная поверхность капилляра и поры.

Рисунок 5 – Схема, объясняющая ускоренный процесс фильтрации в крупнопористом бетоне

Таким образом, можно в какой-то мере объяснить усиленную фильтрацию воды в крупнопористом гидрофобизированном бетоне:

- псевдосжатием воды в микропорах за счет энтропийного процесса от действия гидрофобизации;

- смазочным действием от гидрофобного слоя (по отношению к воде) гидрофобизированных межпоровых перегородок.

И еще нами было отмечено, что образующаяся наледь на поверхности гидрофобизированных плит мощения не имеет прочного сцепления с гидрофобизированной поверхностью бетона, что обеспечивает лучшие условия для очистки тротуара от наледи; имеет место также более быстрое (в 3-5 раз) стаивание льда с поверхности тротуара.

Указанные опыты носят рекогносцировочный характер. Вопросы фильтрации, которые затронуты в настоящей работе, имеют более сложный характер и требуют нового уровня подхода к их решению. Исследование процессов на макро- и микроуровне может существенно расширить научно-техническое пространство бетоноведения, получить бетоны XXI века с новыми свойствами и высокой эксплуатационной надежностью.

Таким образом, выполненные работы по внедрению предлагаемых технических решений и полученные при этом результаты испытаний показали состоятельность и техническую эффективность предлагаемого гидрофобизирующего органоминерального модификатора марки ОМД-МС. Высокие физико-технические характеристики модифицированного добавкой ОМД-МС бетона позволяют расширить область его применения в ответственных зданиях и сооружениях.