Сравнительный анализ химических добавок на основе уральского сырья для снижения высолообразования в бетонах

Журнал: «Строительство: новые технологии - новое оборудование», №3, 2018г.

Здания и сооружения в процессе строительства и эксплуатации подвергаются агрессивному воздействию окружающей среды – перепадам температур, воды и влаги, газов и аэрозолей различного химического состава и на фасадах зданий из бетона, кирпича, природного и искусственного камня, оштукатуренных и облицованных керамической плиткой, на тротуарных и фасадных бетонных плитах появляются высолы (выцветы, налет).

Высолы – это белые отложения (налёт) на поверхности и внутри материала. Высолы также характерны и для цветных бетонов и растворов. Процесс высолообразования в них может происходить с осветлением оксидов пигментов, применяемых в декоративных цементах, с появлением на поверхности светлых пятен и разводов [1, с. 64]. Одной из причин снижения долговечности зданий и конструкций, выполненных из бетонов, является их коррозия. Помимо снижения эксплуатационных показателей высолы приводят к ухудшению архитектурно-художественной выразительности объектов. Высолы на бетоне и кирпиче также служат причиной появления механических напряжений, от которых с течением времени конструкции начинают разрушаться.

Исследованиям природы высолообразования материалов конструкций и изделий на цементной основе и кладочных цементно-песчаных растворах посвящены работы В.В. Бабкова, В.И. Корнеева, В.П. Михайловского, А.В. Мохова, В.Ф. Степановой, Г.В. Чехний, В.В. Строковой, И.Г. Лугининой, В.И. Калашникова, П.Г. Комохова, Л.И. Холоповой, Г. Болта и др. [1–6; 8–10].

Высолы могут быть двух основных типов: первичные и вторичные. Первичные высолы содержат гидроксид кальция или карбонат кальция. Они не смываются водой. Вторичные же высолы появляются в результате старения бетона.

Причины образования высолов

Наиболее распространённой причиной появления высолов является гидролитический распад некоторых минералов портландцементного клинкера в процессе твердения с выделением значительного количества гидроксида кальция в свободное состояние. Уже на начальной стадии процесса гидратации цемента происходит быстрое взаимодействие алита с водой с образованием гидросиликата кальция и гидроксида, которое описывается следующей химической реакцией:

2(3CaO⋅SiO2) + 6H2O = 3CaO⋅SiO2⋅3H2O + 3Ca(OH)2.

Белит гидратируется медленнее алита и при его взаимодействии с водой выделяется меньше Ca(OH)2, что видно из уравнения химической реакции:

2(2CaO⋅SiO2) + 4H2O = 3CaO⋅2SiO2⋅3H2O + Ca(OH)2.

Другой причиной образования высолов являются химические добавки, которые вводят в бетонные или растворные смеси, для придания им специальных свойств, например, противоморозные соли [2, с. 14; 3, с. 32].

Источниками высолов также могут быть и минеральные соли, поступающие с грунтовыми водами при поврежденной или некачественно выполненной изоляции железобетонных или бетонных изделий и конструкций.

Растворимые вещества в исходных материалах тоже являются причиной появления высолов. Горные породы, используемые при изготовлении заполнителей, могут содержать соли, которые в процессе эксплуатации вымываются водой с образованием белых отложений на поверхности [3, с. 32].

Дополнительные увлажнения изделий в процессе эксплуатации, а также температурно-влажностные условия эксплуатации, при которых происходит испарение влаги, тоже являются причиной высолообразования.

Методика и результаты эксперимента

На кафедре «Материаловедение в строительстве» Института новых материалов и технологий УрФУ совместно с компанией ООО «Полипласт-УралСиб» в рамках поисковой научно-исследовательской работы проводятся экспериментальные исследования новых химических добавок «Полипласт Таргет» и «Полипласт ГФ» [4, с. 274]. Выполняется оценка добавок на предмет их возможной эффективности для снижения высолообразования в бетонах. Учитывая описанные выше причины образования высолов, эффективным способом борьбы с ними будет снижение капиллярной пористости бетона путем уменьшения водоцементного отношения (применение водоредуцирующих добавок) и объемная гидрофобизация – введение в состав бетонной смеси гидрофобизирующих веществ, их сорбция продуктами гидратации цемента или встраивание в структуру пор придает поверхности пор гидрофобность и существенно снижает скорость движения воды по капиллярам. Поэтому для снижения высолообразования были выбраны эффективный суперпластификатор «Полипласт Таргет» и гидрофобизатор «Полипласт ГФ».

