Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные материалы для восстановления, гидроизоляции, ремонта и усиления бетонных и железобетонных конструкций. Учебное пособие для обучающихся по
.pdf
Для остановки течи, в том числе напорной, в шахтах, штольнях и подвальных помещениях, а также как вспомогательный материал при работах с гидроизоляционными материалами других типов в условиях водной нагрузки используют быстротвердеющие гидропломбы марок FIX 10S («ФИКС 10С») и FIX 20T («ФИКС 20Т»). Старые лакокрасочные
покрытия и рыхлый бетон, штукатурку и стяжку удаляют до основания. Перед началом работы сухие поверхности конструкций несколько раз увлажняют. При гидроизоляции мест
локальных протечек сухой FIX 10S вдавливают в место протечки и удерживают в нем
до схватывания цемента. Для гидроизоляции фильтрующей поверхности FIX 10S втирают до остановки водопритока, затем пропитывают гидрофобизирующим материалом
AQUAFINAF (~0,3 кг/м2), после этого наносят слой AQUAFIN1K (~1,5 кг/м2). Если водоприток не остановлен, процесс повторяется. FIX 10S не предназначен для гидроизоляции
блоков и строительных элементов из пористого бетона.
FIX 20T («ФИКС 20Т») — быстросхватывающийся, высокоактивный и высокопрочный цементный раствор, заглушающий водные течи. Он обладает хорошей адгезией к бетонным основаниям, быстро схватывается, в том числе и под водой, не содержит хлоридов
и других компонентов, способствующих развитию коррозии арматуры, совместим с гидроизоляцией SCHOMBURG. FIX 20T применяют для наружных и внутренних работ, в подвалах, шахтах, штольнях, при ремонте канализации, газопроводов, для заделки водоносных
расколов и трещин в бетоне, каменной кладке и строительных конструкциях из натурального камня, для ремонта бетонной поверхности и заделки швов перед нанесением обмазочной гидроизоляции (например, CARATP), а также для крепления анкерных болтов, которые подвергаются быстрой нагрузке. Способность материала к расширению позволяет
почти мгновенно остановить протечку воды, а благодаря хорошему сцеплению с основанием — надежно и долговечно закупоривать отверстия.
Основные технологические и физикомеханические свойства FIX 20T:
– плотность, кг/м3 — 1400;
– время начала схватывания при температуре окружающей среды +20 ℃ и воды затворе-
ния +16 ℃, мин — 4–5;
– жизнеспособность раствора, мин — 2–3;
– рабочая температура, ℃ — +5...+35;
– прочность, МПа, при сжатии/изгибе через:
30 мин — 2,5/1,1;
24 ч — 15,6/4,4;
7 сут — 31,9/10,8;
28 сут — 39,3/7,3.
Основание должно быть прочным и очищенным от субстанций, препятствующих адгезии. Непрочные слои штукатурки и камня удаляют. Для надежного крепления анкеров
готовят полость соответствующего размера, например, углубив отверстие (минимум на
3 см) с помощью долота. Перед заделкой водоносных швов и трещин также производится
достаточное углубление в ЖБК (глубиной 3–4 см) в виде «ласточкиного хвоста». Для приготовления смеси используют чистую резиновую или пластмассовую емкость, в которую
засыпается FIX 20T в том количестве, которое может уместиться в руке и которое возможно использовать в течение 2–3 мин. После этого при интенсивном перемешивании добавляется вода (~25 % от объема сухой смеси) до получения однородного, готового к работе раствора.
Физикомеханические свойства сухих строительных смесей, используемых в качестве гидропробок, приведены в табл. 5.7.
