Гидрофобизация сухих строительных смесей на основе цемента

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение ВПО Оренбургский государственный университет, научно-исследовательский институт «Строительное материаловедение»

Гидрофобизация сухих строительных смесей на основе цемента

С.А. Орехов, С.А. Дергунов, М.С. Гаркави

Во всем мире отмечается ежегодный прирост вновь вводимого жилого фонда, однако, возрастает и доля зданий, нуждающихся в частичной или полной реставрации. Несвоевременность проведения плановых ремонтов способствует ускоренному износу конструкции и ведет к возникновению различных аварийных ситуаций. Долговечность современных сооружений определяется качеством исходных материалов и способностью их противостоять воздействию окружающей среды.

Основным агрессивным фактором воздействия является влага. Миграция её в полости материалов, большинство из которых представляют собой капиллярно-пористые тела, переход из одного агрегатного состояния в другое и т.д., способствует накоплению дефектов и разрушению.

С целью защиты объектов от отрицательного воздействия влаги активно внедряются различные системы гидроизоляции конструкций и способы повышения гидрофобности материалов. Одним из перспективных методов повышения стойкости к воздействию окружающей среды является применение гидрофобных отделочных покрытий на основе сухих строительных смесей. Однако, во многих научно-исследовательских работах отмечается, что при получении гидрофобного эффекта путем введения в компонентный состав смеси порошковых модификаторов - солей на основе олеиновой и стеариновой кислот (рис. 1), получаются два взаимно противоположных результата:

- передозировка добавки (ухудшение строительно-технических характеристик композиций);

- сродство к компонентам минеральной части (повышение эффективности добавки в системе).

Рис. 1 - Вид молекул

Поэтому целью настоящей работы стало исследование влияния олеата и стеарата Na на свойства цементно-наполненных вяжущих [2].

На первом этапе разработаны смешанные вяжущие на основе портландцемента. Задачей этого этапа стало получение камня с минимальной дефектной структурой, что напрямую связано с прочностными показателями.

В качестве наполнителя использовались молотые известняк и песок с удельной поверхностью S_уд ? 3500 см²/г.

Состав, содержащий 12% наполнителя, принят за оптимальный, который взят в качестве минеральной основы для исследования влияния гидрофобизаторов на свойства камня [1].

Изначально выбор наполнителя объясняется тем, что компоненты относятся к различным группам. Если песок является кислой составляющей, то известняк основной, и добавки могут проявить различное сродство к ним. Это должно отразиться на степени их участия в гидратации и эффективности работы в дальнейшем.

На рисунке 2 показано влияние добавок на кинетику набора прочности наполненных систем

Рис. 2 - Влияние гидрофобизаторов на кинетику прочности при сжатии минеральных систем

Как видно из графиков, при введении стеарата Na в цементно-известняковой системе наблюдается прямолинейное снижение прочности по мере возрастания дозировки во все сроки твердения. Добавка олеата Na до 0,25% вследствие возросшей дефектности внутренней структуры (по коэффициентам среднего размера и однородности открытых капиллярных пор) снижает прочность цементно-известняковой системы более чем на 12 МПа (рис. 3). Дальнейшее увеличение содержания модификатора приводит к оптимизации внутренней структуры, что отразилось на росте прочности контрольных образцов. Это можно проследить и по изменениям значений соответствующих коэффициентов (рис. 3).

В цементно-песчаной системе введение модификаторов до 0,25% интенсивно снижает прочность, дальнейшее увеличение дозировки до 1,00% оказывает менее заметный эффект на данную характеристику. При максимальной дозировке добавок стеарат Na снизил прочность на 17% меньше в сравнении с олеатом Na.

Как видно из рисунков 2 и 3 изменение прочностных показателей систем по мере модификации различными добавками коррелируют со значениями соответствующих структурных коэффициентов.

Рис. 3 - Влияние гидрофобизаторов на коэффициенты однородности и среднего размера открытых капиллярных пор

Отмечено, что добавка олеата Na по механическим и структурным показателям проявляет лучшее сродство к цементно-известняковой системе. Напротив, стеарат Na более предпочтительно применять в цементно-песчаном вяжущем. гидрофобизатор цементный известковый

Структура и прочностные показатели являются важными для вяжущих веществ, однако, введение гидрофобизаторов преследует главную цель - улучшение гидрофизических свойств. На рисунке 4 и 5 отражено влияние добавок на водопоглощение камня.