Методика проведения исследования влияния добавок была принятой близкой к методике, приведенной в ГОСТ 30459-2003. Были изготовлены бетонные образцы в форме пластин размерами 160×160×40 мм основного контрольного состава (бездобавочный состав), а также образцы с добавками «Полипласт Таргет» и «Полипласт ГФ» из растворной смеси (цемент – песок) состава 1:4 с маркой по подвижности Пк2.

После твердения в нормальных лабораторных условиях в течение 28 суток образцы были погружены в дистиллированную воду на глубину 3 см на 7 суток.

По истечении 7 суток образцы были извлечены, и визуально определялось наличие высолов на поверхности образцов.

На рис. 1 можно наблюдать первичные высолы, образовавшиеся благодаря выносу на поверхность образца гидроксидов кальция и магния. Поверхность образца более рыхлая.

Рис. 1. Состояние боковой поверхности контрольного (бездобавочного) образца бетона

На рис. 2 представлен образец с химической добавкой «Полипласт Таргет», введенной в бетонную смесь в количестве 1,15 % от массы цемента.

Рис. 2. Состояние боковой поверхности образца бетона, модифицированного добавкой «Полипласт Таргет»

Инновационная добавка к бетону «Полипласт Таргет» – это суперпластификатор нового поколения на основе эфиров поликарбоксилатов.

В нижней зоне пластин наблюдаются обильные высолы, связанные с введением добавки. Бетонные образцы с данной добавкой полностью были насыщены водой.

На рис. 3 показан образец с добавкой «Полипласт ГФ», введенной в бетонную смесь в количестве 0,3 % от массы цемента. Высолы на поверхности не наблюдаются. Поверхность образца более гладкая.

Рис. 3. Состояние боковой поверхности образца бетона, модифицированного химической добавкой «Полипласт ГФ»

По данным паспорта на добавку предприятия-производителя «Полипласт ГФ» – водная эмульсия на основе органических соединений кремния.

На рис. 4 наблюдаются гидрофобные свойства образца с добавкой «Полипласт ГФ». Установлено, что данная химическая добавка снижает капиллярный подсос воды.

Рис. 4. Состояние боковой поверхности образца бетона, модифицированного химической добавкой «Полипласт ГФ»

Была исследована макроструктура образцов шлифов бетона, изготовленных с применением химической добавки «ПОЛИПЛАСТ ГФ» с использованием микроскопа (рис. 5). При достигнутом увеличении в 100 раз видно, что структура бетона более слитная по сравнению с контрольными образцами без добавки. Количество пор, микротрещин и капилляров уменьшилось.

Рис. 5. Макроструктура образца бетона модифицированного химической добавкой «Полипласт ГФ»

Выводы

Установлено, что наилучшие показатели по снижению образования высолов на поверхности тяжелого бетона достигнуты при использовании гидрофобизатора «Полипласт ГФ». Был проведен селективный химический анализ образцов мелкозернистого бетона на базе аккредитованной лаборатории физико-химических методов анализа Уральского государственного горного университета. Установлено низкое процентное содержание CaO сравнительно с контрольными образцами бетона без химической добавки, которое свидетельствует об ее эффективности. В дальнейшем изучение химических добавок «Полипласт Таргет» и «Полипласт ГФ» на предмет их эффективности для снижения высолообразования в бетонах в испытательной лаборатории кафедры «Материаловедение в строительстве» ИНМТ УрФУ будет продолжено.

На основании полученных предварительных результатов предложено расширить спектр исследуемых химических добавок данного производителя и опробовать изменение способа их введения в структуру бетона. Следующим этапом работ планируется исследование механизма действия выбранной оптимальной химической добавки либо состава для уменьшения высолов. Будут построены диаграммы и графики зависимостей технологических характеристик бетонных смесей, модифицированных химическими добавками.