51
Таблица 5.7
Технологические и физико-механические свойства сухих строительных смесей,
используемых в качестве гидропломб
Технические характеристики
Расход материала,
3
кг/дм
МПа, не менее
Прочность сцепления
с основанием в возрасте 28 сут,
Материал Фирмапроизводитель
МПа
обработанные поверхности
сохраняют водонепроницаемость,
Минимальное давление, при котором
«Лахта» водяная пробка ЗАО «Растро», СПб 1,6 300 1,5–2 1,5
«Пенетрон» ICS/Penetron International, США 1,6 40 – 2
«ПластПломба» ЗАО НПО «ЗелТех Прогресс» 1,8 30300 1,5–2 1,8–2
Ceresit CX5 «Хенкель Баутехник», г. Коломна 0,4 240 1,6 1,5
не более
Время схватывания, с,
«ГидроSB» — гидропломба, предназначенная для ликвидации протечек через трещины,
швы, отверстия, в том числе при постоянном притоке воды, в бетонных и каменных ограждающих
конструкциях заглубленных и полузаглубленных сооружений (шахты, тоннели, гидротехнические сооружения). Сроки твердения гидропломбы находятся в прямой зависимости от температуры окружающей среды и воды затворения, колеблются в пределах от 30 с до 30 мин. Поверхность
может эксплуатироваться в температурном режиме от –40 до +90 ℃. Морозостойкость смеси составляет не менее 300 циклов. Водоостанавливающий состав для аварийной ликвидации протечек
«ГидроSB» требует очистки поверхности от штукатурки, легко удаляемых включений, краски,
грязи, жира и поверхностной пленки цементного камня вручную с помощью металлической щетки или при помощи электроперфоратора, электродрели с абразивной насадкой или пескоструйного аппарата. Ширина заделки стыка, трещины или свища должна быть не менее 20 мм, а глубина — не менее 30 мм. Разделанный участок тщательно промывается и очищается от пыли.
При подготовке гидротехнической смеси к работе не более 1 кг сухой строительной смеси «ГидроSB» высыпают в емкость и затворяют водой комнатной температуры из расчета
160 мл воды на 1 кг смеси. Затворение производится за один прием при постоянном энергичном и тщательном перемешивании в течение не более 30 с вручную или в низкоскоростном смесителе до получения однородного пластичного раствора. Полученную массу следует
размять и скатать вручную, придав ей необходимую форму. Время приготовления раствора
от момента затворения водой не должно превышать 1,5–2 мин, повторное добавление воды
исключается. Полученную массу нужной формы с усилием вдавливают в подготовленный
участок, прижимают и выдерживают в течение 30–180 с. Заделывать места протечки воды
большого размера необходимо маленькими частями. Через 1 ч после блокирования протечки
гидропломбой поверхность дополнительно изолируется раствором «ГидроSB».
Вертикальные протечки ликвидируются сверху вниз. Если из трещины поступает вода
под напором, следует осуществить разделку места протечки, вставить в отверстие дренажную пробку из поливинилхлорида диаметром не менее 20 мм, закрепив ее с помощью раствора «ГидроSB». После того как вода пойдет через дренаж, поверхность вокруг дренажа покрывается раствором «ГидроSB». Через трое суток дренажная трубка удаляется, а отверстие
52
закупоривается раствором «ГидроSB». Поверхность перед нанесением «ГидроSB» должна
быть очищена вручную или механическим способом до прочной основы. Стыки конструкций,
швы и трещины расшиваются на глубину не менее 20 мм с раскрытием (под прямым углом)
по ширине не менее 20 мм. Швы кирпичной кладки и фундаментных блоков расшиваются на
глубину не менее 5 мм. Оголенная арматура должна быть зачищена. Поверхность промывается водопроводной водой. При недостаточной очистке поверхности или передозировке воды
может произойти отслоение защитного покрытия и увеличение срока схватывания соответственно. Смесь «ГидроSB» из расчета 3–4 кг/м2 для ровной поверхности затворяется водой
в объеме 18–20 % от массы сухой смеси и размешивается. Через 5 мин раствор повторно перемешивается. Перед нанесением приготовленной смеси поверхность повторно протирается сухой ветошью от капель фильтрационной воды, после чего грунтуется приготовленной смесью
маховой кистью или иным способом.