В ряде работ отечественных и зарубежных авторов отмечено, что введение гидрофобных добавок снижает кинетику водопоглощения, но не отражается на значении самого водопоглощения [3]. Как показали наши результаты, представленные на рисунке 4, величина водопоглощения модифицированных составов меньше, чем минеральной части.

Введение олеата Na до 0,25 % активно снижает величину водопоглощения, дальнейшее повышение дозировки практически не сказывается на изменении данной характеристики. При модификации стеаратом Na водопоглощение цементно-песчаной и цементно-известняковой систем падает по мере увеличения содержания гидрофобизатора.

Не менее важной проблемой отделочных покрытий является проявление мокрых пятен на поверхности, которые происходят вследствие водопоглощения при капиллярном подсосе влаги.

Рис. 4 - Влияние гидрофобизаторов на водопоглощение при капиллярном подсосе минеральных систем

Рисунок 5 - Влияние гидрофобизаторов на водопоглощение при капиллярном подсосе минеральных систем

По изоповерхностям рисунка 6 видно, что оптимальное содержание гидрофобизаторов в цементно-известняковой системе составляет 0,25%, при этом величина водопоглощения при капиллярном подсосе снизилась более чем в 6 раз в сравнении с минеральным составом. Интенсивность капиллярного подсоса в цементно-песчаной системе зависит от содержания добавок, минимальная величина данной характеристики отмечена при максимальном содержании модификаторов.

Экспериментальные результаты показывают, что олеат Na более эффективен в цементно-известняковых системах, наблюдается улучшение гидрофизических свойств и структурных показателей при незначительном снижении прочности системы. В цементно-песчаном вяжущем проявление положительных характеристик менее заметно. Это связано с оптимизацией структуры цементно-известнякового вяжущего при гидратации в присутствии олеата Na, который активно участвует в данном процессе и способствует равномерному образованию гидрофобных сростков. Применение стеарата Na менее эффективно, так как улучшение гидрофизических свойств линейно зависит от содержания добавки, которая, не вступая в реакцию гидратации, инертно гидрофобизирует поровое пространство.

Проведенное атомно-молекулярное моделирование минеральных систем в присутствии олеата Na в условиях идеальной гидратации позволило разработать структурные модели (рис. 6).

Анализ рисунка цементно-известковой системы с молекулами воды и добавкой олеата Na показывает, что атомы молекулы гидрофобизатора занимают пустые пространства по всему объему, имеющиеся в системе в результате отклонений атомов кремния и кислорода в тетраэдрах (рис. 6а). Водопоглощение у образовавшейся структуры снижено, а прочность за счет действия связей между атомами в молекуле добавки олеата Na понизится незначительно по сравнению с “чистой” системой. Это объясняет ранее изложенный в работе экспериментальный результат. При рассмотрении молекулярной модели цементно-песчаной системы с молекулами воды и добавкой олеата Na - наблюдаем: молекулы добавки занимают положение в виде слоя (рис. 6б), это приводит к нарушению структуры, дефектность которой возрастает. Следствием этого будет снижение прочности и менее значительное улучшение гидрофизических свойств, что также не противоречит полученным опытным результатам.

Рис. 6 - Модели модифицированного гидратированного вяжущего

Полученные экспериментальные результаты и атомно-молекулярные модели позволяют говорить о сродстве поверхностно-активных веществ к компонентам минеральной системы. Использование методов атомно-молекулярного моделирования позволяет объяснить вопросы несоответствия в результатах экспериментальных данных. Дальнейшие исследования в данном направлении позволяет решить вопрос возможности компьютерного прогнозирования долговечности систем гидратационного твердения в присутствии поверхностно-активных веществ различного функционального назначения.

Список литературы

1. Орехов С.А. Наполненные вяжущие с повышенными гидрофобными свойствами /С.А.Орехов// Сборник докладов - Международный семинар-конкурс молодых ученых и аспирантов, работающих в области вяжущих веществ, бетонов и сухих смесей / М., 2010. - С. 74-77.

2. Корнеев В. И. «Что» есть «что» в сухих строительных смесях / В. И. Корнеев, П. В. Зозуля // Словарь. - СПб.: НП «Союз производителей сухих строительных смесей», 2005. - 312 с.

3. Хигерович М. И. Полифункциональные добавки для цементов, растворов и бетонов / М. И. Хигерович, В. Е. Байер // М.: Стройиздат, 1979. - 126 с.

Размещено на Allbest.ru