В коллекторных тоннелях инженерных коммуникаций, в зонах под основными транспортными магистралями скорость карбонизации достигает 2–3 мм/г, а скорость коррозии металла
после раскрытия трещин — 0,5 мм/г. Содержащийся в воздухе углекислый газ, проникающий
в бетон при наличии влаги, может снизить pH с 13 до 8,5. Активнее всего его воздействие ощущается при относительной влажности воздуха 50–75 %. Газообразные оксиды азота и серы,
содержащейся в загрязненной атмосфере городов, также ускоряют продвижение фронта карбонизации и снижают еще ниже pH бетона. Поэтому методы восстановления бетонных и железобетонных конструкций от разрушений, вызванных карбонизацией бетона, основаны на
восстановлении пассивации металла за счет повышения щелочности бетона, а также замедления скорости развития коррозии при увеличении электролитического сопротивления или
высушивании конструкции. В случае если содержание влаги в бетоне соответствует равновесию (20 ℃, 60–70 % и 760 мм рт. ст.), то достаточным условием защиты бетона от карбонизации является его поверхностная профилактическая обработка (гидрофобизация). Повысить
эффективность такой обработки можно за счет нанесения защитных покрытий, стойких к воздействию углекислого газа. Если восстановить качество конструкции путем профилактических мер нельзя, то чаще всего выполняется локальный ремонт, предусматривающий удаление нарушенного бетона и санацию арматурного каркаса.
При проектировании локальных ремонтных работ в подземных сооружениях, подверженных карбонизации, учитывают следующие возможные виды дефектов и повреждений строительных конструкций:
– недостаточная толщина защитного слоя бетона;
– защитный слой бетона подвержен карбонизации, но скорость ее перемещения к арматур-
ному каркасу мала; металл арматурного каркаса находится в пассивном состоянии;
– защитный слой бетона карбонизируется с высокой скоростью, но его фронт не дошел до
арматурного каркаса; металл арматурного каркаса находится в пассивном состоянии;
– защитный слой бетона прокарбонизирован полностью; металл арматурного каркаса на-
ходится на начальной стадии коррозии;
– защитный слой бетона прокарбонизирован полностью; металл арматурного каркаса
сильно корродирован.
Подготовительные работы при выполнении ремонта ЖБК могут составить до 80 % общего объема и стоимости работ. Кроме того, они отличаются высокой трудоемкостью, а применение известных способов подготовки поверхности конструкций может приводить к накоплению микротрещин в субстрате, что снижает долговечность конструкций и сооружения
в целом. Поэтому при расчете объемов, стоимости и выборе технологии производства профилактических работ ЖБК подземных сооружений, подверженных карбонизации, необходимо
учитывать следующие факторы:
53
– будет ли происходить восстановление щелочности бетона и пассивация арматуры при
диффузии гидроксильных ионов из массива бетона поврежденной конструкции в карбонизированный слой (диффузия изнутри), т.е. достаточно ли щелочи содержит бетон конструкций
глубже зоны карбонизации;
– можно ли добиться восстановления щелочности бетона нанесением на поверхность ЖБК
цементного покрытия или подщелачивания (диффузия извне);
– возможно ли ускорить процесс восстановления щелочности бетона;
– целесообразно ли применение методов электрохимической защиты.
Если хотя бы один из указанных факторов может быть реализован, то объемы бетона, подлежащего удалению при подготовке к ремонту, очистке арматуры и поверхности конструкции
могут быть значительно уменьшены. Восстановление щелочности карбонизированного бетона, как наиболее щадящий метод производства работ, может быть обеспечено следующими
способами:
– восстановлением щелочности за счет нанесения на поверхность бетонной и железобетонной конструкции жидкого подщелачивающего агента или дополнительного штукатурного слоя;
– подщелачиванием изнутри (при ремонте массивных конструкций);
– электрохимическим подщелачиванием.
Наиболее экономическим способом восстановления щелочности карбонизированного бетона является нанесение на поверхность ЖБК жидкого подщелачивающего агента или дополнительного штукатурного слоя, позволяющих избежать трудоемких процессов удаления
и транспортировки бетона. Метод электрохимического подщелачивания требует значительных финансовых затрат и наличия квалифицированных специалистов. При определенных
усилиях может быть очень эффективным.
Подщелачивание поверхности ЖБК проводят для снижения пористости поверхностного
слоя, восстановления щелочности и замедления процессов карбонизации бетона с целью обеспечения нормальных условий эксплуатации зданий и сооружений. Подщелачивание и последующее повышение значений pH до 10–12 в поверхностном слое бетона ЖБК приостанавливает распространение фронта карбонизации. Подщелачивание бетона осуществляют нанесением
на его поверхность специальных высокощелочных растворов (гидроксидов металлов), которые под воздействием осмотических сил впитываются в бетон конструкции. Однако образующийся щелочной буфер действует непродолжительный период времени (2–3 года), поэтому
рекомендуется дополнительно наносить на поверхность строительных конструкций защитное
покрытие с высоким сопротивлением к проникновению CO2. Восстановление щелочности бетона может произойти и при нанесении на поверхность ЖБК после их локального ремонта дополнительного слоя обмазочной гидроизоляции. Пропитка бетона подщелачивающим гидроизоляционным составом на глубину до 10 мм повышает сохранность конструкций в среднем
на 4–5 лет. Использование обмазочной гидроизоляции, обладающей высокой щелочностью,
не только позволяет восстановить щелочность карбонизированного бетона, но и защищает его
от дальнейшей карбонизации. Работы по подщелачиванию дефектных участков поверхностного слоя ЖБК проводят, как правило, с периодичностью один раз в 5 лет, а противокарбонизационную обработку бетонных поверхностей — один раз в 8 лет. Подщелачивание поверхности железобетонных конструкций проводят с помощью подщелачивающих составов, свойства
которых должны соответствовать требованиям ГОСТ Р ИСО 90012015.
Противокарбонизационную обработку поверхности ЖБК осуществляют для восстановления щелочности прокарбонизованного бетона и защиты конструкций от воздействия хлоридов и углекислого газа, уменьшения пористости и замедления процесса карбонизации бетона
для обеспечения нормальных условий эксплуатации зданий и сооружений. Нанесение противокарбонизационных составов на поверхность ЖБК обеспечивает долговременную защиту
конструкций от действия углекислого газа внутри подземного сооружения и возможных протечек грунтовых вод через тело конструкций, а также увеличивает щелочность бетона кон-
54
струкции. Слой покрытия толщиной 1,0–1,5 мм обеспечивает защиту ЖБК в течение 7–8 лет.
Противокарбонизационную обработку поверхности железобетонных конструкций проводят
составами, свойства которых должны соответствовать требованиям ГОСТ Р ИСО 90012015
и данным в табл. 5.8.
Таблица 5.8
Требования к технологическим и физико-механическими свойствам составов
для противокарбонизационной обработки поверхности ЖБК
№ Показатели
Подвижность растворной смеси
1
по расплаву конуса, мм
Сохраняемость (жизнеспособность)
2
растворной смеси, мин
Прочность растворной смеси
через 28 сут твердения, МПа, при:
3
4
5 Морозостойкость, число циклов ГОСТ 313562007 не менее F100
6 pH состава – более 11
сжатии
изгибе
Прочность сцепления растворной
смеси (адгезия) с бетонным основанием
через 28 сут твердения, МПа
Метод определения по-
казателей
ГОСТ 580286 не менее 200
ГОСТ 580286 не менее 60
ГОСТ 580286
ГОСТ 313562007 не менее 1,5
Требуемое значение по-
казателей
более 3
более 1,5
Уменьшить скорость карбонизации бетона можно также за счет дополнительного нанесения на поверхность ЖБК обмазочной гидроизоляции с высоким сопротивлением диффузии
CO2 (S
> 50 м). Поверхностное покрытие на акриловой основе, как наиболее доступное, на-
дCO
2
носимое методом распыления или кистью, проявляет высокую эффективность в противодействии карбонизации бетона строительных конструкций. Требования к защитному слою бетона ЖБК, эксплуатируемых при воздействии CO2, приведены в табл. 5.9.
Таблица 5.9
Требования к защитному слою бетона железобетонных конструкций,
эксплуатирующихся при воздействии CO
Максимально допустимая величина
коэффициента диффузии D · 104, см2/с,
CO2 в бетоне железобетонных конструкций
со сроком эксплуатации, лет
20 50 100
Концентрация CO2
в воздухе, мг/м
До 600
От 600 до 6000
Примечание. Диффузионную проницаемость бетона для углекислого газа определяют по
ГОСТ 313832008.
3
Толщина
защитного
слоя, мм
10 1,14 0,45 0,23
15 2,57 1,03 0,51
20 4,57 1,83 0,91
10 0,26 0,10 0,05
15 0,46 0,18 0,09
20 0,71 0,28 0,14
2
55
Биологическая коррозия — повреждение бетона продуктами жизнедеятельности живых организмов (бактерий и грибков). При этом наибольший ущерб наносят тионовые бактерии, выделяющие сероводород. Концентрация биогенной серной кислоты может достигать 5–20 %,
а pH влаги на поверхности ЖБК составлять 1–2. В этих условиях бетон может разрушаться (превращаться в сыпучую несвязанную массу) со скоростью 2–3 см/г.
Степень повреждения бетонных и железобетонных конструкций, вызванных воздействием биологически активных сред (грибков и тионовых бактерий), с учетом СП 28.13330.2017:
I — поверхностный плесневый налет без видимого разрушения;
II — поверхностное разрушение бетона на глубину до 2 см, без обнажения арматуры;
III — шелушение и выкрашивание бетона из ЖБК, отслоение защитного слоя бетона от арматуры;
IV — биоповреждению II и III степени подвержено 50–60 % поверхности ЖБК.
Грибковые образования и плесень наиболее часто образуются в местах переувлажнения
ЖБК с недостаточным воздухообменом. Поэтому при эксплуатации зданий и сооружений необходимо применять меры по снижению влажности воздуха внутри помещений, исключить
конденсацию и капиллярный подсос влаги, проводить обработку поверхности ЖБК биоцидными материалами, подавляющими жизнедеятельность тионовых бактерий. Устранение грибковых образований и плесени на внутренней поверхности строительных конструкций подземных сооружений обеспечит нормальные условия работы обслуживающего персонала в части
санитарноэпидемиологических требований.
Защита ЖБК от воздействия биологически активных сред обеспечивается:
– понижением проницаемости бетона для бактерий, спор и гифов грибов;
– применением добавок биоцидов в составе бетона;
– конструктивными мерами — исключением трещин, увеличением стойкости к механиче-
скому воздействию и гифов грибов;
– периодической обработкой поверхности бетона растворами биоцидов;
– применением средств вторичной защиты (биоцидных шпатлевок, лакокрасочных покрытий, пропиток, гидрофобизирующей обработки), предотвращающих заражение поверхности
бетона спорами грибов и бактериями.
Устранение грибковых образований и плесени на поверхности ЖБК проводят локально
в местах выявленных дефектов, используя составы, обладающие биоцидным действием или
сочетающие фунгицидные, инсектицидные, бактериальные и альгицидные свойства, а также нанесением обмазочной гидроизоляции, содержащей в своем составе биоцидные препараты или обладающие повышенной биостойкостью. Для биозащиты строительных конструкций
используют «Катамин АБ», обладающий биоцидным действием, биозащитный состав «Мипор Б» производства НПО «Стрим», имеющий высший класс биостойкости или картоцидкомпаунд, сочетающий фунгицидные, инсектицидные, бактериальные и альгицидные свойства.
«Катамин АБ» (хлорид алкилметилбензиламмония) производства ЗАО НПФ «БурсинтезМ»
представляет собой катионное ПАВ, хорошо растворимое в воде и имеющее следующие физикохимические показатели:
– внешний вид — вязкая прозрачная жидкость светложелтого цвета;
– массовая доля, %:
хлорида алкилдиметилбензиламмония — не менее 49;
третичного амина и гидрохлорида — не более 1,7;
третичного амина — не более 0,5;
– pH водного раствора — 6,0–7,0.
56
Особенностью биоцидного состава «Мипор Б» является образование на поверхности бетонных и железобетонных конструкций стабильного нейтрального слоя, в котором невозможны
процессы образования и прорастания колоний микроорганизмов в течение длительного времени. При этом на поверхности конструкций не образуется пленка. «Мипор Б» наносится методом распыления или с помощью мягких кистей. Через 2–3 ч после первоначальной обработки
бетонной поверхности конструкций тщательно убирают пораженный мицеллами слой бетона
скребком или металической щеткой. После этого производят 2кратную обработку биоцидными составами поверхности конструкций. Расход «Мипор Б» составляет 150–300 мл/м2. Биоцидные составы, подавляющие жизнедеятельность тионовых бактерий, должны соответствовать
требованиям ГОСТ Р ИСО 90012015 и требованиям табл. 5.10.
Таблица 5.10
Требования к биоцидным составам, рекомендованным
для устранения грибковых образований и плесени на поверхности ЖБК
№ Показатели Требуемое значение показателя
1 Внешний вид
2 Условная вязкость по ВЗ246, с Более 4
3 Массовая доля нелетучих веществ, % Более 50
Однородная жидкость белого цвета
без механических примесей
4 pH состава 8–9
5 Время высыхания при 20 ℃, ч 3
Эффективным методом защиты строительных конструкций от грибковых повреждений
является применение обмазочной гидроизоляции, содержащей в своем составе биоцидные
препараты или обладающей повышенной биостойкостью. После ликвидации указанных дефектов проводится гидрофобизация поверхности конструкций.
Гидрофобизация — поверхностная пропитка бетонных поверхностей ЖБК гидрофобизирующими составами (гидрофобизаторами) с целью улучшения защитных свойств. При
гидрофобизации химический реагент проникает внутрь строительного материала, в результате чего тот приобретает водоотталкивающие свойства, сохраняя при этом пористокапиллярную структуру бетона. Гидрофобизация поверхности ЖБК резко снижает капиллярный
подсос влаги из конденсата, образующегося на поверхности конструкции при повышенной
влажности в подземном сооружении, и существенно замедляет коррозию бетона и арматуры. Кроме того, гидрофобизация повышает плотность, прочность и морозостойкость бетона,
предотвращает появление плесени, грибков и микроорганизмов, позволяет избежать промерзания и расширения пор и капилляров в зимний период и, следовательно, образования
трещин в конструкциях, а также исключает появление высолов на их поверхности, сохраняет микроклимат в помещениях. Поэтому гидрофобизаторы должны глубоко проникать
в микропоры бетона, при высыхании не образовывать поверхностной корки, не препятствовать испарению влаги из материала, сохранять цвет и фактуру поверхности изделий, а также обладать высокой химической стойкостью, стойкостью к температурным и атмосферным воздействиям, быть безвредным и экономичными.
Гидрофобизацию строительных материалов и изделий разделяют на поверхностную
и объемную. При поверхностной гидрофобизации строительные конструкции обрабаты-
57
вают гидрофобизирующим составом (ГФС) с помощью кистей, валиков или пульверизаторов, а также путем погружения строительных изделий в ГФС. Последний способ поверхностной гидрофобизации является наиболее эффективным, однако его применение
ограничено размерами обрабатываемых изделий и большим расходом ГФС. При объемной
гидрофобизации ГФС вводят в материалы на стадии производства строительных изделий
и конструкций или используют пропитку готовых строительных изделий под давлением. Объемная гидрофобизация по сравнению с поверхностной повышает морозостойкость
строительного материала. Однако при объемной гидрофобизации расход сравнительно дорогого гидрофобизатора возрастает практически на два порядка по сравнению с поверхностной гидрофобизацией. Поэтому объемну ю гид рофобизацию провод ят дл я ответственных конструкций, экспл уатирующихся при воздействии агрессивных факторов. Это могу т
быть ЖБК мостов, эксплуатирующиеся в морской воде, бетонные конструкции тепловых
и атомных электростанций, подвергающиеся воздействию перепадов температур, здания
и сооружения химических производств, находящихся в среде с повышенной кислотностью.
В зависимости от вида строительного материала, технологии производства и условий работы конструкций выбирается тот или иной способ обработки и тип гидрофобизатора.
Так, например, в мировой практике в производстве керамического кирпича для его поверхностной гидрофобизации используют водные растворы алкилсиликонатов (BS15 Wacker,
DC 777 Dow Corning, SK Bayer).
Улучшение гидрофобных свойств сухих строительных смесей на основе цемента и других минеральных вяжущих необходимо прежде всего для увеличения сроков их хранения. Это
особенно актуально для регионов с высокой относительной влажностью воздуха. Даже при невысокой относительной влажности воздуха цемент поглощает пары воды и углекислый газ, а на
его поверхности образуются гидраты и карбонат кальция, снижающие прочность цементного
камня. Уже через три месяца хранения прочность изделий на основе такого цемента снижается на 15–20 %, а через 6 месяцев — на 20–30 %. Особенно резко снижается активность быстротвердеющих и тонкомолотых цементов: через 3–4 недели они переходят в разряд обычных цементов. Цементы, содержащие такие добавки, как трепел и опока, также быстро теряют свою
активность. Кроме того, бетонные и строительные растворы из гидрофобизированных смесей
обладают пониженным водопоглощением и повышенной морозостойкостью. При этом снижается расход цемента при сохранении заданной пластичности раствора. Особое внимание обращают на использование гидрофобизирующих, а не гидрофобных добавок. Первые придают
гидрофобные свойства системе за счет взаимодействия вводимого компонента с минеральным
вяжущим, а вторые сами по себе являются водоотталкивающими веществами.
Снизить водопоглощение строительных материалов на минеральной основе можно при
выполнении следующих условий:
– ликвидации или значительном уменьшении количества и размеров микропор в затвер-
девшем материале;
– закупоривании пор и капилляров различными кольматирующими составами или их изо-
ляции;
– гидрофобизации элементов структуры цементного камня и его межструктурного про-
странства.
Выбор способа снижения водопоглощения строительных композитов зависит от вида материала, обрабатываемого гидрофобизатором, места его расположения в бетонной или железобетонной конструкции, условий их эксплуатации и других факторов. Наибольшего эффекта можно достигнуть при совместном выполнении указанных условий.
Гидрофобизирующим эффектом обладают высшие жирные кислоты и их сложные эфиры (жиры и воски), нафтеновые кислоты, высшие углеводороды. Эффект гидрофобизации
определяют по краевому углу смачивания путем микрофотографирования капель воды на
58
гидрофибизированной поверхности бетонных образцов. Твердые тела, с которыми вода образует краевой угол θк < 90°, являются ги дрофильными, а при краевом угле θк > 90° — ги дрофобными. Наиболее полно перечисленным выше требованиям соответствуют кремнийорганические соединения (КСО) — силоксановые жидкости. Их используют для гидрофобизации
как в чистом виде, так и в виде водных растворов и эмульсий или растворов в органических
растворителях.
Кремнийорганические соединения имеют ряд преимуществ по сравнению с распространенными пленочными покрытиями (красками, лаками, эмалями):
– не изменяют внешний вид материала и его газо и воздухопроницаемость;
– придают морозо и коррозионную стойкость, трещино и светостойкость;
– препятствуют загрязнению поверхности;
– предотвращают появление высолов;
– повышают общие теплозащитные свойства материалов.
Доступными и многократно апробированными в промышленности являются следующие органотриалкоксисиланы: метилтриметоксисилан CH3Si(OCH3)3, метилтриэтоксисилан
CH3Si(OC2H5)3, винилтриметоксисилан C2H4Si(OCH3)3, винилтриэтоксисилан C2H4Si(OC2H5)3,
фенилтриметоксисилан C6H5Si(OCH3)3, октилтриэтоксисилан C8H17Si(OC2H5)3, N(3
метоксисилил)пропил1,2этандиамин H2NC2H4NHC3H6Si(OCH3)3. Получение гидрофобизирующих композиций на их основе включает две стадии.
• Первая стадия — синтез кремнийорганического олигомера методом частичного гидро-
лиза и соконденсации органотриалкоксисиланов:
RSi(OR1)3 + R2Si(OCH3)3 → [RSi(OR1)aO
3a/2]n[R2
Si(OCH3)bO
3b/2]m
,
где R = алкил С1…С8 или фенил; R1 = алкил С1…С2; R2 = –H2NC2H4NHC3H6; a, b = 0,5…2;
n = 1…30; m = 1…20;
• Вторая стадия — получение гидрофобизирующей композиции:
[RSi(OR1)aO
3a/2]n[R2
Si(OCH3)bO
+ RSi(OR1)3 + CH3COOH.
3b/2]m
В этих композициях аминосодержащий олигоорганосилоксан выполняет роль эмульгатора при получении водной эмульсии, а также катализатора процессов гидролиза и конденсации
на поверхности и в порах обрабатываемого строительного материала. Органотриалкоксисилан выступает как активный гидрофобизирующих агент. Получаемые смеси олигоорганосилоксана и органотриалкоксисилана представляют собой прозрачные жидкости от светло
желтого до светлокоричневого цвета, которые при разбавлении в воде образуют эмульсии,
готовые к применению.
Степень гидрофобности образцов, изготовленных из цементнопесчаной смеси, зависит
от природы используемых органотриалкоксисиланов (размера углеводородного радикала)
и природы алкоксигруппы. Наибольший гидрофобный эффект достигается при использовании композиций на основе октилтриэтоксисилана и фенилтриметоксисилана (табл. 5.11).
На гидрофобизацию поверхности строительных композитов влияют не только органические
радикалы, но и алкоксигруппы R1. Этоксисиланы обладают несколько лучшей гидрофобизирующей способностью, чем органотриметоксисиланы. Более низкая скорость гидролиза этоксигрупп, по сравнению с метоксигруппами, способствует лучшему взаимодействию
между триалкоксисиланом и поверхностью неорганического субстрата. Данные таблицы
показывают, что применение гидрофобизирующих композиций на основе органотриалкоксисиланов и аминосодержащего олигоорганосилоксана в 3–4 раза понижает водопоглощение образцов. При этом такая композиция на 50–60 % превосходит по гидрофобизирующей
способности широко применяемые отечественные кремнийорганические гидрофобизаторы
ГКЖ11 П и «Пента811».
59
Таблица 5.11
Водопоглощение цементно-песчаных образцов при их объемной гидрофобизации
RSi(OR1)
R R
CH
3
CH
3
C2H
4
C2H
4
C5H
6
C8H
17
3
CH
C2H
CH
C2H
CH
C2H
1
3
5
3
5
3
5
1 сут 2 сут 7 сут 15 сут 28 сут
2,12 2,3 2,98 3,49 4,3
2,08 2,36 3 3,52 4,47
2,37 2,53 3,2 3,79 4,5
2,28 2,49 3,15 3,84 4,71
1,1 1,22 2,28 2,95 3,99
1,17 1,44 2,2 2,74 3,43
Водопоглощение, %
SILRES BS 290 0,97 1,28 1,91 2,36 2,79
ПЕНТА811 (40–45 %) 7,99 8,36 9,59 10,45 11,81
ГКЖ11П (30–35 %) 7,73 7,82 8,36 8,76 9,45
Непропитанный образец 12,12 12,41 13,04 13,14 13,21
В качестве гидрофобизаторов цементных систем используются в основном КОС, содержащие в своем составе функциональные реакционноспособные группы. Основой получения устойчивого гидрофобного эффекта является химическая фиксация адсорбированных молекул гидрофобизатора на поверхности гидратных новообразований цементного
камня. Нереакционноспособные КОС для модификации цементных систем практически
не используют. Академиком РАН К.А. Андриановым установлено, что силоксановая связь
при механоактивации может разрываться с образованием новых химических связей. При
этом силоксановая связь полимеров в большей степени лабильна и подвержена разрыву,
чем силоксановая связь мономеров. Процесс механоактивации модифицирующих добавок придает дисперсным системам необходимые свойства и целенаправленно регулирует
структурообразование цементного камня. При этом потенциальные возможности целенаправленного регулирования структурообразования ремонтных составов за счет увеличения удельной поверхности цементноминеральных систем могут быть реализованы только
в случае, если цементные зерна будут равномерно распределены в материале без образования агрегатов. Известно, что склонность к агрегации возрастает с ростом дисперсности частиц и зависит от поверхностной энергии, которая существенно изменяется при введении в цементноминеральные составы в процессе механоактивации модифицирующих
добавок. Практический опыт показал, что эффективными модификаторами, препятствующими слипанию цементных частиц при помоле, повышающими долговечность и стойкость цементных составов к агрессивному воздействию среды, являются кремнийорганические соединения.
Кремнийорганические соединения подразделяются на водорастворимые и водонерастворимые, реакционноспособные и нереакционноспособные. Из водорастворимых КОС
в строительстве широко применяют силиконаты натрия (ГКЖ10, ГКЖ11, ГКЖ11Ф,
ГКЖ12, ГКЖ18, ГКП10 и ГКП11). По сравнению с другими кремнийорганическими гидрофобизаторами они обладают высокой растворимостью в воде, не токсичны, без запаха и относительно дешевы. Образование гидрофобной пленки происходит за счет взаимодействия силиконатов натрия с оксидами, гидроксидами и солями, входящими в состав
цементного камня, и CO2 воздуха. Образующиеся соли весьма гидрофильны, вследствие
чего эффект гидрофобизации и долговечность гидрофобной пленки снижается. Недостатком таких КОС является высокая щелочность (pH ≥ 13), а нейтрализация их растворов
может привести к образованию полиалкилсиликонатов натрия, которые нерастворимы
в воде и выпадают в осадок. Введение силиконатов натрия в цементные системы в количестве до 0,5 % от массы цемента замедляет процессы структурообразования цемент-
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]